JP2017011577A - クロストーク補償装置及びクロストーク除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させること。【解決手段】一部の信号帯域が重なり合った複数のキャリアそれぞれから生成されたキャリア信号における干渉信号の波形を整形する波形整形部と、整形された干渉信号をキャリアのベースバンド信号に変換することによって干渉信号のレプリカ信号を生成するレプリカ生成部と、干渉信号と異なる、干渉信号成分の除去対象となるキャリア信号から、生成されたレプリカ信号を減算することによって干渉信号の成分を除去した目的信号を取得するレプリカ減算部と、を備えるクロストーク補償装置。【選択図】図２

Description

本発明は、キャリア間クロストーク除去技術に関する。

スマートフォンや高精細映像配信技術の普及に伴い、インターネットトラヒックは今後も継続して増加すると予想される。そのようなトラヒックを転送する役目を担う光基幹系システムにおいては、より高信頼、経済的な大容量光通信システムを構築すべく、技術革新が求められている。
一般に伝送媒体として光ファイバを用いる光伝送システムで用いられる周波数帯域は、光ファイバが示す低損失帯域やエルビウム添加ファイバ増幅器のような光増幅器の示す利得帯域等に制限され、約８ＴＨｚとなる。電気通信標準化部門（ＩＴＵ−Ｔ）が規定する単一のチャネルが占有する周波数帯域である５０ＧＨｚを仮定し、上記帯域を使用してチャネルあたり１００Ｇｂｐｓ級の光信号を伝送すると、１６Ｔｂｐｓ級もの容量を持つ伝送が可能となる。実際、上記帯域の一部を用いた８Ｔｂｐｓ級の光基幹系システムが商用導入されている。

一方で、光基幹系システムで転送するトラヒックは年率約１．３倍のペースで伸び続けていることから、上記のような８Ｔｂｐｓ級の大容量光基幹系システムをもってしても今後数年で容量が不足するという懸念がある。例えば年率約１．３倍のトラヒック増加のペースが１０年継続すれば、要求される伝送容量は約１４倍にもなる。
光信号を搬送する帯域を変えずに、光ファイバあたりの伝送総容量を増やすには周波数利用効率の向上が求められる。周波数利用効率は［ｂｐｓ／Ｈｚ］の単位が用いられ、単位周波数あたりの情報伝送能力の大きさを表す。周波数利用効率を向上させる技術としては、大きく分けて二つの方法が考えられる。

一つ目は、光信号の多値化である。例えば上記のチャネルあたり１００Ｇｂｐｓ級信号では、変調方式としてＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)方式が用いられ、１シンボルあたり２ビットを送ることができる。変調方式を１６ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)にすれば、１シンボルあたり４ビットを送ることができ、ＱＰＳＫ方式と比較して２倍の周波数利用効率を達成することができる。このように、１シンボルを用いて伝送するビット数を増加させる多値変調技術を用いれば、原理的には周波数利用効率の向上が期待できる。

二つ目は、光信号の高密度化である。上記の通り、現在商用化されている光伝送システムでは１００Ｇｂｐｓ級の単一チャネルが占有する周波数帯域は５０ＧＨｚであり、周波数利用効率は２［ｂｐｓ／Ｈｚ］となる。光基幹系システムで転送するクライアント信号は将来的にチャネルあたり４００Ｇｂｐｓに達し、現在このクライアント信号を収容した光信号に対しては、例えばＱＰＳＫ変調を用いた場合、１５０ＧＨｚ程度の周波数帯域を用いて伝送することが検討されており、このとき周波数利用効率は従来の約１．３倍の２．６７［ｂｐｓ／Ｈｚ］となる。これは、光信号の帯域制限によって可能となる。具体的には、送信データの情報を失わないナイキスト基準を満たしたフィルタを用いて帯域制限を行う。ナイキスト基準によれば、一般に信号は変調速度まで帯域制限を行うことができる。

G. D. Golden et al., "Detection algorithm and initial laboratory results using V-BLAST space-time communication architecture," Electronics Letters, Vol. 35, no. 1, p. 14 (1999).

しかしながら、上記二つの周波数利用効率を向上させる技術にはそれぞれ欠点がある。一つ目の技術である多値化においては、多値化をすると信号点間距離が短くなるために雑音に対する耐性が低下し、結果として伝送可能な距離が短くなってしまう。二つ目の技術である光信号の周波数軸上での高密度化においては、信号を変調速度程度の間隔で周波数軸上に配置すると、実システムにおけるデバイス起因の周波数方向の不確定性などにより、信号が重なり合いキャリア間クロストークが発生し、結果として送信データの情報が失われてしまう。
光信号に重畳する雑音は伝送路上での光アンプにおける自然放出光や送受信器内における熱雑音等の装置に起因するものであって、装置の高性能化を除けば、一般に信号帯域内の雑音の低減あるいは除去を図ることは困難である。したがって、伝送可能な距離を維持しつつ周波数利用効率を上げるためには、光信号の周波数軸上での高密度化が有効であると考えられる。そのため、キャリア間クロストークを除去しつつ光信号の高密度化を図ることができないという問題があった。

