JP2015056753A - 非線形歪み補償装置及び方法並びに光受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】信号の受信側において、非線形歪みを補償するための計算の複雑さを低減し、非線形歪みの補償能力を向上する。
【解決手段】受信光信号の搬送波の位相を復元する搬送波位相復元部４４にて搬送波が復元された後の信号情報に基づいて、前記受信光信号に生じた非線形歪みを計算する非線形歪み演算部６２と、非線形歪み演算部６２で得られた非線形歪みに基づいて、前記受信光信号の非線形歪みを補償する非線形補償部６３と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、非線形歪み補償装置及び方法並びに光受信器に関する。

通信システムにおいて、送受信器において信号に対しデジタル信号処理を行ない、信号品質の向上を図る技術が一般的になりつつある。デジタル信号処理による信号品質の改善技術は無線通信では古くから実用化されているが、光通信分野でも、近年、送受信器にデジタル信号処理回路を備えたデジタルコヒーレント通信システムの研究が行なわれている。

デジタル信号処理では、通信装置に用いられるデバイスの不完全性や伝送路での信号劣化の補償などを行なう。例えば下記の特許文献１や特許文献４には、送信側でのデジタル信号処理により、信号の振幅、周波数、偏波などを制御することが記載されている。

ここで、デジタル信号処理による補償対象としては、増幅器（アンプ）などの送受信デバイス特性の非線形性や、伝送路の非線形特性などが挙げられる。送受信デバイス特性の非線形性については、無線通信分野及び光通信分野に共通の補償対象である。これに対し、伝送路、特に光伝送路を成す光ファイバの非線形特性や波長分散特性については、光通信分野に特有の補償対象である。

光ファイバの波長分散特性を送信側で予等化する技術の１つに、下記の特許文献３に記載された技術が知られている。一方、光ファイバの非線形特性による信号劣化を補償する技術の１つに、下記の特許文献２に記載された技術が知られている。

通信容量を増やすための手段の１つに、変調方式の多値度を上げることが考えられる。しかし、多値度を上げるほど、より高い信号対雑音比（ＳＮＲ）が要求される。ＳＮＲは、伝送路である光ファイバへ入力する信号のパワーを増加することにより改善する。しかし、光ファイバの非線形特性のため、入力信号パワーを増加するほど非線形歪みによる信号劣化が顕著に表れる。

このような課題に対し、特許文献２には、送信側のデジタル信号処理により、非線形歪みを補償（予等化）する技術が記載されている。特許文献２によれば、光ファイバ中の偏波多重光信号の伝搬は、Manakov方程式により、以下の式（Ａ）でモデル化される。

なお、式（Ａ）において、u_H(t,z)及びu_V(t,z)は、それぞれ、時間t、位置zでの水平偏波及び垂直偏波の信号の電界成分を表す。また、α(z)，β₂(z)，γ(z)は、それぞれ、位置zでのファイバの減数係数、分散係数、非線形係数を表す。

非線形歪みは、上記式（Ａ）で表される微分方程式を解くことにより求められるが、解析的に解を求めるには複雑なため、非線形補償のためには近似を用いて求めた非線形歪みが用いられる。

特許文献２に記載の技術では、式（Ａ）で表されるManakov方程式を、摂動理論を用いて解析し、送信側で非線形歪みの補償を行なう。すなわち、k番目のシンボルの位置Lでの水平偏波（Ｈ偏波）成分及び垂直偏波（Ｖ偏波成分）の非線形伝搬の解u_H(t=kT,z=L)及びu_V(t=kT,z=L)を以下の式（Ｂ）で表して解析する。
u_H(kT,L)＝u_H(kT,0)＋Δu_H(k)
u_V(kT,L)＝u_V(kT,0)＋Δu_V(k)
・・・（Ｂ）
ここで、u_H(kT,0)／u_V(kT,0)はＨ／Ｖ偏波成分の位置z=0での電界を表し、Δu_H(k)／Δu_V(k)はＨ／Ｖ偏波成分の非線形効果による摂動項を表す。

Ｈ／Ｖ偏波成分のk番目のシンボルの信号を振幅A_k ^H/Vのパルスと考えると、次の式（Ｃ）が得られる。
なお、m,nは整数である。p(z)は位置zでの信号パワーを表し、s(z)は位置zに伝搬するために累積された伝送路での総分散値を表し、τはパルスの半値幅、Ｔはパルス周期を表す。上記の式（Ｃ）からわかるように、Ｈ／Ｖ偏波成分の非線形効果による摂動項は、３つの振幅A_k ^H/Vの積の和で表される。また、C(m,n,z=L)は、あるn,mの組み合わせでの振幅の積が非線形歪みとなる度合いを表す係数で、摂動解析により求められる。

