JP5774767B2 - 偏光分割多重化を使用する光データ伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、偏光分割多重化を使用する光データ伝送方法に関する。

光データ伝送ではデジタルデータを、伝送されるデータ値に応じて、またそれぞれの位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調方式の配置図に従って、ある光波長の位相を変調することによって伝送することができる。配置図の各点は、伝送されるべきデータビットの有限セットを表す。伝送されるべきデータビットのセットに応じて、光波長の位相は、それが配置図のそれぞれの点に対応するように変えられる。位相シフトキーイング変調法方式の例としては、対応する配置図の各点が１ビットを表す二位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）、あるいは対応する配置図の各点が２ビットを表す四位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）がある。

配置図の点によって表されるビットのセットはシンボルと呼ばれる。波長の位相が変えられる速度、したがってシンボルが伝送される速度は、シンボル速度と呼ばれる。

ある特定の光波長のＰＳＫ変調によってデータを伝送するためのデータ速度を向上させるには、偏光分割多重化（ＰＤＭ）と呼ばれる技法を利用することができる。ＰＤＭでは、例えば、同じ波長であるがそれぞれ直交偏光状態の２つの光信号が、各信号で別個に（例えばＱＰＳＫを別々に用いて）変調されてから組み合わされ、それによって、次にファイバリンクの中へ伝播できる単一の光信号が形成される。

受信側では、これら２つの光信号は、組み合わされた信号から生じた光場を互いに直交する２つの偏光面に沿ってサンプリングすることによって、ＰＤＭ信号から回復させることができる。サンプリングされた信号は次に、その信号からそれぞれのシンボル値を導出するために使用することができる。これらのシンボル値から、それぞれのデータ値をデマッピングすることができる。

さらにデータ速度を向上させるために、ＰＤＭの技法だけでなく波長分割多重化（ＷＤＭ）の技法もまた適用されてよい：
ＰＤＭは、異なる光波長の異なる光信号に別個に適用され、次に、これらの光信号が同じ光ファイバを介して伝送される。受信側では、受信光信号を直交偏光面に沿ってサンプリングすることが、それぞれの波長ごとに実行される。

非理想光ファイバを介して光信号を伝送する場合、交差偏光変調または交差位相変調などの様々な効果が伝送歪みを引き起こすことがあり、この伝送歪みは、その結果として伝送光信号の信号劣化を招く。このような信号劣化は、受信側でサンプリング信号からシンボル値を導出し、この導出シンボル値からデータ値をデマッピングする場合に、伝送データ値の誤りを招き得る。

伝送データ値を前方誤り訂正（ＦＥＣ）によって保護することは、一般的な技法である。受信側で発生するデータ値のビット誤りは、送信側でＦＥＣ符号化アルゴリズムを使用してデータ値をビットのブロックに符号化し、次に受信側で、適用されたＦＥＣアルゴリズムに従って受信ビットのブロックを復号することによって、補償することができる。ＦＥＣアルゴリズムは、ＦＥＣブロックごとに、ビット誤りのうちの最大数しか訂正することができない。

Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ： Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ａｎｄ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ、Ｓｅｂ Ｊ．Ｓａｖｏｒｙ、ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＥＬＥＣＴＥＤ ＴＯＰＩＣＳ ＩＮ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ、ＶＯＬ．１６， ＮＯ．５、ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ／ＯＣＴＯＢＥＲ ２０１０２ Ｓｔｏｐ−ａｎｄ−ｇｏ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｂｌｉｎｄ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ＱＡＭ ｓｉｎｇｌｅ−ｃａｒｒｉｅｒ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｔ．Ｆｏｇｇｉ、Ｇ．ＣｏｌａｖｏｌｐｅおよびＧ．Ｐｒａｔｉ、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．２２、１８３８−１８４０頁、２０１０年１２月１５日

上述のＰＤＭおよび／またはＷＤＭの技法を使用してデータ値を伝送する場合、伝送歪みによって引き起こされるビット誤りの数、またはビット誤り率（ＢＥＲ）は、経時的に一定ではないことが本発明者によって観測された。ビット誤りのピーク、またはＢＥＲのピークは、ビット誤りのバーストと呼ばれる。このようなバーストは、訂正可能なビットの数の限度を超えるＦＥＣブロックを引き起こすことがある。したがって、伝送されたデータ値は、受信側でＦＥＣ復号の後に訂正されないままになり得る。したがって、本発明の目標は、知られているデータ伝送方法を改善することである。

光データ伝送方法が提案される。この方法は、様々なステップを含む。第１の光信号および第２の光信号が、
○ 同じ波長と、
○ それぞれのデータ値に応じて、また位相シフトキーイング方式に従って変調されるそれぞれの位相と、
○ 実質的に互いに直交するそれぞれの偏光状態と
を持つように生成される。

結合光信号が、所定の変化を有する偏光状態を結合光信号が持つように第１と第２の光信号を結合することによって生成される。結合光信号は、光伝送ラインを介して伝送され受信される。

受信結合光信号を２つの直交偏光面に沿ってサンプリングすることによって、サンプリングされた２つの時間離散信号が生成される。所定の変化を表す関数を使用して、サンプリングされた時間離散信号を時間離散領域でフィルタリングすることによって、フィルタリングされた２つの信号が生成される。フィルタリングされた信号からそれぞれのデータ値が導出される。

提案された方法の功績を評価するには、以下の事柄が考慮されなければならない。

前に概説したように、交差偏光変調および／または交差位相変調などの現象によって伝送歪みが引き起こされることがある。

交差偏光変調は、同じ波長の光信号に対して２つの偏光面の間で発生する効果である。交差位相変調は、特定の光波長を持っている光信号が、異なる光波長を持っている別の光信号の位相に対して及ぼす影響を説明する効果である。交差偏光変調自体および交差位相変調自体は、例えばカー効果などの光ファイバの非線形効果によって引き起こされる。このような非線形効果が発生する程度は、ファイバ内に存在する光信号の信号パワーによって決まる。光データ伝送にＰＤＭおよび／またはＷＤＭを使用する場合、多数の光信号が同じファイバを介して伝送される。各伝送光信号は、それぞれの信号パワーを、伝送データに依存するそれ自体のランダムな特性と共に持っている。したがって、異なる光信号パワーによって引き起こされる非線形効果の総合計もまた、ランダムな特性を有する。さらに、非線形効果の総合計はまた、ＷＤＭ多チャンネルの偏光のそれぞれのランダムな時間変化状態に強く依存する。

言い換えると、交差偏光変調および交差位相変調によって引き起こされる総伝送歪みは一定ではなく、経時的に変化し、伝送光信号のランダムな特性に応じてランダムな特性全体を有する。伝送歪みは、デマッピングされたデータ値のビット誤りを引き起こし得るので、伝送歪みのランダムな特性全体が、ＦＥＣブロック中のビット誤りバーストの確率を決める。

提案された方法によれば、伝送光信号は所定の変化を持つ。この偏光状態の変化により、光信号のランダムな特性が変わり、これにより、伝送歪みのランダムな特性全体が変わる。したがって、提案された偏光状態の変化が、ビット誤りバースト確率の修正につながる。これによって、ＦＥＣブロック中のビット誤り数の低減を実現することができる。低減されたビット誤り数は、ＦＥＣブロックの最大訂正可能誤り数よりも小さくなり得る。

別の功績は、提案された光信号の所定の変化をシンボル速度ほどにも速くなり得る速度で行えることである。この功績を評価するには、サンプリングされた信号を受信側でフィルタリングしてから、これらのフィルタリングされた信号からデータ値を導出することもまた、細部にわたって考察されなければならない。

偏光信号が非理想光ファイバを通って伝播する場合、偏光状態は、温度の影響、機械適応力の影響、または他の影響により送信端から受信端に至るまで回転する。この偏光状態の回転は、時間的にゆっくりと変化し、受信側で補償することが、結合信号の光場を２つの直交偏光面に沿ってサンプリングし、サンプリングされたそれぞれの信号を適切な等化アルゴリズムを使用してフィルタリングすることによって可能である。この等化アルゴリズムは、フィルタ係数を決定することが可能な状態へ最終的に収束する前に、非理想光ファイバによって引き起こされる偏光状態の回転および／または他の伝送歪みが最適な仕方で補償されるように、最小限のサンプル数に対応する最小限の時間を必要とする。この最小限の収束時間は、単一の伝送シンボル値の期間よりも著しく長い。したがって、受信側でさらなる対策が取られない場合には、送信側で生じさせる偏光状態の所定の変化の変化速度に対する制約が、その最小限の収束時間により課される。