主に無線の直接拡散符号分割多元接続システムやＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）システムにおいて、同一周波数帯において重畳し、干渉となる信号の影響を除去する方法としては、逐次干渉除去法が挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。逐次干渉除去法では、同一周波数帯において重畳し干渉となる信号を、受信器側で、レプリカ信号として再生し、目的信号からレプリカ信号を減算し、干渉除去を行う方法である。逐次干渉除去法は、また最尤系列推定法より信号処理量を抑えながら、ゼロ・フォーシング等化やＭＭＳＥ（Minimum Mean Squared Error）等化より干渉除去性能が高いことが知られている。光通信システムにおいて、光信号の高密度化によるキャリア間クロストークに対し、逐次干渉除去法の概念を用いた干渉除去法は有用であると考えられる。

上記事情に鑑み、本発明は、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、一部の信号帯域が重なり合った複数のキャリアそれぞれから生成されたキャリア信号における干渉信号の波形を整形する波形整形部と、整形された前記干渉信号を前記キャリアのベースバンド信号に変換することによって前記干渉信号のレプリカ信号を生成するレプリカ生成部と、前記干渉信号と異なる、干渉信号成分の除去対象となるキャリア信号から、生成された前記レプリカ信号を減算することによって前記干渉信号の成分を除去した目的信号を取得するレプリカ減算部と、を備えるクロストーク補償装置である。

本発明の一態様は、上記のクロストーク補償装置であって、前記レプリカ生成部は、前記干渉信号をフーリエ変換するフーリエ変換部と、前記フーリエ変換がなされた前記干渉信号に対して、前記干渉信号に関する事前情報から得られるチャネル応答行列を乗算するチャネル応答乗算部と、チャネル応答行列が乗算された前記干渉信号を逆フーリエ変換することによって、チャネル応答を反映したレプリカ信号を生成する逆フーリエ変換部とを備える。

本発明の一態様は、上記のクロストーク補償装置であって、前記レプリカ生成部は、スプリットステップフーリエ法を用いて前記レプリカ信号を生成する。

本発明の一態様は、上記のクロストーク補償装置であって、前記レプリカ減算部は、適応フィルタを用いて前記目的信号を取得する。

本発明の一態様は、上記のクロストーク補償装置であって、前記干渉信号の誤り訂正復号を行う誤り訂正復号部をさらに備え、前記レプリカ生成部は、誤り訂正復号がなされた前記干渉信号から前記レプリカ信号を生成する。

本発明の一態様は、上記のクロストーク補償装置であって、前記レプリカ減算部は、偏波多重又はモード多重された信号における水平偏波信号及び垂直偏波信号それぞれから目的信号を取得する。

本発明の一態様は、一部の信号帯域が重なり合った複数のキャリアそれぞれから生成されたキャリア信号における干渉信号の波形を整形する波形整形ステップと、整形された前記干渉信号を前記キャリアのベースバンド信号に変換することによって前記干渉信号のレプリカ信号を生成するレプリカ生成ステップと、前記干渉信号と異なる、干渉信号成分の除去対象となるキャリア信号から、生成された前記レプリカ信号を減算することによって前記干渉信号の成分を除去した目的信号を取得するレプリカ減算ステップと、を有するクロストーク除去方法である。

本発明により、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能となる。

本発明における光信号伝送システム１００のシステム構成を示す図である。 第１実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の機能構成を表す概略ブロック図である。 第１実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０のレプリカ生成部１０３の構成図である。 第２実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。 第３実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０のレプリカ生成部１０３の構成図である。 第３実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。 第４実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０のレプリカ減算部１０５の構成図である。 第４実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。 第５実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０ａの機能構成を表す概略ブロック図である。 第５実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０ａの処理の流れを示すフローチャートである。 第６実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０ｂの機能構成を表す概略ブロック図である。 第６実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０ｂの処理の流れを示すフローチャートである。 第７実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０ｃの機能構成を表す概略ブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における光信号伝送システム１００のシステム構成を示す図である。
光信号伝送システム１００は、デジタル処理回路１（１−１及び１−２）、光源２（２−１及び２−２）、光変調器３（３−１及び３−２）、光信号入力部４、光信号出力部５、光伝送路６、局発光源７（７−１及び７−２）、光受信器８（８−１及び８−２）及びキャリア間クロストーク補償装置１０を備える。

デジタル処理回路１、光源２及び光変調器３は、光送信装置として構成される。デジタル処理回路１、光源２及び光変調器３は、１台の光送信装置として構成されてもよいし、複数の光送信装置として構成されてもよい。デジタル処理回路１、光源２及び光変調器３が複数の光送信装置として構成される場合、デジタル処理回路１−１と、光源２−１と、光変調器３−１は第１光送信装置として構成され、デジタル処理回路１−２と、光源２−２と、光変調器３−２は第２光送信装置として構成される。また、光信号入力部４、光信号出力部５及び光伝送路６は、被測定物として構成される。なお、以下の説明では、光変調器３の変調周波数を３２Ｇｂａｕｄと仮定し、３２ＧＨｚ以下の帯域に２つのキャリア（キャリア１及びキャリア２）を配置した場合を例に説明する。

