JP2018182473A - 伝送装置および伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各波長チャネルを介して偏波多重光信号が伝送される波長分割多重光伝送システムにおいて、相互偏波変調に起因するビット誤りを抑制する。
【解決手段】偏波多重光信号を伝送する伝送装置は、第１の信号に第１の固定パタン信号を挿入し、第２の信号に第１の固定パタン信号と同一の第２の固定パタン信号を挿入する固定パタン信号挿入部と、第１の信号に挿入された第１の固定パタン信号および第２の信号に挿入された第２の固定パタン信号に、第１の信号および第２の信号が送信される光伝送路における波長分散特性と同一符号である分散値を付加する分散付加部と、分散値が付加された第１の固定パタン信号を含む第１の信号および分散値が付加された第２の固定パタン信号を含む第２の信号に基づいて偏波多重光信号を生成する光信号生成部を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、偏波多重光信号を送信する装置および方法に係わる。

光伝送システムにおいて大容量のデータ伝送を実現するために、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）が実用化されている。ＷＤＭは、波長の異なる複数の光信号を利用してデータを伝送することができる。すなわち、ＷＤＭは、複数の波長チャネルを利用してデータを伝送することができる。

各波長チャネルの容量を大きくする技術の１つとして、偏波多重が実用化されている。偏波多重は、互いに直交する１組の偏波を利用して信号を伝送する。以下の記載では、互いに直交する１組の偏波をＸ偏波およびＹ偏波と呼ぶことがある。また、Ｘ偏波およびＹ偏波を利用して伝送される光信号を、それぞれ、Ｘ偏波光信号およびＹ偏波光信号と呼ぶことがある。

光伝送システムにおいてフレームを伝送する場合、各フレームの先頭に固定パタン信号が設定されることがある。固定パタン信号は、送信器により、フレームヘッダ内に設定される。そして、受信器は、受信光信号から固定パタン信号を検出することにより、フレーム同期を確立することができる。また、受信器は、検出した固定パタン信号の電界情報に基づいて、光伝送路の特性（例えば、分散）を推定することができる。なお、偏波ごとに既知信号を挿入する方法は、例えば、特許文献１に記載されている。

偏波多重光伝送システムにおいては、図１に示すように、同じタイミングでＸ偏波光信号およびＹ偏波光信号に固定パタン信号が挿入される。ここで、Ｘ偏波光信号およびＹ偏波光信号に挿入される固定パタン信号のビット列は、互いに同じである。このため、Ｘ偏波光信号およびＹ偏波光信号が多重化されると、固定パタン信号の電界情報の合成によって単一の偏波状態が生成される。すなわち、固定パタン信号が伝送される期間（例えば、１０ｎ秒）は、単一の偏波状態が生成される。一例として、Ｘ偏波の方向がゼロ度で表され、Ｙ偏波の方向が９０度で表される場合、固定パタン信号が伝送される期間の偏波多重光信号の偏波の方向は４５度に保持される。なお、受信器は、単一の偏波状態の固定パタン信号を受信するので、光信号が光伝送路上で雑音の影響を受ける場合であっても、固定パタン信号の検出（すなわち、フレーム同期の確立）および分散推定を容易に行うことができる。

関連技術として、伝送用光ファイバでの非線形効果による伝送特性の劣化を少なくする方法が提案されている（例えば、特許文献２）。また、波長分割多重伝送において、隣接チャネルからの漏話を抑圧する方法が提案されている（例えば、特許文献３）。さらに、非特許文献１は、ＷＤＭ伝送システムにおける相互位相変調による非線形偏波変動について検討している。

国際公開ＷＯ２０１０／１３４３２１号 特開平８−２８８９０４号公報 特開２０００−１８３８１５号公報

Brandon C Collings and Luc Boivin, Nonlinear Polarization Evolution Induced by Cross-Phase Modulation and Its Impact in Transmission Systems, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.12, NO.11, November 2000

上述のように、各フレームに固定パタン信号を付加することにより、フレーム同期および分散推定などが実現される。ところが、ＷＤＭ伝送システムにおいては、相互偏波変調（ＸｐｏｌＭ：cross-polarization modulation）により、ある波長チャネルの偏波状態が、他の波長チャネルの偏波状態に影響を与えることがある。特に、各波長チャネルが偏波多重光信号を伝送する場合、単一偏波状態の固定パタン信号は、他の波長チャネルにおいて偏波変動を引き起こすおそれがある。図１に示す例では、期間Ｔ１〜Ｔ２に波長チャネルλ１において固定パタン信号が伝送されるときに、波長チャネルλ２の偏波状態が擾乱される。