特開２０１２−１２００１０号公報 特開２０１２−０７５０９７号公報 特開２００８−２１１４９３号公報 特開２００９−２７８６１３号公報

信号処理回路では、取り扱う信号が複雑であるほど要求されるビット精度が高くなり、信号処理回路の規模が膨大になる。受信側の信号処理回路で扱う信号は伝送路や送受信デバイスで発生する雑音や歪みを含むため、多ビットのデジタル信号として取り扱われる。そのため、非線形歪みの演算が複雑になる。

本発明の目的の１つは、信号の受信側において、非線形歪みを補償するための計算の複雑さを低減し、非線形歪みの補償能力を向上できるようにすることにある。

本発明の一態様は、受信光信号の搬送波の位相を復元する搬送波位相復元部にて搬送波が復元された後の信号情報に基づいて、前記受信光信号に生じた非線形歪みを計算する非線形歪み演算部と、前記非線形歪み演算部で得られた非線形歪みに基づいて、前記受信光信号の非線形歪みを補償する非線形補償部と、を備える。

非線形歪みを補償するための計算の複雑さを低減し、非線形歪みの補償能力を向上できる。

一実施形態に係る光通信システムの一例を示すブロック図である。 図１に例示する光送信器の構成例を示すブロック図である。 図１に例示する光受信器の構成例を示すブロック図である。 図３に例示するＤＳＰにより実現される機能構成例を示すブロック図である。 図４に例示する非線形等化部の構成例を示すブロック図である。 図４に例示する非線形等化部の構成例を示すブロック図である。 図４に例示する非線形等化部の動作例を説明するフローチャートである。 図５〜図７に例示する識別部の動作例（識別手法１−１）を説明するフローチャートである。 識別手法１−１において識別部に入力される信号と当該識別部から出力される信号とを複素平面（ＩＱ平面）において示す図である。 識別手法１−１において識別部に入力される信号と識別部から出力される信号とのＩＱ平面での関係を示す図である。 図５〜図７に例示する識別部の構成例（識別手法１−２）を示すブロック図である。 図１１に例示する識別部の動作例を説明するフローチャートである。 図５〜図７に例示する識別部の構成例（識別手法２）を示すブロック図である。 図１３に例示する識別部の動作例を説明するフローチャートである。 図５〜図７に例示する識別部の構成例（識別手法３）を示すブロック図である。 図１５に例示する識別部の動作例を説明するフローチャートである。 図５〜図７に例示する識別部の構成例（識別手法４）を示すブロック図である。 図１７に例示する識別部の動作例を説明するフローチャートである。 図５〜図７に例示する識別部の動作例（識別手法５）を説明するフローチャートである。 識別手法５において識別部に入力される信号と当該識別部から出力される信号とをＩＱ平面において示す図である。 識別手法５において識別部に入力される信号と識別部から出力される信号とのＩＱ平面での関係を示す図である。 図４〜図２１に例示する非線形等化の伝送シミュレーション結果の一例を示す図である。 図４に例示する構成の第１変形例を示すブロック図である。 図４に例示する構成の第２変形例を示すブロック図である。 図４に例示する構成の第３変形例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。なお、以下の実施形態で用いる図面において、同一符号を付した部分は、特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を表す。

図１は、一実施形態に係る光通信システムの一例を示すブロック図である。図１に示す光通信システム１は、例えば、波長多重（ＷＤＭ）光を伝送するＷＤＭ光伝送システムである。ＷＤＭ光伝送システム１は、例示的に、波長多重（ＷＤＭ）光送信装置１０と、光ファイバを用いた光伝送路５０と、ＷＤＭ光受信装置９０と、を備える。

ＷＤＭ光送信装置１０は、複数の波長（チャネル）の光信号を波長多重したＷＤＭ光信号を光伝送路５０へ送信し、ＷＤＭ光受信装置９０は、光伝送路５０を伝送されてくるＷＤＭ光信号を波長毎に分離して受信する。ＷＤＭ光送信装置１０及びＷＤＭ光受信装置９０は、通信装置の一例である。

光伝送路５０には、ＷＤＭ光送信装置１０からＷＤＭ光受信装置９０へのＷＤＭ光信号の伝送距離に応じて、１又は複数の光増幅器３０や１又は複数の中継器７０を設けることができる。

