JP2016100814A - マルチキャリア光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎ波のサブキャリアを生成する任意のＬＤ（Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）に障害が発生した場合においても、データの伝送容量を低減することなく伝送可能とする。
【解決手段】Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…,Ｓ_Nを、符号化によりＭ波分（Ｎ＜Ｍ）の符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…,Ｃ_Mに変換し、Ｍ波のサブキャリアに重畳する。受信側では、通常時にはＭ波分の受信信号から送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…,Ｓ_Nを復調し、任意のサブキャリアを生成するＬＤに障害が発生した場合に、障害の発生しているサブキャリアを除いたＭ−１波分の受信信号から送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…,Ｓ_Nを復調する。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長多重光信号を複数の受信器を用いてコヒーレント検波し、デジタル信号処理により復調するマルチキャリア光伝送システムに関する。

データ通信需要の増大に伴い、大容量トラヒックの伝送を可能とする光信号変調技術や光信号多重技術を用いた光伝送ネットワークが普及しつつある。特に、１波当たりの伝送速度が 100Ｇbit/s 以上の超高速伝送システムにおいて、コヒーレント検波とデジタル信号処理技術を組み合わせたデジタルコヒーレント技術が広く用いられるようになってきた。

100 Ｇbit/s 級長距離光伝送システムにおける変復調方式として広く用いられているＤＰ−ＱＰＳＫ(Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying) 方式では、４値の位相変調を用いることで64Ｇbit/s の光信号を生成し、さらに２つの偏波を多重することで 128Ｇbit/s の光信号を生成する。受信側では、信号光と同じ波長の局発光を用いてコヒーレント検波した信号を、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）を用いてデジタル化し、デジタル信号処理を施すことにより、伝送路の波長分散補償、偏波分散補償、偏波分離、位相推定等を行うことで、優れた伝送特性が実現されている。これらのＤＰ−ＱＰＳＫ光信号を波長多重することにより、ファイバ当たり数Ｔbit/s の伝送容量を持つ光伝送システムを実現することが可能となる。

さらなる大容量化のアプローチとして、複数のサブキャリア光信号を波長多重したマルチキャリア光信号を伝送するマルチキャリア光伝送システムが提案されている。

G. Gavioli, et. al.,‘Investigation of the Impact of Ultra-Narrow Carrier Spacing on the Transmission of a 10-Carrier 1Tb/s Superchannel, ’ OFC/NFOEC 2010 OThD3

マルチキャリア光伝送システムでは、一般に複数のＬＤ（Laser diode ）光源を用いることで複数のサブキャリアを生成し、光変調器を介してそれぞれのサブキャリアに送信信号を重畳させることでマルチキャリア光信号を生成する。それぞれのサブキャリアには別々の信号が重畳されるため、ＬＤに障害が発生した場合は、そのＬＤが生成するサブキャリアに重畳された送信信号は失われてしまう。例えば10波のサブキャリアでマルチキャリア光信号を生成した場合、そのうちのひとつのＬＤに障害が発生すると、10波のうちの１波の送信信号が失われてしまうため、データの伝送容量は10％低減してしまう。

ここで、ＬＤに障害が発生した場合においても、データの伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させる方法として、図１１に示すように、Ｎ＋１波目のサブキャリアにＬ波目のサブキャリアの送信信号Ｓ_L を重畳する方法が考えられる。この方法では、Ｌ波目のサブキャリアを生成するＬＤに障害が発生した場合においては、Ｌ波目の光信号の代わりにＮ＋１波目の光信号を受信することで、伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させることが可能である。しかし、Ｌ波目以外のサブキャリアを生成するＬＤに障害が発生した場合においては、そのサブキャリアに重畳された送信信号を伝送する他のサブキャリアが存在しないため、そのサブキャリアで伝送しようとしていた送信信号は失われてしまうことになる。

本発明は、Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号を符号化してＭ波（Ｎ＜Ｍ）のサブキャリアに重畳し、各サブキャリアを生成する任意のＬＤに障害が発生した場合においても、データの伝送容量を低減することなく伝送可能なマルチキャリア光伝送システムを提供することを目的とする。