デジタル処理回路１は、バイナリ信号の誤り訂正符号化、バイナリ信号の任意の変調方式へのマッピング及びマッピングされた信号の波形整形などの処理を行う。
光源２は、所定の搬送波周波数の光を送出する。例えば、光源２−１は、キャリア１の光を送出する。光源２−２は、キャリア２の光を送出する。
光変調器３は、デジタル処理回路１から出力された信号に応じて、光源２から送出された光を変調することによって変調信号光を生成する。光変調器３は、生成した変調信号光を光信号入力部４に出力する。
光信号入力部４は、複数の変調信号光を光伝送路６に入力する。
光信号出力部５は、光伝送路６から出力された光信号を分離する。
光伝送路６は、光信号の伝送に使用される媒体である。光伝送路６は、シングルコアファイバであってもよいし、マルチコアファイバであってもよい。

局発光源７は、局発光を送出する。
光受信器８は、光信号出力部５から出力された光信号と、局発光源７から送出された局発光とを干渉させ、中間周波数帯の電気信号に変換して検波する。光受信器８−１は、光変調器３−１から出力された変調信号光と、局発光源７−１から送出された局発光とを干渉させ、中間周波数帯の電気信号に変換して検波する。光受信器８−２は、光変調器３−２から出力された変調信号光と、局発光源７−２から送出された局発光とを干渉させ、中間周波数帯の電気信号に変換して検波する。

キャリア間クロストーク補償装置１０は、光受信器８によって検波された電気信号に重畳されている干渉信号の成分を除去することによって、干渉信号の成分を除去した信号（以下、「目的信号」という。）を取得する。図１に示す例では、キャリア１とキャリア２との周波数間隔が３２ＧＨｚ以下であるため、互いにクロストークが発生する。そこで、以下では、キャリア２に重畳したキャリア１の成分を除去してキャリア１の成分を取得する場合を例に説明する。つまり、以下の説明では、光受信器８−１から出力された信号を干渉信号と記載する。
以下、本発明における光信号伝送システム１００の具体的な構成例（第１実施形態〜第７実施形態）について説明する。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の機能構成を表す概略ブロック図である。
キャリア間クロストーク補償装置１０は、波形整形部１０１、シンボル判定部１０２、レプリカ生成部１０３、周波数シフト部１０４及びレプリカ減算部１０５を備える。
波形整形部１０１は、干渉信号に対して送受信時や伝送時に受けた波形歪みを整形する。
シンボル判定部１０２は、干渉信号の変調方式に応じたシンボル判定を行う。ここでのシンボル判定とは、例えばBPSK(Binary Phase Shift Keying)変調方式の場合、時系列信号の識別点において、１又は−１の信号へ硬判定を行うことを意味する。

レプリカ生成部１０３は、シンボル判定がなされた干渉信号をキャリアのベースバンド信号に変換することによって、干渉信号のレプリカ信号を生成する。
周波数シフト部１０４は、生成されたレプリカ信号に対して周波数シフト演算を行う。
レプリカ減算部１０５は、周波数シフト演算がなされたレプリカ信号と、光受信器８−２から出力された、干渉信号成分の除去対象となる信号（以下、「干渉成分除去対象信号」という。）とに基づいて目的信号を取得する。

図３は、第１実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。
波形整形部１０１は、干渉信号の波形を整形する（ステップＳ１０１）。シンボル判定部１０２は、整形された干渉信号のシンボル判定を行う（ステップＳ１０２）。レプリカ生成部１０３は、シンボル判定がなされた干渉信号をキャリアのベースバンド信号に変換することによって、干渉信号のレプリカ信号を生成する（ステップＳ１０３）。周波数シフト部１０４は、レプリカ信号に対して周波数シフト演算を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、周波数シフト部１０４は、下記の式（１）のスカラーｃ（ｎ）をレプリカ信号の各シンボルに乗算することによってレプリカ信号に対して周波数シフト演算を行う。

式（１）においてΔｆは光周波数軸上のキャリア間周波数差、ｎはサンプル番号、Δｔはサンプリング間隔を表す。その後、レプリカ減算部１０５は、干渉成分除去対象信号から、周波数シフト演算がなされたレプリカ信号の成分を減算することによって目的信号を取得する（ステップＳ１０５）。

以上のように構成されたキャリア間クロストーク補償装置１０によれば、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能となる。以下、この効果について詳細に説明する。
キャリア間クロストーク補償装置１０は、干渉信号のレプリカ信号を生成する。そして、キャリア間クロストーク補償装置１０は、干渉成分除去対象信号からレプリカ信号の成分を除去することによって目的信号を取得する。そのため、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能になる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、レプリカ生成部１０３が、干渉信号に関する事前情報を用いて干渉信号のレプリカ信号を生成する。なお、第２実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の構成は、レプリカ生成部１０３の構成を除けば第１実施形態のキャリア間クロストーク補償装置１０と同様の構成である。そのため、レプリカ生成部１０３の構成についてのみ説明する。

図４は、第２実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０のレプリカ生成部１０３の構成図である。
第２実施形態におけるレプリカ生成部１０３は、フーリエ変換部２０１、チャネル応答算出部２０２、チャネル応答乗算部２０３及び逆フーリエ変換部２０４を備える。
フーリエ変換部２０１は、シンボル判定部１０２から出力された干渉信号に対してフーリエ変換を行う。
チャネル応答算出部２０２は、干渉信号に関する事前情報に基づいてチャネル応答を算出する。ここで、干渉信号に関する事前情報とは、光送信装置内での帯域制限フィルタ形状、光変調器、アナログデジタル変換器などの電気装置、あるいは光伝送路上の光フィルタなどの光デバイスの帯域制限を考慮したチャネル応答行列である。事前情報は、光信号伝送システム１００構築の際に予め測定することで既知とすることができる。
チャネル応答乗算部２０３は、フーリエ変換がなされた干渉信号と、チャネル応答とを乗算する。
逆フーリエ変換部２０４は、乗算された信号に対して逆フーリエ変換を行う。