ＷＤＭ光送信装置１０は、例示的に、波長毎の光送信器１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、各光送信器１１−１〜１１−Ｎが送信する光信号を波長多重（合波）してＷＤＭ光信号を出力する合波器１２と、を備える。

一方、ＷＤＭ光受信装置９０は、例示的に、光伝送路５０から受信されるＷＤＭ光信号を波長毎の光信号に分離する分波器９１と、分波器９１で分離された各波長の光信号を受信する光受信器９２−１〜９２−Ｎと、を備える。

光送信器１１−１〜１１−Ｎは、単一偏波の信号を送信する光送信器でもよいし、偏波多重信号を送信する光送信器でもよい。後者の偏波多重信号送信器の構成例を図２に示す。図２に例示する偏波多重信号送信器は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１１１、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１１２、光源（レーザダイオード：ＬＤ）１１３、ビームスプリッタ（ＢＳ）１１４、Ｈ偏波及びＶ偏波用のＩＱ変調器１１５Ａ及び１１５Ｂ、並びに、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）１１６を備える。

ＤＳＰ１１１は、送信データ信号に対して後述する非線形予等化などの所要のデジタル信号処理を施す。なお、ＤＳＰ１１１は、演算処理回路の一例であり、演算処理回路は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）や、大規模集積回路（ＬＳＩ）を用いて実現されてもよい。

ＤＡＣ１１２は、ＤＳＰ１１１によりデジタル信号処理された送信データ信号をアナログ信号に変換して各ＩＱ変調器１１５Ａ及び１１５Ｂに入力する。

光源１１３は、送信光を出力し、ＢＳ１１４は、光源１１３からの送信光を２分岐してＩＱ変調器１１５Ａ及び１１５Ｂにそれぞれ入力する。

ＩＱ変調器１１５Ａ及び１１５Ｂは、それぞれ、ＤＡＣ１１２から入力されるアナログ送信データ信号に従ってＢＳ１１４から入力される送信光を多値（ＩＱ）変調する。ＩＱ変調器１１５Ａ及び１１５Ｂの一方がＨ偏波成分の光変調信号を出力し、他方がＶ偏波成分の光変調信号を出力する。

ＰＢＣ１１６は、各ＩＱ変調器１１５Ａ及び１１５Ｂからの各偏波成分の光変調信号を偏波合成して出力する。

一方、図１に例示した光受信器９２−１〜９２−Ｎは、例えば図３に示すように、局発光源９２１、光フロントエンド９２２、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）９２３及びＤＳＰ９２４を備え、ＤＳＰ９２４において仮想シンボルを用いた非線形歪み補償を実施する。なお、光フロントエンド９２２は、局発光源９２１からの局発光を用いて受信光信号を復調し光電変換する機能を具備する。ＡＤＣ９２３は、光フロントエンド９２２で光電変換された受信アナログ電気信号をデジタル信号に変換してＤＳＰ９２４に入力する。

ＤＳＰ９２４は、ＡＤＣ９２３から入力される受信デジタル電気信号に対して上述の仮想シンボルを用いた非線形歪み補償を含む信号処理を施す。なお、ＤＳＰ９２４は、演算処理回路の一例であり、送信側のＤＳＰ１１１と同様に、ＦＰＧＡやＬＳＩを用いて実現されてもよい。

例示的に、ＤＳＰ９２４は、機能的な構成に着目すると、図４に示すように、分散補償部４１、適応等化部４２、周波数オフセット補償部４３、搬送波位相復元部４４及び非線形等化部４５を含む。非線形等化部４５は、図５に例示するように、識別部６１、非線形歪み演算部６２及び非線形補償部６３を含む。なお、非線形等化部４５は、搬送波位相復元部４４の後段に配置されていればよく、非線形等化部４５の前後にその他の信号処理部が挿入されても構わない。また、各部４１〜４４の間のいずれかには、その他の信号処理部が介在しても構わない。さらに、各部４１〜４３のいずれかが不要な場合もある。

分散補償部４１は、受信信号（デジタル信号）に生じた例えば波長分散をデジタル信号処理によって補償する。波長分散の補償をデジタル信号処理で行なうことで、波長分散補償ファイバ（ＤＣＦ）などの光学的デバイスを光伝送路に設けなくて済む。そのため、ＤＣＦ損の補償に伴う光雑音増加やＤＣＦ中での非線形光学効果による波形歪みが抑えられるなどの利点がある。また、分散補償量を柔軟に変更できる利点もある。なお、ＤＣＦなどを用いて光学的に波長分散補償がなされる場合には、分散補償部４１は無くても構わない。