本発明は、光ファイバ伝送路を介して接続される送信部と受信部の間で、複数の波長の光信号を波長多重した波長多重光信号を伝送するマルチキャリア光伝送システムにおいて、送信部は、複数Ｍ個の波長のサブキャリアを生成するレーザ光源と、複数Ｎ個（Ｎ＜Ｍ）の送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を符号化処理して互いに１次独立な複数Ｍ個の符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_M を生成する符号化部と、各波長のサブキャリアを各符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_M のｘ偏波成分およびｙ偏波成分でそれぞれ偏波多重変調して各波長の偏波多重光信号を生成する偏波多重ベクトル変調器と、各波長の偏波多重光信号を波長多重し、波長多重光信号として光ファイバ伝送路に送出する光合波器とを備え、受信部は、波長多重光信号を入力して各波長の偏波多重光信号を波長分離する光分波器と、各波長の偏波多重光信号の搬送波光周波数と等しい光周波数の局発光を出力する局発光源と、各波長の偏波多重光信号と、その搬送波光周波数と等しい光周波数の局発光を入力してコヒーレント検波を行うコヒーレント受信器と、コヒーレント受信器から出力されるＭ個の電気信号を入力してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部とを備える。

このデジタル信号処理部は、コヒーレント受信器から出力されるＭ個の電気信号をデジタル信号に変換するＭ個のＡ／Ｄ変換器と、Ｍ個のデジタル信号に対して光ファイバ伝送路で発生した波長分散を起因とした光波形劣化を補償し、さらに波長分散を起因とした各サブキャリア間の伝搬遅延差を補償したＭ個の補償信号Ｅ₁,Ｅ₂,…, Ｅ_M を出力するＭ個の波長分散・伝搬遅延差補償回路と、波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるＭ個の補償信号Ｅ₁,Ｅ₂,…, Ｅ_M を入力し、偏波分離、残留分散補償、偏波モード分散補償を含む適応等化処理を行い、さらに送信部で行った符号化に対応する復号化を行ってＮ個の波形等化信号Ｅ'₁, Ｅ'₂, …，Ｅ'_Nを出力するＮ個の波形等化回路と、波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'₁, Ｅ'₂, …，Ｅ'_Nから光信号の搬送波位相を推定し、さらに信号識別を行ってＮ個の送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を出力する位相推定・識別回路とを備える。

本発明は、Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を、符号化によりＭ波分（Ｎ＜Ｍ）の符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_M に変換し、Ｍ波のサブキャリアに重畳する。受信側では、通常時にはＭ波分の受信信号から送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を復調し、任意のサブキャリアを生成するＬＤに障害が発生した場合に、障害の発生しているサブキャリアを除いた受信信号から送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を復調することができ、伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させることが可能となる。

本発明のマルチキャリア光伝送システムの伝送原理を示す図である。 符号化空間（２次元ベクトル空間）を説明する図である。 本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例１の構成を示す図である。 実施例１におけるデジタル信号処理部２４の構成例を示す図である。 符号化信号Ｃ₁ が断となった場合の復調信号のコンステレーションを示す図である。 符号化信号Ｃ₂ が断となった場合の復調信号のコンステレーションを示す図である。 符号化信号Ｃ₃ が断となった場合の復調信号のコンステレーションを示す図である。 符号化空間（３次元ベクトル空間）を説明する図である。 本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例４の構成を示す図である。 実施例４におけるデジタル信号処理部２４の構成例を示す図である。 従来のマルチキャリア光伝送システムの伝送原理を示す図である。

図１は、本発明のマルチキャリア光伝送システムの伝送原理を示す。
図１において、Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を、符号化によりＮ＋１波分の符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_N+1 に変換し、Ｎ＋１波のサブキャリアに重畳する。この方法では、受信側では、通常時にはＮ＋１波分の受信信号から送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を復調する。任意のサブキャリアを生成するＬＤに障害が発生した場合においては、障害の発生しているサブキャリアを除いたＮ波分の受信信号から送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を復調することで、任意のＬＤに障害が発生した場合においても伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させることが可能となる。