隣接チャネル（図１では、波長チャネルλ１）において固定パタン信号が伝送される期間は、被擾乱チャネル（図１では、波長チャネルλ２）において連続してビット誤りが発生し得る。すなわち、バーストエラーが発生し得る。そして、このビット誤り量が誤り訂正能力を超えると、受信器は、データを正しく再生できない。

本発明の１つの側面に係わる目的は、各波長チャネルを介して偏波多重光信号が伝送される波長分割多重光伝送システムにおいて、相互偏波変調に起因するビット誤りを抑制することである。

本発明の１つの態様の伝送装置は、偏波多重光信号を伝送する。この伝送装置は、第１の信号に第１の固定パタン信号を挿入し、第２の信号に前記第１の固定パタン信号と同一の第２の固定パタン信号を挿入する固定パタン信号挿入部と、前記第１の信号に挿入された第１の固定パタン信号および前記第２の信号に挿入された第２の固定パタン信号に、前記第１の信号および前記第２の信号が送信される光伝送路における波長分散特性と同一符号である分散値を付加する分散付加部と、前記分散値が付加された第１の固定パタン信号を含む第１の信号および前記分散値が付加された第２の固定パタン信号を含む第２の信号に基づいて偏波多重光信号を生成する光信号生成部と、を備える。

上述の態様によれば、各波長チャネルを介して偏波多重光信号が伝送される波長分割多重光伝送システムにおいて、相互偏波変調に起因するビット誤りが抑制される。

波長チャネル間の相互偏波変調について説明する図である。 相互偏波変調による偏波変動の例を示す図である。 ＷＤＭ伝送システムの一例を示す図である。 ＷＤＭ伝送装置内に実装される送信器の一例を示す図である。 ＦＩＲフィルタの一例を示す図である。 周波数領域等化技術を利用して分散を付加する方法を説明する図である。 時間領域におけるパワー分布の一例を示す図である。 分散マップの一例を示す図である。 ＷＤＭ伝送装置内に実装される受信器の一例を示す図である。 第２の実施形態において送信信号に分散を付加する処理の一例を示す図である。 第２の実施形態において分散を補償する処理の一例を示すフローチャートである。 分散マップの他の例を示す図である。

本発明の実施形態に係わる伝送装置は、ＷＤＭ伝送システムにおいて使用される。ＷＤＭ伝送システムにおいては、複数の波長チャネルが多重化される。そして、伝送装置は、波長チャネル間の相互偏波変調（ＸｐｏｌＭ）に起因する偏波変動を抑制する機能を備える。よって、本発明の実施形態に係わる伝送装置の構成および動作を記載する前に、相互偏波変調に起因する偏波変動について簡単に説明する。

以下の記載では、ＷＤＭ光信号中に多重化されている複数の波長チャネルの中の任意の１つを「注目チャネル」と呼ぶことがある。注目チャネルに隣接する波長チャネルを「隣接チャネル」と呼ぶことがある。注目チャネルの波長および隣接チャネルの波長は、互いに近接している。

注目チャネルのＸ偏波光信号は、直線偏波であるものとする。そして、注目チャネルのＸ偏波光信号のストークスパラメータＳ１、Ｓ２、Ｓ３は「１、０、０」で表されるものとする。この場合、注目チャネルのＸ偏波光信号の偏波状態は、ポアンカレ球上では、図２に示す点Ａで表される。なお、この例では、Ｘ偏光が「０度」で表され、Ｙ偏光が「９０度」で表される。

隣接チャネルにおいて固定パタン信号が伝送されるとき、その隣接チャネルの偏光方向が４５度であるものとする。例えば、隣接チャネルが図１に示す波長チャネルλ１である場合、期間Ｔ１〜Ｔ２において、隣接チャネルの偏光方向が４５度である。この場合、隣接チャネルのストークスパラメータは「０、１、０」で表される。すなわち、隣接チャネルの偏波状態は、ポアンカレ球上では、図２に示す点Ｂで表される。なお、偏波多重光信号のＸ偏波およびＹ偏波の振幅が互いに同じであり、且つ、Ｘ偏波およびＹ偏波の光位相が互いに同じであるとき、その偏波多重光信号の偏光方向は４５度である。

注目チャネルおよび隣接チャネルが多重化されると、注目チャネルのＸ偏波光信号の偏波状態は、隣接チャネルの偏波状態の影響を受ける。特に、隣接チャネルにおいて固定パタン信号が伝送されるときは、隣接チャネルの偏波が一定の状態に保持されるので、相互偏波変調に起因する偏波変動が大きくなるおそれがある。図１に示す例では、期間Ｔ１〜Ｔ２に隣接チャネル（λ１）において固定パタン信号が伝送されるときに、注目チャネル（λ２）の偏波状態が擾乱される。具体的には、隣接チャネルにおいて固定パタン信号が伝送されるときに、注目チャネルのＸ偏波光信号の偏波状態は、図２において矢印Ｃで示すように、点Ａから北極方向（右回り円偏波傾向）にシフトする。そうすると、受信器において注目チャネルのＸ偏波成分を精度よく抽出できないので、注目チャネルにおいてビット誤りが発生しやすくなる。

