JP2015103840A - 省電力偏波多重光送受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】単一偏波状態において消費電力を低減する。
【解決手段】互いに直交する偏波成分の各々が独立の多値情報信号で変調された偏波多重光を送受信する偏波多重光送受信器であって、前記偏波多重光を送信する偏波多重光送信部と、前記偏波多重光を受信する偏波多重光受信部と、互いに独立に動作する送信側偏波状態制御部及び受信側偏波状態制御部とを備え、前記送信側偏波状態制御部及び前記受信側偏波状態制御部は、光多値変調信号を偏波多重状態と単一偏波状態とのいずれかに切り替え可能であり、前記偏波多重光受信部は、送信側の偏波成分を再生する偏波分離部と、前記再生された送信側の偏波成分を入力とし、情報信号を再生及び抽出する複数の情報信号再生部と、を含み、前記偏波多重光受信部は、前記単一偏波受信状態において、前記偏波分離部及び前記情報信号再生部の少なくとも一部を省電力モードに移行することを特徴とする偏波多重光送受信器。
【選択図】図１

Description

本発明は、光伝送システムに用いる光送受信器に関する。

超高速光ファイバ伝送においては、信号伝送に利用可能な波長範囲（又は、周波数帯域）を有効に利用するため、波長が異なる複数の光信号を束ねて送信し、光ファイバを伝送し、受信端で元の波長に分離して、各光受信器で受信する波長多重伝送が広く用いられている。また、周波数帯域をさらに有効に利用する方法として、偏波多重伝送の利用も検討されている。

偏波多重とは、光の偏波状態の違いを利用した多重化方式である。送信側で独立な情報信号で変調した２組の光信号を互いに直交する偏波状態に変換して多重化した後に、光ファイバで伝送する。光信号の偏波状態はポアンカレ球面上のある一点として表すことができる。光ファイバ伝送路中で光信号の偏波状態は、ポアンカレ球上でランダムな変換を受けるが、偏波状態の直交性は維持される。このため、受信側で偏波状態の変換処理及び偏波分離を行うことによって、多重化した元の二つの光信号を分離することができ、同じ波長幅を用いて２倍の情報伝送が可能となる。

近年、特に１００Ｇビット／秒以上の大容量伝送方式の候補として、多値変調した光信号を偏波多重して送信し、デジタルコヒーレント受信技術を用いて偏波分離して受信するデジタルコヒーレント偏波多重伝送方式が注目されている。このような方式の例としては、非特許文献１に記載された技術がある。

図１２は、従来の偏波多重光送受信器１００の構成図である。以下の各図では、並列電気デジタル信号の経路を白抜きの矢印、高速電気アナログ信号の経路を細線、光信号の経路を太線で示す。

従来の偏波多重光送受信器１００には、従来の偏波多重光送信部１０１及び従来の偏波多重光受信部１３０の対が設けられており、数１０〜数１０００ｋｍ離れた場所に光ファイバ伝送路を介して配置された同種の偏波多重光送受信機と対向して接続されることによって長距離光ファイバ伝送を実現する。

従来の偏波多重光送信部１０１では、送信用レーザ光源１１３から出力される送信レーザ光１１４は、光分岐器１１５で二つの無変調レーザ光１１６−１及び１１６−２に分岐され、それぞれ直交光電界変調器１１７−１及び１１７−２に入力される。直交型光変調器（ＩＱ変調器とも称される）は、リチウムニオベイトなどの基板上に並列に配置された２組のＭＺ型変調器から構成される光変調器である。直交型光変調器は、各ＭＺ変調器の変調信号入力端子に高速変調された電圧信号を印加することによって、光電界の同相成分（Ｉ成分、実部）と直交成分（Ｑ成分、虚部）を独立に変調することが可能である。

図１２に示す例では、直交型光変調器１１７−１には二つの高速ＤＡ変換器１１２−１、１１２−２が出力する二つの高速アナログ信号が入力されており、前者を実部、後者を虚部とする光信号が生成され、Ｘ偏波の多値変調光信号１１８として出力される。一方、直交型光変調器１１７−２には二つの高速ＤＡ変換器１１２−３、１１２−４が出力する二つの高速アナログ信号が入力されており、前者を実部、後者を虚部とする光信号が生成され、Ｙ偏波の多値変調光信号１１９として出力される。

各ＤＡ変換器が出力する高速アナログ信号は、それぞれ多値情報信号の実部又は虚部に相当するため、Ｘ偏波の光変調信号１１８及びＹ偏波の光変調信号１１９は、それぞれ二次元複素平面上で変調された独立な多値変調光となっている。Ｘ偏波の光変調信号１１８及びＹ偏波の光変調信号１１９は、それぞれ偏波合成器１２２に入力されて偏波多重送信光信号１２０として、送信光出力ファイバ１２１から出力される。

一方、伝送される送信情報信号１０３は、まず従来の送信側デジタル演算部１０２に入力され、その内部のフレーム化回路１０５において制御情報などのヘッダ情報を付加されてＯＴＮ４（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの標準化された情報フレームに整形される。さらに、この情報フレームは、一部を除いて誤り訂正符号生成回路１０４に入力され、誤り訂正情報を付加される。これらの情報信号はインターリーブされてＸ偏波情報信号１０６とＹ偏波情報信号１０７とに分離される。Ｘ偏波及びＹ偏波の情報の分離は、理論上はフレームごとに分離することができるが、遅延及び回路規模を小さくするために、奇偶ビット又はバイトインタリーブのように一定の間隔で情報信号を分離する方法が採用される。

Ｘ偏波情報信号１０６とＹ偏波情報信号１０７は、それぞれ多値符号化回路１０８−１と１０８−２に入力され、複数ビットごとに多値シンボルが割り当てられて多値信号列に変換される。その後、サンプリング速度変換及び補完などの演算処理（図示省略）が行われ、さらに必要に応じて光ファイバの波長分散などの伝送劣化の影響を送信側で補償（予等化）するデジタル予等化回路１０９−１、１０９−２に入力された後、Ｘ偏波の出力デジタル信号１１０、Ｙ偏波の出力デジタル信号１１１に変換される。また、本図では省略しているが、各出力デジタル信号には、必要に応じて光変調器及び高周波回路の線形・非線形応答補償などの処理がされた後に、Ｘ偏波の出力デジタル信号１１０の実部及び虚部が、それぞれＤＡ変換器１１２−１、１１２−２に入力され、またＹ偏波の出力デジタル信号１１１の実部及び虚部が、それぞれＤＡ変換器１１２−３、１１２−４に入力される。

図１３は上記の光多値信号の表示方法と、光多値変調の信号点配置、及び偏波多重伝送の説明図である。

図１３（Ａ）は、複素平面（ＩＱ平面）上の信号点の説明図である。各多値信号の変調状態は、変調波形の中央時刻（識別時刻）における光電界（厳密には、その等価低域表示）で表示することができ、信号点は複素直交座標（ＩＱ座標）又は振幅ｒ（ｎ）及び位相φ（ｎ）を用いる極座標で表示することができる。

図１３（Ｂ）は、位相角φ（ｎ）として４つの値（π／４、３π／４、−３π／４、−π／４）を用いて１シンボルで２ビットの情報（００、０１、１１、１０）を伝送する４値位相変調（ＱＰＳＫ）の信号点配置を示す。ＱＰＳＫ信号は、例えば、直交型光電界変調器１０２−１の二つの入力端子、すなわち同相成分変調信号の入力端子１０３−１及び直交成分変調信号の入力端子１０４−１に、それぞれ２値電気信号を入力し、同相成分（Ｉ）及び直交成分（Ｑ）をそれぞれ正負２値に変調することによって生成できる。偏波多重１００Ｇビット伝送は、各偏波の光信号に４値位相変調を採用している。変調に用いられる電気２値信号の速度はおよそ２８Ｇｂｉｔ／ｓであり、これを用いて生成した４値位相変調信号は１シンボルで２ビットの情報を伝送できるので、伝送速度は５６Ｇｂｉｔ／ｓとなる。

図１３（Ｃ）は、さらに情報伝送効率が高い１６値直交振幅変調（１６ＱＡＭ）の信号点配置を示す。１６ＱＡＭでは、信号点が格子状に配置され、１シンボルで４ビットの情報を伝送できる。図示した例では、Ｑ軸の座標で上位２ビット（１０ｘｘ、１１ｘｘ、０１ｘｘ、００ｘｘ）の値、Ｉ軸の座標で下位２ビット（ｘｘ１０、ｘｘ１１、ｘｘ０１、ｘｘ００）の値が表現されている。このような多値信号は、図１２の直交光電界変調器１１７の二つの入力端子Ｉ、Ｑに、それぞれ多値電気信号（本例では４値）を入力し、同相成分と直交成分の電界座標（ｉ(t)，ｑ(t)）に相当する電圧成分を入力することによって生成できる。