しかし、提案された解決策によって、送信側で生じさせた所定の変化を表わす関数が受信側で知られていると共に、サンプリングされた信号をフィルタリングするのに使用される場合には、偏光状態の所定の変化の変化速度は、最小限の収束時間を超え得る。場合によっては、偏光状態の所定の変化の変化速度は、シンボル速度ほどにも高くなり得る。

言い換えると、所定の変化を表わす関数を知ること、および使用することにより、ある変化速度で偏光状態が送信側で変えられる場合でも、光ファイバによって引き起こされた偏光状態の回転を補償するための最適化フィルタ係数を、偏光状態が最小限の収束時間中に変化するように等化アルゴリズムで決定することができる。

シンボル速度ほどにも高くなり得る速度で偏光状態を変えると、伝送歪みのランダムな特性全体がより大きく変化することが可能になる。すなわち、発生する伝送歪みは、ＦＥＣブロックの送信期間中にもっと自由に変えることができ、これにより、受信側でのビット誤りバーストのリスクを低減することが可能になる。したがって、いくつかの訂正不能な誤りがあるＦＥＣブロックを形成するデータ値を受け取るリスクが低減され得る。

第１の実施形態による光送信装置、および第１の実施形態による光受信装置を示す図である。 第２の実施形態による光送信装置をより詳細に示す図である。 第３の実施形態による光送信装置をより詳細に示す図である。 第２の実施形態による光受信装置をより詳細に示す図である。

図１は、第１の実施形態による光送信装置ＴＤ、および第１の実施形態による光受信装置ＲＤを示す。

送信装置ＴＤは、ここで詳細に説明されるように、光信号ｏ１ｍ（ｔ）および光信号ｏ２ｍ（ｔ）を生成する。

送信装置ＴＤは、データ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）を受け取る。送信装置ＴＤは、光信号ｏ１（ｔ）の位相をデータ値ｘ（ｋ）に応じて、かつ位相シフトキーイング方式によって変調する変調装置ＭＤを含む。さらに、送信装置ＴＤは、光信号ｏ２（ｔ）の位相をデータ値ｘ（ｋ）に応じて、かつ位相シフトキーイング方式によって変調する変調装置ＭＤを含む。

光信号ｏ１（ｔ）およびｏ２（ｔ）は、同じ１つの波長を持っている単色光信号である。さらに、光信号ｏ１（ｔ）およびｏ２（ｔ）は、互いに直交するそれぞれの偏光状態を持っている。

光信号ｏ１（ｔ）を変調することにより生じる信号は、光信号ｏ１ｍ（ｔ）である。光信号ｏ２（ｔ）を変調することにより生じる信号は、光信号ｏ２ｍ（ｔ）である。

結合光信号が、光信号ｏ１ｍ（ｔ）、ｏ２ｍ（ｔ）を結合することによって、結合光信号ｏｃ（ｔ）が所定の変化を有する偏光状態を持つように生成される。偏光状態の変化は、送信装置ＴＤによって制御される所定の変化として選択される。

好ましくは、送信装置ＴＤは、結合光信号ｏｃｍ（ｔ）に作用するファラデー回転子または電圧制御波長板などの光学装置ＯＰＶを制御することによって、偏光状態を所定のように変える。これは、第２の実施形態に関して詳細に説明される。

代替解決策として、送信装置ＴＤは、データ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）、またはデータ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）から導出された時間離散値をフィルタリングする時間離散フィルタ（図１に図示せず）を制御することによって、信号ｏ１ｍ（ｔ）およびｏ２ｍ（ｔ）の偏光状態を所定のように変える。フィルタリングされたデータ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）、またはデータ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）から導出された時間離散値は、次に、信号ｏ１（ｔ）およびｏ２（ｔ）を変調するために使用される。

結合光信号ｏｃ（ｔ）は、光伝送ラインＯＴＬを介して伝送される。

光受信装置ＲＤは、伝送された信号ｏｃ（ｔ）を光インターフェースＯＩＦで受け取る。デジタル−アナログコンバータＤＡＣが、受信光信号ｏｃ（ｔ）を２つの直交偏光面に沿ってサンプリングすることによって、２つのサンプリングされた時間離散信号ｕ１（ｌ）およびｕ２（ｌ）を生成する。好ましくは、２つのサンプリングされた時間離散信号ｕ１（ｌ）およびｕ２（ｌ）を生成することには、受信光信号ｏｃ（ｔ）を周波数領域でシフトするために、受信光信号ｏｃ（ｔ）を搬送波信号ｃｓ（ｔ）と位相コヒーレント混合することが含まれる。次に、周波数シフト光信号ｏｃ（ｔ）は、２つの直交偏光面に沿ってサンプリングされる。これには、周波数シフト光信号がサンプリングされるサンプリング速度を、光信号ｏ１ｍｐｖ（ｔ）およびｏ２ｍｐｖ（ｔ）を直接サンプリングする場合よりも小さい速度に選ぶことができるという利点がある。搬送波信号ｃｓ（ｔ）は好ましくは、光信号ｏｃ（ｔ）の波長と実質的に等しい波長を有する連続波光信号である。

信号処理アルゴリズムを実行するデジタル信号プロセッサ、またはプログラム済み利用者書き込み可能ゲートアレイなどの時間離散フィルタリングユニットＦで、サンプリングされた時間離散信号ｕ１（ｌ）およびｕ２（ｌ）をフィルタリングすることによって、フィルタリングされた信号ｆｓ１（ｌ）およびｆｓ２（ｌ）を生成する。このフィルタリングのために、フィルタリングユニットＦでは、送信装置ＴＤで引き起こされた信号ｏ１ｍｐｖ（ｔ）およびｏ２ｍｐｖ（ｔ）の偏光状態の所定の変化を表わす関数ｆｏｐｖ（ｌ）を使用する。この時間離散関数ｆｏｐｖ（ｌ）を使用すると、装置ＲＤのフィルタリングユニットＦは、送信装置ＴＤで引き起こされた偏光状態の所定の変化を実質的に補償することができる。関数ｆｏｐｖ（ｌ）は、所定の関数である。さらに、関数ｆｏｐｖ（ｌ）は決定論的関数であり、それによって、送信装置ＴＤで引き起こされた偏光状態の所定の変化が記述される。

フィルタリングユニットＦによって実行されるフィルタリングのステップは、好ましくは、非理想光ファイバによって引き起こされた線形伝送歪みを最適に補償するために、サンプリングされた信号ｕ１（ｌ）およびｕ２（ｌ）を、等化アルゴリズムを使用して時間離散フィルタリングすることを含む。このような伝送歪みの一例は、非理想光ファイバによって引き起こされる偏光状態の回転である。

信号処理アルゴリズムを実行するデジタル信号プロセッサ、またはプログラム済み利用者書き込み可能ゲートアレイでよい導出ユニットＤが、フィルタリングされた信号ｆｓ１（ｌ）からの予測データ値ｘ’（ｋ）、およびフィルタリングされた信号ｆｓ２（ｌ）からの予測データ値ｙ’（ｋ）を導出する。

フィルタリングユニットＦおよび導出ユニットＤは、別個の装置として設けられても、あるいは１つの一体型装置として設けられてもよい。

信号ｏ１（ｔ）およびｏ２（ｔ）は、これらが単一の波長を持っているとみなすことができるような最小限帯域幅を有するという意味で、単色性である。

提案された方法は、これまで詳細に説明された以下の利点のうちの１つまたは複数を実現することができ、次のように要約することができる：
− 偏光状態の所定の変化により、光信号のランダムな特性が変わり、ひいては伝送歪みのランダムな特性全体が変わり、したがって、提案された偏光状態の所定の変化が、ビット誤りバーストの修正確率につながり、それによって、ＦＥＣブロック中のビット誤りの数の低減を実現することができ、低減されるビット誤りの数は、ＦＥＣブロックに対する訂正可能最大誤り数よりも小さくすることができ、
− 送信側で生じさせた所定の変化を表わす関数ｆｏｐｖ（ｌ）は、受信側で知られていると共に、サンプリングされた信号をフィルタリングするのに使用されるので、偏光状態の所定の変化の変化速度は、等化アルゴリズムの最小限の収束時間を超えることができ、これにより、伝送歪みのランダムな特性全体に影響を及ぼすことがより大きい自由度まで可能になり、このことがひいては、受信側におけるビット誤りバーストのリスクの低減を可能にする。

図２は、第２の実施形態による、次に詳細に説明される光送信装置ＴＤ１を示す。装置ＴＤ１は、データ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）を受け取る。データ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）は好ましくは、図２には示されていない少なくとも１つのＦＥＣ符号化ユニットによって与えられるデータビットである。ＦＥＣ符号化ユニットは、装置ＴＤ１に一体化している部分であっても、装置ＴＤ１が少なくとも１つのデータインターフェースを介して接続されている別個の装置の一部分であってもよい。データ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）は、時間離散ＦＥＣ符号化データビットであり、時間離散の指標ｋを有する。

