JP2016019289A - 光信号雑音比の監視装置、送信機及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】光信号雑音比の監視装置、送信機及び通信システムを提供する。【解決手段】光信号雑音比の監視装置は、信号抽出部と信号処理部を含む。信号抽出部は、受信された信号から２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出し、２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なり、偏光状態がパイロット信号の周波数により区分される。信号処理部は、信号抽出部により抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号を用いて２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する。本発明の実施例によれば、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数を異ならせることで、異なる偏光状態における光信号雑音比をより正確に取得できる。【選択図】図１

Description

本発明は、光通信技術の分野に関し、特に光信号雑音比の監視装置、送信機及びコヒーレント光通信システムに関する。

光信号雑音比（Optical Signal Noise Ratio、OSNR）は、従来の直接検出の光通信システム及びコヒーレント光通信システムでは、システムの性能に直接関連する量であるため、光信号雑音比の監視技術は広く注目されている。

従来の通信システムでは、光信号雑音比は光信号のスペクトルを分析することによって取得される。複数の波長を含む波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing、WDM）システムでは、現在の波長の信号電力及び雑音電力は、現在のチャネルの信号光をスイッチングすることによって取得される。勿論、このような監視方法はトラヒック伝送を中断する。トラヒックを確保すると共にOSNR監視を行うため、従来の方法では、雑音のスペクトルが平坦であり、且つ信号を伝送する帯域幅がチャネル間隔よりも遥かに小さいと仮定されるため、OSNRをより正確に推定するように、異なる周波数ポイントにおいて信号及び雑音を測定してもよい。

しかし、光通信容量の増加に伴い、コヒーレント光通信システムの伝送距離及び伝送速度は、以前より大幅に改善されている。雑音のスペクトル形状はより多くの光ノードにより大きく起伏し、光雑音がスペクトルにおいて均一に分布するという前提は問題となる。一方、チャネル間隔が大幅に短縮するため、雑音電力を測定するための、信号を無視することが可能なバンドを探すのは問題点となる。従って、コヒーレント通信システムにおけるOSNRの測定に関する研究は新しく注目されている。

コヒーレント通信システムでは、受信された光学場信号を用いてOSNRを推定する方法がいくつ存在している。受信された信号は、シーケンス同期、分散補償、等化、周波数差の除去及び位相ノイズ除去などの一列のデジタル信号処理アルゴリズムを行った後で、雑音を含む送信信号に回復することができる。送信シーケンス（トレーニングシーケンス）が既知である、或いは判断することで近似の送信シーケンスが取得されると仮定すると、信号及び雑音の大きさをそれぞれ取得でき、システムのOSNRを推定できる[1]。

日本電信電話（Nippon Telegraph & Telephone、NTT）は、パイロット（Pilot）に基づくOSNRの推定方法を提出している[2]。この方法では、トレーニングシーケンスは単一周波数の形に設計され、受信機側では、検出アルゴリズムにより該単一周波数の電力及びその周辺の雑音の電力スペクトル密度を取得でき、該チャネルの光信号のOSNRを取得できる。

なお、背景技術に関する上記の説明は、単なる本発明の技術案をより明確、完全に説明するためのものであり、当業者を理解させるために説明するものであり。これら技術案が本発明の背景技術の部分に説明されているから当業者にとって周知の技術であると解釈してはならない。

以下は本発明及び関連技術を理解させるための文献を列挙し、これらの文献を引用することで本明細書に援用し、本明細書において完全に記述することと同様である。

[1] IEEE Photonic Journals 2013, pp.6601609
[2] OECC 2013, TuR2-4, Digital In-band OSNR Estimation for Polarization-Multiplexed Optical Transmission

従来、受信された光学場信号を用いてOSNRを推定する方法では、取得された雑音は、リンクにおいて追加した白色雑音に加えて、光ファイバの非線形性による雑音を含むため、システムのOSNRを過小評価してしまうという問題点がある。

NTTにより提出されている方法では、偏光に関連する減衰を有するリンクに鈍感であり、即ち該方法により推定されたOSNR値が偏光状態のOSNRを表すことができなく、実際にはチャネルの性能が２つの偏光状態における最も悪いOSNRにより制限されている、という欠点がある。

本発明の実施例は、異なる偏光状態を有する通信システムの光信号雑音比をより正確に推定できる光信号雑音比の監視装置、送信機及び通信システムを提供することを目的とする。

本発明の実施例の第１の態様では、光信号雑音比を監視する装置であって、受信された信号から２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出する信号抽出手段であって、２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なり、偏光状態が前記パイロット信号の周波数により区分される、信号抽出手段と、前記信号抽出手段により抽出された前記パイロット信号及び非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する信号処理手段と、を含む、装置を提供する。

本発明の実施例の第２の態様では、ペイロードにパイロット信号を設定する処理手段と、前記パイロット信号が設定されたペイロードを受信機に送信する送信手段と、を含み、２つの偏光状態における前記パイロット信号の周波数は異なる、送信機を提供する。