図１３（Ｄ）は、偏波多重の概念図である。光波は電磁波の一種であり、進行方向に対する電界の振動方向によって、二つの独立な直交偏波状態（例えば、水平偏波及び垂直偏波）が存在する。このため二つの光電界成分（図ではＸ偏波成分、Ｙ偏波成分）を別々の情報信号で変調して多重化して伝送することができる。前述の１００Ｇビット伝送においては、Ｘ偏波とＹ偏波に、それぞれ独立な５６Ｇｂｉｔ／ｓの４値位相変調信号を多重して伝送するため、総伝送速度は１１２Ｇｂｉｔ／ｓとなる。なお、伝送速度が１００Ｇｂｉｔ／ｓを、越えるのは、符号化及び誤り訂正情報の付加によるデータの増大を考慮したものであり、方式によってはさらに異なる値をとなる場合もある。

図１２において、前述したように偏波多重された送信光信号１２０は、数１０〜数１０００ｋｍの光ファイバ伝送路を長距離伝送され、その途中で光ファイバの波長分散や非線形効果による伝送劣化や、任意の偏波回転を受ける。対向側の従来の偏波多重光送受信器の偏波多重光受信部１３０は、伝送された光信号１２０を受信する。本偏波多重光受信部１３０はコヒーレント検波を用いており、受信光入力ファイバ１３２から入力された受信偏波多重信号１３３の電界成分の検出基準として受信器内部に配置された局発光源１３４が出力する局発レーザ光１３５を利用する。

受信偏波多重信号１３３は、局発レーザ光１３５とともに偏波分離・光９０度ハイブリッドフロントエンド１３６に入力される。フロントエンド１３６は、両光信号を偏波・位相ダイバーシティ検波して、その結果四つのアナログ電気信号（Ｉｓ：Ｓ偏波成分の同相成分、Ｑｓ：Ｓ偏波成分の直交成分、Ｉｐ：Ｐ偏波成分の同相成分、Ｑｐ：Ｐ偏波成分の直交成分）を出力する。ここで、Ｓ及びＰは、それぞれ受信器の偏波主軸である。これらの高速アナログ信号は、それぞれＡＤ変換器１３７−１、１３７−２、１３７−３、１３７−４でサンプリングされ、Ｓ偏波の受信デジタル信号１３８及びＰ偏波の受信デジタル信号１３９に変換され、受信側デジタル演算部１３１に入力される。

受信側デジタル信号処理部１３１では、Ｓ偏波の受信デジタル信号１３８及びＰ偏波の受信デジタル信号１３９は、それぞれ、伝送劣化補償回路１４０−１及び１４０−２に入力される。伝送劣化補償回路１４０−１、１４０−２は、主に伝送路の波長分散の影響を補償し、等化後のＳ偏波デジタル信号１４１及び等化後のＰ偏波デジタル信号１４２を出力する。図１２では、二つの伝送劣化補償回路１４０−１及び１４０−２は、独立の回路として描かれているが、これは両偏波成分の相互作用を考慮しない場合の構成であり、偏波間相互位相変調などの非線形相互作用を補償する場合には、両者を一体に構成してもよい。

その後、等化後のＳ偏波デジタル信号１４１及び等化後のＰ偏波デジタル信号１４２は、偏波分離回路１４３に入力される。前述のように、受信偏波多重信号１３３は伝送路の途中で、その偏波が回転されているため、受信側の偏波主軸Ｓ及びＰは、送信側の偏波主軸と一致しない。偏波分離回路１４３は、偏波回転演算を行い、演算の結果によって、送信側の偏波成分であるＸ偏波デジタル信号１４５、Ｙ偏波デジタル信号１４４を復元・分離する。

偏波分離回路１４３としては、数〜数１０タップの時間領域又は周波数領域の梯子型フィルタである適応バタフライ型ＦＩＲフィルタを用いることができる。例えば、偏波分離回路１４３は、内部に４組の複素ＦＩＲフィルタを有し、入力及び出力の各二つの偏波成分間をバタフライ型に接続するように構成されており、そのタップ係数をＣＭＡ（Constant Modulous Algorithm）などのアルゴリズムによって適応制御することによって、適応的に偏波成分を分離し、波形を等化する。

偏波分離回路１４３から出力されたＸ偏波デジタル信号１４５及びＹ偏波デジタル信号１４４は、それぞれ、周波数オフセット推定回路１４６−２及び１４６−１に入力される。周波数オフセット推定回路１４６−２、１４６−１及び位相推定回路１４７−２、１４７−１は、局発光源と送信光源との周波数差（周波数オフセット）を補正し、信号の位相ずれ（複素平面上での回転方向のずれ）補正した信号を、多値判定回路１４８−２、１４８−１に入力する。

多値判定回路１４８−１は、元のＹ偏波情報信号１４９を復元し、多値判定回路１４８−２は、元のＸ偏波情報信号１５０を復元する。これらの情報信号は再びインターリーブ合成された後に、誤り訂正回路１５２に入力される。誤り訂正回路１５２及びフレーム除去回路１５１は、データフレームの先頭を検出し、誤り訂正をし、訂正符号を除去し、ヘッダを除去して、受信情報信号１５３が復元され、出力される。

このような偏波多重伝送においては、Ｘ、Ｙの二つの偏波を独立の送受信媒体として利用できるため、伝送すべき情報が少ない場合には、偏波多重伝送を停止し単一偏波状態で情報を伝送することによって消費電力を低減できる可能性がある。省電力化を実現する公知技術として、特許文献１（特開２０１１−２５０２９１号公報）がある。特許文献１の図３が開示する偏波多重と単一偏波状態を切替可能な光送信器は、単一偏波時に偏波多重エンコーダ及び変調器の電力を遮断して、消費電力を低減する。また、図１０が開示する光受信器３０は、一部の回路を停止する。

また、特許文献２（特開２０１３−０５５６５４号公報）は、多値偏波多重信号を２倍のビット数を伝送可能な単一偏波多値信号に切り替えることによって消費電力を低減する方法、及び、デュアル偏波変調のための送信器中のドライバ及び信号処理回路のうちの少なくとも一つをシャットダウンする方法を開示する。また、特許文献２は、情報が変調されていない偏波成分に関する信号を受信し、処理するためのコンポーネントも、受信器にシャットダウンさせること、例えば、受信器は、情報を載せていない主偏波の信号を処理するためのＤＳＰの動作を停止することによって、消費電力を低減することを開示する。

特開２０１１−２５０２９１号公報 特開２０１３−０５５６５４号公報

P. J. Winzer, "Spectrally Efficient Long-Haul Optical Networking Using 112-Gb/s Polarization-Multiplexed 16-QAM," JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 28, NO. 4, FEBRUARY 15, 2010, pp.547-556

従来の構成において解決すべき課題を下記に示す。

前述した従来技術において、消費電力を低減する方法と、その効果とが十分に考慮されておらず、有効に消費電力を低減できない。

このため、第一の課題は、消費電力を有効に低減することである。従来のコヒーレント送受信器ではデジタル信号処理部の消費電力が大きく（１００Ｇｂｐｓクラスで消費電力が数十Ｗ）、その大部分は、誤り訂正回路（図１２の１５２）、受信側の偏波分離回路（図１２の１４３）、受信側波長分散補償回路（図１２の１４０−１、１４０−２）、４）及び送信側デジタル予等化回路（図１２の１０９−１、１０９−２）の四つである。誤り訂正回路は、繰り返し論理演算をして誤り訂正能力を高めることによって、符号化利得を高めて伝送距離を長くすることができる。近年採用が進んでいるターボ符号化や軟判定誤り訂正回路などは、訂正能力が高いが回路規模が大きく、消費電力が全消費電力の数十分の一になる可能性がある。しかし、一般に、伝送される情報信号はＸ偏波成分とＹ偏波成分とに自動的にインターリーブされて配置されるため、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の誤り訂正回路の一方を任意に停止するは困難である。

また、受信側の偏波分離回路１４３もバタフライ型の多段の梯子型フィルタを用いて実現されるため、演算量が大きく、消費電力が大きい。しかし、前述した先行技術文献には、偏波分離回路の消費電力を低減する必要性や、偏波分離回路の消費電力を低減するための構成が提案されていない。

さらに、受信側波長分散補償回路１４０−１、１４０−２は、偏波分離回路の直前に配置され、それぞれ偏波分離前の受信器の偏波主軸成分Ｓ及びＰの分散補償を行っている。送信側のＸ偏波成分及びＹ偏波成分は、Ｓ成分中及びＰ成分中に混在している。このため送信側でＸ偏波のみを利用した単一偏波伝送に切り替えても、受信側波長分散補償回路１４０−１及び１４０−２のどちらも動作を停止することはできず、消費電力を低減することはできない。従来は、消費電力の低減の有効性が検討されておらず、前述した先行技術文献には、現実的なデジタルコヒーレント送受信器における有効な省電力化方法が開示されていない。

送信側のデジタル予等化回路１０９−１、１０９−２は、受信側の波長分散補償回路１４０−１、１４０−２で類似の効果が得られるため、用いられないケースも多い。しかし、予等化技術を利用することによって光ファイバ非線形効果に対する耐力を改善し、伝送距離を伸ばすことができる。前述した先行技術文献には、この部分の消費電力の低減についても言及されていない。