この問題は、注目チャネルと隣接チャネルとの間の相互偏波変調を小さくすれば緩和される。そこで、本発明の実施形態の伝送装置は、相互偏波変調が抑制されるように偏波多重光信号を生成する機能を備える。

図３は、本発明の実施形態に係わる伝送装置が使用されるＷＤＭ伝送システムの一例を示す。この例では、ＷＤＭ伝送システムは、ＷＤＭ伝送装置１００、１１０を備える。そして、ＷＤＭ伝送装置１００からＷＤＭ伝送装置１１０へ光伝送線路１２０を介してＷＤＭ光信号が伝送される。

ＷＤＭ伝送装置１００は、複数の送信器１および光合波器２を備える。各送信器１は、データを伝送する光信号を生成する。この実施例では、各送信器１は、偏波多重光信号を生成する。なお、複数の送信器１により生成される複数の光信号の波長は、互いに異なっている。光合波器２は、各送信器１により生成される光信号を合波してＷＤＭ光信号を生成する。このＷＤＭ光信号は、光伝送線路１２０を介してＷＤＭ伝送装置１１０へ伝送される。

ＷＤＭ伝送装置１００、１１０間には、１または複数の中継ノードが設けられていてもよい。中継ノードは、ＷＤＭ光信号を増幅することができる。また、中継ノードに光分岐挿入装置（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer）が設けられていてもよい。光分岐挿入装置は、ＷＤＭ光信号から指定された波長の光信号を分岐することができ、また、ＷＤＭ光信号の空チャネルに光信号を挿入することができる。

ＷＤＭ伝送装置１１０は、光分波器１１および複数の受信器１２を備える。光分波器１１は、ＷＤＭ光信号に多重化されている複数の光信号を波長ごとに分波して対応する受信器１２に導く。各受信器１２は、受信光信号からデータを再生する。

＜第１の実施形態＞
図４は、ＷＤＭ伝送装置内に実装される送信器１の一例を示す。送信器１は、図４に示すように、デジタル信号処理器（ＤＳＰ：digital signal processor）２０および光信号生成部３０を備える。そして、送信器１は、入力データから偏波多重光信号を生成することができる。なお、送信器１は、図４に示していない他の機能または回路要素を備えていてもよい。

デジタル信号処理器２０は、図４に示すように、フレーム生成部２１、誤り訂正符号化部２２、固定パタン信号挿入部２３、マッパ２４ｘ、２４ｙ、分散付加部２５を備える。そして、デジタル信号処理器２０には、データＸおよびデータＹが入力される。データＸおよびデータＹは、互いに独立していてもよいし、互いに関連していてもよい。なお、デジタル信号処理器２０は、図４に示していない他の機能を備えていてもよい。

フレーム生成部２１は、データＸからフレームＸ２を生成する。フレームＸ２は、ヘッダおよびペイロードから構成される。フレームＸ２のペイロードには、データＸが格納される。フレームＸ２のヘッダには、データＸの伝送を制御するためのヘッダ情報が格納される。このヘッダ情報は、データＸのあて先を表すアドレス情報を含む。同様に、フレーム生成部２１は、データＹからフレームＹ２を生成する。なお、フレームＸ２、Ｙ２は、例えば、ＯＴＮフレームである。

誤り訂正符号化部２２は、フレーム生成部２１により生成されるフレームＸ２、Ｙ２に対してそれぞれ誤り訂正符号化処理を実行して符号化フレームＸ３、Ｙ３を生成する。このとき、例えば、フレームＸ２、Ｙ２にそれぞれ誤り訂正符号を付加することにより符号化フレームＸ３、Ｙ３が生成される。なお、誤り訂正符号化部２２は、ユーザまたはネットワーク管理システムから指定される誤り訂正符号をフレームＸ２、Ｙ２に付加することができる。

固定パタン信号挿入部２３は、符号化フレームＸ３、Ｙ３のヘッダ内にそれぞれ固定パタン信号を挿入する。これにより、固定パタン信号が挿入された符号化フレームＸ４、Ｙ４が生成される。符号化フレームＸ３、Ｙ３に挿入される固定パタン信号は、互いに同じビット列である。また、光伝送線路１２０を介して固定パタン信号が同時に伝送されるように、符号化フレームＸ３、Ｙ３にそれぞれ固定パタン信号が挿入される。「同時に伝送される」は、例えば、送信器１から同時に出力されることを表す。