符号化を実現する方法としては、符号化行列を用いる方法がある。符号化行列Ｈは、送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_N+1 に変換する (Ｎ＋１) ×Ｎ行列であり、符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_N+1 が互いに１次独立となる任意の行列を用いることができる。このとき、送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N 、符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_N+1 、符号化行列Ｈの関係は以下の式で表すことができる。

図３は、本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例１の構成を示す。
図３において、実施例１のマルチキャリア光伝送システムでは、本来２波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ₁,Ｓ₂ を、符号化により３波分の符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ に変換し、３波のサブキャリアに、それぞれ符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ を重畳することを特徴とする。

送信部は、送信信号Ｓ₁,Ｓ₂ を符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ に変換する符号化部１１−１，１１−２と、３波分のサブキャリア（f₁, f₂, f₃）を生成するＬＤ１２−１〜１２−３と、各サブキャリアを符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ に基づいて変調する偏波多重ベクトル変調器１３−１〜１３−３と、各サブキャリア光信号を波長多重する光合波器１４とにより構成される。

送信信号は偏波多重光信号であり、本来サブキャリア１のＸ偏波、Ｙ偏波に重畳されるべき送信信号をそれぞれＳ_1x, Ｓ_1yとし、本来サブキャリア２のＸ偏波、Ｙ偏波に重畳されるべき送信信号をそれぞれＳ_2x，Ｓ_2yとする。各送信信号は複素数で表現されるものとする。Ｘ偏波信号に対する符号化部１１−１では、送信信号Ｓ_1x, Ｓ_1yから符号化信号Ｃ_1x, Ｃ_2x, Ｃ_3xを生成し、Ｙ偏波信号に対する符号化部１１−２では、送信信号Ｓ_2x，Ｓ_2yから符号化信号をＣ_1y, Ｃ_2y, Ｃ_3yを生成する。符号化部１１−１，１１−２で用いられる符号化行列は、Ｃ_1x, Ｃ_2x, Ｃ_3xならびにＣ_1y, Ｃ_2y, Ｃ_3yが互いに１次独立となる任意の３×２行列でよいが、符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列を用いるのがよい。

本実施例における符号化空間は、送信信号Ｓ₁,Ｓ₂ を基底とするベクトル空間で表すことができる。このベクトル空間において、符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ の直交性は各符号化信号の内積で表すことができ、内積が０のときに各符号化信号は直交となる。図２に示すように、符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ が中心を原点とする正三角形の頂点を指すとき、符号化信号間の内積は０に最も近づく。すなわち、直交に近い状態が実現される。図２に示すＣ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ の関係は符号化空間の原点に対して点対称であるため、図２に示すケースに限らず、中心を原点とする正三角形の頂点を指すＣ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ であればよい。以下では簡単のために、Ｃ₁ ＝Ｓ₁ の場合について考える。

上記のような符号化を実現する符号化行列Ｈ₂ は、以下の式で表すことができる。

また、送信信号Ｓ₁,Ｓ₂ と符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ の関係は、以下の式で表される。

また、送信信号Ｓ_i （ｉ＝１，２）、符号化信号Ｃ_j （ｊ＝１，２，３）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

受信部は、各サブキャリア信号を波長分離する光分波器２１、コヒーレント受信器２２−１〜２２−３、局発光源２３−１〜２３−３、デジタル信号処理部２４から構成される。光ファイバ伝送路を伝送した波長多重光信号は光分波器２１で分波され、それぞれのコヒーレント受信器２２−１〜２２−３によって受信される。各コヒーレント受信器２２−１〜２２−３には、そのコヒーレント受信器で受信する光信号のサブキャリア光周波数と同一の光周波数を有する局発光が局発光源２３−１〜２３−３から入力され、局発光の光周波数を基準としたベースバンド信号がデジタル信号処理部２４に送られる。

図４は、実施例１におけるデジタル信号処理部２４の構成例を示す。
図４において、デジタル信号処理部２４は、Ａ／Ｄ変換器１−１〜１−３、分散補償回路２−１〜２−３、伝搬遅延差補償回路３−１〜３−３、波形等化回路４−１〜４−２、位相推定回路５−１〜５−２、識別回路６−１〜６−２から構成されている。