図５は、第２実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図３と同様の処理については、図５において図３と同様の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０２の処理が終了すると、フーリエ変換部２０１は干渉信号に対してフーリエ変換を行う（ステップＳ２０１）。この処理によって、干渉信号が周波数軸のスペクトルに変換される。また、チャネル応答算出部２０２は、干渉信号に関する事前情報を用いてチャネル応答を算出する（ステップＳ２０２）。ここで言及する事前情報とは、例えばパイロット信号などを指す。パイロット信号を使用すればチャネル応答は容易に推定される。推定されるチャネル応答とは、電気装置や光デバイスがＫ個あり、それぞれのチャネル応答がＨ_ｉ（ω）と表されるとすると、以下の式（２）に基づいて算出される全体のチャネル応答Ｈ（ω）である。

チャネル応答乗算部２０３は、フーリエ変換がなされた干渉信号Ｆ（ｓ）と、チャネル応答Ｈ（ω）とを乗算する（ステップＳ２０３）。その後、逆フーリエ変換部２０４は、以下の式（３）に示すように、乗算結果に対して逆フーリエ変換を行うことによって事前情報である全体のチャネル応答Ｈ（ω）を反映したレプリカ信号ｓ’を生成する（ステップＳ２０４）。その後、ステップＳ１０４以降の処理が実行される。

以上のように構成されたキャリア間クロストーク補償装置１０によれば、第１実施形態と比べて、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能となる。より同様の効果を得ることができる。以下、この効果について詳細に説明する。
第２実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０は、干渉信号のレプリカ信号を生成する。この点について、第２の実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０は、干渉信号に関する事前情報を用いてレプリカ信号を生成する。したがって、より干渉信号に成分が近いレプリカ信号を生成することができる。そして、キャリア間クロストーク補償装置１０は、干渉成分除去対象信号からレプリカ信号の成分を除去することによって目的信号を取得する。そのため、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能になる。

＜変形例＞
第２実施形態では、チャネル応答Ｈ（ω）の乗算を周波数領域で行う構成を示したが、レプリカ生成部１０３は以下のような処理を行うことによってレプリカ信号を生成してもよい。例えば、レプリカ生成部１０３は、チャネル応答Ｈ（ω）を逆フーリエ変換して得られるチャネル応答を入力信号に対し畳み込み演算することによって時間領域にてレプリカ信号を生成する。

（第３実施形態）
第３実施形態では、レプリカ生成部１０３が、スプリットステップフーリエ法を用いて干渉信号のレプリカ信号を生成する。一般に、光伝送路６の一種である光ファイバを伝搬中の光パルス波形の変遷は、非線形シュレディンガー方程式により記述される。非線形シュレディンガー方程式は解析解を持たない為、光パルスの解析を目的としたシミュレーションを行うときには、光ファイバを短いセクションがＰ個連結したファイバとみなし、線形演算と非線形演算を交互に行い近似解を求めるスプリットステップフーリエ法が用いられる。そこで、第３実施形態では、スプリットステップフーリエ法を用いる。なお、第３実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の構成は、レプリカ生成部１０３の構成を除けば第１実施形態のキャリア間クロストーク補償装置１０と同様の構成である。そのため、レプリカ生成部１０３の構成についてのみ説明する。

図６は、第３実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０のレプリカ生成部１０３の構成図である。
レプリカ生成部１０３は、フーリエ変換部３０１、線形演算部３０２、逆フーリエ変換部３０３及び非線形演算部３０４を備える。
フーリエ変換部３０１は、シンボル判定部１０２から出力された干渉信号に対してフーリエ変換を行う。なお、シンボル判定部１０２から出力された干渉信号がインパルス列となっている場合には、フーリエ変換部３０１はゼロ挿入や波形整形などを施し、ベースバンド信号化した後にフーリエ変換を行う。
線形演算部３０２は、フーリエ変換がなされた干渉信号に対してスプリットステップフーリエ法における線形演算を行う。
逆フーリエ変換部３０３は、線形演算がなされた信号に対して逆フーリエ変換を行う。
非線形演算部３０４は、逆フーリエ変換がなされた信号に対してスプリットステップフーリエ法における非線形演算を行う。

図７は、第３実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図３と同様の処理については、図７において図３と同様の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０２の処理が終了すると、フーリエ変換部３０１は干渉信号に対してフーリエ変換を行う（ステップＳ３０１）。この処理によって、入力された信号が周波数軸のスペクトルに変換される。線形演算部３０２は、フーリエ変換がなされた干渉信号に対して線形演算を行う（ステップＳ３０２）。具体的には、線形演算部３０２は、光伝送路６における波長分散Ｄ（ω）を算出する。そして、線形演算部３０２は、フーリエ変換がなされた信号に対して波長分散Ｄ（ω）を乗算する。逆フーリエ変換部３０３は、線形演算された信号（乗算結果）に対して逆フーリエ変換を行うことによって、波長分散Ｄ（ω）の影響を受けて波形が変化した信号に変換する（ステップＳ３０３）。この処理の関係は、以下の式（４）のように表される。