本発明の実施例の第３の態様では、送信機と受信機とを含む通信システムであって、前記送信機は、ペイロードにパイロット信号を設定し、前記パイロット信号が設定されたペイロードを受信機に送信し、２つの偏光状態における前記パイロット信号の周波数は異なり、前記受信機は、前記パイロット信号の周波数に基づいて、受信された信号から前記２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出し、前記抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する、通信システムを提供する。

本発明の実施例の有益な効果としては、送信機が受信機にパイロット信号を含む信号を送信し、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なるため、受信機が異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数に基づいてパイロット信号及び非パイロット信号を抽出することによって、抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号に基づいて光信号雑音比を正確に推定できる。

下記の説明及び図面に示すように、本発明の特定の実施形態が詳細に開示され、本発明の原理を採用できる方式が示される。なお、本発明の実施形態の範囲はこれらに限定されない。本発明の実施形態は、添付される特許請求の範囲の要旨及び項目の範囲内において、変更されたもの、修正されたもの及び均等的なものを含む。

１つの実施形態に記載された特徴及び／又は示された特徴は、同一又は類似の方式で１つ又はさらに多くの他の実施形態で用いられてもよいし、他の実施形態における特徴と組み合わせてもよいし、他の実施形態における特徴に代わってもよい。

なお、本文では、用語「包括／含む」は、特徴、部材、ステップ又はコンポーネントが存在することを指し、一つ又は複数の他の特徴、部材、ステップ又はコンポーネントの存在又は付加を排除しない。

含まれる図面は、本発明の実施例をさらに理解するために用いられ、明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示するために用いられ、文言の記載と共に本発明の原理を説明する。なお、以下に説明される図面は、単なる本発明の一部の実施例であり、当業者にとっては、これらの図面に基づいて他の図面を容易に想到できる。
本発明の実施例１に係る送信機の構成を示す図である。 本発明の実施例１に係るパイロット信号が設定されたデータ信号を示す図である。 本発明の実施例１に係るＱＰＳＫ信号に基づいてＨ偏光状態におけるコードワードを選択することを示す図である。 本発明の実施例１に係るＱＰＳＫ信号に基づいてＶ偏光状態におけるコードワードを選択することを示す図である。 本発明の実施例１に係るデータ送信のフローチャートである。 本発明の実施例２に係る光信号雑音比の監視装置の構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る信号抽出部の構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る信号処理部の構成を示す図である。 本発明の実施例２に係るコードワード送信の時間系列及び対応する周波数スペクトル密度を示す図である。 本発明の実施例２に係る光信号雑音比の監視方法のフローチャートである。 信号抽出方法のフローチャートである。 光信号雑音比の計算方法のフローチャートである。 本発明の実施例４に係る通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施例４に係る送信機の構成を示す図である。 本発明の実施例４に係る受信機の構成を示す図である。

以下は、図面を参照しながら本願の各実施形態を説明する。これらの実施形態は単なる例示するものであり、本願を限定するものではない。当業者に本願の原理及び実施形態を容易に理解させるため、本願の実施形態ではコヒーレント光通信システムのOSNR監視を例として説明する。なお、本願の実施形態はOSNR監視を行う他の通信システムに適用する。

従来技術に存在する問題点を解決し、偏波多重システムの２つの偏光状態におけるそれぞれの光信号雑音比を取得するため、本実施例では、送信機側の異なる偏光状態におけるパイロット信号（pilot）を区分する。このように、受信機は、各偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出でき、抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号に基づいて各偏光状態における光信号雑音比を正確に推定できる。以下は、図面を参照しながら本願の実施例を詳細に説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る送信機の構成を示す図である。図１に示すように、装置１００は、処理部１０１及び送信部１０２を含む。

処理部１０１は、ペイロードにパイロット信号を設定する。送信部１０２は、パイロット信号が設定されたペイロードを受信機に送信し、２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数は異なる。

実施例では、該２つの偏光状態は、水平偏光状態（H偏光状態）及び垂直偏光状態（V偏光状態）である。

上記実施例によれば、送信機１００が受信機にパイロット信号を含むデータ信号を送信し、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なるため、受信機が異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数に基づいて各偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出することによって、抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号に基づいて光信号雑音比を正確に推定でき、従来技術に存在する問題点を解決できる。

図２は、本発明の実施例１に係るパイロット信号が設定されたデータ信号を示す図である。図２に示すように、該データ信号はパイロット信号（pilot）及び非パイロット信号を含んでもよく、該非パイロット信号は、実際に伝送されるデータであり、ペイロード（Payload）と称され、該パイロット信号が設定されたデータ信号は時間領域信号である。

本実施例では、任意の方法により異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数を異ならせてもよい。

例えば、送信機のハードウェアの複雑さを簡素化し、時間領域信号が送信信号のコンステレーション点に基づくことを考慮するため、異なるコードワードを選択することで異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数を異ならせる。

図１に示すように、送信機１００は２つの偏光状態におけるコードワードを選択する選択部１０３をさらに含んでもよく、該２つの偏光状態におけるコードワードは異なり、送信部１０２は該２つの偏光状態におけるコードワードに基づいて該パイロット信号を含むデータ信号を送信する。