適応等化部４２は、例示的に、受信信号に対して偏波分離や偏波モード分散（ＰＭＤ）の補償（適応等化）などを含む偏波処理を実施する。適応等化は、例示的に、複数の線形フィルタを用い、各線形フィルタのパラメータを光ファイバ中の信号光の偏光変動よりも十分高速かつ適応的に更新することで、高速な時間変化を伴う偏波変動やＰＭＤ波形歪みを補償することができる。

周波数オフセット補償部４３は、受信信号と局発光との周波数オフセットを補償（補正）する。例示的に、周波数オフセット補償部４３は、受信信号から周波数オフセットを推定し、推定した周波数オフセットに対応した逆の位相回転を受信信号に付加することにより、周波数オフセットを補償する。周波数オフセットの推定には、例示的に、累乗法と呼ばれる推定方式や、累乗法よりも周波数オフセットの推定可能範囲を拡大化できるＰＡＤＥ（Pre-decision based Angle Differential frequency offset Estimator）法と呼ばれる推定方式などを適用できる。

搬送波位相復元部（キャリア位相推定部）４４は、光増幅器３０から生じる自然放出光（ＡＳＥ）雑音やレーザ位相雑音を受信信号から除去し、正しいキャリア位相を推定、復元する。キャリア位相の推定には、例示的に、デジタルループフィルタを用いて雑音の影響を除去するフィードバック法や、位相検出器で検出した推定位相差を平均化することで雑音の影響を除去するフィードフォワード法などを適用できる。

非線形等化部４５は、受信信号に生じた非線形歪みを補償（等化）する。すなわち、非線形等化部４５は、図５に例示するように、受信信号のシンボル（非限定的な一例として、ＱＰＳＫシンボル）を識別（仮判定）し、仮判定したシンボルを基に非線形歪みを計算し、その計算結果を基に非線形歪みを補償する。

例えば、識別部６１は、受信信号を特定のシンボルに識別して識別したシンボルを出力する。なお、受信信号には、光伝送路５０での雑音などが加わっている。識別部６１での識別手法の一例としては、後述する手法１−１，１−２及び２〜５が挙げられる。

非線形歪み演算部６２は、識別部６１で識別されたシンボルを基に非線形歪みを計算する。例えば、非線形歪み演算部６２は、伝送路情報、チャネル情報及び識別されたシンボルに基づいて、非線形光学効果に起因してシンボル毎に発生する非線形歪みを計算する。

なお、伝送路情報の一例としては、伝送路長や光ファイバの種類（分散係数、減衰係数、非線形係数など）が挙げられる。チャネル情報の一例としては、シンボルレート、光ファイバへの入力光パワー、中心波長などが挙げられる。伝送路情報及びチャネル情報は、例示的に、ＤＳＰ９２４のメモリ（図示省略）に記憶しておくことができ、非線形歪み演算部６２は、当該メモリから非線形歪みの計算に用いる情報（パラメータ）を適宜に読み取って非線形歪みを計算する。当該計算には、既述の摂動解析を適用することができる。

非線形補償部６３は、非線形歪み演算部６２で計算された非線形歪みを基に受信信号に対して非線形歪みの補償を行なう。例えば、非線形補償部６３は、受信信号の該当シンボルから、非線形歪み演算部６２で計算された非線形歪みを差し引く。

なお、図５には、受信信号の一例としてＱＰＳＫ信号を挙げたが、本実施形態の非線形等化部４５により補償可能な信号の変調方式は特に限定されない。例えば、非線形等化部４５は、強度変調（ＡＳＫ）信号、位相変調（ＰＳＫ）信号、直角位相振幅変調（ＱＡＭ）信号などの信号の非線形歪みを補償することも可能である。非限定的な一例として、図６に、受信信号として１６ＱＡＭ信号が非線形等化部４５に入力され、識別部６１にてシンボル識別（仮判定）が行なわれる様子を示す。

（非線形等化部４５の動作例）
次に、図７に、非線形等化部４５の動作例を説明するフローチャートを示す。図７に例示するように、まず、伝送路情報及びチャネル情報を、ＤＳＰ９２４のメモリに記憶（格納）しておく（処理Ｐ１１）。