次に、非線形演算部３０４は、逆フーリエ変換がなされた信号に対して非線形演算を行う（ステップＳ３０４）。具体的には、非線形演算部３０４は、逆フーリエ変換がなされた信号に対して、光カー効果による位相回転の効果を与え、以下の式（５）に基づいて干渉信号のレプリカ信号を生成する。

式（５）においてγは非線形定数、θは光パワーに応じた値（光パワーに比例）を表す。その後、非線形演算部３０４は、所定の回数、ステップＳ３０１からステップＳ３０４までの処理が行なわれたか否か判定する（ステップＳ３０５）。ここで、所定の回数とは、光伝送路６を短いセクションが複数連結したファイバとみなした場合のセクションの数である。本実施形態では、所定の回数はＰ回である。つまり、非線形演算部３０４は、Ｐ回、ステップＳ３０１からステップＳ３０４までの処理が行なわれたか否か判定する。所定の回数、ステップＳ３０１からステップＳ３０４までの処理が行なわれた場合（ステップＳ３０５−ＹＥＳ）、ステップＳ１０４以降の処理が実行される。
一方、所定の回数、ステップＳ３０１からステップＳ３０４までの処理が行なわれていない場合（ステップＳ３０５−ＮＯ）、ステップＳ３０１以降の処理が繰り返し実行される。

以上のように構成されたキャリア間クロストーク補償装置１０によれば、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能となる。以下、この効果について詳細に説明する。
第３実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０は、干渉信号のレプリカ信号を生成する。この点について、第３の実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０は、スプリットステップフーリエ法を用いてレプリカ信号を生成する。したがって、光伝送路を伝搬中の光パルス波形を精度よく再現することができる。そして、キャリア間クロストーク補償装置１０は、干渉成分除去対象信号からレプリカ信号の成分を除去することによって目的信号を取得する。そのため、第１実施形態と比べて、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能になる。

（第４実施形態）
上記の第１実施形態から第３実施形態では、干渉成分除去対象信号から干渉信号のレプリカ信号を単純に減算する構成であったが、第４実施形態では適応フィルタを用いて干渉成分除去対象信号から干渉信号のレプリカ信号を減算する。なお、第４実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の構成は、レプリカ減算部１０５の構成を除けば第１実施形態から第３実施形態のいずれかのキャリア間クロストーク補償装置１０と同様の構成である。そのため、レプリカ減算部１０５の構成についてのみ説明する。

図８は、第４実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０のレプリカ減算部１０５の構成図である。
レプリカ減算部１０５は、タップ演算部４０１、エラー計算部４０２及びタップ更新部４０３を備える。
タップ演算部４０１は、入力信号に対して複素数のタップを乗算する。ここで、入力信号は、周波数シフト部１０４から出力された入力信号ｓ１及び干渉成分除去対象信号ｓ２である。

エラー計算部４０２は、希望信号ｖからの目的信号に対するエラーを算出する。希望信号ｖは、トレーニング信号などの既知のパターンから算出されてもよいし、目的信号を基に推定してもよい。
タップ更新部４０３は、ＬＭＳ(Least Mean Square)法と、エラー計算部４０２によって算出されたエラーとを用いてタップを更新する。

図９は、第４実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図３と同様の処理については、図９において図３と同様の符号を付して説明を省略する。
タップ演算部４０１は、入力信号ｓ１に対してタップｗ１、入力信号ｓ２に対してタップｗ２をそれぞれ乗算する（ステップＳ４０１）。ここで、タップの初期値の絶対値は、目的信号に乗算されるタップｗ２の値がレプリカ信号に乗算されるタップｗ１の値より高い。そして、タップ演算部４０１は、以下の式（６）に基づいて目的信号ｓ３を生成する（ステップＳ４０２）。

タップ演算部４０１によって生成された目的信号ｓ３は、外部装置に出力されるとともに、エラー計算部４０２に入力される。エラー計算部４０２は、入力された目的信号ｓ３に対するエラーｅｒｒを外部から入力された希望信号ｖを用いて、以下の式（７）に基づいて算出する（ステップＳ４０３）。

その後、タップ更新部４０３は、ＬＭＳ法と、エラー計算部４０２によって算出されたエラーｅｒｒとを用いて、以下の式（８）に基づいてタップｗ_ｉ（ｉは１以上の整数）を更新する（ステップＳ４０４）。ただし、式（８）においてμはステップサイズパラメータである。

以上のように構成されたキャリア間クロストーク補償装置１０によれば、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能となる。以下、この効果について詳細に説明する。
第４実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０は、干渉信号のレプリカ信号を生成する。そして、キャリア間クロストーク補償装置１０は、干渉成分除去対象信号からレプリカ信号の成分を除去することによって目的信号を取得する。この点について、一般に信号は位相の不定性があり、また事前情報を用いてレプリカ信号を生成していたとしても、光伝送路６の予期せぬ時間変動などが影響して、キャリア間クロストーク補償の精度が劣化することが考えられる。そこで、第４の実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０は、レプリカ信号を単純に減算するのではなく、適応フィルタを用いて目的信号からレプリカ信号を減算する処理を行う。そのため、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能になる。