一方、特許文献１及び２は、送信側の偏波多重エンコーダ、変調器及び信号処理回路の消費電力を低減することを開示する。しかし、どちらの回路も消費電力削減効果が低い。また、受信器側では、受信器の一部や、情報を載せていない主偏波の信号を処理するための動作を停止することが示唆されているが、現状の受信器では消費電力が高い誤り訂正回路、偏波分離回路及び受信側波長分散補償回路の動作を簡単には停止できる構成ではない。

このため、偏波多重光送受信機において消費電力が高い部分、特に受信器内の誤り訂正回路、偏波分離回路、受信側波長分散補償回路及び送信側のデジタル予等化回路について、単一偏波伝送と偏波多重伝送とを切り替え可能な構造として、消費電力低減効果の高めることが求められている。

また、第二の課題は、偏波多重伝送と単一偏波伝送とを切り替える際の光信号の強度変化についての検討である。一般に、一方の変調を停止した場合には停止した側の偏波成分の光強度が不定となる。伝送路の途中には、光チャネル強度を一定に保つ光増幅器、波長選択スイッチ、光アンプ、光アッテネータなどが設置されている。また、光強度の変化によって信号のＳＮ比及び光ファイバ非線形効果による劣化量が変化し、切替後に信号劣化が生じる可能性がある。従来、このような現象は指摘されておらず、対策が検討されていない。

このため、偏波多重伝送と単一偏波伝送とを切り替えた際の光信号の強度変化が光信号の伝送特性に影響しないように制御することが求められている。

また、第三の課題は、伝送すべき情報量によって偏波状態を変更することは検討されておらず、偏波状態の移行や自動切替の方法がない。

このため、偏波多重伝送と単一偏波伝送との状態移行や自動切替について、実用的付加価値が高い方法を提供することが求められている。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、互いに直交する偏波成分の各々が独立の多値情報信号で変調された偏波多重光を送受信する偏波多重光送受信器であって、前記偏波多重光を送信する偏波多重光送信部と、前記偏波多重光を受信する偏波多重光受信部と、互いに独立に動作する送信側偏波状態制御部及び受信側偏波状態制御部とを備え、前記送信側偏波状態制御部は、前記偏波多重光送信部が送信する偏波多重光を、両方の偏波の光信号が情報信号で変調された偏波多重送信状態と、一方の偏波の光信号のみが情報信号で変調された単一偏波送信状態とのいずれかに、前記偏波多重光送信部を切り替え、前記受信側偏波状態制御部は、前記偏波多重光受信部が受信する光多値変調信号を、両方の偏波の光信号が情報信号で変調された偏波多重光を受信する偏波多重受信状態と、一方の偏波の光信号のみが情報信号で変調された単一偏波光を受信する単一偏波受信状態とのいずれかに、前記偏波多重光受信部を切り替え、前記偏波多重光受信部は、送信側の偏波成分を再生する偏波分離部と、前記再生された送信側の偏波成分を入力とし、情報信号を再生及び抽出する複数の情報信号再生部と、前記受信側偏波状態制御部の制御によって、前記複数の情報信号再生部が出力する情報信号を結合又は選択して出力する情報信号結合部と、を含み、前記偏波多重光受信部は、前記単一偏波受信状態において、前記偏波分離部及び前記情報信号再生部の少なくとも一部を省電力モードに移行する。

本発明の代表的な形態によれば、単一偏波状態において、消費電力が大きい回路の省電力モードへの切り替えを可能とし、消費電力を低減することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施例における偏波多重光送受信器の構成図である。 本発明の第２の実施例における偏波多重光受信部の構成図である。 本発明の第２の実施例における信号点配置の説明図である。 本発明の第２の実施例における偏波分離回路の内部構成図である。 本発明の第３の実施例における偏波多重光送信部の構成図である。 本発明の第４の実施例における偏波多重光受信部の構成図である。 本発明の第４の実施例における伝送劣化補償回路の構成図である。 本発明の第５の実施例における偏波多重光送信部の構成図である。 本発明の第５の実施例における光強度制御の原理の説明図である。 本発明の第６の実施例における偏波多重光送信部の構成図である。 本発明の第７の実施例における偏波多重光受信部の構成図である。 従来のデジタルコヒーレント偏波多重伝送システムの説明図である。 光多値信号の表示方法と、光多値変調方式の信号点、及び偏波多重伝送の説明図である。

以下、本発明の幾つかの実施例を図面を参照して説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の第１の実施例における偏波多重光送受信器２００の構成図である。

第１の実施例では、第一に本発明の偏波多重光送信部２０１に送信側偏波状態制御部２１４を配置し、さらに本発明の偏波多重光受信部２２０に受信側偏波状態制御部２３５を配置し、偏波多重光送信部２０１及び偏波多重光受信部２２０が、それぞれ独立に偏波多重状態及び単一偏波状態の二つの動作状態を選択できる。

また、本実施例の構成では、送信情報信号１０３は、送信側デジタル演算部２０２の内部に配置された情報信号分岐回路２０３に入力される。情報信号分岐回路２０３には、送信側偏波状態制御部２１４が出力する送信側偏波状態制御信号２１５が入力されている。送信情報信号１０３は、単一偏波状態では、Ｘ偏波の送信情報信号２０４のみとして出力され、偏波多重状態では、Ｘ偏波の送信情報信号２０４及びＹ偏波の送信情報信号２０５に分離して出力される。

信号分岐の方法にはいくつかのバリエーションがあるが、本実施例では情報信号分岐回路２０３はポートや入力パケットなどの独立した情報単位で分岐し、Ｘ偏波及びＹ偏波を独立した伝送チャネルとして取り扱う例を示す。この場合には、Ｘ偏波成分とＹ偏波成分は独立にフレーム化や誤り訂正を行うことが可能となり、互いのタイミングや状態を考慮せず偏波多重状態の切替が可能となる。

以後、Ｘ偏波の送信情報信号２０４は、Ｘ偏波フレーム化回路２０８、Ｘ偏波誤り訂正符号生成回路２０６、Ｘ偏波多値符号化回路２１０及びＸ偏波予等化回路２１２によって、Ｘ偏波の出力デジタル信号１１０に変換され、Ｘ偏波の多値変調光１１８となる。一方、Ｙ偏波の送信情報信号２０５は、Ｙ偏波省電力フレーム化回路２０９、Ｙ偏波省電力誤り訂正符号生成回路２０７、Ｙ偏波省電力符号化回路２１１及びＹ偏波省電力予等化回路２１３に入力され、Ｘ偏波とは完全に独立した信号処理を施される。

送信側偏波状態制御信号２１５は、Ｙ偏波省電力フレーム化回路２０９、Ｙ偏波省電力符号化回路２１１及びＹ偏波省電力予等化回路２１３に入力される。これらＹ偏波の省電力回路は、送信側偏波状態制御信号２１５に応じて内部の電源の遮断、低電圧化、又は内部クロックの停止などの手法によって、省電力モードに移行し、消費電力を低減する機能を有する。この結果、送信側単一偏波モードにおいて、これらのＹ偏波の省電力回路は省電力モードに移行することによって送信側デジタル演算部２０２の消費電力を最大５０％低減できる。

なお、上記の送信側の信号処理回路のすべてに省電力モードを設ける必要はなく、比較的消費電力の大きい回路にのみ設ければよい。また、本構成では示していないが、後続のＤＡＣ回路１１２−３及び１１２−４、これらのＤＡＣ回路の出力経路に配置された高周波増幅回路及びドライバ回路にも、送信側偏波状態制御信号２１５を入力し、省電力モードに移行させてもよい。

前述した構成によって、Ｙ偏波成分の情報信号は単一偏波モードでは無変調光に変換され、偏波多重モードでは従来どおりのＹ偏波の多値変調光１１９に変換される。この結果、送信光出力ファイバ１２１から出力される出力光信号２３７は、単一偏波光及び偏波多重光のどちらかに切り替えることが可能となる。

本発明の偏波多重光受信部２２０において、受信光入力ファイバ１３２から入力された受信光信号２３８を偏波分離・光９０度ハイブリッドフロントエンド１３６に入力し、コヒーレント偏波ダイバーシティ受信をする。本構成において、受信フロントエンド部からＡＤ変換器１３７−１〜１３７−４、伝送劣化補償部１４０−１、１４０−２を経て偏波分離回路１４３に至る、偏波多重光受信部２２０の前半部の構造は、図１２の従来の偏波多重光受信部１３０と同一である。

受信光信号２３８は光ファイバ伝送路を伝送中に任意の偏波回転を受けるため、その偏波状態は一般には偏波分離・光９０度ハイブリッドフロントエンド１３６の偏波主軸Ｓ、Ｐと異なっており、偏波分離・光９０度ハイブリッドフロントエンド１３６から出力されるＳ偏波成分及びＰ偏波成分には、送信側のＸ偏波成分及びＹ偏波成分が混在している。よって、受信光信号２３８が単一偏波（Ｘ偏波成分のみ）であっても、Ｓ偏波及びＰ偏波の両方の成分の受信処理を行わないと、大きな伝送劣化が生じてしまう。