このように、異なるコードワードを選択することで、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数を異ならせることができる。

例えば、選択部１０３は、４位相偏移変調（QPSK）信号又は２位相偏移変調（BPSK）から該コードワードを選択してもよい。以下は、コードワードを選択する方法の例を説明する。

例１：H偏光状態及びV偏光状態におけるコードワードは全て４位相変位変調（QPSK）信号から選択される。

H偏光状態におけるコードワード及びV偏光状態におけるコードワードそれぞれは選択された４つのコンステレーション点であってもよく、異なる偏光状態について、該４つのコンステレーション点が異なるため、該H偏光状態におけるコードワードとV偏光状態におけるコードワードは異なる。

図３Ａは本発明の実施例１に係るＱＰＳＫ信号に基づいてＨ偏光状態におけるコードワードを選択することを示す図であり、図３Ｂは本発明の実施例１に係るＱＰＳＫ信号に基づいてＶ偏光状態におけるコードワードを選択することを示す図である。図３Ａに示すように、H偏光状態におけるコードワードは時計方向に４つのコンステレーション点（順に１、２、３、４である）を選択してもよく、図３Ｂに示すように、V偏光状態におけるコードワードは反時計方向にコンステレーション点（順に４、３、２、１である）を選択してもよい。このように、H偏光状態及びV偏光状態に対応するパイロット信号の周波数は、それぞれ正の１／４ボーレート及び負の１／４ボーレートである。

また、H偏光状態及びV偏光状態におけるコードワードの選択方法は上記方法に限定されず、例えばH偏光状態は図３Ａに示す４つのコンステレーション点であり、順に１、２、３、４であり、V偏光状態は選択された４つのコンステレーション点であってもよいが、その順は１、３、４、２である。同様な他の方法であってもよく、ここでその説明が省略される。

例２：H偏光状態及びV偏光状態におけるコードワードは全て２位相偏移変調（BPSK）信号から選択され、（＋，−）とマークされる。

例えば、H偏光状態におけるコードワードは（＋−＋−＋−＋−）であり、V偏光状態におけるコードワードは（＋＋−−＋＋−−＋＋−−＋＋−−）である。このように、H偏光状態に対応するパイロット信号の周波数は＋１／２ボーレート及び−１／２ボーレートであり、V偏光状態に対応するパイロット信号の周波数は＋１／４ボーレート及び−１／４ボーレートである。

また、H偏光状態及びV偏光状態におけるコードワードの選択方法は上記の方法に限定されず、例えば送信機のパルス形状に応じて、＋３／４ボーレート及び−３／４ボーレートの周波数成分があってもよいが、ここでその説明が省略される。

本実施例では、選択部１０３はオプションの部分であり、コードワードが既に選択された場合、該部分を省略してもよい。

以下は、図面を参照しながら実施例に係る装置１００の動作フローを詳細に説明する。

図４は、本発明の実施例１に係るデータ送信のフローチャートである。図４に示すように、送信機１００がデータを送信する時に、データを送信する方法は以下のステップを含む。

ステップ４０１：ペイロードにパイロット信号を内挿する。

本実施例では、図２に示すように、各偏光状態において、送信機１００の処理部１０１はペイロード（payload）にパイロット信号を内挿する。また、従来技術と同様に、該ペイロードは信号発生器で生成されてもよく、ここでその説明が省略される。

ステップ４０２：２つの偏光状態におけるコードワードを選択し、該２つの偏光状態におけるコードワードは異なる。

本実施例では、送信機１００の選択部１０３は該２つの偏光状態におけるコードワードを選択し、該２つの偏光状態において選択されたコードワードは異なる。

このように、異なる偏光状態において異なるコードワードを選択することで、パイロット信号の周波数を異ならせることができ、異なる偏光状態におけるパイロットを区分できる。具体的なコードワードの選択方法は、上記の実施例に説明されているが、ここでその説明が省略される。

ステップ４０３：パイロット信号を含むペイロードを受信機に送信する。

本実施例では、送信機１００の送信部は、該パイロット信号を含むデータ信号を受信機に送信し、異なる偏光状態におけるパイロット信号のコードワードが異なるため、異なる偏光状態におけるパイロットの周波数は異なる。

上記の実施例によれば、送信機が受信機にパイロット信号を含む信号を送信し、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なるため、受信機が異なる偏光状態における光信号雑音比を取得でき、従来技術に存在する問題点を解決できる。

＜実施例２＞
図５は、本発明の実施例２に係る光信号雑音比の監視装置の構成を示す図である。図５に示すように、装置５００は信号抽出部５０１及び信号処理部５０２を含む。

信号抽出部５０１は、受信された信号から２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出し、２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なり、偏光状態がパイロット信号の周波数により区分される。

信号処理部５０２は、信号抽出部５０１により抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号を用いて該２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する。

上記の実施例によれば、装置５００がパイロット信号を含む送信信号を受信し、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なるため、装置５００は異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数に基づいて各偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出することによって、抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号に基づいて各偏光状態における光信号雑音比を正確に推定でき、従来技術に存在する問題点を解決できる。