＜変形例＞
本実施形態では、ＬＭＳ法を例に適応フィルタの更新を行う構成を示したが、キャリア間クロストーク補償装置１０はＲＬＳ(Recursive Least Square)法や独立成分分析などの方法を用いて適応フィルタの更新を行うように構成されてもよい。

（第５実施形態）
第５実施形態では、キャリア間クロストーク補償装置が、波形歪みが整形された信号に対して誤り訂正復号を行う。
図１０は、第５実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０ａの機能構成を表す概略ブロック図である。
キャリア間クロストーク補償装置１０ａは、波形整形部１０１、シンボル判定部１０２ａ、レプリカ生成部１０３、周波数シフト部１０４、レプリカ減算部１０５及び誤り訂正復号部１０６を備える。

キャリア間クロストーク補償装置１０ａは、シンボル判定部１０２に代えてシンボル判定部１０２ａを備える点、誤り訂正復号部１０６を新たに備える点でキャリア間クロストーク補償装置１０と構成が異なる。キャリア間クロストーク補償装置１０ａは、他の構成についてはキャリア間クロストーク補償装置１０と同様である。そのため、キャリア間クロストーク補償装置１０ａ全体の説明は省略し、シンボル判定部１０２ａ及び誤り訂正復号部１０６について説明する。

誤り訂正復号部１０６は、波形整形部１０１から出力された信号に対して誤り訂正復号を行う。誤り訂正符号としてはブロック型と畳み込み型に大別され、一般にブロック符号型誤り訂正復号は、シンボルではなくバイナリ信号を一般に入力対象とする。そこで、誤り訂正符号としてブロック型を採用する場合には、誤り訂正復号部１０６は初めに、入力シンボルをバイナリ信号へ変換し、誤り訂正復号を実行し、再度バイナリ信号をシンボルのマッピングを行う。
シンボル判定部１０２ａは、誤り訂正復号がなされた信号の変調方式に応じたシンボル判定を行う。

図１１は、第５実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０ａの処理の流れを示すフローチャートである。なお、図３と同様の処理については、図１１において図３と同様の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０１の処理が終了すると、誤り訂正復号部１０６は波形整形部１０１から出力された信号に対して誤り訂正復号を行う（ステップＳ５０１）。シンボル判定部１０２ａは、誤り訂正復号がなされた信号の変調方式に応じたシンボル判定を行う（ステップＳ５０２）。

以上のように構成されたキャリア間クロストーク補償装置１０ａでは、第１の実施形態から第４の実施形態のいずれか同様の効果を得ることができる。
また、干渉信号の波形整形を行ったとしても、目的信号に干渉信号が重畳しているのと同様、干渉信号にも目的信号が重畳している為、波形整形部１０１の出力信号をそのままシンボル判定したとしても、シンボル判定誤りが発生し、キャリア間クロストーク補償性能が劣化することが考えられる。それに対して、キャリア間クロストーク補償装置１０ａでは、波形整形部１０１の出力信号に対し、誤り訂正復号化を行うことでシンボル判定誤りが発生する頻度を下げ、キャリア間クロストーク補償性能を向上させることができる。

（第６実施形態）
第６実施形態では、キャリア間クロストーク補償装置が、シングルモードファイバにおける偏波多重信号やマルチモードファイバにおけるモード多重信号に対してキャリア間クロストークの除去を行う。例えば、シングルモードファイバにおける偏波多重信号やマルチモードファイバにおけるモード多重信号では、Ｘ偏波（水平偏波）とＹ偏波（垂直偏波）の信号を持つ。そこで、第６実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置では、Ｘ偏波（水平偏波）とＹ偏波（垂直偏波）の信号それぞれに対してキャリア間クロストークを除去する処理を行う。以下の説明では、光受信器８−１から出力されたＸ偏波の信号を干渉水平偏波信号と記載し、光受信器８−１から出力されたＹ偏波の信号を干渉垂直偏波信号と記載する。また、干渉信号成分の除去対象となるＸ偏波の信号を干渉水平偏波成分除去対象信号と記載し、干渉信号成分の除去対象となるＹ偏波の信号を干渉垂直偏波成分除去対象信号と記載する。

図１２は、第６実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０ｂの機能構成を表す概略ブロック図である。
キャリア間クロストーク補償装置１０ｂは、波形整形部１１０、シンボル判定部１１１、レプリカ生成部１１２、周波数シフト部１１３、シンボル判定部１１４、レプリカ生成部１１５、周波数シフト部１１６及びレプリカ減算部１１７を備える。

波形整形部１１０は、光伝送路６伝搬中に生じた偏波カップリングなどの影響を取り除く為に干渉水平偏波信号と干渉垂直偏波信号をそれぞれ整形する。干渉水平偏波信号は、シンボル判定部１１１に入力される。干渉垂直偏波信号は、シンボル判定部１１４に入力される。
シンボル判定部１１１は、干渉水平偏波信号の変調方式に応じたシンボル判定を行う。
レプリカ生成部１１２は、シンボル判定がなされた干渉水平偏波信号をキャリアのベースバンド信号に変換することによって干渉水平偏波レプリカ信号を生成する。
周波数シフト部１１３は、生成された干渉水平偏波レプリカ信号に対して周波数シフト演算を行う。