データ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）は、あるデータ速度ｆ_ＤＲで送信装置ＴＤ１において受け取られる。一連のＮ個の連続するデータ値ｘ（ｋ）が、
ｆ_Ｂ＝ｆ_ＤＲ／Ｎ
のブロック率ｆ_Ｂを有するＦＥＣブロックを形成する。

装置ＴＤ１は、少なくとも１つの信号処理ユニットＳＰＵ１を含む。信号処理ユニットＳＰＵ１は、少なくとも１つのマッピングユニットＭＵ１、ＭＵ２、および少なくとも１つのデジタル−アナログコンバータＤＡＣ１、ＤＡＣ２を含む。

マッピングユニットＭＵ１は、データ値ｘ（ｋ）をＰＳＫ変調方式の配置点の上にマッピングすることによって、シンボル値ｅｘ（ｋ’）を生成する。マッピングユニットＭＵ２は、データ値ｙ（ｋ）を位相シフトキーイング変調方式の配置点の上にマッピングすることによって、シンボル値ｅｙ（ｋ’）を生成する。シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）は、時間離散の指標ｋ’を有する時間離散値である。

マッピングは、Ｍ個の連続するデータ値ｘ（ｋ）のセットを取得すると共に、このＭ個のデータ値のセットを表すＰＳＫ変調方式のその配置点をシンボル値ｅｘ（ｋ’）として選択することによって行われる。同じマッピングが、データ値ｙ（ｋ）からシンボル値ｅｙ（ｋ’）を生成するために行われる。シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）は、
ｆ_ＳＹＭ＝ｆ_ＤＲ／Ｍ
のシンボル速度ｆ_ＳＹＭを有する。

本出願では、ＰＳＫ変調方式の意味は、信号の位相および／または振幅が伝送データ値に応じて変調される方式を含む。信号の位相だけが変調される変調方式の例としては、ＢＳＰＫまたはＱＰＳＫ変調方式がある。信号の位相および振幅が変調されるＰＳＫ変調方式の一例としては、直交振幅変調（ＱＡＭ）方式がある。

ＢＰＳＫの変調方式が使用される場合、シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）は、好ましくは−１または＋１のとりうる値を有する時間離散実数値である。ＱＰＳＫなどの変調方式が使用される場合、シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）は、好ましくは

のとりうる値を有する時間離散複素数値であり、ここで

である。

シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）の実部Ｒｅ｛ｅｘ（ｋ’）｝、Ｒｅ｛ｅｙ（ｋ’）｝は、ある特定の送信周波数およびゼロの位相シフトを持っている余弦信号の振幅を表し、シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）の虚部Ｉｍ｛ｅｘ（ｋ’）｝、Ｉｍ｛ｅｙ（ｋ’）｝は、同じ特定の送信周波数およびゼロの位相シフトを持っている正弦信号を表す。この送信周波数を持っている実際の送信信号の、シンボル値ｅｘ（ｋ’）に応じた位相変調を行うことが、
− その送信周波数、ゼロの位相シフト、および実部Ｒｅ｛ｅｘ（ｋ’）｝に比例する振幅を持っている余弦信号を生成し、
− その送信周波数、ゼロの位相シフト、および虚部Ｉｍ｛ｅｘ（ｋ’）｝に比例する振幅を持っている正弦信号を生成し、
− 最後に、位相変調された送信信号が得られるように、生成された余弦信号と生成された正弦信号を重ね合わせる
ことによって可能である。

この原理が、提案された送信装置ＴＤ１においてどのように用いられるかについては、次に詳細に説明される。

シンボル値ｅｘ（ｋ’）は、マッピングユニットＭＵ１から処理ユニットＳＰＵ１のデジタル−アナログコンバータＤＡＣ１へ渡される。コンバータＤＡＣ１は、シンボル値ｅｘ（ｋ’）の実部を決定し、この決定された実部Ｒｅ｛ｅｘ（ｋ’）｝に比例する振幅を有する時間連続電気信号ｅｘ１（ｔ）を生成する。さらに、シンボル値ｅｘ（ｋ’）が複素数値である場合、コンバータＤＡＣ１はまた、シンボル値ｅｘ（ｋ’）の虚部も決定し、この決定された虚部Ｉｍ｛ｅｘ（ｋ’）｝に比例する振幅を有する時間連続電気信号ｅｘ２（ｔ）を生成する。信号ｅｘ１（ｔ）、ｅｘ２（ｔ）の指標ｔは、連続する時間を示す。電気信号ｅｘ１（ｔ）およびｅｘ２（ｔ）は、好ましくは数ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲内にある周波数ｆ_Ｅを有する。

電気信号ｅｘ１（ｔ）およびｅｘ２（ｔ）は、信号処理ユニットＳＰＵ１から光処理ユニットＯＰＵ１に渡される。光処理ユニットＯＰＵ１は、少なくとも２つの周波数発生器ＦＧ１、ＦＧ２、ＦＧ３、ＦＧ４、少なくとも１つの光信号発生器ＯＳＧ、少なくとも２つの変調装置ＭＤ１、ＭＤ２、ＭＤ３、ＭＤ４、少なくとも１つの光偏光結合器ＯＰＣ、少なくとも１つの光偏光バリエータＯＰＶ１、ＯＰＶ２、および少なくとも１つの光インターフェースＯＩＦを含む。

光処理ユニットＯＰＵ１において、信号ｅｘ１ｈｆ（ｔ）は変調装置ＭＤ１に渡され、信号ｅｘ２（ｔ）は変調装置ＭＤ２に渡される。変調装置ＭＤ１およびＭＤ２は、好ましくはマッハツェンダー変調器である。

光処理ユニットＯＰＵ１は、レーザＬを含む光信号発生器ＯＳＧを含む。レーザＬは、単色光信号ｏｓ（ｔ）を発生する。信号ｏｓ（ｔ）は、好ましくは数テラヘルツ（ＴＨｚ）の範囲内にある周波数ｆ_Ｕを持っている。信号ｏｓ（ｔ）は、直線的に偏光されている、すなわち線形偏光状態を持っている光信号である。線形偏光光信号を発生するために、光信号発生器ＯＳＧは、レーザＬに結合されている線形偏光フィルタを含んでよい。信号ｏｓ（ｔ）は、レーザＬから、光信号発生器ＯＳＧに含まれる光分割装置ＯＳＤに渡される。分割装置ＯＳＤは、光信号ｏｓ（ｔ）を２つの光信号ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）に、信号ｏｓ１（ｔ）の線形偏光状態が信号ｏｓ２（ｔ）の線形偏光状態と実質的に直交するように分割する。信号ｏｓ１（ｔ）は、光信号発生器ＯＳＧから光スプリッタＯＳに供給され、光スプリッタＯＳは、信号ｏｓ１（ｔ）を変調装置ＭＤ１およびＭＤ２に供給する。信号ｏｓ２（ｔ）は、光信号発生器ＯＳＧから光スプリッタＯＳに供給され、光スプリッタＯＳは、信号ｏｓ２（ｔ）を変調装置ＭＤ３およびＭＤ４に供給する。

変調装置ＭＤ１は、電気信号ｅｘ１ｈｆ（ｔ）の振幅に応じて光信号ｏｓ１（ｔ）の振幅を変調することによって、光信号ｏｓ１ｒ（ｔ）を生成する。変調装置ＭＤ２は、電気信号ｅｘ２ｈｆ（ｔ）の振幅に応じて光信号ｏｓ２（ｔ）の振幅を変調することによって、光信号ｏｓ１ｉ（ｔ）を生成する。信号ｏｓ１ｉ（ｔ）の位相は、余弦信号を正弦信号に変えることと同等である、移相器ＰＳ１を使用するπ／２の位相シフトによってシフトされる。次に、信号ｏｓ１ｒ（ｔ）とｏｓ１ｉ（ｔ）は、光結合器ＯＣ１によって結合されて光信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）になる。信号ｏｓ１ｒ（ｔ）は信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）の実部であり、信号ｏｓ１ｉ（ｔ）は信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）の虚部である。

上記を要約すると：シンボル値ｅｘ（ｋ’）が使用されて、シンボル値ｅｘ（ｋ’）の実部Ｒｅ｛ｅｘ（ｋ’）｝に振幅が比例する電気信号ｅｘ１（ｔ）が生成される。次に、単色光信号ｏｓ１（ｔ）の振幅が信号ｅｘ１（ｔ）で変調されて、単色光信号ｏｓ１ｒ（ｔ）になる。すなわち、信号ｏｓ１ｒ（ｔ）は、位相変調された信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）の実部である。さらに、シンボル値ｅｘ（ｋ’）が使用されて、シンボル値ｅｘ（ｋ’）の虚部Ｉｍ｛ｅｘ（ｋ’）｝に振幅が比例する電気信号ｅｘ２（ｔ）が生成される。次に、単色光信号ｏｓ１（ｔ）の振幅が信号ｅｘ２（ｔ）で変調されて、単色光信号ｏｓ１ｉ（ｔ）になる。すなわち、信号ｏｓ１ｉ（ｔ）は、位相変調された信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）の虚部である。