その後、偏波分離回路１４３から出力されたＸ偏波デジタル信号１４５は、Ｘ偏波の情報信号再生回路２３９−１、すなわちＸ偏波周波数オフセット推定回路２２２・Ｘ偏波位相推定回路２２４、Ｘ偏波多値判定回路２２６、Ｘ偏波誤り訂正回路２３０及びＸ偏波フレーム除去回路２２８を経て、Ｘ偏波の受信情報信号２３２として情報信号結合回路２３４に入力される。

一方、同じ偏波分離回路１４３から出力されたＹ偏波デジタル信号１４４は、Ｙ偏波の情報信号再生回路２３９−２、すなわち省電力周波数オフセット推定回路２２３、Ｙ偏波省電力位相推定回路２２５、Ｙ偏波省電力多値判定回路２２７、Ｙ偏波省電力誤り訂正回路２３１及びＹ偏波省電力フレーム除去回路２２９を経て、Ｙ偏波の受信情報信号２３３として情報信号結合回路２３４に入力される。なお、伝送劣化補償部１４０−１、１４０−２から情報信号結合回路２３４までの回路によって、受信側デジタル演算部２２１を構成する。

受信側偏波状態制御部２３５からは、受信側偏波状態制御信号２３６が出力されており、本信号はＹ偏波の情報信号再生回路２３９−２の内部の各回路、及び情報信号結合回路２３４に入力されている。送信側と同様、Ｙ偏波側の各省電力回路は、受信側偏波状態制御信号２３６の状態に応じて省電力モードに移行し、消費電力を低減する機能を有しており、受信側単一偏波モードにおいては受信側デジタル演算部２２１の消費電力を最大５０％節減可能となる。

一方、情報信号結合回路２３４は受信側偏波状態制御信号２３６の状態に従い、受信側単一偏波状態ではＸ偏波の受信情報信号２３２のみを受信情報信号１５３として出力する。また、受信側偏波多重モードではＸ偏波の受信情報信号２３２及びＹ偏波の受信情報信号２３３を、情報信号結合回路２３４にて送信側で行った分岐と逆の方法で結合して出力する。本実施例の構成において、受信側でもＸ偏波成分とＹ偏波成分とは独立に復号、誤り訂正及びフレーム除去の処理が施され、両者が独立の伝送チャネルを構成するため、Ｘ偏波成分と独立に、Ｙ偏波成分のオン／オフの切り替えが可能である。

送信側と同様に、前述したＹ偏波の情報信号再生回路２３９−１中のすべての回路に省電力モードを設ける必要はなく、本実施例ではＹ偏波省電力誤り訂正回路２３１に代表されるように、比較的消費電力が大きい回路に省電力モードへの移行機能を設ければよい。

また、本実施例ではＸ偏波とＹ偏波を独立の伝送チャネルとして取り扱う例を示したが、全体を一つのチャネルとして取り扱うことも可能である。この場合、Ｘ偏波フレーム化回路２０８及びＹ偏波省電力フレーム化回路２０９を一体化し、さらに、Ｘ偏波誤り訂正符号生成回路２０６及びＹ偏波省電力誤り訂正符号生成回路２０７を一体化し、情報信号分岐回路２０３の直前に配置する。そして、両経路の情報信号に一体のフレーム化及び誤り訂正符号生成を行えばよい。単一偏波状態において、これらのフレーム化回路や誤り訂正回路は、伝送レートが半減しても適切なフレームや誤り訂正符号が生成されるように動作を変更する必要がある。

また、本実施例ではコヒーレント偏波ダイバーシティ検波を用いる偏波多重光送受信器の構成を説明したが、本発明の技術はデジタル信号処理によって偏波分離処理をする偏波ダイバーシティ受信器を有する偏波多重光送受信器であれば、本発明を適用することができる。例えば、デジタルＭＩＭＯ演算を用いて偏波分離を行う強度変調・強度受信型の偏波多重光受信器、及びデジタル偏波回転演算を用いて偏波分離処理を行う光遅延検波などを用いた偏波多重光多値受信器などにも本発明を適用できる。

以上に説明したように、第１の実施例では、偏波多重状態と単一偏波状態とを切り替える偏波多重光送受信器において、従来の構成では実現が困難であった消費電力が大きい、受信器内部の回路（例えば、誤り訂正回路、偏波分離回路、受信側の波長分散補償回路、送信側のデジタル予等化回路）を、単一偏波状態において、省電力モードへの切り替え、消費電力を低減することができる。

また、偏波分離回路、情報信号再生回路及び情報信号結合回路をデジタル回路で構成することによって、これらの回路をコンパクトに実装することができ、電源のオン／オフを容易に制御することができる。

＜実施例２＞
図２は、本発明の第２の実施例における偏波多重光受信部の構成図である。第２の実施例では、受信側で消費電力の大きな偏波分離回路と伝送劣化補償回路を省電力モードに切り替えられるように構成する。

本実施例では、まず、Ｘ偏波の偏波分離回路２４０とＹ偏波の省電力偏波分離回路２４１とを独立した回路で構成する。そして、各偏波分離回路から出力されるＸ偏波の受信デジタル信号２４６及びＹ偏波の受信デジタル信号２４７を、それぞれ、Ｘ偏波伝送劣化補償回路２４２及びＹ偏波省電力伝送劣化補償回路２４３に入力する。Ｙ偏波の省電力偏波分離回路２４１及びＹ偏波省電力伝送劣化補償回路２４３には、受信側偏波状態制御信号２３６が入力されており、受信側単一偏波状態では、これら二つの回路を省電力モードに移行できるように構成している。

前述したように、受信部においては偏波分離回路の入力側に配置された回路は、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分が混在した信号を処理する必要から単一偏波モードでも動作を停止することができない。しかし、本実施例の伝送劣化補償回路の例のように、信号が送信側の偏波（Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分）を分離及び再生する偏波分離回路の出力側に移動することによって、単一偏波状態で信号が存在しない側（本実施例ではＹ偏波側）の回路の動作を停止する省電力モードに移行できる。

しかし、一般には大きな波形劣化を補償し波形を整形する機能を持つ伝送劣化補償回路は、偏波分離回路の入力側に配置する必要があり、本実施例のような配置は困難である。

図３は、本発明の第２の実施例における信号点配置の説明図である。

図３（Ａ）は、偏波分離回路に入力されるＳ偏波の受信デジタル信号１３９の信号点配置を説明する図であり、図３（Ｂ）は、偏波分離回路に入力されるＰ偏波の受信デジタル信号１３８の信号点配置を説明する図である。両者とも、信号点配置が大きく乱れている。

図３（Ｃ）は、偏波分離後のＸ偏波の受信デジタル信号２４７の信号点配置を説明する図であり、図３（Ｄ）は、偏波分離後のＹ偏波の受信デジタル信号２４６の信号点配置を説明する図である。

本実施例の構成では、伝送劣化が等化されていないため、偏波分離後においても信号が判別できない状態になる。一方、偏波分離回路は伝送路の偏波変動に逐次追従する適応動作を行うため、自身の出力波形が波形歪みの無い理想的な多値受信波形となる状態を目標として適応フィードバック制御を行う。このように単純に偏波分離回路と伝送劣化補償回路の順序を入れ替えて、図２のように伝送劣化補償回路２４２を偏波分離回路２４０の出力側（又は伝送劣化補償回路２４３を偏波分離回路２４１の出力側）に配置した場合、偏波分離回路２４０及び２４１の直後では図３（Ｃ）（Ｄ）のような大きな波形歪みが残り、偏波分離回路が動作しなくなる。

前述した問題を防ぐため、本実施例ではＹ偏波省電力伝送劣化補償回路２４３及びＸ偏波伝送劣化補償回路２４２の出力となるＹ偏波デジタル信号１４４及びＸ偏波デジタル信号１４５を抽出し、それぞれをＹ偏波のフィードバック信号２４４及びＸ偏波のフィードバック信号２４５としてＹ偏波の省電力偏波分離回路２４１及びＸ偏波の偏波分離回路２４０にフィードバックする構成とした。

図３（Ｅ）は、伝送劣化補償後のＹ偏波デジタル信号１４４の信号点配置を示す図であり、図３（Ｆ）は、伝送劣化補償後のＸ偏波デジタル信号１４５の信号点配置を示す図である。波長分散などの波形劣化が補償されることよって、信号の振幅分布が明瞭に観測できるようになり、ＣＭＡなどのアルゴリズムを用いたＦＩＲフィルタの最適化が可能となる。

図４は、図２に示す本発明の第２の実施例における偏波分離回路の詳細な構成を示す図である。

本実施例では、Ｘ偏波の偏波分離回路２４０及びＹ偏波の省電力偏波分離回路２４１は、共に、Ｓ偏波の受信デジタル信号１３８及びＰ偏波の受信デジタル信号１３９を入力している。また、Ｘ偏波の偏波分離回路２４０及びＹ偏波の省電力偏波分離回路２４１は、互いに独立に動作し、Ｘ偏波の偏波分離回路２４０がＸ偏波の受信デジタル信号２４６を抽出し、Ｙ偏波の省電力偏波分離回路２４１がＹ偏波の受信デジタル信号２４７を抽出する。