マッパ２４ｘは、指定された変調方式に従って、固定パタン信号が挿入された符号化フレームＸ４から電界情報信号ＸＩ、ＸＱを生成する。変調方式は、例えば、ユーザまたはネットワーク管理システムにより指定される。ヘッダに対する変調方式およびペイロードに対する変調方式は、互いに異なっていてもよい。また、固定パタン信号に対する変調方式は、予め決められていてもよい。特に限定されるものではないが、固定パタン信号は、多値度の低い変調方式（例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ）で変調されることが好ましい。ＸＩは、Ｘ偏波を利用して伝送される光信号の同相成分の電界を表し、ＸＱは、Ｘ偏波を利用して伝送される光信号の直交成分の電界を表す。

同様に、マッパ２４ｙは、指定された変調方式に従って、固定パタン信号が挿入された符号化フレームＹ４から電界情報信号ＹＩ、ＹＱを生成する。ＹＩは、Ｙ偏波を利用して伝送される光信号の同相成分の電界を表し、ＹＱは、Ｙ偏波を利用して伝送される光信号の直交成分の電界を表す。

分散付加部２５は、Ｘ偏波を利用して伝送される光信号に所定の分散が付加されるように、電界情報信号ＸＩ、ＸＱを補正する。これにより、分散が付加された電界情報信号ＸＩ２、ＸＱ２が生成される。電界情報信号ＸＩ、ＸＱの補正は、デジタル信号処理により実現される。具体的には、分散付加部２５は、ＦＩＲフィルタ等のデジタルフィルタを備える。そして、分散付加部２５は、このデジタルフィルタを用いて電界情報信号ＸＩ、ＸＱをフィルタリングすることにより、分散が付加された電界情報信号ＸＩ２、ＸＱ２を生成する。なお、デジタルフィルタは、各タップのフィルタ係数を適切に設定することにより、入力信号に対して所望の分散を付加することができる。

図５は、分散付加部２５を実現するＦＩＲフィルタの一例を示す。ＦＩＲフィルタは、遅延素子６１、乗算器６２、総和演算器６３、Ｄ／Ａ変換器６４を備える。なお、この例では、ｍタップのＦＩＲフィルタを示している。

各遅延素子６１は、入力信号をＴ／２だけ遅延させる。Ｔは、送信信号のシンボル時間に相当する。各乗算器６２は、入力信号または遅延した入力信号に対して指定されたゲインを与える。ゲインは、タップ係数により表される。総和演算器６３は、タップ係数が乗算された入力信号の操作を計算する。Ｄ／Ａ変換器６４は、総和演算器６３の出力信号をアナログ信号に変換する。この例では、総和演算器６３の出力信号の各シンボルは、ｋビットのデジタルデータで表されている。

上記構成のＦＩＲフィルタにおいて、付加すべき分散を表すタップ係数を乗算器６２に与えることにより、電界情報信号（ＸＩ、ＸＱ）に分散を付加する処理が実現される。図５に示す例では、Ｉチャネルの信号に対してタップ係数ｃ₀〜ｃ_m-1が与えられ、Ｑチャネルの信号に対してタップ係数ｄ₀〜ｄ_m-1が与えられている。

また、分散付加部２５は、他の方法で分散を付加してもよい。例えば、分散付加部２５は、周波数領域等化技術（ＦＤＥ：Frequency Domain Equalization）を用いて分散を付加してもよい。この場合、分散付加部２５は、図６に示すように、ＦＦＴ演算部７１、伝達関数乗算部７２、ＩＦＦＴ演算部７３を備える。ＦＦＴ演算部７１は、入力信号を周波数領域信号に変換する。伝達関数乗算部７２は、付加すべき分散を表す伝達関数をＦＦＴ演算部７１の出力信号に乗算する。ＩＦＦＴ演算部７３は、伝達関数乗算部７２の出力信号を時間領域信号に変換する。

同様に、分散付加部２５は、Ｙ偏波を利用して伝送される光信号に所定の分散が付加されるように、電界情報信号ＹＩ、ＹＱを補正する。これにより、分散が付加された電界情報信号ＹＩ２、ＹＱ２が生成される。なお、この実施例では、電界情報信号ＹＩ、ＹＱに付加される分散量は、電界情報信号ＸＩ、ＸＱに付加される分散量と同じである。

このように、デジタル信号処理器２０は、データＸから電界情報信号ＸＩ２、ＸＱ２を生成し、データＹから電界情報信号ＹＩ２、ＹＱ２を生成する。なお、デジタル信号処理器２０は、プロセッサエレメントおよびメモリを含むプロセッサシステムで実現してもよい。また、デジタル信号処理器２０は、ハードウェア回路で実現してもよい。

光信号生成部３０は、光変調器３１ｘ、３１ｙ、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）３２を備える。また、光信号生成部３０は、不図示の光源を備える。この光源は、キャリア光として使用される連続光を生成する。この連続光は、不図示の光スプリッタにより分岐されて光変調器３１ｘ、３１ｙに導かれる。