本実施例では、受信された信号は、パイロット信号が設定されたデータ信号であり、その構成は実施例１、２に示すものであり、ここでその説明が省略される。

本実施例では、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数は異なり、該パイロット信号の周波数により異なる偏光状態を区分できる。従って、信号抽出部５０１は、該パイロット信号の周波数に基づいて異なる偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出できる。

図６は、本発明の実施例２に係る信号抽出部５０１の構成を示す図である。図６に示すように、信号抽出部５０１は、情報取得部６０１、第１の計算部６０２及び第２の計算部６０３を含む。

情報取得部６０１は、パイロット信号の周波数に基づいて、受信された信号から各偏光状態における２つの周波数ポイントの振幅値を取得する。

第１の計算部６０２は、該振幅値により構成された伝送マトリックスの逆マトリックスを求める。

第２の計算部６０３は、該伝送マトリックスの逆マトリックスに、受信された信号を乗じて、２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を取得する。

本実施例では、受信された信号は時間領域信号であるため、情報取得部６０１は、受信された信号の時間領域の波形に対してフーリエ変換を行い、該時間領域信号を周波数領域信号に変換し、２つの偏光状態における２つの周波数ポイントの振幅値を取得してもよい。

本実施例では、該２つの周波数ポイントは、該２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数を指し、該２つの周波数ポイントの振幅値は、該２つの異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数に対応する振幅値を指す。このように、取得された４つの振幅値は、１つの伝送マトリックスHを構成し、該伝送マトリックスは式（１）に示されている。

本実施例では、例えば、送信側では、２つの偏光状態はH偏光状態及びV偏光状態であり、２つの偏光状態におけるパイロット信号（Pilot）それぞれはPilotH及びPilotVとマークされ、受信側では、２つの偏光状態はX偏光状態及びY偏光状態である。このように、式（１）において、h11はX偏光状態におけるPilotHの成分であり、h12はX偏光状態におけるPilotVの成分であり、h21はY偏光状態におけるPilotHの成分であり、h22はY偏光状態におけるPilotVの成分である。

本実施例では、第１の計算部６０２は、伝送マトリックスHの逆マトリックスを求め、伝送マトリックスHの逆マトリックスH^-1を取得し、第２の計算部６０３は、逆マトリックスH^-1に、受信された時間領域信号を乗じて、偏光逆多重された信号、即ち２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を取得する。

本実施例では、２つの偏光状態におけるOSNRを取得し、非線形性の影響を回避するため、信号処理部５０２は、２つの偏光状態（X及びY）におけるパイロット信号が出現するタイミングにおいて雑音電力をそれぞれ計算し、ペイロード（payload）の期間において信号電力を計算する。

図７は、本発明の実施例２に係る信号処理部５０２の構成を示す図である。図７に示すように、信号処理部５０２は、第３の計算部７０１、第４の計算部７０２及び第５の計算部７０３を含む。

第３の計算部７０１は、パイロット信号を用いて該２つの偏光状態における雑音電力を推定する。

第４の計算部７０２は、非パイロット信号を用いて該２つの偏光状態における信号電力を推定する。

第５の計算部７０３は、該２つの偏光状態における雑音電力及び信号電力を用いて該２つの偏光状態における光信号雑音比（OSNR）を取得する。

図８は、本発明の実施例２に係るコードワード送信の時間系列及び対応する周波数スペクトル密度を示す図である。図８に示すように、雑音が帯域範囲に均一に分布し、雑音電力が雑音の電力スペクトル密度に周波数スペクトル幅を乗じたものに等しいと仮定する。このように、第３の計算部７０１は、各偏光状態における雑音の電力スペクトル密度に周波数スペクトル幅を乗じることで該偏光状態における雑音電力を取得してもよい。ここで、該雑音の電力スペクトル密度は、非パイロット信号の周波数ポイントにおける雑音電力を平均化して取得されてもよく、周波数スペクトル幅は、図８における水平座標上の影部分の長さである。本実施例では、所定の周波数差（残留周波数差）を許容できるように、パイロット信号の周波数ポイントは、左又は右にいくつかの周波数ポイントだけ拡張してもよい。

本実施例では、２つの偏光状態（偏光方向）における信号電力の計算は、ペイロード（payload）の期間を用いる。これは、通常、光伝送リンクがいくつかの光フィルタを含むからである。パイロット信号（Pilot）が所在する周波数ポイントの減衰が信号の平均損失に等しくないため、受信機側のパイロット信号（pilot）の電力は信号の電力に等しくない。ペイロード（payload）の期間において算出された電力は信号電力と雑音電力との和に等しい。このため、第３の計算部７０１により取得された雑音電力を利用することで、２つの偏光状態における信号電力を取得できる。

このように、第４の計算部７０２は、ペイロード（payload）の期間に算出された２つの偏光状態における電力から、第３の計算部７０１により算出された２つの偏光状態における雑音電力を減らして、該２つの偏光状態における信号電力を取得する。