すなわち、Ｘ偏波の偏波分離回路２４０中には、複素ＦＩＲフィルタ２５４及び複素ＦＩＲフィルタ２５５が設けられている。複素ＦＩＲフィルタ２５４は、Ｓ偏波の受信デジタル信号１３８を入力とするＮタップ複素ＦＩＲフィルタであり、入力偏波がＳで、出力偏波がＸである。複素ＦＩＲフィルタ２５５は、Ｐ偏波の受信デジタル信号１３９を入力とするＮタップ複素ＦＩＲフィルタであり、入力偏波がＰで、出力偏波がＸである。複素ＦＩＲフィルタ２５４の出力と複素ＦＩＲフィルタ２５５の出力との積和演算の結果をさらに加算器２５６−１で加算することによって、Ｘ偏波成分を抽出するバタフライ演算回路を構成する。

同様に、Ｙ偏波の省電力偏波分離回路２４１中には、省電力複素ＦＩＲフィルタ２５２及び省電力複素ＦＩＲフィルタ２５３が設けられている。省電力複素ＦＩＲフィルタ２５２は、Ｓ偏波の受信デジタル信号１３８を入力とするＮタップ省電力複素ＦＩＲフィルタであり、入力偏波がＳで、出力偏波がＹである。省電力複素ＦＩＲフィルタ２５３は、Ｐ偏波の受信デジタル信号１３９を入力とするＮタップ省電力複素ＦＩＲフィルタであり、入力偏波がＰで、出力偏波がＹである。省電力複素ＦＩＲフィルタ２５２の出力と省電力複素ＦＩＲフィルタ２５３の出力との積和演算の結果をさらに加算器２５６−２で加算することによって、Ｙ偏波成分を抽出するバタフライ演算回路を構成する。

ＦＩＲフィルタのタップの適応制御のために、Ｘ偏波側においては、図２のＸ偏波伝送劣化補償回路２４２の直後から抽出されたＸ偏波デジタル信号１４５の一部をＸ偏波のフィードバック信号２４５としてＸ偏波誤差算出回路２６４に入力する。Ｘ偏波誤差算出回路２６４は、例えばＣＭＡやＬＭＳなどの演算アルゴリズムを用いて、Ｘ偏波誤差信号２６５を算出し、これをＸ偏波タップ制御回路２６６に入力する。Ｘ偏波タップ制御回路２６６は、入力されたＸ偏波誤差信号２６５からＸ偏波タップ制御信号２６７を算出して、Ｎタップ複素ＦＩＲフィルタ２５４及びＮタップ複素ＦＩＲフィルタ２５５を自動的に最適化する。

Ｙ偏波成分についても同様に、図２のＹ偏波省電力伝送劣化補償回路２４３の直後から抽出されたＹ偏波デジタル信号１４４の一部をＹ偏波のフィードバック信号２４４としてＹ偏波誤差算出回路２６０に入力する。Ｙ偏波誤差算出回路２６０は、Ｘ偏波と同様のアルゴリズムを用いてＹ偏波誤差信号２６１を算出し、これをＹ偏波タップ制御回路２６２に入力する。Ｙ偏波タップ制御回路２６２は、入力されたＹ偏波誤差信号２６１からＹ偏波タップ制御信号２６３を算出して、Ｎタップ省電力複素ＦＩＲフィルタ２５２及びＮタップ省電力複素ＦＩＲフィルタ２５３を自動的に最適化する。

この際、Ｙ偏波の省電力偏波分離回路２４１の内部には、電力制御回路２５０が設けられる。電力制御回路２５０は、外部から入力される受信側偏波状態制御信号２３６に従って電力制御信号２５１を出力する。Ｙ偏波成分を利用しない受信側単一偏波状態において、電力制御信号２５１によって、電力制御回路２５０内に設けられたＹ偏波誤差算出回路２６０、Ｎタップ省電力複素ＦＩＲフィルタ２５２及びＮタップ省電力複素ＦＩＲフィルタ２５３を省電力モードに移行できる。

以上に説明したように、第２の実施例では、消費電力が大きかった伝送劣化補償部を省電力化することができる。

また、フィードバック信号２４４、２４５によって、Ｙ偏波の省電力偏波分離回路２４１及びＸ偏波の偏波分離回路２４０の特性を自動的に最適化することができる。

＜実施例３＞
図５は、本発明の第３の実施例における偏波多重光送信部の構成図である。図の煩雑さを避けるため、本発明の送信側デジタル演算部２０２の周辺の構成のみを示す。

本実施例では、本発明の送信側デジタル演算部２０２内に、単一偏波状態（Ｘ偏波）専用の符号化部及び偏波多重状態専用の符号化部の２系統を設け、この２系統を切替えて省電力化する。

前述の情報信号分岐回路２０３からは、Ｘ偏波の送信情報信号２０４−１及び２０４−２、及びＹ偏波の送信情報信号２０５が出力されている。このうちＸ偏波の送信情報信号２０４−１はＸ偏波用省電力フレーム化回路２７２、Ｘ偏波用省電力誤り訂正符号生成回路２７０及びＸ偏波用省電力多値符号化回路２７４を通過し、Ｘ偏波用省電力予等化回路２７６からＸ偏波の出力デジタル信号１１０−１が出力され、後続の送信多値信号選択回路２７９に入力される。一方、Ｘ偏波の送信情報信号２０４−２及びＹ偏波の送信情報信号２０５は一組の信号として、偏波多重用省電力フレーム化回路２７３、偏波多重用省電力誤り訂正符号生成回路２７１及び偏波多重用省電力多値符号化回路２７５を通過して、偏波多重用省電力予等化回路２７７から偏波多重デジタル信号２７８が出力され、同様に、後続の送信多値信号選択回路２７９に入力される。

送信側偏波状態制御部２１４からは、送信側単一偏波状態選択信号２８０及び送信側偏波多重状態選択信号２８１が出力される。送信側単一偏波状態選択信号２８０及び送信側偏波多重状態選択信号２８１は、どちらか一方がオンとなるように制御されている。送信側単一偏波状態選択信号２８０がオンとなった場合には本信号が入力されたＸ偏波用の信号処理回路を動作させ、送信側偏波多重状態選択信号２８１が入力された偏波多重用の処理回路を省電力モードに移行させる。同時に、情報信号分岐回路２０３及び送信多値信号選択回路２７９をＸ偏波側に切り替える。これによって、送信側単一偏波状態においては、回路規模が大きな偏波多重用の回路の動作を停止し、概ね１／２の規模のＸ偏波側の送信処理回路のみを利用することによって省電力化できる。送信側偏波多重状態においては、逆に偏波多重専用の送信処理回路が動作するように切り替える。

本実施例では、図１の第一の実施例に比べ、回路規模がおよそ１．５倍に増大するが、同時に動作する回路規模は第一の実施例と同一であり、第一の実施例と同様の省電力効果を得ることが可能である。本実施例の利点は、送信側偏波多重状態と送信側単一偏波状態とで、それぞれ専用のフレーム化回路や誤り訂正回路を利用でき、両偏波を単一の伝送チャネルとして取り扱うことができる。

Ｘ偏波とＹ偏波とを合わせて、２倍の帯域を持つ単一のチャネルとて取り扱うことができれば伝送効率及び管理面で有利となる。しかし、単一偏波状態と偏波多重状態とではフレーム構成や誤り訂正符号の配置などが大きく異なる。このため、単一偏波状態と偏波多重状態とを単一のフレーム化回路及び誤り訂正回路を共用して実現することは困難であり、単一偏波状態に切り替えた際に半分の回路の動作を停止することはさらに困難である。しかし、本実施例では、簡易な構成で、Ｘ偏波とＹ偏波とを合わせて２倍の帯域を持つ単一のチャネルとて取り扱うことができる。

以上に説明したように、第３の実施例では、消費電力が大きい受信側だけでなく、送信側の伝送劣化補償回路の消費電力も低減することができる。

＜実施例４＞
図６は、本発明の第４の実施例における偏波多重光受信部の構成図である。

第４の実施例では、第３の実施例と同様に単一偏波状態専用の信号再生回路と、偏波多重状態専用の信号再生回路とを設けて、省電力化をする。

本実施例では、ＡＤ変換器１３７−１〜１３７−４が出力するＳ偏波の受信デジタル信号１３８及びＰ偏波の受信デジタル信号１３９は、共に、Ｘ偏波用省電力偏波成分抽出回路２９０及び偏波多重用省電力偏波成分抽出回路２９１に入力される。前者のＸ偏波用省電力偏波成分抽出回路２９０から出力されるＸ偏波の受信デジタル信号２４６−１は、順にＸ偏波用省電力伝送劣化補償回路２９２、Ｘ偏波用省電力周波数オフセット推定回路２９４、Ｘ偏波用省電力位相推定回路２９６、Ｘ偏波用省電力多値判定回路２９８、Ｘ偏波用省電力誤り訂正回路３０２及びＸ偏波用省電力フレーム除去回路３００で処理された後に、Ｘ偏波の受信情報信号２３２−１として、情報信号結合回路２３４に入力される。