コヒーレント受信器２２−１〜２２−３からそれぞれ出力される信号は、直交する偏波状態に相当する複素信号から構成されており、Ａ／Ｄ変換器１−１〜１−３によってサンプリング周波数fsでデジタル信号に変換された後に、分散補償回路２−１〜２−３に入力される。ここで、サンプリング定理に基づき、サンプリング周波数fsは各チャネルの変調周波数の２倍よりも大きいものとする。各分散補償回路２−１〜２−３は、光ファイバ伝送路の総波長分散量に相当する分散補償を施し、伝搬遅延差補償回路３−１〜３−３により、光ファイバ伝送路の波長分散に起因して生じた各サブキャリア間の伝搬遅延差が補償され、複素信号Ｅ₁ ，Ｅ₂ ，Ｅ₃ が出力される。ここで、各分散補償回路が補償する分散量は、各コヒーレント受信器が受信する光信号のサブキャリア光周波数における総波長分散量の値を用いる。

こうして得られた複素信号Ｅ₁ ，Ｅ₂ ，Ｅ₃ に対して、波形等化回路４−１〜４−２、位相推定回路５−１〜５−２、識別回路６−１〜６−２で次の処理を行う。ここで、複素信号Ｅ_i （ｊ＝１，２，３）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

波形等化回路４−１〜４−２は、ＦＩＲフィルタから構成されており、偏波成分ごとの最尤推定によりＦＩＲフィルタの適応信号処理を行うことで、偏波分離、残留分散補償、偏波分散補償、そして、符号化された信号の復号化が実現される。ここで、適応信号処理に伴うＦＩＲフィルタのタップ更新アルゴリズムとしては、よく知られたＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）を用いることが可能である。各ＦＩＲフィルタのタップ係数を
ｈ_ij (ｉ＝１，２、ｊ＝１，２，３) とすると、波形等化回路４−１〜４−２からの出力信号Ｅ'_iは以下の式で表される。ここで、ｈ_ijは偏波を基底とする２×２行列である。

波形等化回路４−１〜４−２からの出力は、位相推定回路５−１〜５−２、識別回路６−１〜６−２で処理されることにより、各チャネルの送信信号Ｓ₁(Ｓ_1x, Ｓ_1y），Ｓ₂(Ｓ_2x, Ｓ_2y）を復元する。ここで、例えばサブキャリア１を生成するＬＤに障害が発生した場合であっても、上記処理によりＥ₂,Ｅ₃ のみからＥ'₁，Ｅ'₂を復元することが可能であり、結果として送信信号Ｓ₁(Ｓ_1x, Ｓ_1y），Ｓ₂(Ｓ_2x, Ｓ_2y）が得られる。これは、本実施例は、ＬＤに対して２：１のリストレーションを実現することを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はＬＤのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。

図５〜図７に、本実施例に基づく処理によって得られる復調信号のコンステレーションを示す。図に示す通り、ＬＤ故障等で符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ のうちどれか１つが断になったとしても、残りの２つの信号から送信信号Ｓ₁(Ｓ_1x, Ｓ_1y），Ｓ₂(Ｓ_2x, Ｓ_2y）が適切に復調できていることが確認できる。

実施例２のマルチキャリア光伝送システムでは、実施例１と同様の構成により、本来３波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,Ｓ₃ を、符号化により４波分の符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃,Ｃ₄ に変換し、４波のサブキャリア（f₁, f₂, f₃，f₄）に、それぞれ符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃,Ｃ₄ を重畳する。

