JP2014230249A - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光通信システムの光受信装置における信号処理において、非線形歪に必要な補償回路の規模を小さくする。
【解決手段】非線形補償部３００は補償部３５０を備える。補償部３５０は、複数の異なる残留分散値における４つの偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_１）、Ｅ_ｙ（Ｄ_１）、Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２）の信号強度に基づいて算出される位相回転量θをキャンセルするように、２つの偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２）夫々を非線形補償するための係数ｅｘｐ（−ｊθ）を生成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、光通信システムの光受信装置に用いられる信号処理装置及び信号処理方法に関する。

インターネットの普及に伴い、通信されるデータの量が増大している。これに対応するためには、伝送路の容量を増大させる必要がある。大容量化を実現するための技術の一つとして、ＱＰＳＫ （Quadrature Phase Shift Keying)やＱＡＭ （Quadrature Amplitude Modulation)等の多値変調方式が知られている。送信器でＱＰＳＫ方式またはＱＡＭ方式等により変調を施された光信号は、デジタルコヒーレント方式の光受信器で復調される
ＱＰＳＫ方式またはＱＡＭ方式等の多値変調方式を適用した光通信システムにおいては、光信号が伝送路を伝播する際に受ける非線形光学効果に起因する波形歪みにより伝送品質が劣化する問題がある。光信号が伝送路中で非線形光学効果を受けると、光信号の位相が回転することにより波形歪みが生じる。特にＱＡＭ方式は複雑な位相情報及び振幅情報を取り扱うため、非線形光学効果に起因する位相回転により波形歪みが生じると、受信時に正しい位相情報及び振幅情報を復調できなくなる。

これに対して非特許文献１には、Back Propagationと呼ばれる非線形補償方式により非線形光学効果による波形歪みを補償する手法が記載されている。この補償方式は、分散補償を小刻みに行うとともに、各分散補償の直後で非線形補償を行うことで、受信側から送信側へ伝播波形を遡りながら波形歪を補償する方式である。

Back Propagationでは、分散補償機能と非線形補償機能とを組み合わせて１つの非線形補償ステージとしたとき、非線形光学効果による波形歪みを十分に補償するためには、非線形補償ステージの段数を多くする必要がある。

また、分散補償機能は線形歪補償回路によって実現され、非線形補償機能は非線形歪補償回路によって実現され、これらの回路は具体的には回路規模の大きいフィルタ回路により構成される。

以上のことから、Back PropagationをＬＳＩ（large-scale integrated circuit）に実装することを考えると、回路規模・消費電力が莫大になるという問題がある。

この問題に対して非特許文献１には、Filtered Back Propagationと呼ばれる補償方式も記載されている。Filtered Back Propagationは、信号強度から算出される位相回転量にフィルタ処理を施した上で非線形補償に用いることで、非線形補償ステージの段数を削減するものである。

また、非線形補償ステージの段数を更に削減する方式として、Perturbation Back Propagationがある。Perturbation Back Propagationは、上述の信号強度に起因する位相回転のキャンセルに加えて摂動成分に起因する位相回転もキャンセルすることにより、非線形補償ステージを例えば３段まで削減することが可能になる（非特許文献２参照）。

尚、本発明に関連する他の先行技術文献も知られている。

例えば、特許文献１は、短い時間で波長分散を精度よく推定するデジタルコヒーレント光受信器を開示している。特許文献１に開示された光受信器は、コヒーレント受信部、Ａ／Ｄ変換部、発振器、およびデジタル信号処理部を備える。コヒーレント受信部は、２つの偏光ビームスプリッタと、２つの９０°光ハイブリッド回路と、局部光源（ＬＤ）と、４つの受光回路とを備える。デジタル信号処理部は、Ａ／Ｄ変換部から入力されるデジタル信号に対して、光信号の波形歪みを補償する演算を実行する波形歪み補償部と、位相制御データを生成する位相制御部と、位相制御データに従って、サンプリング位相をシフトさせる位相シフト部とを含む。

また、特許文献２は、通信品質を向上させたデジタルコヒーレント受信器を開示している。この特許文献２に開示されたデジタルコヒーレント受信器は、２つの偏光ビームスプリッタと、局部光源と、２つのハイブリッド回路と、４つの光電変換器と、周波数可変発振器と、４つのＡＤＣから成るデジタル変換部と、デジタル信号処理回路と、を備えている。デジタル信号処理回路は、波形歪補償回路と、位相制御回路と、適応等化復調回路と、を備えている。波形歪補償回路は、４つのＡＤＣから出力された信号の波形歪（光伝送路で発生した波形歪）を補償する。位相制御回路は、波形歪補償回路から出力された各信号のデジタル位相補償を行う。位相制御回路は、波形歪補償回路から出力された各信号の位相に基づいて、周波数可変発振器が出力するクロックの周波数を制御する。