一方、偏波多重用省電力偏波成分抽出回路２９１からは、Ｘ偏波の受信デジタル信号２４６−２とＹ偏波の受信デジタル信号２４７が一組で出力されており、これらは共に偏波多重用省電力伝送劣化補償回路２９３、偏波多重用省電力周波数オフセット推定回路２９５、偏波多重用省電力位相推定回路２９７、偏波多重用省電力多値判定回路２９９、偏波多重用省電力誤り訂正回路３０３、偏波多重用省電力フレーム除去回路３０１で処理された後に、Ｘ偏波の受信情報信号２３２−２及びＹ偏波の受信情報信号２３３として、情報信号結合回路２３４に入力される。

受信側偏波状態制御部２３５からは、受信側単一偏波状態選択信号３０４及び受信側偏波多重状態選択信号３０５が出力される。受信側単一偏波状態選択信号３０４及び受信側偏波多重状態選択信号３０５は、どちらか一方がオンとなるように制御されている。受信側単一偏波状態選択信号３０４がオンとなった場合には本信号が入力されたＸ偏波用の信号処理回路を動作させ、受信側偏波多重状態選択信号３０５が入力された偏波多重用の処理回路を省電力モードに移行させる。同時に、情報信号結合回路２３４は、Ｘ偏波の受信情報信号２３２−１を出力するように切り替える。これによって、受信側単一偏波状態において、回路規模が大きな偏波多重受信用の回路の動作を停止し、概ね１／２の規模のＸ偏波側の受信回路のみを利用することによって省電力化できる。受信側偏波多重状態においては、逆に偏波多重専用の処理回路のみが動作するように切り替える。

本実施例の構成においても、第３の実施例と同様に、単一偏波専用の処理回路と偏波多重専用の処理回路とを切り替えることによって、それぞれ専用のフレーム化回路や誤り訂正回路を利用でき、両偏波を単一の伝送チャネルとして取り扱うことができる。また、誤り訂正回路及びフレーム化回路の動作の切り替えと省電力化を容易に実現できる。

図７は、本発明の第４の実施例における伝送劣化補償回路の構成図であり、特に多段構成で等化する場合の構成例を示す。

本発明が適用される光ファイバ伝送における伝送劣化のうち最も代表的な劣化要因は、光ファイバ伝送路の波長分散である。波長分散は線形な劣化であり、複素ＦＩＲフィルタ及び周波数領域等化器などの線形等化器、及びルックアップテーブルを用いた１段の等化器で比較的容易に等化が可能である。伝送劣化補償回路は、このような１段構成であっても他の回路に比べて比較的大きな消費電力を必要とするが、図７のような多段構成の場合、さらに数倍〜数１０倍の消費電力を必要とする可能性がある。

図７において、入力複素デジタル信号（単一偏波又は偏波多重）３１３は、非線形補償回路３１１−１、３１１−２、３１１−３及び波長分散補償回路３１０−１、３１０−２、３１０−３で交互に劣化を補償された後に、出力複素デジタル信号（単一偏波又は偏波多重）３１４として出力される。非線形補償回路では、光ファイバ非線形効果である自己位相変調や偏波間の相互位相変調、さらに近接する他のチャネルからの相互位相変調などの伝送劣化を補償する。これらは繰り返し段数を増やすほど等化効果が高まり、伝送品質を向上することができる。本実施例は、消費電力が大となった場合に大きな効果を持つ。

以上に説明したように、第４の実施例では、光ファイバの波長分散及び非線形性の少なくとも一つを補償する伝送劣化補償回路部を設けたので、長距離伝送において消費電力を効果的に低減することができる。

上記のような送信側ないしは受信側の伝送劣化補償回路は、該受信光信号の伝送路となる光ファイバの波長分散及び光ファイバの非線形のいずれかないしは両者を補償する機能、ないしは両者を補償する機能をもつことでとりわけ効果的に省電力化が実現可能となる
長距離を伝送することができる。

＜実施例５＞
図８は、本発明の第５の実施例における偏波多重光送信部の構成図であり、図９は、本発明の第５の実施例における光強度制御の原理を説明する図である。

本実施例では、単一偏波伝送時に変調を停止するＹ偏波成分について変調停止時の光強度の制御機構を設けて、伝送性能の劣化を防止する。

図８において、Ｙ偏波成分の直交光電界変調器１１７−２の出力部に光検出器３２０を設け、光検出器３２０の出力信号をバイアス制御回路３２１に入力する。バイアス制御回路３２１は、Ｉ電極バイアス制御信号３２２及びＱ電極バイアス制御信号３２３を出力し、直交光電界変調器１１７−２内に設けられた２組のマッハツェンダ型光変調器の動作点を任意に変更することが可能である。

前述のようなバイアス制御回路は、一般に直交光電界変調器１１７−２の変調時にバイアス点を制御するために広く用いられており、本実施例では、無変調時の動作を規定するものであり、原則として同一の回路を共用することが可能である。

図９は、Ｉ成分のバイアス電圧に対する光信号の強度変化を示す。なお、Ｑ成分についても、原則として同一の強度変化を示す。通常ＩＱ成分がそれぞれ変調されている場合、変調の中心点は光強度がゼロとなるＡ点となる。このとき変調信号を仮に２値信号と仮定し、その電圧振幅を概ねＶｐｐとすると、変調シンボルは図中のＣ１、Ｃ２の２点となる。

この状態で変調を停止するとバイアス点は最初は概ね光強度がゼロのＡ点近傍となるが、その後は変調停止時のバイアス制御回路３２１の動作が規定されないため、バイアス点がふらついたり、直交光電界変調器１１７−２の出力強度は不定となる可能性がある。

本実施例では、変調停止時にバイアス制御回路３２１の動作を変更し、直交光電界変調器１１７−２の出力強度が変調時の直交光電界変調器１１７−２の出力強度と略一致するように制御する。この際、Ｉ成分及びＱ成分の少なくとも一方のバイアスを制御してもよい。この結果、バイアス点は例えばＢ点のように、光強度が十分に大となる点に移動する。この制御によって、偏波多重状態及び単一偏波状態のどちらにおいても出力光強度が同一であり、変調状態を変えない側（Ｘ偏波）の強度も強度変化が生じず一定値に保つことができる。この結果、光アンプのサージの発生や過渡的応答による光信号の瞬断を防止し、また、光強度の変化による光ファイバ非線形効果の増加を防ぐことが可能となる。このような制御は、各波長の光強度を一定に保つ波長選択スイッチ、自動アッテネータ、及び一定出力制御型の光アンプなどが用いられた波長多重伝送系において伝送劣化を防ぐために非常に重要な特性となる。

他の有益な制御方式としては、変調停止時には残存光が生じないよう光出力をゼロとする、すなわち信号点の位置をＡ点に保つような制御が考えられる。このような制御は、光アンプなどがあまり多くない比較的短距離の光伝送で有効であり、伝送品質を高くすることができる。さらにバイアス点の位置が常に同一（消光点）に保たれるため、送信側偏波多重状態と送信側単一偏波状態とを高速に切り替えることが可能となる利点がある。

以上に説明したように第５の実施例では、偏波多重状態と単一偏波状態とを切り替えた際の光強度の変化に起因する信号の劣化を防止し、単一偏波状態での感度を高めることができる。

＜実施例６＞
図１０は本発明の第６の実施例における偏波多重光送信部の構成図であり、送信側の偏波多重状態の制御を自動化する構成を示す。

本実施例では、偏波多重光送信部２０１に入力される送信情報信号１０３の一部を送信情報量検出回路３３０に入力し、送信情報量検出回路３３０の出力信号を情報量閾値判定回路３３１に入力する。

情報量閾値判定回路３３１は、二つの閾値を持つヒステリシス判定回路であり、例えば、第一の閾値は単一偏波状態で伝送できる情報量の９０％、第二の閾値は単一偏波状態で伝送できる情報量の７０％などに設定する。情報量閾値判定回路３３１は、平均送信情報量が第一の閾値を越えた場合に、偏波多重状態自動切換信号３３２をオンに設定し、平均送信情報量が第二の閾値を下回った場合に、偏波多重状態自動切換信号３３２をオフに設定するように制御する。

偏波多重状態自動切換信号３３２は、送信側偏波状態制御部２１４に入力されている。送信側偏波状態制御部２１４は、偏波多重状態自動切換信号３３２がオンの場合に送信側偏波多重状態に、オフの場合に単一偏波状態に移行する。

このようにすることで、送信トラフィック量が十分大となり、単一偏波で伝送が困難となったときにのみ偏波多重伝送に自動的に切り替える自動制御が実現可能となる。なお、送信側偏波状態制御部２１４には偏波多重状態手動切替信号３３３も入力されており、必要に応じて手動で動作状態を指定し、固定的に使ってもよい。