符号化部で用いられる符号化行列は、Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃,Ｃ₄ が互いに１次独立となる任意の４×３行列でよいが、符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列を用いるのがよい。本実施例における符号化空間は、送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,Ｓ₃ を基底とするベクトル空間で表すことができる。このベクトル空間において、符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃,Ｃ₄ の直交性は各符号化信号の内積で表すことができ、内積が０のときに各符号化信号は直交となる。図８に示すように、符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃,Ｃ₄ が中心を原点とする正四面体の頂点を指すとき、符号化信号間の内積は０に最も近づく。すなわち、直交に近い状態が実現される。図８に示すＣ₁,Ｃ₂,Ｃ₃,Ｃ₄ の関係は符号化空間の原点に対して点対称であるため、図８に示しているケースに限らず、中心を原点とする正四面体の頂点を指すＣ₁,Ｃ₂,Ｃ₃,Ｃ₄ であればよい。以下では簡単のために、Ｃ₁ ＝ (Ｓ₁＋Ｓ₂＋Ｓ₃)／√3 の場合について考える。

上記のような符号化を実現する符号化行列Ｈ₃ は、以下の式で表すことができる。

また、送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,Ｓ₃ と符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃,Ｃ₄ の関係は、以下の式で表される。

また、送信信号Ｓ_i （ｉ＝１，２，３）、符号化信号Ｃ_j （ｊ＝１，２，３，４）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

本実施例の受信部の構成については実施例１と同様であるので説明を省略する。ただし、伝搬遅延差補償回路から出力される複素信号Ｅ_j(ｊ＝１，２，３，４）は、偏波を基底とするベクトルを用いて

と表される。

波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈ_ij (ｉ＝１，２，３、ｊ＝１，２，３，４) としたときに、波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'_i、そのｘ偏波成分Ｅ'_ixおよびｙ偏波成分Ｅ'_iy（ｉ＝１，２，３）は、

と表される。

したがって、本実施例は、ＬＤに対して３：１のリストレーション構成になっていることを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はＬＤのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。

実施例３のマルチキャリア光伝送システムでは、実施例１および実施例２と同様の構成により、本来Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…，Ｓ_N を、符号化によりＮ＋１波分の符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 に変換し、Ｎ＋１波のサブキャリア（f₁, f₂, …，f_N+1）に、それぞれ符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 を重畳する。

符号化部で用いられる符号化行列は、Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 が互いに１次独立となる任意の（Ｎ＋１）×Ｎ行列でよいが、符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列を用いるのがよい。本実施例における符号化空間は、送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…，Ｓ_N を基底とするベクトル空間で表すことができる。このベクトル空間において、符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 の直交性は各符号化信号の内積で表すことができ、内積が０のときに各符号化信号は直交となる。符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 が中心を原点とするＮ次元正Ｎ＋１胞体の頂点を指すとき、符号化信号間の内積は０に最も近づく。すなわち、直交に近い状態が実現される。Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 の関係は符号化空間の原点に対して点対称であるため、中心を原点とするＮ次元正Ｎ＋１胞体の頂点を指すＣ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 であれば、どのようなＣ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 であっても、最大の直交性が実現される。以下では、上記のような符号化を実現する符号化行列をＨ_N とする。

送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…，Ｓ_N と符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 の関係は、以下の式で表される。

また、送信信号Ｓ_i （ｉ＝１，２，…，Ｎ）、符号化信号Ｃ_j （ｊ＝１，２，…，Ｎ＋１）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

本実施例の受信部の構成については実施例１および実施例２と同様であるので説明を省略する。ただし、伝搬遅延差補償回路から出力される複素信号Ｅ_j ｊ＝１，２，…，Ｎ＋１）は、偏波を基底とするベクトルを用いて

と表される。

波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈ_ij (ｉ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｎ＋１) としたときに、波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'_i、そのｘ偏波成分Ｅ'_ixおよびｙ偏波成分Ｅ'_iy（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、

と表される。

したがって、本実施例は、ＬＤに対してＮ：１のリストレーション構成になっていることを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はＬＤのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。

図９は、本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例４の構成を示す。
図９において、マルチキャリア光伝送システムでは、実施例１〜実施例３と同様の構成により、本来Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…，Ｓ_N を、符号化によりＭ（Ｍ＞Ｎ）波分の符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_M に変換し、Ｍ波のサブキャリア（f₁, f₂, …，f_M）に、それぞれ符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_M を重畳する。なお、実施例１はＮ＝２、Ｍ＝３の場合であり、実施例２はＮ＝３、Ｍ＝４の場合であり、実施例３はＭ＝Ｎ＋１の場合である。