上記で、どのようにデータ値ｘ（ｋ）が使用されてシンボル値ｅｘ（ｋ’）が生成され、さらにどのように光信号ｏｓ１（ｔ）の位相がシンボル値ｅｘ（ｋ’）に応じて変調されて、位相変調された信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）が得られるかが詳細に説明された。シンボル値ｅｘ（ｋ’）がデータ値ｘ（ｋ）を使用して生成されるので、光信号ｏｓ１（ｔ）もまた、データ値ｘ（ｋ）に応じて変調される。同様に、図２に示されるように、データ値ｙ（ｋ）が使用されてシンボル値ｅｙ（ｋ’）が生成され、また光信号ｏｓ１（ｔ）がシンボル値ｅｙ（ｋ’）に応じて変調されて、位相変調された信号ｏｓｏｕｔ２（ｔ）が得られる。シンボル値ｅｙ（ｋ’）は、データ値ｙ（ｋ）を使用して生成され、したがって、光信号ｏｓ２（ｔ）はデータ値ｙ（ｋ）に応じて変調される。

信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）とｏｓｏｕｔ２（ｔ）は、これらの偏光状態が保存されるように光偏光結合器ＯＰＣで結合されて、結合光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）になる。すなわち、結合信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）は、偏光状態が互いに直交する２つの信号成分ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）から構成される。

時間依存関数ｒ１（ｔ）が装置ＴＤ１で与えられる。時間依存関数ｒ１（ｔ）は、所定の時間依存信号である。この所定の決定論的関数ｒ１（ｔ）に応じて、信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の線形偏光状態が変えられる。偏光状態の変化は、所定の変化である。この偏光変化の結果が結合信号ｏｓｏｕｔ’（ｔ）になる。光信号の偏光状態を変えることは、いわゆるジョーンズ行列を用いて説明することができる。これについての可能な数学的説明が次に詳細に示される。

例えば、信号成分ｏｓｏｕｔ１（ｔ）は、線形偏光状態を有する信号である。すなわち、デカルト座標系を参照した場合、信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）は、ｘ平面内に限って存在する電界Ｅ_ｘ（ｔ）を伴う電磁波として表わすことができる。さらに、信号成分ｏｓｏｕｔ２（ｔ）は、ｙ平面内に限って存在する電界Ｅ_Ｙ（ｔ）を伴う電磁波として表わすことができる。偏光状態の提案された変化の一例として、結合信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の線形偏光状態の回転が、信号成分ｏｓｏｕｔ１（ｔ）とｏｓｏｕｔ２（ｔ）の偏光状態が互いに直交したままであるようにして行われる。言い換えると、信号成分ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）の各偏光面は、同じ角度だけ回転される。さらに、結合信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態は、信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）の信号エネルギーが保存されるように変えられる。

結果として生じる信号ｏｓｏｕｔ’（ｔ）の結果として得られる信号成分

および

は次式で表わすことができ、

ここで、Ｕはジョーンズ行列と呼ばれる信号変換行列であり、

である。ここで係数の
− ｕ_ＸＸは、波

に対する波Ｅ_ｘ（ｔ）の寄与を定め、
− ｕ_ＹＸは、波

に対する波Ｅ_Ｙ（ｔ）の寄与を定め、
− ｕ_ＸＹは、波

に対する波Ｅ_Ｘ（ｔ）の寄与を定め、
− ｕ_ＹＹは、波

に対する波Ｅ_Ｙ（ｔ）の寄与を定める。

信号成分ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）の偏光状態が互いに直交したままであることを確実にするために、また信号エネルギーが保存されることを確実にするために、信号変換行列Ｕがユニタリ行列として選ばれる。すなわち、結合信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態の所定の変化は、ユニタリ信号変換行列を使用する結合電磁界の信号変換によって表わすことができる。

図２に関して説明されたこの第２の実施形態では、結合信号の偏光状態は、少なくとも１つの光偏光バリエータＯＰＶ１を使用して変えられる。信号成分ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）を有する結合入力信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）は、光偏光バリエータＯＰＶ１に供給され、バリエータＯＰＶ１は光信号ｏｓｏｕｔ’（ｔ）を生成する。

光偏光バリエータＯＰＶ１は、好ましくはファラデー回転子ＦＲである。ファラデー回転子は、光信号の偏光状態を角度αだけ回転させる光ファイバから構成される。角度αは、光ファイバを取り囲む磁界Ｂに線形に依存する。ファイバのまわりに金属コイルを巻き付け、コイル中に電流Ｉ（ｔ）を送出すると、光ファイバを取り囲む磁界Ｂは電流Ｉ（ｔ）の線形関数になる。したがって、電流Ｉ（ｔ）を所定の決定論的関数として選ぶと、角度αもまた電流Ｉ（ｔ）の所定の時間依存線形関数になる。電流Ｉ（ｔ）に対するα（ｔ）の依存関係を表す正確な所定の関数は、コイル、光ファイバの寸法設定、および光ファイバのいわゆるヴェルデ定数が分かれば容易に決定することができる。

ファラデー回転子ＦＲによって引き起こされる偏光状態の信号変換は、行列

で表わすことができる。

すなわち、ファラデー回転子を制御する電流Ｉ（ｔ）を所定の時間依存関数ｒ１（ｔ）＝Ｉ（ｔ）として選ぶことによって、信号ｏｓ１ｏｕｔ（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）の偏光状態は、関数ｒ１（ｔ）に応じて所定のように変えられる。角度α（ｔ）は、次式
α（ｔ）＝ｆ（ｒ１（ｔ））
の所定の関数ｒ１（ｔ）の所定の一次関数であり、さらに信号変換行列Ｕ_ＦＲは、次式

のｒ１（ｔ）の所定の一次関数である。

ファラデー回転子の信号変換行列Ｕ_ＦＲは実数値だけを含む。したがって、信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の線形偏光状態の変化は、その偏光状態が角度αだけ回転することと解釈することができる。これは、極座標

で表わされたポアンカレ球上での偏光状態の表現を角度Δθ＝αだけ変えることと同等である。

時間依存関数ｒ１（ｔ）が変えられる速度ｆ_ｒ１は、信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態が変えられる速度を決める。好ましくは、時間依存関数ｒ１（ｔ）は、ＦＥＣブロック速度ｆ_Ｂよりも大きい速度ｆ_ｒ１で変えられる。好ましくは、時間依存関数ｒ１（ｔ）は、ＦＥＣブロック速度ｆ_Ｂおよびシンボル速度ｆ_ＳＹＭによって次式
ｆ_Ｂ＜ｆ_ｒ１＜ｆ_ＳＹＭ
で定められた範囲内にある速度ｆ_ｒ１で変えられ、その結果、この速度ｆ_ｒ１での信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態の変化が生じる。提案された方法によれば、受信光信号から光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の推定値を導出するために受信側には時間依存関数ｒ１（ｔ）、ならびに関数ｒ１（ｔ）と偏光状態の間の依存関係Ｕ_ＦＲが与えられるので、シンボル速度ｆ_ＳＹＭほどにも高くなり得る値を有する速度ｆ_ｒ１で偏光状態が変化することが可能になる。この導出については、受信装置の提案された実施形態を参照して、以下でさらに説明される。

結合光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態を、ポアンカレ球上での偏光状態の表現が角度

によっても変えられるように変えることが望ましい場合、対応する信号変換行列Ｕは複素要素を含まなければならない。これを実現するために、信号ｏｓｏｕｔ’（ｔ）は電圧制御波長板ＶＣＷに供給され、電圧制御波長板ＶＣＷは出力信号ｏｓｏｕｔ’’（ｔ）を生成する。

電圧制御波長板ＶＣＷは、電界Ｅにさらされる結晶媒体から構成される光学要素である。電界Ｅは、結晶媒体を取り囲むコンデンサによって生じさせることができる。結晶媒体中でポッケルス効果が起こり、これは、結晶の１つの方向に光屈折率の変化を引き起こす線形電気光学効果である。光屈折率の変化は、結晶媒体がさらされる電界Ｅに線形に依存する。上述の方向の光屈折率の変化は、上述の方向と同じ軸上にある光信号成分と、上述の方向と直交する軸上にある別の信号成分との間に線形位相シフト