非線形等化部４５への入力信号が２分岐され、一方は識別部６１に入力され、他方は非線形補償部６３に入力される（処理Ｐ１２）。

識別部６１に入力された信号は、識別部６１にて特定のシンボルに識別され、識別されたシンボルが非線形歪み演算部６２に入力される（処理Ｐ１３）。

非線形歪み演算部６２は、既述の伝送路情報及びチャネル情報をメモリから適宜に読み取り、当該情報と識別部６１から入力されたシンボルとを基に、シンボル毎に発生する非線形歪みを演算し、演算結果を非線形補償部６３へ出力する（処理Ｐ１４）。

非線形補償部６３は、分岐された受信信号の他方の該当シンボルから、非線形歪み演算部６２で計算された非線形歪みを差し引くことで、シンボル毎に非線形歪みを補償する（処理Ｐ１５）。

次に、識別部６１での識別手法１−１，１−２及び２〜５について、図８〜図２１を参照して説明する。
（識別手法１−１：図８〜図１０）
識別手法１では、図８に例示するように、まず、受信信号である主信号の変調方式に応じた識別後のシンボル（配置）を識別部６１に設定しておく（処理Ｐ２１）。そして、識別部６１は、設定されたシンボル（識別点）と入力主信号とを比較して、ＩＱ平面において識別点に最も近いシンボルを識別結果として出力する（処理Ｐ２２及びＰ２３）。

非限定的な一例として、図９及び図１０に、受信信号がＱＰＳＫ信号であり、識別部６１において、入力信号がＩＱ平面の４つの識別点（２ビット）のいずれかに識別される様子を例示する。図１０は、ＩＱ平面の第１象限に位置する入力シンボルが同じ第１象限に設定された識別点（ＱＰＳＫシンボル）に識別（変換）されて出力される様子を例示している。

（識別手法１−２：図１１及び図１２）
識別手法１−２では、図１１に例示するように、識別部６１は、硬判定部６１１とシンボルマッパ６１２とを備える。

硬判定部６１１は、送信側で主信号に付与された誤り訂正符号に基づいて入力主信号のシンボル（複素電界情報）を硬判定する（図１２の処理Ｐ３１〜Ｐ３３）。すなわち、硬判定部６１１は、閾値との比較により複素電界情報を符号情報（バイナリデータ）に判定、変換する。なお、複素電界情報は、受信光信号の信号情報の一例である。

これにより得られた符号情報は、シンボルマッパ６１２に入力され、シンボルマッパ６１２は、当該符号情報を入力主信号と同じ方式でシンボル（複素電界情報）に再マッピングして出力する（図１２の処理Ｐ３４）。例えば、入力主信号がＱＰＳＫ信号の場合、図９及び図１０の場合と同様に、入力主信号がＩＱ平面の４つのＱＰＳＫシンボル（２ビット）のいずれかに再マッピングされる。

（識別手法２：図１３及び図１４）
識別手法２では、図１３に例示するように、識別部６１は、硬判定部６１１と、硬判定誤り訂正部６１３と、シンボルマッパ６１２とを備える。

硬判定部６１１は、送信側で主信号に付与された誤り訂正符号に基づいて入力主信号のシンボル（複素電界情報）を硬判定する。すなわち、硬判定部６１１は、閾値との比較により複素電界情報を符号情報（バイナリデータ）に判定、変換する。

これにより得られた符号情報は、硬判定誤り訂正部６１３に入力され（図１４の処理Ｐ４１〜Ｐ４３）、硬判定誤り訂正部６１３は、入力された符号情報について誤り訂正を施してシンボルマッパ６１２に入力する（図１４の処理Ｐ４４）。

シンボルマッパ６１２は、誤り訂正後の符号情報を入力主信号と同じ方式でシンボル（複素電界情報）に再マッピングして出力する（図１４の処理Ｐ４５）。例えば、入力主信号がＱＰＳＫ信号の場合、図９及び図１０の場合と同様に、入力主信号がＩＱ平面の４つのＱＰＳＫシンボル（２ビット）のいずれかに再マッピングされる。
（識別手法３：図１５及び図１６）
識別手法３では、図１５に例示するように、識別部６１は、軟判定部（尤度算出部）６１４と、軟判定誤り訂正部６１５と、硬判定部６１１と、シンボルマッパ６１２とを備える。

軟判定部６１４は、送信側で主信号に付与された誤り訂正符号に基づいて入力主信号のシンボル（複素電界情報）を軟判定する。すなわち、軟判定部６１４は、複素電界情報の尤度情報を算出して軟判定誤り訂正部６１５に入力する（図１６の処理Ｐ５１〜Ｐ５３）。