以上に説明したように第６の実施例では、伝送すべき情報量によって手動または自動的に偏波多重状態と単一偏波状態とを切り替え、効果的に省電力化し、実用性を向上することができる。

＜実施例７＞
図１１は、本発明の第７の実施例における偏波多重光受信部の構成図であり、受信信号の偏波状態に従って自動的に偏波多重状態と単一偏波状態とを切り替える構成を示す。

本実施例では、Ｘ偏波用省電力フレーム除去回路３００及び偏波多重用省電力フレーム除去回路３０１は、偏波多重状態の変化を検出し、それぞれが偏波多重状態切替信号３４１及び単一偏波状態切替信号３４２を出力する。出力された信号は偏波多重状態判定回路３４０に入力される。

本実施例では、偏波状態の移行は対向する送信側デジタル演算部中でフレーマ化回路が情報ヘッダ中に書き込んで受信側に通知する。例えば、図１１の偏波多重光受信部と対向して図１０の送偏波多重光送信部を配置する。送信側偏波多重状態では、図１０中の偏波多重用省電力フレーム化回路２７３が動作中であり、手動によるコマンド及び伝送情報の減少などのイベントが生じて、単一偏波状態に移行する場合には、状態移行の有無及び移行するタイミング（例えば、Ｎフレーム後に移行など）などの移行情報をヘッダ部に書き込み、対向する偏波多重光受信部に通知する。

受信側では、動作中の偏波多重用省電力フレーム除去回路３０１は、単一偏波状態への移行情報を検出すると、これを単一偏波状態切替信号３４２として偏波多重状態判定回路３４０に通知する。偏波多重状態判定回路３４０は、切り替えに先立って停止中の単一偏波側の信号処理回路を起動し、情報信号が瞬断しないよう指定されたタイミングで情報信号結合回路を切り替え、切り替え後には不要となった偏波多重側の信号処理回路を停止する。単一偏波状態から偏波多重状態への切り替えはこれと逆の手順で行えばよい。

以上に説明したように第７の実施例では、送受信器の起動時に偏波状態を受信側に教える必要がなく、受信側に偏波状態を確実に設定することができる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１００：従来の偏波多重光送受信器、１０１：従来の偏波多重光送信部、
１０２：従来の送信側デジタル演算部、１０３：送信情報信号、
１０４：誤り訂正符号生成回路、１０５：フレーム化回路、
１０６：Ｘ偏波情報信号、１０７：Ｙ偏波情報信号、
１０８：多値符号化回路、１０９：デジタル予等化回路、
１１０：Ｘ偏波の出力デジタル信号、１１１：Ｙ偏波の出力デジタル信号、
１１２：ＤＡ変換器、１１３：送信用レーザ光源、１１４：送信レーザ光、
１１５：光分岐器、１１６：無変調レーザ光、１１７：直交光電界変調器、
１１８：Ｘ偏波の多値変調光信号、１１９：Ｙ偏波の多値変調光信号、
１２０：偏波多重送信光信号、１２１：送信光出力ファイバ、１２２：偏波合成器、
１３０：従来の偏波多重光受信部、１３１：従来の受信側デジタル演算部、
１３２：受信光入力ファイバ、１３３：受信偏波多重信号、１３４：局発レーザ光源、
１３５：局発レーザ光、１３６：偏波分離・光９０度ハイブリッドフロントエンド、
１３７：ＡＤ変換器、
１３８：Ｓ偏波の受信デジタル信号、１３９：Ｐ偏波の受信デジタル信号、
１４０：伝送劣化補償回路、
１４１：等化後のＳ偏波デジタル信号、１４２：等化後のＰ偏波デジタル信号、
１４３：偏波分離回路、１４４：Ｙ偏波デジタル信号、１４５：Ｘ偏波デジタル信号、
１４６：周波数オフセット推定回路、１４７：位相推定回路、１４８：多値判定回路、
１４９：Ｙ偏波情報信号、１５０：Ｘ偏波情報信号、
１５１：フレーム除去回路、１５２：誤り訂正回路、１５３：受信情報信号、
２００：本発明の偏波多重光送受信器、２０１：本発明の偏波多重光送信部、
２０２：本発明の送信側デジタル演算部、２０３：情報信号分岐回路、
２０４：Ｘ偏波の送信情報信号、２０５：Ｙ偏波の送信情報信号、
２０６：Ｘ偏波誤り訂正符号生成回路、２０７：Ｙ偏波省電力誤り訂正符号生成回路、
２０８：Ｘ偏波フレーム化回路、２０９：Ｙ偏波省電力フレーム化回路、
２１０：Ｘ偏波多値符号化回路、２１１：Ｙ偏波省電力多値符号化回路、
２１２：Ｘ偏波予等化回路、２１３：Ｙ偏波省電力予等化回路、
２１４：送信側偏波状態制御部、２１５：送信側偏波状態制御信号、
２２０：本発明の偏波多重光受信部、２２１：本発明の受信側デジタル演算部、
２２２：Ｘ偏波周波数オフセット推定回路、
２２３：Ｙ偏波省電力周波数オフセット推定回路、
２２４：Ｘ偏波位相推定回路、２２５：Ｙ偏波省電力位相推定回路、
２２６：Ｘ偏波多値判定回路、２２７：Ｙ偏波省電力多値判定回路、
２２８：Ｘ偏波フレーム除去回路、２２９：Ｙ偏波省電力フレーム除去回路、
２３０：Ｘ偏波誤り訂正回路、２３１：Ｙ偏波省電力誤り訂正回路、
２３２：Ｘ偏波の受信情報信号、２３３：Ｙ偏波の受信情報信号、
２３４：情報信号結合回路、
２３５：受信側偏波状態制御部、２３６：受信側偏波状態制御信号、
２３７：送信光信号、２３８：受信光信号、２３９：情報信号再生回路、
２４０：Ｘ偏波の偏波分離回路、２４１：Ｙ偏波の省電力偏波分離回路、
２４２：Ｘ偏波伝送劣化補償回路、２４３：Ｙ偏波省電力伝送劣化補償回路、
２４４：Ｙ偏波のフィードバック信号、２４５：Ｘ偏波のフィードバック信号、
２４６：Ｘ偏波の受信デジタル信号、２４７：Ｙ偏波の受信デジタル信号、
２５０：電力制御回路、２５１：電力制御信号、
２５２：Ｎタップ省電力複素ＦＩＲフィルタ（入力偏波Ｓ−出力偏波Ｙ）、
２５３：Ｎタップ省電力複素ＦＩＲフィルタ（入力偏波Ｐ−出力偏波Ｙ）、
２５４：Ｎタップ複素ＦＩＲフィルタ（入力偏波Ｓ−出力偏波Ｘ）、
２５５：Ｎタップ複素ＦＩＲフィルタ（入力偏波Ｐ−出力偏波Ｘ）、
２５６：加算回路
２６０：Ｙ偏波誤差算出回路、２６１：Ｙ偏波誤差信号、
２６２：Ｙ偏波タップ制御回路、２６３：Ｙ偏波タップ制御信号、
２６４：Ｘ偏波誤差算出回路、２６５：Ｘ偏波誤差信号、
２６６：Ｘ偏波タップ制御回路、２６７：Ｘ偏波タップ制御信号、
２７０：Ｘ偏波用省電力誤り訂正符号生成回路、
２７１：偏波多重用省電力誤り訂正符号生成回路、
２７２：Ｘ偏波用省電力フレーム化回路、２７３：偏波多重用省電力フレーム化回路、
２７４：Ｘ偏波用省電力多値符号化回路、２７５：偏波多重用省電力多値符号化回路、
２７６：Ｘ偏波用省電力予等化回路、２７７：偏波多重用省電力予等化回路、
２７８：偏波多重デジタル信号、２７９：送信多値信号選択回路、
２８０：送信側単一偏波状態選択信号、２８１：送信側偏波多重状態選択信号
２９０：Ｘ偏波用省電力偏波成分抽出回路、
２９１：偏波多重用省電力偏波成分抽出回路、
２９２：Ｘ偏波用省電力伝送劣化補償回路、
２９３：偏波多重用省電力伝送劣化補償回路、
２９４：Ｘ偏波用省電力周波数オフセット推定回路、
２９５：偏波多重用省電力周波数オフセット推定回路、
２９６：Ｘ偏波用省電力位相推定回路、２９７：偏波多重用省電力位相推定回路、
２９８：Ｘ偏波用省電力多値判定回路、２９９：偏波多重用省電力多値判定回路、
３００：Ｘ偏波用省電力フレーム除去回路、
３０１：偏波多重用省電力フレーム除去回路、
３０２：Ｘ偏波用省電力誤り訂正回路、３０３：偏波多重用省電力誤り訂正回路、
３０４：受信側単一偏波状態選択信号、３０５：受信側偏波多重状態選択信号、
３１０：波長分散補償回路、３１１：非線形補償回路、
３１３：入力複素デジタル信号（単一偏波もしくは偏波多重）、
３１４：出力複素デジタル信号（単一偏波もしくは偏波多重）、
３２０：光検出器、３２１：バイアス制御回路、
３２２：Ｉ電極バイアス制御信号、３２３：Ｑ電極バイアス制御信号、
３３０：送信情報量検出回路、３３１：情報量閾値判定回路、
３３２：偏波多重状態自動切換信号、３３３：偏波多重状態手動切替信号、
３４０：偏波多重状態判定回路、３４１：偏波多重状態切替信号、
３４２：単一偏波状態切替信号