光変調器３１ｘは、電界情報信号ＸＩ２、ＸＱ２で入力連続光を変調して変調光信号Ｘを生成する。同様に、光変調器３１ｙは、電界情報信号ＹＩ２、ＹＱ２で入力連続光を変調して変調光信号Ｙを生成する。偏波ビームコンバイナ３２は、変調光信号Ｘおよび変調光信号Ｙを合波して偏波多重光信号を生成する。光信号生成部３０から出力される偏波多重光信号は、光伝送線路１２０を介してＷＤＭ伝送装置１１０へ伝送される。

なお、偏波多重光信号に多重化されている変調光信号Ｘおよび変調光信号Ｙには、それぞれ固定パタン信号が挿入されている。また、変調光信号Ｘおよび変調光信号Ｙには、送信器１によりそれぞれ分散が付加されている。

図７は、時間領域におけるパワー分布の一例を示す。図７（ａ）は、送信器１において分散が付加されないケースにおいて送信器１から出力される光信号のパワー分布を示す。この実施例では、各シンボルが光パルスにより伝送される。なお、図７では、連続する３個のシンボルを伝送する光パルスＰ１〜Ｐ３が示されている。

図７（ｂ）は、送信器１において分散が付加されるケースにおいて送信器１から出力される光信号のパワー分布を示す。送信器１において光信号に分散が付加されると、送信器１において光信号に分散が付加されないときと比較して、各光パルスのピークパワーが低下すると共に、各光パルスのパルス幅が広くなる。この結果、各光パルスは、それぞれ隣接する光パルスと重複することになる。

図８は、ＷＤＭ伝送装置間の分散マップの一例を示す。図８において、送信点および受信点は、それぞれ、図３に示すＷＤＭ伝送装置１００およびＷＤＭ伝送装置１１０に相当する。初期分散は、ＷＤＭ伝送装置１００において分散付加部２５により光信号に付加される。伝送路分散は、光伝送線路１２０の分散に相当する。よって、伝送路分散は送信点からの距離に比例する。この実施例では、光伝送線路１２０は、正の分散を有する。そして、受信点において、累積分散が補償される。すなわち、ＷＤＭ伝送装置１１０において初期分散および伝送路分散の和が補償される。

ここで、光伝送線路１２０を介してＷＤＭ光信号が伝送される場合、非線形効果に起因する相互偏波変調の強度は、光信号のパワーおよび分散に依存する。具体的には、光信号のパワーが高いほど相互偏波変調の強度が高くなる。また、光信号の分散が小さいほど相互偏波変調の強度が高くなる。そこで、本発明の実施形態に係わる伝送方法では、これらの特性を利用して相互偏波変調を抑制する。

ＷＤＭ伝送装置１００からＷＤＭ伝送装置１１０へ光信号が伝送される場合、ＷＤＭ伝送装置１００に実装される送信器１において光信号に初期分散が付加される。ここで、光信号の分散が大きいときは、非線形効果が抑制され、相互偏波変調の強度が低くなる。したがって、送信器１において光信号に付加される初期分散の量は、非線形効果が十分に抑制されるように決定される。この結果、相互偏波変調が抑制される。

また、送信器１において光信号に付加される初期分散の符号は、光伝送線路１２０の分散の符号と同じであることが好ましい。図８に示す例では、光伝送線路１２０の分散の符号は正である。この場合、送信器１において光信号に正の初期分散が付加される。あるいは、光伝送線路１２０の分散の符号が負であるときは、送信器１において光信号に負の初期分散が付加される。そして、送信器１において光信号に付加される初期分散の符号および光伝送線路１２０の分散の符号が同じである場合、送信点と受信点との間で光信号の分散がゼロになることはない。すなわち、送信器１において光信号に適切な初期分散が付加されれば、送信点と受信点との間で強い相互偏波変調が発生することはない。

さらに、ＷＤＭ伝送装置１００からＷＤＭ伝送装置１１０へ光信号が伝送される場合、ＷＤＭ伝送装置１００の近傍において光信号のパワーが高くなる。すなわち、ＷＤＭ伝送装置１００の近傍において強い相互偏波変調が発生しやすい。しかし、送信器１において光信号に初期分散が付加されるので、ＷＤＭ伝送装置１００の近傍においても強い相互偏波変調が発生するはない。

このように、第１の実施形態では、送信器１において光信号に初期分散が付加されるので、波長チャネル間の相互偏波変調が抑制される。このため、偏波多重光信号に多重化される１組の光信号により同じ固定パタン信号が同時に伝送されるときであっても、波長チャネル間の相互偏波変調に起因する偏波変動は小さい。この結果、ＷＤＭ伝送システム内で偏波多重光信号を利用して伝送されるデータのビット誤り率が改善する。