さらに、特許文献３は、光フロントエンド部とデジタル電気信号について処理を行なうプロセッサとの間の各チャネルの経路に生じたスキューを補償する光受信装置を開示している。特許文献３に開示された光受信装置（コヒーレント光受信機）は、光ハイブリッド、４つの光電変換部と、４つのトランスインピーダンスアンプと、４つのアナログ／デジタル変換部と、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）とを備える。デジタルシグナルプロセッサは、４つのアナログ／デジタル変換部からのサンプリングデータをそれぞれ受ける４つの位相制御部と、データリカバリ部と、ディシジョン部と、制御量付与部とから構成される。各位相制御部は、対応するアナログ／デジタル変換部からのサンプリングデータについて、制御量付与部から与えられる制御量に基づく位相制御を行なうことにより、サンプリングデータのスキューを補償する。制御量付与部は、位相制御部からの出力に基づき、当該位相制御部での位相制御量を与える。

特開２０１１−１６６６２７号公報 特開２０１１−００９９５６号公報 特開２０１０−１９３２０４号公報

Liang B. Du and Arthur J. Lowery, "Improved single channel backpropagation for intra-channel fiber nonlinearity compensation in long-haul optical communication systems", OPTICCS EXPRESS, Vol. 18, No. 16, pp17075, 2010 Weizhen Yan et al., "Low Complexity Digital Perturbation Back-Propagation", Proc. Conf. ECOC Tu.3.A.2, 2011

ＬＳＩの回路規模・消費電力を削減するために、ステージ数の少ないFiltered Back PropagationまたはPerturbation Back Propagationを実装した場合、非線形歪みの補償精度が低下するという問題があった。

特許文献１は、単に、短い時間で波長分散を精度よく推定するデジタルコヒーレント光受信器を開示しているに過ぎない。特許文献２は、単に、デジタル信号に変換された信号の波形歪を補償し、その波形歪を補償された信号の位相を補償する技術思想を開示しているに過ぎない。特許文献３は、単に各チャネルの経路に生じたスキューを補償する技術思想を開示しているに過ぎない。

本発明の目的は、非線形歪補償の補償精度向上または回路規模削減を実現可能とする信号処理装置及び信号処理方法を提供することにある。

本発明によれば、光通信システムの光受信装置に用いられ、２つの偏波信号を処理する信号処理装置であって、
２つの偏波信号は、偏波多重かつ多値変調された信号光と局所光とを光９０度ハイブリッドを用いて干渉させることにより生成された４つの出力光を、光電変換及びアナログ・デジタル変換することにより生成された４つのデジタル信号から、信号光の２つの偏波成分に対応する信号として生成され、
信号処理装置は、第１の残留波長分散値を持つ２つの前段の偏波信号の信号強度と第１の残留波長分散値より小さい第２の残留波長分散値を持つ２つの入力偏波信号の信号強度とに基づいて算出される位相回転量をキャンセルするように、２つの入力偏波信号それぞれを非線形補償して、２つの非線形補償した偏波信号を出力する非線形補償部を含む信号処理装置が提供される。

本発明によれば、光通信システムの光受信装置に用いられ、２つの偏波信号を処理する信号処理方法であって、
２つの偏波信号は、偏波多重かつ多値変調された信号光と局所光とを光９０度ハイブリッドを用いて干渉させることにより生成された４つの出力光を、光電変換及びアナログ・デジタル変換することにより生成された４つのデジタル信号から、信号光の２つの偏波成分に対応する信号として生成され、
信号処理方法は、第１の残留波長分散値を持つ２つの前段の偏波信号の信号強度と第１の残留波長分散値より小さい第２の残留波長分散値を持つ２つの入力偏波信号の信号強度とに基づいて算出された位相回転量をキャンセルするように、２つの入力偏波信号それぞれを非線形補償して、２つの非線形補償した偏波信号を出力する非線形補償処理を行う、信号処理方法が提供される。

本発明によれば、光通信システムの光受信装置における信号処理において、処理精度を向上し、非線形歪補償回路の回路規模を小さくすることができる。

関連の歪補償部の機能構成を説明するブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの構成を示す図である。 図２に示した光通信システムに使用される光受信装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係わる歪補償部の機能構成を説明するブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係わる非線形補償部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムに使用される光受信装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係わる歪補償部の機能構成を説明するブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係わる非線形補償部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る光通信システムに使用される光受信装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る歪補償部の機能構成を説明するブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る線形補償部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る非線形補償部の機能構成を示すブロック図である。

［関連技術］
本発明について説明する前に、本発明の理解を容易にするために図１を参照して関連技術について説明する。

図１は、関連の歪補償部１０２’の機能構成を説明するブロック図である。歪補償部１０２’には、偏波多重かつ多値変調された信号光と局所光とを光９０度ハイブリッドを用いて干渉させることにより生成された４つの出力光を、光電変換及びアナログ・デジタル変換することにより生成された４つのデジタル信号から、信号光の２つの偏波成分に対応する信号として生成された、第１および第２の偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_１）、Ｅ_ｙ（Ｄ_１）が供給される。