を引き起こす。この位相シフト

は電界Ｅに線形に依存し、したがってまた、コンデンサに作用する電圧Ｖに線形に依存する。

結果として得られる信号変換行列Ｕ_ＶＣＷは、ｘ平面にある電界成分Ｅ_Ｘ（ｔ）、およびｙ平面にある別の電界成分Ｅ_Ｙ（ｔ）を有する電磁波に対する電圧制御波長板ＶＣＷの効果を表し、

で示すことができる。これは、極座標

で角度

によって表わされた、ポアンカレ球上で信号成分の偏光状態の表現を変えることと同等である。

前述したように、角度

は、電圧制御波長板ＶＣＷのコンデンサに作用する電圧Ｖに線形に依存する。したがって、与えられる所定の時間依存関数ｒ２（ｔ）として電圧ＶをＶ（ｔ）＝ｒ２（ｔ）として選ぶことによって、電圧制御波長板ＶＣＷを通過する光信号の偏光状態は、与えられた時間依存関数ｒ２（ｔ）に応じて所定のように変えられる。したがって、光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態は、与えられた時間依存関数ｒ２（ｔ）に応じて所定のように変えられる。電圧Ｖ（ｔ）と角度

の間の正確な所定の線形依存関係は、電圧制御波長板ＶＣＷの寸法設定によって決まり、光学要素の当業者によって簡単に決定することができる。

ファラデー回転子ＲＦおよび電圧制御波長板ＶＣＷによって引き起こされる、光信号の偏光状態の所定の全変化は、全信号変換行列Ｕ_Ｏによって

と表わすことができ、これにより、ポアンカレ球全体の上での偏光状態の所定の変化が、与えられた関数ｒ１（ｔ）およびｒ２（ｔ）を使用して可能になる。

好ましくは、時間依存関数ｒ２（ｔ）は、ＦＥＣブロック速度ｆ_Ｂよりも大きい速度ｆ_ｒ２で変えられる。好ましくは、時間依存関数ｒ２（ｔ）は、ＦＥＣブロック速度ｆ_Ｂおよびシンボル速度ｆ_ＳＹＭによって次式
ｆ_Ｂ＜ｆ_ｒ２≦ｆ_ＳＹＭ
で定められた範囲内にある速度ｆ_ｒ２で変えられる。

図２に関して説明された実施形態では、２つの装置ＦＲ、ＶＣＷが、与えられた関数ｒ１（ｔ）およびｒ２（ｔ）に応じてポアンカレ球の上で偏光状態を所定のように変えるために使用される。代替解決策として１つだけの装置ＦＲを、与えられた１つだけの関数ｒ１（ｔ）に応じてポアンカレ球の上で偏光状態を変えるために使用することもできる。言い換えると、偏光状態は、少なくとも１つの与えられた所定の決定論的時間依存関数ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）に応じて変えられる。

出力信号ｏｓｏｕｔ’’（ｔ）が、電圧制御波長板ＶＣＷによって光インターフェースＯＩＦに供給される。光インターフェースＯＩＦは、出力信号ｏｓｏｕｔ’’（ｔ）を送信信号ｏｓｔ（ｔ）として光ファイバの中に送出するために、光ファイバに接続可能になっている。

この第２の実施形態では、所定の決定論的時間依存で時間連続の関数ｒ１（ｔ）およびｒ２（ｔ）は、電流ｒ１（ｔ）＝Ｉ（ｔ）および電圧ｒ２（ｔ）＝Ｖ（ｔ）の形の電気信号として、電気装置ＥＤによって光偏光バリエータＯＰＶ１、ＯＰＶ２へ与えられる。電気装置ＥＤは、送信装置ＴＤ１の中に含まれ、好ましくは、光処理ユニットＯＰＵ１の一体化している部分でもある。言い換えると、この第２の実施形態で電気装置ＥＤは、少なくとも１つの時間依存関数ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）を与える供給装置である。

送信装置ＴＤ１のこの第２の実施形態では、所定の偏光状態の変化は、光信号成分ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）を含む結合光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の光信号変更によって、光領域で行われる。これは、光偏光バリエータＯＰＶ１、ＯＰＶ２を使用してなされる。

上述の実施形態では、ＱＰＳＫなどの変調方式を使用する場合、送信装置ＴＤ１は、２つの複素シンボル値ストリームｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）の処理を可能にするために、４つの周波数発生器ＦＧ１、ＦＧ２、ＦＧ３、ＦＧ４、４つの変調装置ＭＤ１、ＭＤ２、ＭＤ３、ＭＤ４、および２つの移相器ＰＳ１、ＰＳ２を含む。変調方式としてＢＰＳＫが使用される場合には、シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）は、虚数成分がない実数値だけになり得る。この場合、周波数発生器ＦＧ２およびＦＧ４、変調装置ＭＤ２およびＭＤ４、ならびに移相器ＰＳ１およびＰＳ２は廃止されてよく、したがって送信装置ＴＤ１に含まれなくてもよい。

上述の実施形態では、送信装置ＴＤ１は、２つの別個のマッピングユニットＭＵ１およびＭＵ２を含む。代替解決策として、２つのマッピングユニットＭＵ１およびＭＵ２は、単一のマッピングユニットとして設けられてもよい。

上述の実施形態では、送信装置ＴＤ１は、２つのデジタル−アナログコンバータＤＡＣ１およびＤＡＣ２を含む。代替解決策として、２つのデジタル−アナログコンバータＤＡＣ１およびＤＡＣ２は、単一のデジタル−アナログコンバータとして設けられてもよい。

上述の実施形態では、光信号ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）は、実質的に互いに直交する偏光状態を持っている信号として光信号発生器ＯＳＧによって供給される。後で、信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）は、それぞれの偏光状態を有する信号ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）から導出される。次に、信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）とｏｓｏｕｔ２（ｔ）は、偏光状態の直交性が保存されるように結合器ＯＰＣによって結合されて信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）になる。代替解決策として、光信号ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）は、同じ偏光状態を持っている信号として光信号発生器ＯＳＧによって供給されてもよく、一方で信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）とｏｓｏｕｔ２（ｔ）は、その偏光状態が互いに実質的に直交するようにそれぞれの偏光状態の回転を含めて結合器ＯＰＣによって結合されて、信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）になる。

送信装置ＴＤ１の上述の実施形態では、信号ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）は、ＰＤＭを用いてデータ送信を行うための、互いに実質的に直交しているそれぞれの線形偏光状態を持っている光信号である。上述の実施形態は、線形偏光状態に限定されない。あるいは、信号ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）は、互いに実質的に直交しているそれぞれの円偏光状態を持っている光信号である。さらに別の代替形態として、信号ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）は、互いに実質的に直交しているそれぞれの楕円偏光状態を持っている光信号である。上述の偏光変化の原理は、線形直交偏光状態を持っている信号に適用できるだけでなく、円形または楕円直交偏光状態を持っている信号にも適用することができる。

上述の送信装置ＴＤ１の実施形態では、それぞれのデータ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）を送信するために、それぞれの直交偏光状態、および同一のそれぞれの波長を有する少なくとも２つの光信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）を生成することによって、ＰＤＭを含むデータ送信を実施する。代替解決策として、ＰＤＭおよびＷＤＭを含むデータ送信を実施するように送信装置ＴＤ１を拡張することもできる。このような代替解決策では、送信装置ＴＤ１は、それぞれのデータ値を送信するために、それぞれの直交偏光状態と、信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）の波長とは異なる同一のそれぞれの波長とを持っている少なくとも２つの別の光信号をさらに生成するように拡張される。

上述の実施形態では、光信号ｏｓ１（ｔ）の位相はシンボル値ｅｘ（ｋ’）に応じて変調され、したがってまたデータ値ｘ（ｋ）に応じて変調される一方で、光信号ｏｓ２（ｔ）はシンボル値ｅｙ（ｋ’）に応じて変調され、したがってまたデータ値ｙ（ｋ）に応じて変調される。

図３は、第３の実施形態による、信号処理ユニットＳＰＵ２および光処理ユニットＯＰＵ２を含む提案された送信装置ＴＤ２を示す。一般に、送信装置ＴＤ１の第２の実施形態に関して説明された同じ原理が、図３に示される送信装置ＴＤ２の第３の実施形態にも当てはまる。第２の実施形態では、結合光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態の所定の変化が、光信号に作用する光偏光バリエータＯＰＶ１、ＯＰＶ２によって光領域で行われる。図３に示された送信装置ＴＤ２の第３の実施形態は、光信号ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）の偏光状態が、時間離散電気信号領域でシンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）に作用する時間離散フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を使用して変えられるという点で、第２の実施形態とは異なる。すなわち、送信装置ＴＤ２の第３の実施形態は、光偏光バリエータＯＰＶ１、ＯＰＶ２の代替手段として時間離散フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を含む。結合光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）は、光インターフェースＯＩＦで送信信号ｏｓｔ（ｔ）として光伝送ファイバの中に送出される。