なお、分散の付加は、光ファイバまたはファイバグレーティング等の分散素子を用いて実現することも可能である。ただし、送信器１において分散素子を用いて光信号に分散を付加する場合、分散素子により損失が発生する。また、分散素子による損失を補償するために光増幅器を追加する必要がある。このため、この構成では、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio）が劣化するので、伝送距離が短くなるおそれがある。これに対して、第１の実施形態では、光変調器を駆動する電気信号を補正することにより光信号に初期分散が付加されるので、ＯＳＮＲが劣化することはない。

図９は、ＷＤＭ伝送装置内に実装される受信器１２の一例を示す。受信器１２は、図９に示すように、光信号受信部４０およびデジタル信号処理器（ＤＳＰ）５０を備える。そして、受信器１２は、偏波多重光信号からデータを再生する。偏波多重光信号は、図４に示す送信器１により生成される。なお、受信器１２は、図９に示していない他の機能または回路要素を備えていてもよい。

光信号受信部４０は、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４１、９０度光ハイブリッド回路４２ｘ、４２ｙ、Ｏ／Ｅ回路４３を備える。偏波ビームスプリッタ４１は、光伝送線路１２０を介して受信する偏波多重光信号を光成分Ｘおよび光成分Ｙに分離する。光成分Ｘおよび光成分Ｙの偏波は互いに直交している。９０度光ハイブリッド回路４２ｘは、光成分Ｘから光成分ＸＩおよび光成分ＸＱを生成する。光成分ＸＩおよび光成分ＸＱの位相は互いに直交している。同様に、９０度光ハイブリッド回路４２ｙは、光成分Ｙから光成分ＹＩおよび光成分ＹＱを生成する。光成分ＹＩおよび光成分ＹＱの位相は互いに直交している。そして、Ｏ／Ｅ回路４３は、光成分ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱをそれぞれ電気信号に変換する。

デジタル信号処理器５０は、図９に示すように、固定パタン信号検出部５１、分散補償部５２、再生部５３、誤り訂正復号部５４、フレーム終端部５５を備える。なお、デジタル信号処理器５０は、図９に示していない他の機能を備えていてもよい。例えば、デジタル信号処理器５０は、周波数オフセット（すなわち、受信光信号のキャリア周波数とコヒーレント受信のための局発光の周波数との差分）を補償する機能を備える。また、デジタル信号処理器５０は、偏波分離機能およびイコライザなどを備えていてもよい。

固定パタン信号検出部５１は、光信号受信部４０において生成される電気信号ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱを利用して、送信器１において挿入された固定パタン信号を検出する。このとき、固定パタン信号検出部５１は、例えば、電気信号ＸＩ、ＸＱに基づいて、Ｘ偏波を利用して伝送される固定パタン信号を検出し、電気信号ＹＩ、ＹＱに基づいて、Ｙ偏波を利用して伝送される固定パタン信号を検出してもよい。なお、固定パタン信号の長さ、固定パタン信号を構成するビット列の値、及び固定パタン信号に対する変調方式は既知である。

さらに、固定パタン信号検出部５１は、受信光信号の分散量を推定する。このとき、固定パタン信号検出部５１は、検出した固定パタン信号を利用して受信光信号の分散量を推定してもよい。なお、固定パタン信号検出部５１により推定される分散は、図８に示すように、送信器１において付加される初期分散および光伝送線路１２０の分散の和に相当する。

分散補償部５２は、固定パタン信号検出部５１により推定された分散が補償されるように、電気信号ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱを補正する。この結果、送信器１において付加される初期分散および光伝送線路１２０の分散の双方が補償された電気信号ＸＩ２、ＸＱ２、ＹＩ２、ＹＱ２が生成される。

再生部５３は、分散が補償された電気信号ＸＩ２、ＸＱ２、ＹＩ２、ＹＱ２からビット列を再生する。ここで、再生部５３は、デマッパを備える。そして、再生部５３は、電気信号ＸＩ２、ＸＱ２からビット列Ｘを再生し、電気信号ＹＩ２、ＹＱ２からビット列Ｙを再生する。

誤り訂正復号部５４は、再生部５３により再生されたビット列Ｘおよびビット列Ｙに対してそれぞれ誤り検出および誤り訂正を実行する。そして、フレーム終端部５５は、受信フレームを終端し、データＸおよびデータＹを出力する。