歪補償部１０２’は、線形補償部３０１及び非線形補償部３００’からなる処理ステージを複数段有している。ここでは、初段の線形補償部を３０１−１と記し、初段の非線形補償部を３００’−１と記し、第２段の線形補償部を３０１−２と記し、第２段の非線形補償部を３００’−２と記して、区別して示している。また、残留波長分散値をＤ_１、Ｄ_２、Ｄ_３で示し、ここでは、Ｄ_１＞Ｄ_２＞Ｄ_３の関係があるとする。

したがって、歪補償部１０２’には、残留波長分散値がＤ_１の第１および第２の偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_１）、Ｅ_ｙ（Ｄ_１）が供給される。

なお、処理ステージの数が少ない場合（例えば５ステージ以下）、歪補償部１０２’の最終段は、線形補償部３０１であるのが好ましい。ただし処理ステージの数が例えば１０段以上の場合は、歪補償部１０２’の最終段は線形補償部３０１でなくても良い。

各線形補償部３０１−ｉ（ｉ＝１，２、・・・）は、光信号が伝送経路３０（図２）で受けた線形効果を補償する。各線形補償部３０１−ｉは、例えば、図示はしないが、ＦＦＴ （Fast Fourier Transform)部、フィルタ部、及びＩＦＦＴ （Inverse Fast Fourier Transform)部を備えている。ＦＦＴ部は入力された信号をＦＦＴにより周波数領域の信号データに変換する。フィルタ部は、光信号が伝送路中で受けた波長分散の効果を補償するためのフィルタ係数を用いて、信号データにフィルタ処理を行うことにより、波長分散補償を実施する。ＩＦＦＴ部は、フィルタ処理された信号をＩＦＦＴ演算する。

各非線形補償部３００’−ｉは、光信号が伝送経路３０（図２）で受けた非線形効果を補償する。

図示の歪補償部１０２’は、初段の線形補償部３０１−１と、初段の非線形補償部３００’−１と、第２段の線形補償部３０１−２と、第２段の非線形補償部３００’−２とを含む。

初段の線形補償部３０１−１は、残留波長分散値がＤ_１の第１および第２の偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_１）、Ｅ_ｙ（Ｄ_１）を線形補償して、残留波長分散値がＤ_２の第１および第２の線形補償した偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２）を出力する。

初段の非線形補償部３００’−１は、残留波長分散値がＤ_２の第１および第２の線形補償した偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２）を非線形補償して、残留波長分散値がＤ_２の第１および第２の非線形補償した偏波信号Ｅ’_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ’_ｙ（Ｄ_２）を出力する。

第２段の線形補償部３０１−２は、残留波長分散値がＤ_２の第１および第２の非線形補償した偏波信号Ｅ’_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ’_ｙ（Ｄ_２）を線形補償して、残留波長分散値がＤ_３の第１および第２の線形補償した偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_３）、Ｅ_ｙ（Ｄ_３）を出力する。

第２段の非線形補償部３００’−２は、残留波長分散値がＤ_３の第１および第２の線形補償した偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_３）、Ｅ_ｙ（Ｄ_３）を非線形補償して、残留波長分散値がＤ_３の第１および第２の非線形補償した偏波信号Ｅ’_ｘ（Ｄ_３）、Ｅ’_ｙ（Ｄ_３）を出力する。

このように関連の歪補償部１０２’においては、各非線形補償部３００’−ｉは、同じ残留波長分散値をもつ２つの入力偏波信号のみを用いて位相回転量を算出し、その算出された位相回転量をキャンセルするように、当該２つの入力偏波信号を非線形補償している。その結果、位相回転量を高精度に算出することができず、ステージ数を削減することができない。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。本実施形態に係る光通信システムは、光送信装置１０及び光受信装置２０を備えている。光送信装置１０及び光受信装置２０は、伝送経路３０を介して互いに接続されている。伝送経路３０は、光ファイバなどを用いて構成されている。この光通信システムは、例えばＱＡＭ方式で通信を行うシステムである。

光送信装置１０は、送信すべき複数の信号を用いて搬送波を変調することにより、偏波多重された光信号（信号光）を生成する。生成された光信号（信号光）は、伝送経路３０を介して光受信装置２０に送信される。光受信装置２０は、受信した光信号（信号光）を復調する。光信号（信号光）は伝送経路３０を伝播する際、波長分散による線形効果と、非線形光学効果による非線形効果とを受ける。光受信装置２０は、これらの効果を補償するための処理も行う。

図３は、光受信装置２０の機能構成を示すブロック図である。光受信装置２０は、局所光源（ＬＯ）２１０、光９０度ハイブリッド２２０、光電変換部（Ｏ／Ｅ）２３０、ＡＤ変換部（ＡＤＣ）２４０、および信号処理プロセッサ（信号処理装置）１００を備えている。