軟判定誤り訂正部６１５は、軟判定部６１４から入力された尤度情報について誤り訂正を施し、誤り訂正後の尤度情報を硬判定部６１１に入力する（図１６の処理Ｐ５４）。硬判定部６１１は、閾値との比較により尤度情報を符号情報（バイナリデータ）に判定、変換する（図１６の処理Ｐ５５）。

これにより得られた符号情報は、シンボルマッパ６１２に入力され、シンボルマッパ６１２は、当該符号情報を入力主信号と同じ方式でシンボル（複素電界情報）に再マッピングして出力する（図１６の処理Ｐ５６）。例えば、入力主信号がＱＰＳＫ信号の場合、図９及び図１０の場合と同様に、入力主信号がＩＱ平面の４つのＱＰＳＫシンボル（２ビット）のいずれかに再マッピングされる。

（識別手法４：図１７及び図１８）
識別手法４は、上述した硬判定を含む識別手法２と軟判定を含む識別手法３とを組み合わせた手法に相当する。そのため、図１７に例示するように、識別部６１は、軟判定部（尤度算出部）６１４、軟判定誤り訂正部６１５、硬判定部６１１、硬判定誤り訂正部６１３、及び、シンボルマッパ６１２を備える。

軟判定部６１４は、送信側で主信号に付与された誤り訂正符号に基づいて入力主信号のシンボル（複素電界情報）を軟判定する。すなわち、軟判定部６１４は、複素電界情報の尤度情報を算出して軟判定誤り訂正部６１５に入力する（図１８の処理Ｐ６１〜Ｐ６３）。

軟判定誤り訂正部６１５は、軟判定部６１４から入力された尤度情報について誤り訂正を施し、誤り訂正後の尤度情報を硬判定部６１１に入力する（図１８の処理Ｐ６４）。硬判定部６１１は、閾値との比較により尤度情報を符号情報（バイナリデータ）に判定、変換する（図１８の処理Ｐ６５）。

これにより得られた符号情報は、硬判定誤り訂正部６１３に入力され、硬判定誤り訂正部６１３は、入力された符号情報について誤り訂正を施してシンボルマッパ６１２に入力する（図１８の処理Ｐ６６）。

シンボルマッパ６１２は、誤り訂正後の符号情報を入力主信号と同じ方式でシンボル（複素電界情報）に再マッピングして出力する（図１８の処理Ｐ６７）。例えば、入力主信号がＱＰＳＫ信号の場合、図９及び図１０の場合と同様に、入力主信号がＩＱ平面の４つのＱＰＳＫシンボル（２ビット）のいずれかに再マッピングされる。

（識別手法５：図１９〜図２１）
識別手法５では、識別部６１に対して識別後のシンボルとしてＩＱ平面における任意のシンボル（少なくとも１つ）を設定しておく（図１９の処理Ｐ７１）。そして、識別部６１は、入力主信号のデータと設定したシンボルのＩＱ平面における距離が最少となるシンボルを複素電界情報として出力する（図１９の処理Ｐ７２及びＰ７３）。

ここで、例えば図２０及び図２１に示すように、１６ＱＡＭ変調された主信号に対し、識別後のシンボルとしてＱＰＳＫシンボルのような４つのシンボル（主信号よりも多値度の低いシンボル）を設定しておくことで、後段の計算の簡単化を図ることができる。

次に、図２２に、上述した非線形等化部４５による非線形補償の効果を伝送シミュレーションによって確認した結果の一例を示す。伝送シミュレーションでは、１２７Ｇビット／秒のＤＰ（Dual Polarization）−ＱＰＳＫ信号を５０ＧＨｚの周波数間隔で１１波長多重して伝送する場合をシミュレーションした。ここで、光伝送路（光ファイバ）への入力パワーを３ｄＢｍ／ｃｈａｎｎｅｌ、ＯＳＮＲを１４ｄＢ、伝送路長を１００ｋｍのシングルモードファイバ×２５スパン＝２５００ｋｍとした。

図２２の横軸は非線形補償器の段数（ステージ数）を表し、縦軸は受信ビット誤り率に相当するＱ値を表す。また、図２２において、符号３００が非線形補償無し（段数＝０）の場合のＱ値、符号４００が従来の非線形補償器を１〜２０段設けた場合のＱ値、符号６００が上述した非線形等化部４５を１段設けた場合のＱ値をそれぞれ表している。なお、ここでいう「従来の非線形補償器」とは、例えば、図４に例示した、搬送波位相復元部４４よりも前段に設けられた分散補償部４１において分散補償部と非線形補償部とを交互に複数段組み合わせた構成による非線形補償器に相当する。また、図２２において、符号５００は、非線形補償を受信側で行なう代わりに送信側で行なった場合（非線形予等化の場合）のＱ値を表している。