本実施例では、第５の計算部７０３は、２つの偏光状態における雑音電力及び信号電力を用いて、該２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する。ここで、従来の任意の方法を用いて該光信号雑音比を取得してもよく、以下は説明する。

例えば、式（２−１）及び（２−２）により該２つの偏光状態（X、Y偏光状態）における光信号雑音比を取得する。

OSNR_X = 10*log10(S_X/n_X)-10*log10(12.5e9/Bandwidth) (2-1)
OSNR_Y = 10*log10(S_Y/n_Y)-10*log10(12.5e9/Bandwidth) (2-2)
ここで、XはX偏光状態を表し、YはY偏光状態を表し、S_X及びS_Yそれぞれは信号電力であり、OSNR_X及びOSNR_YそれぞれはX偏光状態及びY偏光状態における光信号雑音比であり、n_X及びn_YそれぞれはX偏光状態及びY偏光状態における雑音電力であり、Bandwidthは信号帯域幅であり、数値12.5e9はOSNRの計算において12.5GHz周波数帯域幅内の雑音電力を考慮するからであり、該数値12.5e9は具体的な周波数帯域幅に応じて調整されてもよい。

本発明の実施例は、上記の式（２−１）及び（２−２）の方法に限定されず、他の方法を用いて２つの偏光状態における光信号雑音比を取得してもよいが、ここでその説明が省略される。

上記の実施例によれば、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なるため、受信側は、該パイロット信号の周波数に基づいて２つの偏光状態を区分し、パイロット信号及び非パイロット信号を抽出し、該パイロット信号及び非パイロット信号を用いて２つの偏光状態における光信号雑音比を計算できる。

また、本実施例では、送信機により送信された信号は、リンクで伝送された後、受信機により受信された信号は、複数の線形及び非線形の損失を含む可能性があるため、信号抽出部５０１は、異なる偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出する前に、受信された信号に対して処理を行ってもよく、例えば受信信号の残留分散、受信機の不等化効果、並びに受信機と送信機との間の周波数オフセット及び位相ノイズなどを補償してもよい。この場合は、信号抽出部５０１は、処理された信号から、異なる偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出する。

従って、装置５００は、受信された信号に対して分散補償を行う分散補償器、リンクにおける線形的損失を自己適応的に補償する等化器、逆多重化された信号の周波数差を推定し、補償する周波数差補償器、及び周波数差が補償された信号に対して位相補償を行う位相補償器など（図示せず）をさらに含んでもよい。

本実施例では、上記のユニットはオプションのユニットである。また、パイロット信号は、時間領域における時間が信号のボーレートとレーザ器の線幅との比に依存し、一般的な設定、例えば32Gbaud、線幅が1MHzの設定において、通常、OSNRの推定は１００個のシンボル以内の周波数差及び位相ノイズによる影響を受けない。よって、該パイロット信号自身が単一周波数の信号であり、時間領域における時間がそれほど長くないため、OSNRの推定がこの期間において周波数差及び位相ノイズにより影響されないと考えられる。このため、上記周波数差の補償及び位相ノイズの補償が省略されてもよく、即ち周波数差補償器及び位相ノイズ補償器が省略されてもよい。

本実施例では、従来の任意の技術、例えば参照文献「Experimental Investigation of Training Sequence for Adaptive Equalizer Initialization in DP-16QAM System，ECOC 2013，TU.1.E.4」に記載された技術を用いて、受信された信号に対して上記の処理を行ってもよく、ここでその内容を援用し、その説明が省略される。

図９は、本発明の実施例２に係る光信号雑音比の監視方法のフローチャートである。図９に示すように、該方法は以下のステップを含む。

ステップ９０１：受信された信号から２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出し、２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なり、偏光状態がパイロット信号の周波数により区分される。

本実施例では、信号抽出部５０１は、２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出し、以下は図１０に示されるフローを参照しながら該抽出方法を説明する。

ステップ９０２：抽出された該パイロット信号及び非パイロット信号を用いて、２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する。

本実施例では、信号処理部５０２は、抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号を用いて該２つの偏光状態における光信号雑音比を取得し、以下は図１１に示されるフローを参照しながら光信号雑音比の取得方法を説明する。

また、本実施例では、ステップ９０１の前に、該方法は下記のステップをさらに含んでもよい。

受信された信号に対して、受信信号の残留分散、受信機の不等化効果、受信機と送信機との間の周波数オフセット及び位相ノイズなどを補償する処理を行う。この場合は、ステップ９０１において、信号抽出部５０１は、処理後の信号から、異なる偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出する。

図１０は、信号抽出方法のフローチャートである。図１０に示すように、該方法は下記のステップを含む。

ステップ１００１：該パイロット信号の周波数に基づいて、受信された信号から各偏光状態における２つの周波数ポイントの振幅値を取得する。

本実施例では、情報取得部６０１は該振幅値を取得し、具体的な方法は上述した通りであり、ここでその説明が省略される。

ステップ１００２：該振幅値により構成された伝送マトリックスの逆マトリックスを求める。

本実施例では、第１の計算部６０２は該伝送マトリックスの逆マトリックスを求める。

ステップ１００３：該伝送マトリックスの逆マトリックスに、受信された信号を乗じて、該２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を取得する。