光９０度ハイブリッド２２０には、伝送経路３０からの光信号（信号光）と、局所光源２１０からの局所光とが入力される。光信号（信号光）は、互いに直交する２つの偏波成分に各々データを持つ光信号（信号光）である。光９０度ハイブリッド２２０は、局所光を用いて、光信号（信号光）を受信し、４チャンネルの光信号として出力する。即ち、光９０度ハイブリッド２２０は、偏波多重を適用した光位相変調光をデモジュテートするための光コヒーレントミキサである。

詳述すると、光９０度ハイブリッド２２０は、光信号（信号光）と局所光とを位相差０で干渉させて第１光信号（Ｉ_ｘ）を生成し、光信号（信号光）と局所光とを位相差π／２で干渉させて第２光信号（Ｑ_ｘ）を生成する。また光９０度ハイブリッド２２０は、光信号（信号光）と局所光とを位相差０で干渉させて第３光信号（Ｉ_ｙ）を生成し、光信号（信号光）と局所光とを位相差π／２で干渉させて第４光信号（Ｑ_ｙ）を生成する。

第１光信号（Ｉ_ｘ）はＸ偏波成分についての同相信号（Ｉ信号）であり、第２光信号（Ｑ_ｘ）はＸ偏波成分についての直交信号（Ｑ信号）であり、第３光信号（Ｉ_ｙ）はＹ偏波成分についての同相信号（Ｉ信号）であり、第４光信号（Ｑ_ｙ）はＹ偏波成分についての直交信号（Ｑ信号）である。第１光信号及び第２光信号は、一組の信号を形成し、また第３光信号及び第４光信号も、一組の信号を形成する。

光電変換部２３０は、光９０度ハイブリッド２２０が生成した４つの光信号（出力光）を光電変換して、４つのアナログ信号を生成する。

ＡＤ変換部２４０は、光電変換部２３０が生成した４つのアナログ信号を、それぞれ４つのデジタル信号に変換（アナログ・デジタル変換）する。

信号処理プロセッサ（信号処理装置）１００は、ＡＤ変換部２４０が生成した４つのデジタル信号を処理することにより、光信号を復調した復調信号を生成する。信号処理プロセッサ（信号処理装置）１００は、例えば、信号処理プログラムを実行するデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）により実現される。

この技術分野において周知のように、ＤＳＰは、データを格納するデータメモリと、プログラムを格納するプログラムメモリと、データメモリにデータバスを介して接続されたＡＬＵ（arithmetic and logic unit）およびＭＡＣ（multiply and accumulator）を含む演算処理部と、プログラムメモリにプログラムバスを介して接続されたコントローラとを備える。コントローラは、プログラムに書かれた命令に従って、ＤＳＰ全体の動きを制御する。

具体的には、信号処理プロセッサ（信号処理装置）１００は、偏波信号生成部１１０、歪補償部１０２、偏波分離部１０４、及び復調部１０６を備えている。

偏波信号生成部１１０は第１および第２の加算部１１２、１１４を備えている。第１の加算部１１２は、第１光信号（Ｉ_ｘ）から生成されたデジタル信号と第２光信号（Ｑ_ｘ）から生成されたデジタル信号とを加算処理することにより、第１の偏波信号（Ｅ_ｘ）を生成する。第２の加算部１１４は、第３光信号（Ｉ_ｙ）から生成されたデジタル信号と第４光信号（Ｑ_ｙ）から生成されたデジタル信号とを加算処理することにより、第２の偏波信号（Ｅ_ｙ）を生成する。具体的には、第１および第２の偏波信号Ｅ_ｘおよびＥ_ｙは、以下の数１，数２に従っている。

ここで、ｊは虚数（√−１）を示す。

歪補償部１０２は、光信号が伝送経路３０を伝播する際に受けた線形効果及び非線形効果を補償するための処理を行う。

偏波分離部１０４は、偏波ごとにフィルタ演算を行う。復調部１０６は、光信号（信号光）と局所光との間の周波数差および位相差を補償することにより、送信されてきた信号を復調する。

上述したように信号処理装置１００は動作するが、本実施形態では、このような動作を上記ＤＳＰで実現している。例えば、上記動作を行なう信号処理プログラムをプログラムメモリに格納しておき、それをＤＳＰによって実行することによって、信号処理装置１００を実現することができる。

尚、本実施形態では、信号処理装置１００を１つのＤＳＰで実現しているが、偏波信号生成部１１０、歪補償部１０２、偏波分離部１０４、及び復調部１０６を、それぞれ、別々の独立の４つのＤＳＰで実現してもよいのは勿論である。

図４は、本発明の第１の実施形態に係わる歪補償部１０２の機能構成を説明するブロック図である。図４に示す歪補償部１０２は、前段の各線形補償部３０１の入力信号が各非線形補償部３００にも入力されている点において、関連の歪補償部１０２’（図１）の構成と異なる。