送信部は、送信信号Ｓ₁,Ｓ₂ …，Ｓ_N を符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_M に変換する符号化部１１−１，１１−２と、Ｍ波分のサブキャリア（f₁, f₂, …，f_M）を生成するＬＤ１２−１〜１２−Ｍと、各サブキャリアを符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_M に基づいて変調する偏波多重ベクトル変調器１３−１〜１３−Ｍと、各サブキャリア光信号を波長多重する光合波器１４とにより構成される。

送信信号は偏波多重光信号であり、本来サブキャリアｎのＸ偏波、Ｙ偏波に重畳されるべき送信信号をそれぞれＳ_ix, Ｓ_iy（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とする。各送信信号は複素数で表現されるものとする。Ｘ偏波信号に対する符号化部１１−１では、送信信号Ｓ_ixから符号化信号Ｃ_jx（ｊ＝１，２，…，Ｍ）を生成し、Ｙ偏波信号に対する符号化部１１−２では、送信信号Ｓ_iyから符号化信号をＣ_jyを生成する。符号化部１１−１，１１−２で用いられる符号化行列は、Ｃ_jxならびにＣ_jyが互いに１次独立となる任意のＭ×Ｎ行列でよいが、符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列Ｈ_MNを用いるのがよい。

送信信号Ｓ₁,Ｓ₂ …，Ｓ_N と符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_M の関係は、以下の式で表される。

また、送信信号Ｓ_i （ｉ＝１，２，…，Ｎ）、符号化信号Ｃ_j （ｊ＝１，２，…，Ｍ）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

受信部は、各サブキャリア信号を波長分離する光分波器２１、コヒーレント受信器２２−１〜２２−Ｍ、局発光源２３−１〜２３−Ｍ、デジタル信号処理部２４から構成される。光ファイバ伝送路を伝送した波長多重光信号は光分波器２１で分波され、それぞれのコヒーレント受信器２２−１〜２２−Ｍによって受信される。各コヒーレント受信器２２−１〜２２−Ｍには、そのコヒーレント受信器で受信する光信号のサブキャリア光周波数と同一の光周波数を有する局発光が局発光源２３−１〜２３−Ｍから入力され、局発光の光周波数を基準としたベースバンド信号がデジタル信号処理部２４に送られる。

図１０は、実施例４におけるデジタル信号処理部２４の構成例を示す。
図１０において、デジタル信号処理部２４は、Ａ／Ｄ変換器１−１〜１−Ｍ、分散補償回路２−１〜２−Ｍ、伝搬遅延差補償回路３−１〜３−Ｍ、波形等化回路４−１〜４−Ｎ、位相推定回路５−１〜５−Ｎ、識別回路６−１〜６−Ｎから構成されている。

コヒーレント受信器２２−１〜２２−Ｍからそれぞれ出力される信号は、直交する偏波状態に相当する複素信号から構成されており、Ａ／Ｄ変換器１−１〜１−Ｍによってサンプリング周波数fsでデジタル信号に変換された後に、分散補償回路２−１〜２−Ｍに入力される。ここで、サンプリング定理に基づき、サンプリング周波数fsは各チャンネルの変調周波数の２倍よりも大きいものとする。各分散補償回路２−１〜２−Ｍは、光ファイバ伝送路の総波長分散量に相当する分散補償を施し、伝搬遅延差補償回路３−１〜３−Ｍにより、光ファイバ伝送路の波長分散に起因して生じた各サブキャリア間の伝搬遅延差が補償され、複素信号Ｅ₁ 〜Ｅ_M が出力される。ここで、各分散補償回路が補償する分散量は、各コヒーレント受信器が受信する光信号のサブキャリア光周波数における総波長分散量の値を用いる。

こうして得られた複素信号Ｅ₁ 〜Ｅ_M に対して、波形等化回路４−１〜４−Ｎ、位相推定回路５−１〜５−Ｎ、識別回路６−１〜６−Ｎで次の処理を行う。ここで、複素信号Ｅ_j(ｊ＝１，２，…，Ｍ）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