なお、第１の実施形態に係わるＷＤＭ伝送システムにおいては、上述したように、波長チャネル間の相互偏波変調が抑制される。すなわち、受信器１２が受信する光信号の偏波変動が小さい。したがって、分散補償部５２から出力される電気信号ＸＩ２、ＸＱ２、ＹＩ２、ＹＱ２の精度が高く、ビット誤り率の低いデータが再生される。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、フレーム全体に対して分散付加部２５により初期分散が付加される。これに対して、第２の実施形態では、分散付加部２５は、フレーム全体に対して初期分散を付加するのではなく、フレームの一部に対して初期分散を付加する。なお、「フレームの一部」は、固定パタン信号を含む。すなわち、分散付加部２５は、固定パタン信号を含むフレームの一部に対して初期分散を付加する。例えば、フレームのヘッダに固定パタン信号が挿入される場合、分散付加部２５は、各フレームのヘッダに対して初期分散を付加してもよい。また、分散付加部２５は、固定パタン信号のみに対して初期分散を付加してもよい。

図１０は、第２の実施形態において送信信号に分散を付加する処理の一例を示す。この実施例では、分散付加部２５は、図１０（ａ）に示すように、デジタルフィルタ２５ａおよびセレクタ２５ｂを含む。デジタルフィルタ２５ａは、マッパ２４ｘにより生成される電界情報信号ＸＩ、ＸＱおよびマッパ２４ｙにより生成される電界情報信号ＹＩ、ＹＱを補正して電界情報信号ＸＩ２、ＸＱ２、ＹＩ２、ＹＱ２を生成する。ここで、デジタルフィルタ２５ａは、光信号生成部３０から出力される光信号に初期分散が与えられるように、電界情報信号ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱを補正する。なお、デジタルフィルタ２５ａには、初期分散に対応するフィルタ係数が予め設定されている。

セレクタ２５ｂは、同期信号に応じて、電界情報信号ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱまたは電界情報信号ＸＩ２、ＸＱ２、ＹＩ２、ＹＱ２を選択する。ここで、同期信号は、入力信号に固定パタン信号が挿入されたタイミングを表し、固定パタン信号挿入部２３から分散付加部２５に与えられる。そして、セレクタ２５ｂは、固定パタン信号が伝送されるときには、デジタルフィルタ２５ａにより補正された電界情報信号ＸＩ２、ＸＱ２、ＹＩ２、ＹＱ２を選択する。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、固定パタン信号に対して初期分散が付加される。一方、固定パタン信号以外の信号が伝送されるときには、セレクタ２５ｂは、電界情報信号ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱを選択する。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、固定パタン信号以外の信号（例えば、ペイロード、誤り訂正符号など）には、初期分散は付加されない。

光信号生成部３０は、図１０に示す分散付加部２５から出力される電界情報信号に基づいて光信号を生成する。したがって、光信号生成部３０は、固定パタン信号に対して初期分散が付加された偏波多重光信号を出力する。

固定パタン信号は、上述したように、偏波多重光信号のＸ偏波光信号およびＹ偏波光信号に挿入される。ここで、Ｘ偏波光信号およびＹ偏波光信号には同じ固定パタン信号が挿入される。また、図１に示すように、Ｘ偏波光信号に挿入される固定パタン信号およびＹ偏波光信号に挿入される固定パタン信号は同時に伝送される。したがって、偏波多重光信号により固定パタン信号が伝送されるときには、単一の偏波状態が保持されるので、ＷＤＭ伝送において強い相互偏波変調が発生し得る。

そこで、第２の実施形態では、送信器１は、強い相互偏波変調の発生源である固定パタン信号に対して初期分散を与える。この結果、固定パタン信号に起因する相互偏波変調が抑制される。

図１１は、第２の実施形態において分散を補償する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、受信器１２に実装されるデジタル信号処理器５０において固定パタン信号検出部５１により実行される。

Ｓ１〜Ｓ２において、固定パタン信号検出部５１は、入力信号に挿入されている固定パタン信号をモニタする。そして、固定パタン信号が検出されると、固定パタン信号検出部５１は、同期信号を出力する。同期信号は、固定パタン信号が検出されたタイミングを表す。

Ｓ３において、固定パタン信号検出部５１は、検出した固定パタン信号を利用して入力光信号の分散を推定する。ここで、固定パタン信号には、送信器１において初期分散が付加されている。よって、受信器１２に到着する光信号の分散は、図８に示すように、初期分散および伝送路分散の和である。なお、以下の記載では、Ｓ３において推定される分散値を「推定値１」と呼ぶことがある。

Ｓ４において、固定パタン信号検出部５１は、固定パタン信号を使用して得られた推定値１から初期分散値を引き算することにより推定値２を算出する。推定値２は、図８に示す伝送路分散に相当する。すなわち、推定値２は、固定パタン信号以外の信号の分散に相当する。そして、固定パタン信号検出部５１は、Ｓ３〜Ｓ４で得られた推定値１および推定値２を出力する。

分散補償部５２は、同期信号に基づいて、推定値１または推定値２を利用して入力信号の分散を補償する。すなわち、固定パタン信号が入力されるときは、分散補償部５２は、推定値１を利用して分散を補償する。他の期間は、分散補償部５２は、推定値２を利用して分散を補償する。