図示の歪補償部１０２は、初段の線形補償部３０１−１と、初段の非線形補償部３００−１と、第２段の線形補償部３０１−２と、第２段の非線形補償部３００−２とを含む。各段の線形補償部３０１−ｉ（ｉ＝１，２、・・・）は同じ構成をしており、各段の非線形補償部３００−ｉも同じ構成をしている。

図５は、初段の非線形補償部３００−１の機能構成を示すブロック図である。初段の非線形補償部３００−１は補償部３５０を備えている。補償部３５０は、残留波長分散値がＤ_１である２つの前段の偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_１）、Ｅ_ｙ（Ｄ_１）の信号強度と残留波長分散値がＤ_２（ここでは一例としてＤ_１＞Ｄ_２として説明する）である２つの入力偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２）の信号強度とに基づいて算出される位相回転量をキャンセルするように、残留波長分散値がＤ_２である２つの入力偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２）それぞれを非線形補償する。

具体的には、補償部３５０は、強度算出部３０２、位相変調部３０６を備えている。強度算出部３０２は、４つの偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_１）、Ｅ_ｙ（Ｄ_１）、Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２）に基づいて位相回転量を算出する。位相変調部３０６は位相回転量を用いることにより係数を算出する。上記係数は２つの入力偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２）における位相回転量をキャンセルするための係数である。第１および第２の乗算部３１０−１、３１０−２は、第１および第２の遅延部３０８−１、３０８−２によって遅延された後の２つの入力偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_２）およびＥ_ｙ（Ｄ_２）に上記係数を乗算して、２つの非線形補償した偏波信号Ｅ’_ｘ（Ｄ_２）およびＥ’_ｙ（Ｄ_２）を出力する。なお、第１および第２の遅延部３０８−１、３０８−２は、２つの入力偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２）を係数の算出タイミングに同期させるために設けられている。

強度算出部３０２は、以下の数３に従って、位相回転量θを算出する。

また、位相変調部３０６は係数exp（-jθ)を計算する。

本発明の第１の実施形態によれば、４つの偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_１）、Ｅ_ｙ（Ｄ_１）、Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２）に基づいて位相回転量θを高精度に算出できるため、歪補償部１０２のステージ数削減、すなわち回路規模および消費電力の削減を実現可能である。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る光通信システムは、光受信装置が後述するように変更されている点を除いて、同様の構成を有し動作をする。したがって、光受信装置に２０Ａの参照符号を付してある。

図６は、光受信装置２０Ａの構成を示すブロック図である。光受信装置２０Ａは、信号処理プロセッサ（信号処理装置）が後述するように変更されている点を除いて、図３に示す光受信装置２０と同様の構成を有し動作をする。従って、信号処理プロセッサ（信号処理装置）に１００Ａの参照符号を付してある。

信号処理プロセッサ（信号処理装置）１００Ａは、歪補償部が後述するように変更されている点を除いて、図３に示した信号処理プロセッサ（信号処理装置）１００と同様の構成を有し動作をする。従って、歪補償部に１０２Ａの参照符号を付してある。

図７は、歪補償部１０２Ａの構成を示すブロック図である。歪補償部１０２Ａは、非線形補償部の構成が後述するように変更されている点を除いて、図４に示す歪補償部１０２と同様の構成を有し動作をする。従って、非線形補償部に３００Ａの参照符号を付してある。後述するように、非線形補償部３００Ａでは、非線形補償部３００の強度算出部３０２により算出された位相回転量にフィルタ処理を実施する。

すなわち、歪補償部１０２Ａは、初段の線形補償部３０１−１と、初段の非線形補償部３００Ａ−１と、第２段の線形補償部３０１−２と、第２段の非線形補償部３００Ａ−２とを含む。各段の非線形補償部３００Ａ−ｉは同じ構成をしている。

図８は、本第２の実施形態に係る初段の非線形補償部３００Ａ−１の機能構成を示すブロック図である。図示の初段の非線形補償部３００Ａ−１は、図５に示す初段の非線形補償部３００−１に対して、更にフィルタ部３０４を備えている。すなわち、補償部３５０Ａは、強度算出部３０２、フィルタ部３０４、及び位相変調部３０６を備えている。

フィルタ部３０４は、強度算出部３０２が算出した位相回転量θに、位相回転量θに対してフィルタ処理を実施するための第１の係数ｈ（ｎ）を乗じることにより、フィルタ処理した位相回転量θ’を算出する。ここでｎはフィルタタップ数である。

位相変調部３０６及び第１、第２の乗算部３１０−１、３１０−２は位相回転量θではなくフィルタ処理した位相回転量θ’を用いて第１の実施形態と同様の処理を行う。すなわち、位相変調部３０６は第２の係数exp（-jθ’)を計算する。

本第２の実施形態のフィルタ処理により各非線形補償部３００Ａによる波形歪み補償の効果を向上させることができる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る光通信システムは、光受信装置が後述するように変更されている点を除いて、同様の構成を有し動作をする。したがって、光受信装置に２０Ｂの参照符号を付してある。