波形等化回路４−１〜４−Ｎは、ＦＩＲフィルタから構成されており、偏波成分ごとの最尤推定によりＦＩＲフィルタの適応信号処理を行うことで、偏波分離、残留分散補償、偏波分散補償、そして、符号化された信号の復号化が実現される。ここで、適応信号処理に伴うＦＩＲフィルタのタップ更新アルゴリズムとしては、よく知られたＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）を用いることが可能である。各ＦＩＲフィルタのタップ係数を
ｈ_ij (ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｍ) とすると、波形等化回路４−１〜４−Ｎからの出力信号Ｅ'_i（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は以下の式で表される。ここで、ｈ_ijは偏波を基底とする２×２行列である。

波形等化回路４−１〜４−Ｎからの出力は、位相推定回路５−１〜５−Ｎ、識別回路６−１〜６−Ｎで処理されることにより、各チャネルの送信信号Ｓ₁(Ｓ_1x, Ｓ_1y）〜Ｓ_N ( Ｓ_Nx, Ｓ_Ny）を復元する。ここで、各サブキャリアを生成するＭ台のＬＤのうちＭ−Ｎ台のＬＤに障害が発生した場合であっても、上記処理により受信可能な残りの信号のみからＥ'₁〜Ｅ' _N を復元することが可能であり、結果として送信信号Ｓ₁(Ｓ_1x, Ｓ_1y）〜Ｓ_N （Ｓ_Nx, Ｓ_Ny）が得られる。これは、本実施例がＬＤに対してＮ：（Ｍ−Ｎ）のリストレーションを実現することを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はＬＤのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。

１ Ａ／Ｄ変換器
２ 分散補償回路
３ 伝搬遅延差補償回路
４ 波形等化回路
５ 位相推定回路
６ 識別回路
１１ 符号化部
１２ ＬＤ光源
１３ 偏波多重ベクトル変調器
１４ 光合波器
２１ 光分波器
２２ コヒーレント受信器
２３ 局発光源
２４ デジタル信号処理部

Claims (7)

1. 光ファイバ伝送路を介して接続される送信部と受信部の間で、複数の波長の光信号を波長多重した波長多重光信号を伝送するマルチキャリア光伝送システムにおいて、
   前記送信部は、
   複数Ｍ個の波長のサブキャリアを生成するレーザ光源と、
   複数Ｎ個（Ｎ＜Ｍ）の送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を符号化処理して互いに１次独立な複数Ｍ個の符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_M を生成する符号化部と、
   前記各波長のサブキャリアを前記各符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_M のｘ偏波成分およびｙ偏波成分でそれぞれ偏波多重変調して各波長の偏波多重光信号を生成する偏波多重ベクトル変調器と、
   前記各波長の偏波多重光信号を波長多重し、前記波長多重光信号として前記光ファイバ伝送路に送出する光合波器とを備え、
   前記受信部は、
   前記波長多重光信号を入力して前記各波長の偏波多重光信号を波長分離する光分波器と、
   前記各波長の偏波多重光信号の搬送波光周波数と等しい光周波数の局発光を出力する局発光源と、
   前記各波長の偏波多重光信号と、その搬送波光周波数と等しい光周波数の前記局発光を入力してコヒーレント検波を行うコヒーレント受信器と、
   前記コヒーレント受信器から出力されるＭ個の電気信号を入力してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部とを備え、
   前記デジタル信号処理部は、
   前記コヒーレント受信器から出力される前記Ｍ個の電気信号をデジタル信号に変換するＭ個のＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ｍ個のデジタル信号に対して前記光ファイバ伝送路で発生した波長分散を起因とした光波形劣化を補償し、さらに波長分散を起因とした各サブキャリア間の伝搬遅延差を補償したＭ個の補償信号Ｅ₁,Ｅ₂,…, Ｅ_M を出力するＭ個の波長分散・伝搬遅延差補償回路と、
   前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるＭ個の補償信号Ｅ₁,Ｅ₂,…, Ｅ_M を入力し、偏波分離、残留分散補償、偏波モード分散補償を含む適応等化処理を行い、さらに前記送信部で行った符号化に対応する復号化を行ってＮ個の波形等化信号Ｅ'₁, Ｅ'₂, …，Ｅ'_Nを出力するＮ個の波形等化回路と、
   前記波形等化回路から出力される前記波形等化信号Ｅ'₁, Ｅ'₂, …，Ｅ'_Nから光信号の搬送波位相を推定し、さらに信号識別を行って前記Ｎ個の送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N を出力する位相推定・識別回路と
   を備えたことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
2. 請求項１に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
   前記符号化部で用いる符号化行列は、前記符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_M が互いに１次独立となるＭ×Ｎ行列をＨ_MNとし、前記送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…, Ｓ_N および前記符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…, Ｃ_M は、
   