図２２から分かるように、本実施形態の非線形等化部４５による非線形補償によれば、１段の非線形等化部４５で従来の非線形補償器を３段設けた場合と同等のＱ値の改善効果が得られている。また、送信側での非線形予等化（符号５００参照）では、受信側に従来の非線形補償器を５段設けた場合と同程度の効果（Ｑ値）が得られており、非線形等化部４５を搬送波位相復元部４４よりも後段に設けた方が、効果がわずかに劣化していることがわかる。これは符号誤りを含む受信信号をもとに非線形歪みを算出したためであるが、その劣化は０．１ｄＢ程度であることが確認できた。

なお、上述した例では、非線形等化部４５に識別部６１を設けているが、識別部６１は必ずしも設けなくても構わない。この場合、非線形歪み演算部６２は、受信した光信号の信号情報を基に、非線形歪みを例えば摂動解析を用いて計算することができる。ただし、識別部６１を設けて信号情報を上述したように特定のシンボルに識別する方が非線形歪みの計算を簡易化することができる。

（第１変形例）
図２３は、図４に例示したＤＳＰ９２４の機能的構成の第１変形例を示すブロック図である。図２３に例示する構成では、搬送波位相復元部４４の後段に設けられた非線形等化部４５の更に後段に別の搬送波位相復元部４６が設けられている。なお、図２３に例示するその他の信号処理部４０には、図４に例示した分散補償部４１、適応等化部４２及び周波数オフセット補償部４３のいずれかが含まれてよい。

搬送波位相復元部４６は、非線形等化部４５にて受信信号の非線形性が等化（補償）された信号について搬送波位相の復元を行なうため、図４に例示した構成に比して、搬送波位相の復元精度を向上することができる。

なお、２つの搬送波位相復元部４４及び４６で用いる搬送波位相の復元アルゴリズムは同じでもよいし異なっていてもよい。また、２つの搬送波位相復元部４４及び４６に対するシンボル平均化数などの設定パラメータについても同じでもよいし異なっていてもよい。例えば、前段の搬送波位相復元部４４よりも後段の搬送波位相復元部４６でのシンボル平均化数を多く設定してもよい。このような設定を行なうと、前段の搬送波位相復元部４４にて粗い搬送波位相復元を高速に行ない、後段の搬送波位相復元部４６にて細かな（精度の高い）搬送波位相復元を行なうことができる。

（第２変形例）
図２４に例示するように、第１変形例に示した非線形等化部４５と後段の搬送波位相復元部４６とのセットは、Ｎセット（Ｎは２以上の整数）設けてもよい。この場合、非線形等化と搬送波位相復元とをＮ回繰り返し実施するので、第１変形例に比して、更に搬送波位相復元精度を向上することができる。

（第３変形例）
上述した非線形等化部４５は、別の非線形補償部（あるいは非線形等化部）と組み合わせて用いられてもよい。図２５に、本実施形態の非線形等化部４５と、後方伝搬（Backward Propagation）法による非線形補償部４１ａと、を組み合わせた例を示す。非線形補償部４１ａは、例示的に、搬送波位相復元部４４よりも前段（例えば、適応等化部４２の前段）に設けられて、受信信号に対して非線形光学効果により生じた非線形歪みの補償を行なう。搬送波位相復元の前後でそれぞれ非線形補償を行なうため、非線形歪みの補償能力を向上することができる。

また、図２５に例示するように、非線形補償部４１ａは、分散補償部４１とのセットでＭ段（ＭはＭ≧１の整数）設けてもよい。この場合、受信信号に対して分散補償と非線形補償とを交互にＭ回行なうので、波長分散及び非線形歪みの補償能力を向上することができる。なお、図２５に例示する各部４１，４１ａ，４２〜４５のブロック間のいずれかには、その他の信号処理部が設けられても構わない。