言い換えると、第３の実施形態では、結合光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態の所定の変化が、受信データ値から生成されたシンボル値の時間離散フィルタリングによる、時間離散信号領域での時間依存関数に応じた信号成分ｏｓｏｕｔ（１）、ｏｓｏｕｔ２（ｔ）の偏光状態の所定の変化によって行われる。

信号処理ユニットＳＰＵ１は、少なくとも１つのマッピングユニットＭＵ１、ＭＵ２、少なくとも４つの時間離散フィルタリング要素Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、および少なくとも１つのデジタル−アナログコンバータＤＡＣ１、ＤＡＣ２を含む。

光処理ユニットＯＰＵ２は、少なくとも２つの周波数発生器ＦＧ１、ＦＧ２、ＦＧ３、ＦＧ４、少なくとも１つの光信号発生器ＯＳＧ、少なくとも２つの変調装置ＭＤ１、ＭＤ２、ＭＤ３、ＭＤ４、少なくとも１つの光偏光結合器ＯＰＣ、および少なくとも１つの光インターフェースＯＩＦを含む。

図２に示された第２の実施形態に関して概説されたように、偏光状態の変化は、光信号成分ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）を表す電界成分Ｅ_Ｘ（ｔ）およびＥ_Ｙ（ｔ）に作用する信号変換行列

によって表わすことができ、電界成分Ｅ_Ｘ（ｔ）およびＥ_Ｙ（ｔ）は、

として、結果として生じる次式の信号ｏｓｏｕｔ’（ｔ）の電界成分

および

を導く。

光信号成分ｏｓｏｕｔ１（ｔ）を表す電界成分Ｅ_Ｘ（ｔ）はシンボル値ｅｘ（ｋ’）に線形に依存し、光信号成分ｏｓｏｕｔ２（ｔ）を表す電界成分Ｅ_Ｙ（ｔ）はシンボル値ｅｙ（ｋ’）に線形に依存するので、結合光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の同じ偏光状態の所定の変化を、信号変換行列Ｕの時間離散表現に応じたシンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）の変換によって、実現することができる。

この変化は、時間離散信号領域でシンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）に作用する時間離散フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４によって行われる。フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は、好ましくはタップ長Ｋの有限インパルス応答フィルタであり、ｉ＝１，．．．，Ｋがタップ指標である。フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は、任意に選ばれているが固定されているタップ指標ｉ＝１，．．．，Ｋに対し、それぞれのフィルタ係数ｈ_１（ｋ’）、ｈ_２（ｋ’）、ｈ_３（ｋ’）、ｈ_４（ｋ’）を有する。好ましくは、別のタップ指標を有するフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の他の残りのフィルタ係数は、値ゼロに選ばれる。

与えられた入力シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）を使用して、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は、変更されたシンボル値ｅｘ’（ｋ’）およびｅｙ’（ｋ’）をシンボル速度ｆ_ＳＹＭで生成する。これは、次式の変換

で表わすことができ、ここで、Ｕ_ＴＤは対応する変換行列であり、フィルタ係数ｈ_１（ｋ’）、ｈ_２（ｋ’）、ｈ_３（ｋ’）、ｈ_４（ｋ’）に依存する。

フィルタ係数を
ｈ_１（ｋ’）＝ｃｏｓ（α（ｋ’））
ｈ_２（ｋ’）＝−ｓｉｎ（α（ｋ’））
ｈ_３（ｋ’）＝ｓｉｎ（α（ｋ’））
ｈ_４（ｋ’）＝ｃｏｓ（α（ｋ’））
に選び、与えられる時間依存関数ｒ１（ｔ）を、シンボル速度ｆ_ＳＹＭに等しいサンプリング速度と共に時間離散関数ｒ１（ｋ’）＝α（ｋ’）とすることによって、変換行列Ｕ_ＴＤ

が得られる。

この変換行列Ｕ_ＴＤにより、図２に示された実施形態のファラデー回転子の変換行列Ｕ_ＦＲと同じ偏光状態の変化が生じる。すなわち、結合光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態は、与えられた時間依存関数ｒ１（ｋ’）＝α（ｋ’）に応じて変えられる。

時間依存関数ｒ１（ｋ’）が変えられる速度

により、信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態が変えられる速度が決まる。好ましくは、所定の決定論的時間依存関数ｒ１（ｋ’）は、ＦＥＣブロック速度ｆ_Ｂよりも大きい速度

で変えられる。好ましくは、時間依存関数ｒ１（ｋ’）は、ＦＥＣブロック速度ｆ_Ｂおよびシンボル速度ｆ_ＳＹＭによって次式

で定められた範囲内にある速度

で変えられ、その結果、この速度

における信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態の変化が生じる。提案された方法によれば、受信光信号から光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の推定値を導出するために受信側には時間依存関数ｒ１（ｋ’）、ならびに関数ｒ１（ｋ’）と偏光状態の間の依存関係Ｕ_ＴＤが与えられるので、シンボル速度ｆ_ＳＹＭほどにも高くなり得る値を有する速度

で偏光状態が変化することが可能になる。これについては、受信装置の提案された実施形態を参照して、以下でさらに説明される。

図２に示された第２の実施形態では、ファラデー回転子と電圧制御波長板の組合せを使用する、信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態の所定の変化もまた提案された。第２の実施形態で詳細に説明されたように、このような偏光状態の変化は、全体の変換行列Ｕ_ＴＤＯ

で表わすことができる。

信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の同じ偏光状態の回転を実現するために、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４のフィルタ係数ｈ_１（ｋ’）、ｈ_２（ｋ’）、ｈ_３（ｋ’）、ｈ_４（ｋ’）が

の通りに選ばれる一方で、与えられた時間依存関数ｒ１（ｔ）がｒ１（ｋ’）＝α（ｋ’）とされ、与えられた時間依存関数ｒ２（ｔ）が

とされる。したがって、光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態は、与えられた所定の時間依存関数ｒ１（ｔ）およびｒ２（ｔ）に応じて変えられる。

入力シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）のフィルタリングにより得られた出力シンボル値ｅｘ’（ｋ’）およびｅｙ’（ｋ’）は、次に、それぞれのデジタル−アナログコンバータＤＡＣ１およびＤＡＣに与えられる。

送信装置ＴＤ２のこの第３の実施形態では、変換行列Ｕ_ＴＤまたは変換行列Ｕ_ＴＤＯを使用して、光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）の偏光状態を所定のように変えることが提案された。信号成分ｏｓｏｕｔ１（ｔ）およびｏｓｏｕｔ２（ｔ）の偏光状態が互いに直交したままであることを確実にするために、また信号エネルギーが保存されることを確実にするために、変換行列Ｕ_ＴＤおよびＵ_ＴＤＯがユニタリ行列として選ばれる。少なくとも１つの与えられた時間依存関数に応じて偏光状態の変化を行う、このようなユニタリ変換行列の別の例Ｕ_ＥＸとしては、行列

がある。

この第３の実施形態では、所定の決定論的時間依存関数ｒ１（ｔ）およびｒ２（ｔ）は、所定の決定論的時間離散関数ｒ１（ｋ’）＝α（ｋ’）および

として、メモリ装置ＭＥＭによってフィルタリング要素Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４に与えられる。メモリ装置ＭＥＭは、送信装置ＴＤ１の中に含まれ、好ましくは、信号処理ユニットＳＰＵ２の一体化されている部分でもある。言い換えると、この第３の実施形態では、メモリ装置ＭＥＭは、少なくとも１つの時間依存関数ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）を与える供給装置である。

送信装置ＴＤ２のこの第３の実施形態では、光信号ｏｓ１（ｔ）の位相は、シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）に応じて変調され、したがってまた、データ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）に応じて変調される。光信号ｏｓ２（ｔ）の位相もまた、シンボル値ｅｘ（ｋ’）およびｅｙ（ｋ’）に応じて変調され、したがってまた、データ値ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）に応じて変調される。

本出願では、送信装置ＴＤ１の第２の実施形態と、送信装置ＴＤ２の第３の実施形態との組合せとしてよい送信装置もまた提案されていることを理解されたい。このような組合せ送信装置は、光領域で行われる偏光状態の変化を実施する光処理ユニット、ならびに時間離散信号領域で行われる偏光状態の変化を実施する信号処理ユニットを含む。

図４は、光受信装置ＯＲＤの第２の実施形態を示す。図２に示された光信号ｏｓｏｕｔ’’（ｔ）、または図３に示された光信号ｏｓｏｕｔ（ｔ）でもよい送信光信号ｏｓｔ（ｔ）がさらに示されている。光信号ｏｓｔ（ｔ）を伝送するための光ファイバＯＦがさらに示されている。結果として得られる光信号ｏｓｒ（ｔ）は、光受信装置ＯＲＤで受信される。