シンボル判定部１１４は、干渉垂直偏波信号の変調方式に応じたシンボル判定を行う。
レプリカ生成部１１５は、シンボル判定がなされた干渉垂直偏波信号をキャリアのベースバンド信号に変換することによって干渉垂直偏波レプリカ信号を生成する。
周波数シフト部１１６は、生成された干渉垂直偏波レプリカ信号に対して周波数シフト演算を行う。
レプリカ減算部１１７は、周波数シフト演算がなされた干渉水平偏波レプリカ信号及び干渉垂直偏波レプリカ信号と、干渉水平偏波成分除去対象信号及び干渉垂直偏波成分除去対象信号とに基づいて、水平偏波目的信号及び垂直偏波目的信号をそれぞれ取得する。

図１３は、第６実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０ｂの処理の流れを示すフローチャートである。
波形整形部１１０は、干渉水平偏波信号と干渉垂直偏波信号とをそれぞれ整形する（ステップＳ６０１）。波形整形部１１０は、整形した干渉水平偏波信号をシンボル判定部１１１に出力し、整形した干渉垂直偏波信号をシンボル判定部１１４に出力する。ステップＳ６０２〜ステップＳ６０５と、ステップＳ６０６〜ステップＳ６０９とは、並列に処理が行なわれる。

シンボル判定部１１１は、干渉水平偏波信号の変調方式に応じたシンボル判定を行う（ステップＳ６０２）。レプリカ生成部１１２は、シンボル判定がなされた干渉水平偏波信号をキャリアのベースバンド信号に変換することによって干渉水平偏波レプリカ信号を生成する（ステップＳ６０３）。周波数シフト部１１３は、生成された干渉水平偏波レプリカ信号に対して周波数シフト演算を行う（ステップＳ６０４）。レプリカ減算部１１７は、周波数シフト演算がなされた干渉水平偏波レプリカ信号と、干渉水平偏波成分除去対象信号とに基づいて水平偏波目的信号を取得する（ステップＳ６０５）。具体的には、レプリカ減算部１１７は、干渉水平偏波成分除去対象信号から干渉水平偏波レプリカ信号を減算することによって水平偏波目的信号を取得する。

シンボル判定部１１４は、干渉垂直偏波信号の変調方式に応じたシンボル判定を行う（ステップＳ６０６）。レプリカ生成部１１５は、シンボル判定がなされた干渉垂直偏波信号をキャリアのベースバンド信号に変換することによって干渉垂直偏波レプリカ信号を生成する（ステップＳ６０７）。周波数シフト部１１６は、生成された干渉垂直偏波レプリカ信号に対して周波数シフト演算を行う（ステップＳ６０８）。レプリカ減算部１１７は、周波数シフト演算がなされた干渉垂直偏波レプリカ信号と、干渉垂直偏波成分除去対象信号とに基づいて垂直偏波目的信号を取得する（ステップＳ６０９）。具体的には、レプリカ減算部１１７は、干渉垂直偏波成分除去対象信号から干渉垂直偏波レプリカ信号を減算することによって垂直偏波目的信号を取得する。

以上のように構成された偏波多重信号やモード多重信号に対しても、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能となる。以下、この効果について詳細に説明する。
キャリア間クロストーク補償装置１０ｂは、水平偏波信号及び垂直偏波信号のそれぞれに対して、第１の実施形態における処理と同様の処理を行う。そのため、偏波多重信号やモード多重信号に対しても、キャリア間クロストークを除去しつつ、信号品質を向上させることが可能になる。

＜変形例＞
キャリア間クロストーク補償装置１０ｂにおけるレプリカ生成部１１２及びレプリカ生成部１１５は、第２実施形態及び第３実施形態に示すレプリカ生成部１０３の構成であってもよい。

（第７実施形態）
第７実施形態では、２つのキャリア（キャリア１及びキャリア２）に対しキャリア間クロストーク補償を交互に繰り返し行う。
図１４は、第７実施形態におけるキャリア間クロストーク補償装置１０ｃの機能構成を表す概略ブロック図である。
キャリア間クロストーク補償装置１０ｃは、波形整形部１２０、シンボル判定部１２１、レプリカ生成部１２２、周波数シフト部１２３、レプリカ減算部１２４、シンボル判定部１２５、レプリカ生成部１２６、周波数シフト部１２７及びレプリカ減算部１２８を備える。

波形整形部１２０は、光受信器８−１から出力された信号に対して、送受信時や伝送時に受けた波形歪みを整形する。
シンボル判定部１２１は、変調方式に応じたシンボル判定を行う。また、シンボル判定部１２１は、レプリカ減算部１２８から目的信号が入力された場合、入力された目的信号の変調方式に応じたシンボル判定を行う。
レプリカ生成部１２２は、シンボル判定がなされた信号をキャリアのベースバンド信号に変換することによってレプリカ信号を生成する。

周波数シフト部１２３は、生成されたレプリカ信号に対して周波数シフト演算を行う。
レプリカ減算部１２４は、周波数シフト演算がなされたレプリカ信号と、光受信器８−２から出力された信号（キャリア２）とに基づいて、干渉信号を除去した目的信号を取得する。レプリカ減算部１２４は、取得した目的信号をシンボル判定部１２５及び外部装置に出力する。