１ 光通信システム（ＷＤＭ光伝送システム）
１０ ＷＤＭ光送信装置
１１−１〜１１−Ｎ 光送信器
１２ 合波器
３０ 光増幅器
４０ その他の信号処理部
４１ 分散補償部
４１ａ 非線形補償部
４１ｂ 帯域補償部
４１ｃ 係数制御部
４２ 適応等化部
４３ 周波数オフセット補償部
４４，４６ 搬送波位相復元部
４５ 非線形等化部
５０ 光伝送路
６１ 識別部
６２ 非線形歪み演算部
６３ 非線形補償部
７０ 中継器
９０ ＷＤＭ光受信装置
９１ 分波器
９２−１〜９２−Ｎ 光受信器
１１１，９２４ ＤＳＰ（Digital Signal Processor）
１１２ デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）
１１３ 光源（レーザダイオード：ＬＤ）
１１４ ビームスプリッタ（ＢＳ）
１１５Ａ，１１５Ｂ ＩＱ変調器
１１６ 偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）
６１１ 硬判定部
６１２ シンボルマッパ
６１３ 硬判定誤り訂正部
６１４ 軟判定部（尤度算出部）
６１５ 軟判定誤り訂正部
９２１ 局発光源
９２２ 光フロントエンド
９２３ アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）

Claims (10)

1. 受信光信号の搬送波の位相を復元する搬送波位相復元部にて搬送波が復元された後の信号情報に基づいて、前記受信光信号に生じた非線形歪みを計算する非線形歪み演算部と、
   前記非線形歪み演算部で得られた非線形歪みに基づいて、前記受信光信号の非線形歪みを補償する非線形補償部と、
   を備えた、非線形歪み補償装置。
2. 前記受信光信号が、位相変調または直角位相振幅変調された信号であり、
   前記信号情報を前記変調に応じた特定のシンボルに識別し、識別結果を前記非線形歪み演算部に入力する識別部を備えた、請求項１に記載の非線形歪み補償装置。
3. 前記識別部は、
   前記信号情報を硬判定する硬判定部と、
   前記硬判定部による硬判定結果を前記特定のシンボルにマッピングするシンボルマッパと、を備えた請求項２に記載の非線形歪み補償装置。
4. 前記受信光信号が、誤り訂正符号を付与された信号であり、
   前記識別部は、
   前記信号情報を硬判定する硬判定部と、
   前記硬判定部による硬判定結果について前記誤り訂正符号に基づいて誤り訂正を行なう硬判定誤り訂正部と、
   前記硬判定誤り訂正部による誤り訂正結果を前記特定のシンボルにマッピングするシンボルマッパと、を備えた、請求項２に記載の非線形歪み補償装置。
5. 前記受信光信号が、誤り訂正符号を付与された信号であり、
   前記識別部は、
   前記信号情報を軟判定する軟判定部と、
   前記軟判定部による軟判定結果について前記誤り訂正符号に基づいて誤り訂正を行なう軟判定誤り訂正部と、
   前記軟判定誤り訂正部による誤り訂正結果を前記特定のシンボルにマッピングするシンボルマッパと、を備えた請求項２に記載の非線形歪み補償装置。
6. 前記受信光信号が、誤り訂正符号を付与された信号であり、
   前記識別部は、
   前記信号情報を軟判定する軟判定部と、
   前記軟判定部による軟判定結果について前記誤り訂正符号に基づいて誤り訂正を行なう軟判定誤り訂正部と、
   前記軟判定誤り訂正部による誤り訂正結果を硬判定する硬判定部と、
   前記硬判定部による硬判定結果について前記誤り訂正符号に基づいて誤り訂正を行なう硬判定誤り訂正部と、
   前記硬判定誤り訂正部による誤り訂正結果を前記特定のシンボルにマッピングするシンボルマッパと、を備えた、請求項２に記載の非線形歪み補償装置。
7. 前記識別部は、識別後のシンボルとして複素平面において少なくとも１つのシンボルが設定され、入力された前記信号情報と前記複素平面での距離が最少となる前記シンボルを前記識別結果として出力する、請求項２に記載の非線形歪み補償装置。
8. 前記複素平面に設定されるシンボルの多値度は、前記受信光信号の多値度よりも低い、請求項７に記載の非線形歪み補償装置。
9. 受信光信号の搬送波の位相を復元し、
   前記搬送波が復元された後の信号情報に基づいて、前記受信光信号に生じた非線形歪みを計算し、
   前記計算で得られた非線形歪みに基づいて、前記受信光信号の非線形歪みを補償する、非線形歪み補償方法。
10. 受信光信号の搬送波の位相を復元する搬送波位相復元部と、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の非線形歪み補償装置と、
    を備えた光受信器。