本実施例では、第２の計算部６０３は、該伝送マトリックスの逆マトリックスに、受信された信号を乗じる。

図１１は、光信号雑音比の計算方法のフローチャートである。図１１に示すように、該方法は以下のステップを含む。

ステップ１１０１：抽出されたパイロット信号を用いて２つの偏光状態における雑音電力を推定する。

本実施例では、第３の計算部７０１は、該２つの偏光状態における雑音電力を推定し、具体的な方法は上記実施例に記載され、ここでその説明が省略される。

ステップ１１０２：抽出された非パイロット信号を用いて該２つの偏光状態における信号電力を推定する。

本実施例では、第４の計算部７０２は、該２つの偏光状態における信号電力を推定し、具体的な方法は上記実施例に記載され、ここでのその説明が省略される。

ステップ１１０３：該２つの偏光状態における雑音電力及び信号電力を用いて該２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する。

本実施例では、第５の計算部７０３は該２つの偏光状態における光信号雑音比を計算し、具体的な方法は上記実施例、式（２−１）及び（２−２）に記載され、ここでその説明が省略される。

上記の実施例によれば、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なるため、受信側は、該パイロット信号の周波数に基づいて２つの偏光状態を区分し、パイロット信号及び非パイロット信号を抽出し、該パイロット信号及び非パイロット信号に基づいて該２つの偏光状態における光信号雑音比を計算できる。

＜実施例３＞
本発明の実施例３は受信機をさらに提供し、該受信機は実施例２に記載の光信号雑音比の監視装置５００を含み、その構成は実施例２に記載され、ここでその説明が省略される。

上記の実施例によれば、受信機は、送信機により送信された信号を受信した後で、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数に基づいてパイロット信号及び非パイロット信号を抽出することによって、抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号に基づいて各偏光状態における光信号雑音比を正確に推定でき、従来技術に存在する問題点を解決できる。

＜実施例４＞
図１２は本発明の実施例４に係るコヒーレント光通信システムの構成を示す図である。図１２に示すように、コヒーレント光通信システム１２００は、送信機１２０１、受信機１２０２、及び送信機１２０１と受信機１２０２との間のリンク１２０３を含む。受信機１２０２の構成は実施例３に示され、ここでその内容を援用し、その説明が省略される。

本実施例では、送信機１２０１は実施例１に記載の送信機１００であってもよく、ここでその内容を援用し、その説明が省略される。

図１３は本発明の実施例４に係る送信機の構成を示す図である。図１３に示すように、送信機１２０１は、信号生成器１３０１、パイロット信号設定部１３０２、Ｄ／Ａ変換部１３０３、及び光変調器部１３０４を含む。

信号生成器１３０１は送信データに基づいてデジタル信号を生成し、パイロット信号設定部１３０２は生成されたデジタル信号に上記実施例のパイロット信号を設定する。Ｄ／Ａ変換部１３０３は該デジタル信号に対してＤ／Ａ変換を行う。光変調器部１３０４は該Ｄ／Ａ変換部１３０３により変換された信号を変調信号として光を変調する。

本実施例では、パイロット信号設定部１３０２は、図１における処理部１０１に相当し、生成されたデータ信号にパイロット信号を内挿する。Ｄ／Ａ変換部１３０３、光変調部１３０４は図１における送信部１０３に相当する。また、送信機１２０１は選択部１３０５をさらに含んでもよく、光変調器部１３０４は、選択部１３０５により選択されたコードワードに基づいて信号変調を行い、異なる偏光状態におけるパイロット信号の周波数を異ならせる。

図１４は、本発明の実施例４に係る受信機の構成を示す図である。図１４に示すように、受信機１２０２は実施例３の受信機であってもよく、ここでその内容を援用し、その説明が省略される。

ここで、送信機１２０１により送信された信号は、リンク１２０３で伝送された後、受信機１２０２により受信された信号は、複数の線形及び非線形の損失を含む可能性があるため、光信号雑音比の監視装置１４１３は、異なる偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出する前に、受信された信号に対して処理を行ってもよく、例えば受信信号の残留分散、受信機の不等化効果、並びに受信機と送信機との間の周波数オフセット及び位相ノイズなどを補償してもよい。

例えば、本実施例では、OSNRの推定は周波数差及び位相ノイズにより影響されなく、図１４に示すように、受信機１２０２はフロントエンドを含む。

フロントエンドの作用は、入力された光信号を２つの偏光状態におけるベースバンド信号に変換することであり、本発明の実施例では、該２つの偏光状態はX偏光状態及びY偏光状態を含んでもよい。