図９は、第３の実施形態に係る光受信装置２０Ｂの構成を示すブロック図である。光受信装置２０Ｂは、信号処理プロセッサ（信号処理装置）の構成が後述するように変更されている点を除いて、図３に示す光受信装置２０と同様の構成を有し動作をする。従って、信号処理プロセッサ（信号処理装置）に１００Ｂの参照符号を付してある。

信号処理プロセッサ（信号処理装置）１００Ｂは、歪補償部の構成が後述するように変更されている点を除いて、図３に示した信号処理プロセッサ（信号処理装置）１００と同様の構成を有し動作をする。従って、歪補償部に１０２Ｂの参照符号を付してある。

図１０は、第３の実施形態に係る歪補償部１０２Ｂの機能構成を示すブロック図である。歪補償部１０２Ｂは、線形補償部の構成が後述するように変更されている点を除いて、図４に示す歪補償部１０２と同様の構成を有し動作をする。従って、線形補償部に３０１Ａの参照符号を付してある。

本発明の第３の実施形態に係る光通信システムでは、非線形補償部３００が、前段の線形補償部３０１Ａにより算出された異なる波長分散値の複数の偏波信号を用いて非線形補償を実施する。

すなわち、図示の歪補償部１０２Ｂでは、前段の線形補償部３０１Ａで計算された波長分散値の異なる複数の偏波信号が非線形補償部３００に入力される。

歪補償部１０２Ｂは、初段の線形補償部３０１Ａ−１と、初段の非線形補償部３００−１と、第２段の線形補償部３０１Ａ−２と、第２段の非線形補償部３００−２とを含む。各段の線形補償部３０１Ａ−ｉは同じ構成をしている。

図１１は、第３の実施形態に係る初段の線形補償部３０１Ａ−１の機能構成を示すブロック図である。図示の初段の線形補償部３０１Ａ−１は、２つのＦＦＴ部３１４と、４つの分散補償部３１６と、４つのＩＦＦＴ部３１８とを備えている。入力された偏波信号Ｅ_ｘ（Ｄ_１）およびＥ_ｙ（Ｄ_１）は、それぞれＦＦＴ部３１４により周波数領域信号に変換された後２分岐され、それぞれ分散補償部３１６により異なる値の波長分散が補償されて、ＩＦＦＴ部３１８により時間領域信号に逆変換される。以上の処理により、初段の線形補償部３０１Ａ−１は、Ｅ_ｘ（Ｄ’_１）、Ｅ_ｙ（Ｄ’_１）、Ｅ_ｘ（Ｄ_２）、Ｅ_ｙ（Ｄ_２） （ここではＤ_１＞Ｄ’_１＞Ｄ_２とする）の４つの偏波信号を初段の非線形歪補償部３００−１に入力する。

ここで、Ｅ_ｘ（Ｄ’_１）およびＥ_ｙ（Ｄ’_１）は２つの前段の偏波信号と呼ばれ、Ｅ_ｘ（Ｄ_２）およびＥ_ｙ（Ｄ_２）は２つの入力偏波信号と呼ばれる。

図１２は第３の実施形態における初段の非線形補償部３００−１の機能構成を示すブロック図である。

図示の初段の非線形補償部３００−１は、Ｅ_ｘ（Ｄ_１）およびＥ_ｙ（Ｄ_１）の代わりにＥ_ｘ（Ｄ’_１）およびＥ_ｙ（Ｄ’_１）が初段の非線形補償部３００−１に入力される点を除いて、図５に示す第１の実施形態の初段の非線形補償部３００−１と同様である。

任意の残留分散値の偏波信号を用いることにより各非線形補償部３００による波形歪み補償の効果を向上させることができる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明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。

１０ 光送信装置
２０、２０Ａ、２０Ｂ 光受信装置
３０ 伝送経路
１００、１００Ａ、１００Ｂ 信号処理プロセッサ（信号処理装置）
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ 歪補償部
１０４ 偏波分離部
１０６ 復調部
１１０ 偏波信号生成部
１１２、１１４ 加算部
２１０ 局所光源（ＬＯ）
２２０ 光９０度ハイブリッド
２３０ 光電変換部（Ｏ／Ｅ）
２４０ ＡＤ変換部（ＡＤＣ）
３００−１、３００−２ 非線形補償部
３００Ａ−１、３００Ａ−２ 非線形補償部
３０１−１、３０１−２ 線形補償部
３０１Ａ−１、３０１Ａ−２ 線形補償部
３０２ 強度算出部
３０４ フィルタ部
３０６ 位相変調部
３０８−１、３０８−２ 遅延部
３１０−１、３１０−２ 乗算部
３１４ ＦＦＴ部
３１６ 分散補償部
３１８ ＩＦＦＴ部
３５０、３５０Ａ 補償部

Claims (23)