Claims (13)

1. 互いに直交する偏波成分の各々が独立の多値情報信号で変調された偏波多重光を送受信する偏波多重光送受信器であって、
   前記偏波多重光を送信する偏波多重光送信部と、
   前記偏波多重光を受信する偏波多重光受信部と、
   互いに独立に動作する送信側偏波状態制御部及び受信側偏波状態制御部とを備え、
   前記送信側偏波状態制御部は、前記偏波多重光送信部が送信する偏波多重光を、両方の偏波の光信号が情報信号で変調された偏波多重送信状態と、一方の偏波の光信号のみが情報信号で変調された単一偏波送信状態とのいずれかに、前記偏波多重光送信部を切り替え、
   前記受信側偏波状態制御部は、前記偏波多重光受信部が受信する光多値変調信号を、両方の偏波の光信号が情報信号で変調された偏波多重光を受信する偏波多重受信状態と、一方の偏波の光信号のみが情報信号で変調された単一偏波光を受信する単一偏波受信状態とのいずれかに、前記偏波多重光受信部を切り替え、
   前記偏波多重光受信部は、
   送信側の偏波成分を再生する偏波分離部と、
   前記再生された送信側の偏波成分を入力とし、情報信号を再生及び抽出する複数の情報信号再生部と、
   前記受信側偏波状態制御部の制御によって、前記複数の情報信号再生部が出力する情報信号を結合又は選択して出力する情報信号結合部と、を含み、
   前記偏波多重光受信部は、前記単一偏波受信状態において、前記偏波分離部及び前記情報信号再生部の少なくとも一部を省電力モードに移行することを特徴とする偏波多重光送受信器。
2. 請求項１に記載の偏波多重光送受信器であって、
   前記偏波多重光受信部は、受信した光信号をアナログ電気信号に変換する受信フロントエンドと、前記アナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記デジタル信号を多値復調して信号処理を施す受信側デジタル演算部とを含み、
   前記受信側デジタル演算部は、前記偏波分離部と、前記情報信号再生部と、前記情報信号結合部とを含むことを特徴とする偏波多重光送受信器。
3. 請求項１に記載の偏波多重光送受信器であって、
   前記情報信号再生部は、伝送路の線形・非線形劣化を補償する受信側伝送劣化補償部及び信号の誤りを訂正する誤り訂正部の少なくとも一つを含み、
   前記受信側伝送劣化補償部及び前記誤り訂正部の各々は、前記受信側偏波状態制御部の制御によって省電力モードに移行することを特徴とする偏波多重光送受信器。
4. 請求項１に記載の偏波多重光送受信器であって、
   前記偏波多重光受信部は、伝送路の線形・非線形劣化を補償する受信側伝送劣化補償部を含み、
   前記偏波分離部に入力される最適化制御信号を、前記受信側伝送劣化補償部の後段の回路部から抽出することを特徴とする偏波多重光送受信器。
5. 請求項１に記載の偏波多重光送受信器であって、
   前記偏波多重光送信部は、前記送信側偏波状態制御部の制御によって省電力モードに移行する送信側伝送劣化補償部を含むことを特徴とする偏波多重光送受信器。
6. 請求項３から５のいずれか一つに記載の偏波多重光送受信器であって、
   送信側伝送劣化補償部及び受信側伝送劣化補償部の少なくとも一つは、光信号が伝送される光ファイバの波長分散及び非線形性の少なくとも一つを補償することを特徴とする偏波多重光送受信器。
7. 請求項１に記載の偏波多重光送受信器であって、
   前記偏波多重光送信部は、前記単一偏波送信状態において、情報信号で変調されていない送信光信号の平均強度が、前記偏波多重送信状態における送信光信号の平均強度と同一となるように制御することを特徴とする偏波多重光送受信器。
8. 請求項１に記載の偏波多重光送受信器であって、
   前記偏波多重光送信部は、前記単一偏波送信状態において、情報信号で変調されていない送信光信号の平均強度がゼロとなるように制御することを特徴とする偏波多重光送受信器。
9. 請求項１に記載の偏波多重光送受信器であって、
   前記送信側偏波状態制御部及び前記受信側偏波状態制御部は、外部から入力される信号又は外部からの操作によって、それぞれ、制御を切り替えることを特徴とする偏波多重光送受信器。
10. 請求項１に記載の偏波多重光送受信器であって、
    前記入力された情報信号の平均送信情報量を測定する送信情報量測定部を備え、
    前記送信側偏波状態制御部は、第１の所定の閾値と、前記第１の所定の閾値と等しいか又は小さい第２の所定の閾値とを格納し、
    前記送信側偏波状態制御部は、前記測定された平均送信情報量が前記第１の所定の閾値を越えた場合に偏波多重送信状態に制御し、前記第２の閾値を下回った場合に単一偏波送信状態に制御することを特徴とする偏波多重光送受信器。
11. 請求項１に記載の偏波多重光送受信器であって、
    前記受信側偏波状態制御部は、前記受信する光多値変調信号の偏波多重状態又は前記受信する光多値変調信号内に記載された偏波状態切替情報に基づいて、制御を切り替えることを特徴とする偏波多重光送受信器。
12. 互いに直交する偏波成分の各々が独立の多値情報信号で変調された偏波多重光を送受信する２台の偏波多重光送受信器が対向して設けられる偏波多重光送受信システムであって、
    前記各偏波多重光送受信器は、前記偏波多重光を送信する偏波多重光送信部と、前記偏波多重光を受信する偏波多重光受信部と、互いに独立に動作する送信側偏波状態制御部及び受信側偏波状態制御部とを含み、
    前記送信側偏波状態制御部は、前記偏波多重光送信部が送信する偏波多重光を、両方の偏波の光信号が情報信号で変調された偏波多重送信状態と、一方の偏波の光信号のみが情報信号で変調された単一偏波送信状態とのいずれかに、前記偏波多重光送信部を切り替え、
    前記受信側偏波状態制御部は、前記偏波多重光受信部が受信する光多値変調信号を、両方の偏波の光信号が情報信号で変調された偏波多重光を受信する偏波多重受信状態と、一方の偏波の光信号のみが情報信号で変調された単一偏波光を受信する単一偏波受信状態とのいずれかに、対向する偏波多重光送受信器の偏波多重光送信部と連動して、前記偏波多重光受信部を切り替え、
    前記偏波多重光受信部は、
    送信側の偏波成分を再生する偏波分離部と、
    前記再生された送信側の偏波成分を入力とし、情報信号を再生及び抽出する複数の情報信号再生部と、
    前記受信側偏波状態制御部の制御によって、前記複数の情報信号再生部が出力する情報信号を結合又は選択して出力する情報信号結合部と、を含み、
    前記偏波多重光受信部は、前記単一偏波受信状態において、前記偏波分離部及び前記情報信号再生部の少なくとも一部を省電力モードに移行することを特徴とする偏波多重光送受信システム。
13. 互いに直交する偏波成分の各々が独立の多値情報信号で変調された偏波多重光を送受信する偏波多重光送受信器における偏波状態切替方法であって、
    前記偏波多重光送受信器は、前記偏波多重光を送信する偏波多重光送信部と、前記偏波多重光を受信する偏波多重光受信部と、互いに独立に動作する送信側偏波状態制御部及び受信側偏波状態制御部と含み、
    前記偏波多重光受信部は、送信側の偏波成分を再生する偏波分離部と、前記再生された送信側の偏波成分を入力とし、情報信号を再生及び抽出する複数の情報信号再生部と、前記受信側偏波状態制御部の制御によって、前記複数の情報信号再生部が出力する情報信号を結合又は選択して出力する情報信号結合部と、を含み、
    前記方法は、
    前記送信側偏波状態制御部が、前記偏波多重光送信部が送信する偏波多重光を、両方の偏波の光信号が情報信号で変調された偏波多重送信状態と、一方の偏波の光信号のみが情報信号で変調された単一偏波送信状態とのいずれかに、前記偏波多重光送信部を切り替え、
    前記受信側偏波状態制御部が、前記偏波多重光受信部が受信する光多値変調信号を、両方の偏波の光信号が情報信号で変調された偏波多重光を受信する偏波多重受信状態と、一方の偏波の光信号のみが情報信号で変調された単一偏波光を受信する単一偏波受信状態とのいずれかに、前記偏波多重光受信部を切り替え、
    前記偏波多重光受信部が、前記単一偏波受信状態において、前記偏波分離部及び前記情報信号再生部の少なくとも一部を省電力モードに移行する偏波状態切替方法。

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