図１４に示すように、該フロントエンドは、局部レーザ発振機１４１０、光混合器（Optical 90deg hybird）１４０１、光電検出器（O/E）１４０２、１４０４、１４０６及び１４０８、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１４０３、１４０５、１４０７及び１４０９を含む。局所レーザ発振機１４１０はローカル光源を提供し、光信号は、光混合器（Optical 90deg hybird）１４０１、光電検出器（O/E）１４０２、１４０４、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１４０３、１４０５により１つの偏光状態におけるベースバンド信号に変換される。光信号は、光混合器（Optical 90deg hybird）１４０１、光電検出器（O/E）１４０６、１４０８、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１４０７、１４０９によりもう１つの偏光状態におけるベースバンド信号に変換され、その具体的なプロセスは従来技術と類似し、ここでその説明が省略される。

また、受信機１２０２は、分散補償器１４１１、等化器１４１２をさらに含み、その作用は実施例２に記載され、ここでその内容を援用し、その説明が省略される。

また、OSNRの推定が周波数差及び位相ノイズにより影響されると、受信機１２０２は、周波数差補償器及び位相ノイズ補償器（図示せず）をさらに含んでもよい。

上記の実施例によれば、コヒーレント光システムは、パイロット信号の周波数により２つの偏光状態を区分することで、２つの偏光状態における光信号雑音比を計算でき、コヒーレント光通信システムにおいてより正確な光信号雑音比の値を取得できる。

本発明の以上の装置及び方法は、ハードウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアを結合して実現されてもよい。本発明はコンピュータが読み取り可能なプログラムに関し、該プログラムはロジック部により実行される時に、該ロジック部に上述した装置又は構成要件を実現させる、或いは該ロジック部に上述した各種の方法又はステップを実現させることができる。本発明は上記のプログラムを記憶するための記憶媒体、例えばハードディスク、ディスク、光ディスク、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等に関する。

以上、具体的な実施形態を参照しながら本発明を説明しているが、上記の説明は、例示的なものに過ぎず、本発明の保護の範囲を限定するものではない。本発明の趣旨及び原理を離脱しない限り、本発明に対して各種の変形及び修正を行ってもよく、これらの変形及び修正も本発明の範囲に属する。

また、上述の実施例１〜４を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
光信号雑音比を監視する方法であって、
受信された信号から２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出するステップであって、２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なり、偏光状態が前記パイロット信号の周波数により区分される、ステップと、
抽出された前記パイロット信号及び非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得するステップと、を含む、方法。
（付記２）
前記受信された信号から２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出するステップは、
前記パイロット信号の周波数に基づいて、前記信号から各偏光状態における２つの周波数ポイントの振幅値を取得するステップと、
前記振幅値により構成された伝送マトリックスの逆マトリックスを求めるステップと、
前記伝送マトリックスの逆マトリックスに受信された信号を乗じて、前記２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を取得するステップと、を含む、付記１に記載の方法。
（付記３）
前記抽出された前記パイロット信号及び非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得するステップは、
前記パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における雑音電力を推定するステップと、
前記非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における信号電力を推定するステップと、
前記２つの偏光状態における雑音電力及び信号電力を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得するステップと、を含む、付記１に記載の方法。
（付記４）
信号送信方法であって、
ペイロードにパイロット信号を設定するステップと、
前記パイロット信号が設定されたペイロードを受信機に送信するステップと、を含み、
２つの偏光状態における前記パイロット信号の周波数は異なる、方法。
（付記５）
前記２つの偏光状態におけるコードワードを選択するステップをさらに含み、
前記２つの偏光状態におけるコードワードは異なり、
選択された前記２つの偏光状態におけるコードワードを用いて、前記パイロット信号を含むペイロードを送信する、付記４に記載の方法。
（付記６）
４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）信号又は２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）から前記コードワードを選択する、付記５に記載の方法。
（付記７）
光信号雑音比を監視する装置であって、
受信された信号から２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出する信号抽出手段であって、２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なり、偏光状態が前記パイロット信号の周波数により区分される、信号抽出手段と、
前記信号抽出手段により抽出された前記パイロット信号及び非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する信号処理手段と、を含む、装置。
（付記８）
前記信号抽出手段は、
前記パイロット信号の周波数に基づいて、前記信号から各偏光状態における２つの周波数ポイントの振幅値を取得する情報取得手段と、
前記振幅値により構成された伝送マトリックスの逆マトリックスを求める第１の計算手段と、
前記伝送マトリックスの逆マトリックスに受信された信号を乗じて、前記２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を取得する第２の計算手段と、を含む、付記７に記載の装置。
（付記９）
前記信号処理手段は、
前記パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における雑音電力を推定する第３の計算手段と、
前記非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における信号電力を推定する第４の計算手段と、
前記２つの偏光状態における雑音電力及び信号電力を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する第５の計算手段と、を含む、付記８に記載の装置。
（付記１０）
ペイロードにパイロット信号を設定する処理手段と、
前記パイロット信号が設定されたペイロードを受信機に送信する送信手段と、を含み、
２つの偏光状態における前記パイロット信号の周波数は異なる、送信機。
（付記１１）
前記２つの偏光状態におけるコードワードを選択する選択手段をさらに含み、
前記２つの偏光状態におけるコードワードは異なり、
前記送信手段は、選択された前記２つの偏光状態におけるコードワードを用いて、前記パイロット信号を含むペイロードを送信する、付記１０に記載の送信機。
（付記１２）
前記選択手段は、４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）信号又は２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）から前記コードワードを選択する、付記１１に記載の送信機。
（付記１３）
付記７〜９のいずれかに記載の光信号雑音比を監視する装置を含む、受信機。
（付記１４）
送信機と受信機とを含む通信システムであって、
前記送信機は、ペイロードにパイロット信号を設定し、前記パイロット信号が設定されたペイロードを受信機に送信し、
２つの偏光状態における前記パイロット信号の周波数は異なり、
前記受信機は、前記パイロット信号の周波数に基づいて、受信された信号から前記２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出し、前記抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する、通信システム。
（付記１５）
前記受信機は、
受信された信号から２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出する信号抽出手段であって、２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なり、偏光状態が前記パイロット信号の周波数により区分される、信号抽出手段と、
前記信号抽出手段により抽出された前記パイロット信号及び非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する信号処理手段と、を含む、付記１４に記載の通信システム。
（付記１６）
前記信号抽出手段は、
前記パイロット信号の周波数に基づいて、前記信号から各偏光状態における２つの周波数ポイントの振幅値を取得する情報取得手段と、
前記振幅値により構成された伝送マトリックスの逆マトリックスを求める第１の計算手段と、
前記伝送マトリックスの逆マトリックスに受信された信号を乗じて、前記２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を取得する第２の計算手段と、を含む、付記１５に記載の通信システム。
（付記１７）
前記送信機は、前記２つの偏光状態において異なるコードワードを選択することで、前記２つの偏光状態における前記パイロット信号の周波数を異ならせる、付記１４に記載の通信システム。