1. 光通信システムの光受信装置に用いられ、２つの偏波信号を処理する信号処理装置であって、
   前記２つの偏波信号は、偏波多重かつ多値変調された信号光と局所光とを光９０度ハイブリッドを用いて干渉させることにより生成された４つの出力光を、光電変換及びアナログ・デジタル変換することにより生成された４つのデジタル信号から、前記信号光の２つの偏波成分に対応する信号として生成され、
   前記信号処理装置は、第１の残留波長分散値を持つ２つの前段の偏波信号の信号強度と前記第１の残留波長分散値より小さい第２の残留波長分散値を持つ２つの入力偏波信号の信号強度とに基づいて算出された位相回転量をキャンセルするように、前記２つの入力偏波信号それぞれを非線形補償して、２つの非線形補償した偏波信号を出力する非線形補償部を含む信号処理装置。
2. 前記非線形補償部は、
   前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とに基づいて前記位相回転量を算出する強度算出部と、
   前記位相回転量を用いることにより、前記２つの入力偏波信号における前記位相回転量をキャンセルするための係数を算出する位相変調部と、
   前記２つの入力偏波信号に前記係数を乗算して、前記２つの非線形補償した偏波信号を出力する乗算部と、
   を備える請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記非線形補償部は、
   前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とに基づいて前記位相回転量を算出する強度算出部と、
   前記位相回転量に、前記位相回転量を時間平均するための第１の係数を乗じて、フィルタ処理した位相回転量を出力するフィルタ部と、
   前記フィルタ処理した位相回転量を用いることにより、前記２つの入力偏波信号における前記位相回転量をキャンセルするための第２の係数を算出する位相変調部と、
   前記２つの入力偏波信号に前記第２の係数を乗算して、前記２つの非線形補償した偏波信号を出力する乗算部と、
   を備える請求項１に記載の信号処理装置。
4. 前記非線形補償部より前に設けられ、前記信号光が伝送経路で受けた線形効果を補償する線形補償部を更に備える、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の信号処理装置。
5. 前記線形補償部は、前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とを前記非線形補償部に供給する、ことを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
6. 前記４つのデジタル信号から前記２つの偏波信号を生成する偏波信号生成部を更に含む、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の信号処理装置。
7. 前記偏波多重かつ多値変調された信号光と前記局所光とを干渉させることにより前記４つの出力光を生成する前記光９０度ハイブリッドと、
   前記４つの出力光を光電変換して４つのアナログ信号を生成する光電変換部と、
   前記４つのアナログ信号をアナログ・デジタル変換して前記４つのデジタル信号を生成するＡＤ変換部と、
   請求項６に記載の信号処理装置と、
   を備える光受信装置。
8. 送信すべき複数の信号を用いて搬送波を変調することにより、前記偏波多重かつ多値変調された信号光を生成して送信する光送信装置と、
   請求項７に記載の光受信装置と、
   を備えた光通信システム。
9. 光通信システムの光受信装置に用いられ、２つの偏波信号を処理する信号処理方法であって、
   前記２つの偏波信号は、偏波多重かつ多値変調された信号光と局所光とを光９０度ハイブリッドを用いて干渉させることにより生成された４つの出力光を、光電変換及びアナログ・デジタル変換することにより生成された４つのデジタル信号から、前記信号光の２つの偏波成分に対応する信号として生成され、
   前記信号処理方法は、第１の残留波長分散値を持つ２つの前段の偏波信号の信号強度と前記第１の残留波長分散値より小さい第２の残留波長分散値を持つ２つの入力偏波信号の信号強度とに基づいて算出された位相回転量をキャンセルするように、前記２つの入力偏波信号それぞれを非線形補償して、２つの非線形補償した偏波信号を出力する非線形補償処理を行う、信号処理方法。
10. 前記非線形補償処理は、
    前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とに基づいて前記位相回転量を算出する強度算出処理と、
    前記位相回転量を用いることにより、前記２つの入力偏波信号における前記位相回転量をキャンセルするための係数を算出する位相変調処理と、
    前記２つの入力偏波信号に前記係数を乗算して、前記２つの非線形補償した偏波信号を出力する乗算処理と、
    を備える請求項９に記載の信号処理方法。
11. 前記非線形補償処理は、
    前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とに基づいて前記位相回転量を算出する強度算出処理と、
    前記位相回転量に第１の係数を乗じて、フィルタ処理した位相回転量を出力するフィルタ処理と
    前記フィルタ処理した位相回転量を用いることにより、前記２つの入力偏波信号における前記位相回転量をキャンセルするための第２の係数を算出する位相変調処理と、
    前記２つの入力偏波信号に前記第２の係数を乗算して、前記２つの非線形補償した偏波信号を出力する乗算処理と、
    を備える請求項９に記載の信号処理方法。
12. 前記非線形補償処理より前に設けられ、前記信号光が伝送経路で受けた線形効果を補償する線形補償処理を更に備える、請求項９乃至１１のいずれか１つに記載の信号処理方法。