＜他の実施形態＞
上述の実施例では、送信器１は、光伝送線路１２０の分散と同じ符号の初期分散を光信号に与える。図８に示す例では、光伝送線路１２０の分散は正なので、送信器１は、光信号に対して正の初期分散を与える。但し、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、送信器１は、光伝送線路１２０の分散と異なる符号の初期分散を光信号に与えてもよい。

図１２に示す例では、光伝送線路１２０の分散は正であるが、送信器１は、光信号に対して負の初期分散を与える。ただし、初期分散は、送信点から受信点までの区間において光信号の分散がゼロにならないように決定される。すなわち、初期分散の絶対値は、伝送路分散の絶対値よりも大きい。

ここで、光伝送路を介してＷＤＭ光信号が伝送される場合、各波長チャネルの光パワーが高いほど相互偏波変調の強度が高くなる。すなわち、送信点に近い区間で相互偏波変調の強度が高くなりやすい。ところが、図１２に示すように、送信器１において光信号に対して絶対値の大きな初期分散が与えられると、送信点に近い区間で発生する相互偏波変調が抑制される。したがって、送信器１において光伝送線路１２０の分散と異なる符号の初期分散を光信号に与える構成であっても、相互偏波変調が抑制されることがある。

１ 送信器
１２ 受信器
２０ デジタル信号処理器（ＤＳＰ）
２３ 固定パタン信号挿入部
２５ 分散付加部
３０ 光信号生成部
４０ 光信号受信部
５０ デジタル信号処理器（ＤＳＰ）
５２ 分散補償部
７２ 伝達関数乗算部
１００、１１０ ＷＤＭ伝送装置
１２０ 光伝送線路

Claims (6)

1. 偏波多重光信号を伝送する伝送装置であって、
   第１の信号に第１の固定パタン信号を挿入し、第２の信号に前記第１の固定パタン信号と同一の第２の固定パタン信号を挿入する固定パタン信号挿入部と、
   前記第１の信号に挿入された第１の固定パタン信号および前記第２の信号に挿入された第２の固定パタン信号に、前記第１の信号および前記第２の信号が送信される光伝送路における波長分散特性と同一符号である分散値を付加する分散付加部と、
   前記分散値が付加された第１の固定パタン信号を含む第１の信号および前記分散値が付加された第２の固定パタン信号を含む第２の信号に基づいて偏波多重光信号を生成する光信号生成部と、
   を備える伝送装置。
2. 前記分散付加部は、デジタルフィルタの各タップのフィルタ係数を制御することにより前記第１の固定パタン信号および前記第２の固定パタン信号に前記分散値を付加する
   ことを特徴とする請求項１に記載の伝送装置。
3. 前記分散付加部は、前記第１の固定パタン信号および前記第２の固定パタン信号に前記分散値を表す伝達関数を乗算することにより、前記第１の固定パタン信号および前記第２の固定パタン信号に前記分散値を付加する
   ことを特徴とする請求項１に記載の伝送装置。
4. 前記固定パタン信号挿入部は、前記第１の固定パタン信号および前記第２の固定パタン信号が前記偏波多重光信号により実質的に同時に伝送されるように、前記第１の信号に前記第１の固定パタン信号を挿入すると共に、前記第２の信号に前記第２の固定パタン信号を挿入する
   ことを特徴とする請求項１に記載の伝送装置。
5. 第１の伝送装置から第２の伝送装置へ偏波多重光信号を伝送する伝送方法であって、
   前記第１の伝送装置において、第１の信号に第１の固定パタン信号を挿入し、第２の信号に前記第１の固定パタン信号と同一の第２の固定パタン信号を挿入し、
   前記第１の伝送装置において、前記第１の信号に挿入された第１の固定パタン信号および前記第２の信号に挿入された第２の固定パタン信号に、前記第１の信号および前記第２の信号が送信される光伝送路における波長分散特性と同一符号である分散値を付加し、
   前記第１の伝送装置において、前記分散値が付加された第１の固定パタン信号を含む第１の信号および前記分散値が付加された第２の固定パタン信号を含む第２の信号に基づいて偏波多重光信号を生成し、
   前記第１の伝送装置から前記第２の伝送装置へ前記偏波多重光信号を送信する
   ことを特徴とする伝送方法。
6. 前記第１の固定パタン信号および前記第２の固定パタン信号は、前記光伝送路を介して実質的に同時に伝送され、
   前記第２の伝送装置において、前記第１の固定パタン信号および前記第２の固定パタン信号を受信したときに、前記第１の伝送装置において付加された分散値および前記光伝送路の分散値を補償する
   ことを特徴とする請求項５に記載の伝送方法。

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