シンボル判定部１２５は、入力された目的信号の変調方式に応じたシンボル判定を行う。
レプリカ生成部１２６は、シンボル判定がなされた信号をキャリアのベースバンド信号に変換することによってレプリカ信号を生成する。
周波数シフト部１２７は、生成されたレプリカ信号に対して周波数シフト演算を行う。
レプリカ減算部１２８は、周波数シフト演算がなされたレプリカ信号と、光受信器８−１から出力された信号（キャリア１）とに基づいて、干渉信号を除去した目的信号を取得する。レプリカ減算部１２８は、取得した目的信号をシンボル判定部１２１及び外部装置に出力する。

以上のように構成されたキャリア間クロストーク補償装置１０ｃによれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、キャリア間クロストーク補償装置１０ｃでは、複数のキャリアにおける目的信号を取得することが可能となる。以下、この効果について具体的に説明する。
キャリア間クロストーク補償装置１０ｃでは、目的信号が取得されたキャリアの目的信号が、他のキャリアの目的信号の取得に利用される。このように、循環的に複数のキャリアにおける目的信号を取得することが可能になる。

上記の各実施形態における共通する変形例について説明する。
上記の各実施形態では、キャリア数が２つの場合を例に説明したが、キャリア数は３つ以上であってもよい。
上記の各実施形態では、光信号伝送システムを例に説明したが、本発明における技術は無線ＬＡＮ（Local Area Network）システム、携帯電話システム、衛星通信システム等、信号を送る手段としてキャリアを用いるシステムであれば同様に適用可能である。
上記の各実施形態における光信号伝送システム１００は、シングルモードファイバを用いる光伝送システムにおける、直交する２つの偏波モードを利用した偏波多重通信や、マルチモードファイバを用いる光伝送システムにおける、複数のモードを利用したモード多重通信においても適用可能である。

なお、本発明のキャリア間クロストーク補償装置１０（１０、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃ）の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、キャリア間クロストーク補償装置１０（１０、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃ）の各処理に係る上述した種々の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１（１−１、１−２）…デジタル処理回路，２（２−１、２−２）…光源，３（３−１、３−２）…，４…光信号入力部，５…光信号出力部，６…光伝送路，７（７−１、７−２）…局発光源，８（８−１、８−２）…光受信器，１０…キャリア間クロストーク補償装置， １０１、１１０、１２０…波形整形部， １０２、１０２ａ、１１１，１１４、１２１、１２５…シンボル判定部， １０３、１１２、１１５、１２２、１２６…レプリカ生成部， １０４、１１３、１１６、１２３、１２７…周波数シフト部， １０５、１１７、１２４、１２８…レプリカ減算部， １０６…誤り訂正復号部， ２０１…フーリエ変換部， ２０２…チャネル応答算出部， ２０３…チャネル応答乗算部， ２０４…逆フーリエ変換部， ３０１…フーリエ変換部， ３０２…線形演算部， ３０３…逆フーリエ変換部， ３０４…非線形演算部， ４０１…タップ演算部， ４０２…エラー計算部， ４０３…タップ更新部

Claims (7)

1. 一部の信号帯域が重なり合った複数のキャリアそれぞれから生成されたキャリア信号における干渉信号の波形を整形する波形整形部と、
   整形された前記干渉信号を前記キャリアのベースバンド信号に変換することによって前記干渉信号のレプリカ信号を生成するレプリカ生成部と、
   前記干渉信号と異なる、干渉信号成分の除去対象となるキャリア信号から、生成された前記レプリカ信号を減算することによって前記干渉信号の成分を除去した目的信号を取得するレプリカ減算部と、
   を備えるクロストーク補償装置。
2. 前記レプリカ生成部は、前記干渉信号をフーリエ変換するフーリエ変換部と、前記フーリエ変換がなされた前記干渉信号に対して、前記干渉信号に関する事前情報から得られるチャネル応答行列を乗算するチャネル応答乗算部と、チャネル応答行列が乗算された前記干渉信号を逆フーリエ変換することによって、チャネル応答を反映したレプリカ信号を生成する逆フーリエ変換部とを備える、請求項１に記載のクロストーク補償装置。
3. 前記レプリカ生成部は、スプリットステップフーリエ法を用いて前記レプリカ信号を生成する、請求項１に記載のクロストーク補償装置。
4. 前記レプリカ減算部は、適応フィルタを用いて前記目的信号を取得する、請求項１に記載のクロストーク補償装置。
5. 前記干渉信号の誤り訂正復号を行う誤り訂正復号部をさらに備え、
   前記レプリカ生成部は、誤り訂正復号がなされた前記干渉信号から前記レプリカ信号を生成する、請求項１又は４に記載のクロストーク補償装置。
6. 前記レプリカ減算部は、偏波多重又はモード多重された信号における水平偏波信号及び垂直偏波信号それぞれから目的信号を取得する、請求項１に記載のクロストーク補償装置。
7. 一部の信号帯域が重なり合った複数のキャリアそれぞれから生成されたキャリア信号における干渉信号の波形を整形する波形整形ステップと、
   整形された前記干渉信号を前記キャリアのベースバンド信号に変換することによって前記干渉信号のレプリカ信号を生成するレプリカ生成ステップと、
   前記干渉信号と異なる、干渉信号成分の除去対象となるキャリア信号から、生成された前記レプリカ信号を減算することによって前記干渉信号の成分を除去した目的信号を取得するレプリカ減算ステップと、
   を有するクロストーク除去方法。

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