13. 前記線形補償処理は、前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とを前記非線形補償処理に供給することを特徴とする請求項１２に記載の信号処理方法。
14. 光通信システムの光受信装置に用いられる信号処理プロセッサに、２つの偏波信号を処理させる信号処理プログラムであって、
    前記２つの偏波信号は、偏波多重かつ多値変調された信号光と局所光とを光９０度ハイブリッドを用いて干渉させることにより生成された４つの出力光を、光電変換及びアナログ・デジタル変換することにより生成された４つのデジタル信号から、前記信号光の２つの偏波成分に対応する信号として生成され、
    前記信号処理プログラムは、前記信号処理プロセッサに、第１の残留波長分散値を持つ２つの前段の偏波信号の信号強度と前記第１の残留波長分散値より小さい第２の残留波長分散値を持つ２つの入力偏波信号の信号強度とに基づいて算出された位相回転量をキャンセルするように、前記２つの入力偏波信号それぞれを非線形補償して、２つの非線形補償した偏波信号を出力する非線形補償手順を実行させるための信号処理プログラム。
15. 前記非線形補償手順は、前記信号処理プロセッサに、
    前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とに基づいて前記位相回転量を算出する強度算出手順と、
    前記位相回転量を用いることにより、前記２つの入力偏波信号における前記位相回転量をキャンセルするための係数を算出する位相変調手順と、
    前記２つの入力偏波信号に前記係数を乗算して、前記２つの非線形補償した偏波信号を出力する乗算手順と、
    を実行させる請求項１４に記載の信号処理プログラム。
16. 前記非線形補償手順は、前記信号処理プロセッサに、
    前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とに基づいて前記位相回転量を算出する強度算出手順と、
    前記位相回転量に第１の係数を乗じて、フィルタ処理した位相回転量を出力するフィルタ手順と
    前記フィルタ処理した位相回転量を用いることにより、前記２つの入力偏波信号における前記位相回転量をキャンセルするための第２の係数を算出する位相変調手順と、
    前記２つの入力偏波信号に前記第２の係数を乗算して、前記２つの非線形補償した偏波信号を出力する乗算手順と、
    を実行させる請求項１４に記載の信号処理プログラム。
17. 前記信号処理プロセッサに、前記非線形補償手順より前に、前記信号光が伝送経路で受けた線形効果を補償する線形補償手順を更に実行させる、請求項１４乃至１６のいずれか１つに記載の信号処理プログラム。
18. 前記線形補償手順は、前記信号処理プロセッサに、前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とを前記非線形補償手順に供給させることを特徴とする請求項１７に記載の信号処理プログラム。
19. 光通信システムの光受信装置に用いられ、２つの偏波信号を処理する信号処理装置であって、
    前記２つの偏波信号は、偏波多重かつ多値変調された信号光と局所光とを光９０度ハイブリッドを用いて干渉させることにより生成された４つの出力光を、光電変換及びアナログ・デジタル変換することにより生成された４つのデジタル信号から、前記信号光の２つの偏波成分に対応する信号として生成され、
    前記信号処理装置は、前記信号光が伝送経路で受けた線形効果を補償する線形補償部と、前記信号光が前記伝送経路で受けた非線形効果を補償する非線形補償部とが、多段に縦続接続された構成を有する歪補償部を備え、
    各段の非線形補償部は、第１の残留波長分散値を持つ２つの前段の偏波信号の信号強度と前記第１の残留波長分散値より小さい第２の残留波長分散値を持つ２つの入力偏波信号の信号強度とに基づいて算出された位相回転量をキャンセルするように、前記２つの入力偏波信号それぞれを非線形補償して、２つの非線形補償した偏波信号を出力することを特徴とする信号処理装置。
20. 各段の非線形補償部は、
    前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とに基づいて前記位相回転量を算出する強度算出部と、
    前記位相回転量を用いることにより、前記２つの入力偏波信号における前記位相回転量をキャンセルするための係数を算出する位相変調部と、
    前記２つの入力偏波信号に前記係数を乗算して、前記２つの非線形補償した偏波信号を出力する乗算部と、
    を備える請求項１９に記載の信号処理装置。
21. 各段の非線形補償部は、
    前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とに基づいて前記位相回転量を算出する強度算出部と、
    前記位相回転量に、前記位相回転量を時間平均するための第１の係数を乗じて、フィルタ処理した位相回転量を出力するフィルタ部と、
    前記フィルタ処理した位相回転量を用いることにより、前記２つの入力偏波信号における前記位相回転量をキャンセルするための第２の係数を算出する位相変調部と、
    前記２つの入力偏波信号に前記第２の係数を乗算して、前記２つの非線形補償した偏波信号を出力する乗算部と、
    を備える請求項１９に記載の信号処理装置。
22. 各段の線形補償部は、前記２つの前段の偏波信号と前記２つの入力偏波信号とを後段の非線形補償部に供給する、ことを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか１つに記載の信号処理装置。
23. 前記４つのデジタル信号から前記２つの偏波信号を生成する偏波信号生成部を更に含む、請求項１９乃至２２のいずれか１つに記載の信号処理装置。

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