   

   と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
   

   

   と表されことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
3. 請求項１に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
   前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるＭ個の補償信号Ｅ_j は、偏波を基底とするベクトルを用いて
   

   

   と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈ_ij (ｉ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｍ) としたときに、前記波形等化回路から出力されるＮ個の波形等化信号Ｅ'_i、そのｘ偏波成分Ｅ'_ixおよびｙ偏波成分Ｅ'_iy（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、
   

   

   と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対してＮ：（Ｍ−Ｎ）リストレーションを実現する構成である
   ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
4. 請求項１に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
   Ｎ＝２、Ｍ＝３のときに、前記符号化部で用いる符号化行列Ｈ₂ は、
   

   

   と表され、前記送信信号Ｓ₁,Ｓ₂ および前記符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ は、
   

   

   と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
   

   

   と表され、
   前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力される補償信号Ｅ_j （ｊ＝１，２，３）は、偏波を基底とするベクトルを用いて
   

   

   と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈ_ij (ｉ＝１，２、ｊ＝１，２，３) としたときに、前記波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'_i、そのｘ偏波成分Ｅ'_ixおよびｙ偏波成分Ｅ'_iy（ｉ＝１，２）は、
   

   

   と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対して２：１リストレーションを実現する構成である
   ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
5. 請求項１に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
   Ｎ＝３、Ｍ＝４のときに、前記符号化部で用いる符号化行列Ｈ₃ は、
   

   

   と表され、前記送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,Ｓ₃ および前記符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃,Ｃ₄ は、
   

   

   と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
   

   

   と表され、
   前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるデジタル信号Ｅ_j （ｊ＝１，２，３，４）は、偏波を基底とするベクトルを用いて
   

   

   と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈ_ij (ｉ＝１，２，３、ｊ＝１，２，３，４) としたときに、前記波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'_i、そのｘ偏波成分Ｅ'_ixおよびｙ偏波成分Ｅ'_iy（ｉ＝１，２，３）は、
   

   

   と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対して３：１リストレーションを実現する構成である
   ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
6. 請求項１に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
   Ｍ＝Ｎ＋１のときに、前記符号化部で用いる符号化行列Ｈ_N は、前記符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 が前記送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…，Ｓ_N を基底とするＮ次元ベクトル空間において中心を原点とするＮ次元正Ｎ＋１胞体の頂点を指す互いに１次独立なベクトルであり、
   前記送信信号Ｓ₁,Ｓ₂,…，Ｓ_N および前記符号化信号Ｃ₁,Ｃ₂,…，Ｃ_N+1 は、
   

   

   と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
   

   

   と表され、
   前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるデジタル信号Ｅ_j （ｊ＝１，２，…，Ｎ＋１）は、偏波を基底とするベクトルを用いて
   

   

   と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈ_ij (ｉ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｎ＋１) としたときに、前記波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'_i、そのｘ偏波成分Ｅ'_ixおよびｙ偏波成分Ｅ'_iy（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、
   

   

   と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対してＮ：１リストレーションを実現する構成である
   ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
   前記波形等化回路のタップ更新アルゴリズムとしてＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）を用い、前記送信部で行った符号化に対応する復号化を行う
   ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。

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