光受信装置ＯＲＤは、少なくとも１つの光−電気変換装置ＯＥＣを含む。光−電気変換装置ＯＥＣは、受信光信号ｏｓｒ（ｔ）を周波数領域でシフトするために、受信光信号ｏｓｒ（ｔ）と搬送波信号ｃｓ（ｔ）の位相コヒーレント混合を行う。次に、装置ＯＥＣは、２つの直交偏光面で周波数シフト光信号ｏｓｒ（ｔ）をサンプリングする。搬送波信号ｃｓ（ｔ）は、好ましくは、受信光信号ｏｓｒ（ｔ）の波長と実質的に等しい波長を有する連続波光信号である。

周波数シフト光信号ｏｓｒ（ｔ）を１つの偏光面でサンプリングすることによって、光−電気変換装置ＯＥＣは、ｌが時間離散指標である時間離散電気信号ｕｘ（ｌ）を生成する。周波数シフト光信号ｏｓｒ（ｔ）をもう１つの偏光面でサンプリングすることによって、光−電気変換装置ＯＥＣは、時間離散電気信号ｕｙ（ｌ）を生成する。エイリアシング効果を避けるために、電気信号ｕｘ（ｌ）およびｕｙ（ｌ）のサンプリング速度ｆ_Ｕは、次式のように周波数シフト光信号の周波数ｆ_Ｏの２倍以上である。

ｆ_Ｕ≧２・ｆ_Ｏ
光−電気変換装置ＯＥＣは、好ましくは、電気信号ｕｘ（ｌ）およびｕｙ（ｌ）を生成するために少なくとも１つのアナログ−デジタルコンバータを含む。

前に概説されたように、図２および図３に示された光信号成分ｏｓ１（ｔ）とｏｓ２（ｔ）の結合から得られる光送信信号ｏｓｔ（ｔ）の線形偏光状態は、非理想光ファイバ内では、送信側の光信号成分の方向に対して回転することがある。受信信号ｏｓｒ（ｔ）がサンプリングされる直交偏光面は、放射信号成分ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）の偏光状態と必ずしも同一ではない。

光−電気変換装置ＯＥＣは、時間離散電気信号ｕｘ（ｌ）およびｕｙ（ｌ）をデータ処理ユニットＤＰＵに供給する。データ処理ユニットＤＰＵは、サンプリングされた電気信号ｕｘ（ｌ）およびｕｙ（ｌ）から時間離散出力電気信号ｓ’ｘ（ｌ）およびｓ’ｙ（ｌ）を生成する。

データ処理ユニットＤＰＵは、サンプリングされた信号ｕｘ（ｌ）およびｕｙ（ｌ）から中間時間離散信号ｚ’ｘ（ｌ）およびｚ’ｙ（ｌ）を生成するためのフィルタＦ１２、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４を設ける。フィルタＦ１２、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４は、好ましくは少なくとも４つの時間離散有限インパルス応答フィルタである。それぞれの時間離散有限インパルス応答フィルタＦ１２、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４は、Ｒ個のフィルタ係数のフィルタ長を有する。

データ処理ユニットＤＰＵはさらに、中間時間離散信号ｚ’ｘ（ｌ）およびｚ’ｙ（ｌ）から出力信号ｓ’ｘ（ｌ）およびｓ’ｙ（ｌ）を生成するためのフィルタリング要素ＦＥ１、ＦＥ２、ＦＥ３、ＦＥ４を設ける。フィルタリング要素ＦＥ１、ＦＥ２、ＦＥ３、ＦＥ４は、好ましくは乗算器である。あるいは、フィルタリング要素ＦＥ１、ＦＥ２、ＦＥ３、ＦＥ４は、フィルタ長Ｌを有する時間離散有限インパルス応答フィルタである。

データ処理ユニットＤＰＵは、少なくとも１つの関数Ｕ_ＰＯＬ（ｌ）を与えるメモリ装置Ｍを含み、この関数は、送信側で引き起こされた光信号ｏｓｒ（ｔ）の所定の偏光状態の変化を表わす。好ましくは、メモリ装置は関数ｒ１（ｌ）および行列Ｕ_ＰＯＬ（ｒ１）を与え、関数ｒ１（ｌ）と行列Ｕ_ＰＯＬ（ｒ１）の組合せＵ_ＰＯＬ（ｒ１（ｌ））は、送信側で引き起こされた所定の偏光状態の変化を表わす。与えられた時間依存関数Ｕ_ＰＯＬ（ｌ）、ｒ１（ｌ）は時間離散関数として与えられており、時間離散指標ｌと、サンプリングされた信号ｕｘ（ｌ）およびｕｙ（ｌ）のサンプリング速度ｆ_Ｕに等しいサンプリング速度とを有する。

フィルタリング要素ＦＥ１、ＦＥ２、ＦＥ３、ＦＥ４は信号ｚ’ｘ（ｌ）およびｚ’ｙ（ｌ）を、関数Ｕ_ＰＯＬ（ｌ）、ｒ１（ｌ）によって表わされる偏光状態の変化が補償されるようにフィルタリングする。この関数Ｕ_ＰＯＬ（ｌ）は、好ましくは、送信側で行われた信号変換を表す変換行列である。

偏光状態の変化が、１つの時間依存関数ｒ１（ｌ）だけに依存する行列Ｕ_ＰＯＬ（ｒ１）で表わされる場合、メモリ装置Ｍは、この１つの関数ｒ１（ｌ）を与える。偏光状態の変化が、２つの時間依存関数ｒ１（ｌ）およびｒ２（ｌ）に依存する依存関係Ｕ_ＰＯＬ（ｒ１、ｒ２）で表わされる場合、メモリ装置Ｍは、これら２つの関数ｒ１（ｌ）およびｒ２（ｌ）を与える。

送信装置が、変換行列

で表わすことができる信号変換を実行したと想定すると、メモリ装置Ｍは、この変換行列Ｕ_ＰＯＬ（ｌ）を与える。

フィルタリング要素ＦＥ１、ＦＥ２、ＦＥ３、ＦＥ４は、与えられた変換行列Ｕ_ＰＯＬで表わされる信号変換とは反対の信号変換が実行されるように、信号ｚ’ｘ（ｌ）およびｚ’ｙ（ｌ）をフィルタリングする。その場合、この実行される信号変換は、与えられた変換行列Ｕ_ＰＯＬの逆行列である次式の変換行列Ｕ_ＩＮＶ

で表わすことができる。

次に、結果として生じる出力信号ｓ’ｘ（ｌ）およびｓ’ｙ（ｌ）が、次式で表わすことができる変換によって生成される。

送信信号の偏光状態を変えるために与えられた変換行列Ｕ_ＰＯＬによって表わされた、前に送信側で行われた信号変換とは反対の信号変換が行われるように信号ｚ’ｘ（ｌ）およびｚ’ｙ（ｌ）をフィルタリングすることによって、シンボル速度ｆ_ＳＹＭほどにも高くなり得る変化速度で偏光状態が変わり得ることが可能になる。

従属物として行列Ｕ_ＰＯＬ（ｌ）を与える代わりに、メモリ装置Ｍは次式の関数のセットＳを与え、
Ｓ＝｛ｆ_１（ｌ），ｆ_２（ｌ），ｆ_３（ｌ），ｆ_４（ｌ）｝
ここで、
− 関数ｆ_１（ｌ）は時間依存係数ｕｉｎｖ_１（ｌ）に等しく、
− 関数ｆ_２（ｌ）は時間依存係数ｕｉｎｖ_２（ｌ）に等しく、
− 関数ｆ_３（ｌ）は時間依存係数ｕｉｎｖ_３（ｌ）に等しく、
− 関数ｆ_４（ｌ）は時間依存係数ｕｉｎｖ_４（ｌ）に等しい。

従属物として行列Ｕ_ＰＯＬ（ｌ）を与える代わりに、メモリ装置Ｍは関数Ｕ_ＩＮＶ（ｌ）を、受信信号ｏｓｒ（ｔ）の所定の偏光状態の変化を表わす関数として直接与える。

送信装置と受信装置の間で生じる時間遅延について考慮することができるように、メモリ装置Ｍは、この時間遅延を表わす時間遅延値Δτを与える。この時間遅延値Δτは所定の値であり、ネットワーク管理者が光受信装置ＯＲＤに与えることができ、あるいは送信装置と光受信装置ＯＲＤによって行われる測定時に決定することができる。この時間遅延値Δτは、サンプリング速度ｆ_Ｕに応じて時間離散領域の中に移され、それによって次式の時間離散遅延値Δｌが得られる。