Claims (10)

1. 光信号雑音比を監視する装置であって、
   受信された信号から２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出する信号抽出手段であって、２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なり、偏光状態が前記パイロット信号の周波数により区分される、信号抽出手段と、
   前記信号抽出手段により抽出された前記パイロット信号及び非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する信号処理手段と、を含む、装置。
2. 前記信号抽出手段は、
   前記パイロット信号の周波数に基づいて、前記信号から各偏光状態における２つの周波数ポイントの振幅値を取得する情報取得手段と、
   前記振幅値により構成された伝送マトリックスの逆マトリックスを求める第１の計算手段と、
   前記伝送マトリックスの逆マトリックスに受信された信号を乗じて、前記２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を取得する第２の計算手段と、を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記信号処理手段は、
   前記パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における雑音電力を推定する第３の計算手段と、
   前記非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における信号電力を推定する第４の計算手段と、
   前記２つの偏光状態における雑音電力及び信号電力を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する第５の計算手段と、を含む、請求項２に記載の装置。
4. ペイロードにパイロット信号を設定する処理手段と、
   前記パイロット信号が設定されたペイロードを受信機に送信する送信手段と、を含み、
   ２つの偏光状態における前記パイロット信号の周波数は異なる、送信機。
5. 前記２つの偏光状態におけるコードワードを選択する選択手段をさらに含み、
   前記２つの偏光状態におけるコードワードは異なり、
   前記送信手段は、選択された前記２つの偏光状態におけるコードワードを用いて、前記パイロット信号を含むペイロードを送信する、請求項４に記載の送信機。
6. 前記選択手段は、４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）信号又は２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）から前記コードワードを選択する、請求項５に記載の送信機。
7. 送信機と受信機とを含む通信システムであって、
   前記送信機は、ペイロードにパイロット信号を設定し、前記パイロット信号が設定されたペイロードを受信機に送信し、
   ２つの偏光状態における前記パイロット信号の周波数は異なり、
   前記受信機は、前記パイロット信号の周波数に基づいて、受信された信号から前記２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出し、前記抽出されたパイロット信号及び非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する、通信システム。
8. 前記受信機は、
   受信された信号から２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を抽出する信号抽出手段であって、２つの偏光状態におけるパイロット信号の周波数が異なり、偏光状態が前記パイロット信号の周波数により区分される、信号抽出手段と、
   前記信号抽出手段により抽出された前記パイロット信号及び非パイロット信号を用いて前記２つの偏光状態における光信号雑音比を取得する信号処理手段と、を含む、請求項７に記載の通信システム。
9. 前記信号抽出手段は、
   前記パイロット信号の周波数に基づいて、前記信号から各偏光状態における２つの周波数ポイントの振幅値を取得する情報取得手段と、
   前記振幅値により構成された伝送マトリックスの逆マトリックスを求める第１の計算手段と、
   前記伝送マトリックスの逆マトリックスに受信された信号を乗じて、前記２つの偏光状態におけるパイロット信号及び非パイロット信号を取得する第２の計算手段と、を含む、請求項８に記載の通信システム。
10. 前記送信機は、前記２つの偏光状態において異なるコードワードを選択することで、前記２つの偏光状態における前記パイロット信号の周波数を異ならせる、請求項７に記載の通信システム。

Images