Δｌ＝Δτ・ｆ_Ｕ
次に、逆変換行列Ｕ_ＩＮＶが次式の通りに決められる。

次に、結果として得られる出力信号ｓ’ｘ（ｌ）およびｓ’ｙ（ｌ）が、次式で表わすことができる信号変換によって生成される。

フィルタリング要素ＦＥ１、ＦＥ２、ＦＥ３およびＦＥ４が、それぞれの乗算係数ｍ１（ｌ）、ｍ２（ｌ）、ｍ３（ｌ）およびｍ４（ｌ）を有する乗算要素である場合、これらの乗算係数は次式の通りに決定することができる。

ｍ１＝ｕｉｎｖ_１（ｌ）
ｍ２＝ｕｉｎｖ_２（ｌ）
ｍ３＝ｕｉｎｖ_３（ｌ）
ｍ４＝ｕｉｎｖ_４（ｌ）
フィルタリング要素ＦＥ１、ＦＥ２、ＦＥ３およびＦＥ４が、フィルタ長Ｌと、係数指標がｐ＝０．．．Ｌ−１であるそれぞれのフィルタ係数ｈ_ＦＥ１（ｐ）、ｈ_ＦＥ２（ｐ）、ｈ_ＦＥ３（ｐ）、ｈ_ＦＥ４（ｐ）とを有する時間離散有限インパルス応答フィルタである場合、フィルタ係数ｈ_ＦＥ１（ｐ）、ｈ_ＦＥ２（ｐ）、ｈ_ＦＥ３（ｐ）、ｈ_ＦＥ４（ｐ）は、任意に選ばれているが固定されている指標ｐ＝Ｐに対してはフィルタ係数を次式の通りにすることで決定することができ、
ｈ_ＦＥ１（Ｐ）＝ｕｉｎｖ_１（ｌ）
ｈ_ＦＥ２（Ｐ）＝ｕｉｎｖ_２（ｌ）
ｈ_ＦＥ３（Ｐ）＝ｕｉｎｖ_３（ｌ）
ｈ_ＦＥ４（Ｐ）＝ｕｉｎｖ_４（ｌ）
ｐ≠Ｐでは、他のすべてのフィルタ係数を次式の通りにゼロにすることによって決定することができる。

ｈ_ＦＥ１（ｐ≠Ｐ）＝０
ｈ_ＦＥ２（ｐ≠Ｐ）＝０
ｈ_ＦＥ３（ｐ≠Ｐ）＝０
ｈ_ＦＥ４（ｐ≠Ｐ）＝０
データ処理ユニットＤＰＵは、フィルタＦ１２、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４の最適化フィルタ係数ｈｘｘ、ｈｘｙ、ｈｙｘ、ｈｙｙを導出するために、信号ｕｘ（ｌ）、ｕｙ（ｌ）、ｓ’ｘ（ｌ）およびｓ’ｙ（ｌ）を、電気信号ｓ’ｘ（ｌ）およびｓ’ｙ（ｌ）がそれぞれの直交光信号のサンプリングされたバージョンを表わすように使用する。データ処理ユニットＤＰＵは、電気信号ｕｘ（ｌ）をフィルタＦ１およびＦ３に供給し、電気信号ｕｙ（ｌ）をフィルタＦ２およびＦ４に供給する。フィルタＦ１およびＦ２の各出力信号は結合されて、電気信号ｚ’ｘ（ｌ）になる。フィルタＦ３およびＦ４の各出力信号は結合されて、電気信号ｚ’ｙ（ｌ）になる。電気信号ｚ’ｘ（ｌ）およびｚ’ｙ（ｌ）は、フィルタリング要素ＦＥ１、ＦＥ２、ＦＥ３およびＦＥ４に供給される。

入力電気信号ｕｘ（ｌ）およびｕｙ（ｌ）と、出力信号ｓ’ｘ（ｌ）およびｓ’ｙ（ｌ）とは、フィルタＦ１２、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４のフィルタ係数を決めるために、データ処理ユニットＤＰＵ内で使用される。最適化フィルタ係数を導出するために、データ処理ユニットＤＰＵは、例えば、「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ： Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ａｎｄ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ、Ｓｅｂ Ｊ．Ｓａｖｏｒｙ、ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＥＬＥＣＴＥＤ ＴＯＰＩＣＳ ＩＮ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ、ＶＯＬ．１６， ＮＯ．５、ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ／ＯＣＴＯＢＥＲ ２０１０２」に記載のＣＭアルゴリズムなどの等化アルゴリズム、あるいは「Ｓｔｏｐ−ａｎｄ−ｇｏ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｂｌｉｎｄ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ＱＡＭ ｓｉｎｇｌｅ−ｃａｒｒｉｅｒ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｔ．Ｆｏｇｇｉ、Ｇ．ＣｏｌａｖｏｌｐｅおよびＧ．Ｐｒａｔｉ、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．２２、１８３８−１８４０頁、２０１０年１２月１５日」で提案されているアルゴリズムのうちの１つを実行する。

結果として得られる電気信号ｓ’ｘ（ｌ）およびｓ’ｙ（ｌ）は、これらの信号からそれぞれの推定シンボル値

および

を復調するために、復調段ＤＥＭにおいてデータ処理ユニットＤＰＵによって使用される。さらに、送信データ信号ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）の推定値を得るために、それぞれの推定データ値ｘ’（ｋ）およびｙ’（ｋ）が、デマッピング段ＤＥにおいてデータ処理ユニットＤＰＵによって、推定シンボル値

および

からデマッピングされる。こうして得られた送信データ信号ｘ（ｋ）およびｙ（ｋ）の推定値は、次に、データ値ｘ’（ｋ）およびｙ’（ｋ）の推定値からそれぞれのデータストリームを得るために、図３に示されていないＦＥＣ復調ユニットに与えられる。ＦＥＣ復調ユニットは、データインターフェースを介して光受信装置ＯＲＤに接続することができる。あるいは、ＦＥＣ復調ユニットは、光受信装置ＯＲＤの一体化している部分である。

光受信装置ＯＲＤの上述の実施形態では、推定データ値ｘ’（ｋ）はフィルタリングされた信号ｓ’ｘ（ｌ）から導出され、推定データ値ｙ’（ｋ）はフィルタリングされた信号ｓ’ｙ（ｌ）から導出される。

光受信装置ＯＲＤの上述の実施形態では、サンプリングされた信号から中間信号ｚ’ｘ（ｌ）およびｚ’ｙ（ｌ）が、等化アルゴリズムによって制御されるフィルタＦ１２、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４を使用して導出され、次に続く段階では、中間信号ｚ’ｘ（ｌ）およびｚ’ｙ（ｌ）から出力信号ｓ’ｘ（ｌ）およびｓ’ｙ（ｌ）が、与えられた関数Ｕ_ＰＯＬに従って信号変換を行うフィルタリング要素ＦＥ１、ＦＥ２、ＦＥ３、ＦＥ４を使用して生成される。

光受信装置ＯＲＤの上述の実施形態では、信号ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）は、互いに実質的に直交するそれぞれの線形偏光状態を持っている光信号である。上述の実施形態は、線形偏光状態に限定されない。あるいは、信号ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）は、互いに実質的に直交するそれぞれの円偏光状態を持っている光信号である。さらに別の代替形態として、信号ｏｓ１（ｔ）およびｏｓ２（ｔ）は、互いに実質的に直交するそれぞれの楕円偏光状態を持っている光信号である。偏光変化を補償する上述の原理は、線形直交偏光状態を持っている信号に適用できるだけでなく、互いに実質的に直交する円形または楕円直交偏光状態を持っている信号にも適用することができる。当業者には、上述の様々な方法の諸段階は、プログラムされたコンピュータによって、またはデジタル信号プロセッサなどのプログラム可能要素によって実施できることが容易に理解されよう。

本明細書および図面は、単に本発明の原理を示すにすぎない。したがって、当業者が、本明細書には明示的に説明または図示されていないが、本発明の原理を具現化すると共に本発明の趣旨および範囲内に含まれる様々な装置を考案できることを理解されたい。さらに、本明細書に列挙されたすべての例は、本発明の原理と、当技術分野を促進するために本発明者らによってもたらされた概念とを理解することにおいて読者を助ける教育的目的のためだけであることが特に意図されており、このような特に列挙された実施例および条件に限定するものではないと解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様および実施形態、ならびに特定の例を列挙する本明細書のすべての言明は、これらの均等物を包含するものである。

「装置」または「ユニット」と標示されたあらゆる機能ブロックを含む、図１、２および３に示された様々な要素の機能は、専用のハードウェアを使用することによって、ならびに適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行できるハードウェアを使用することによって、実現することができる。プロセッサによって実現される場合、その機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、または一部を共有できる複数の個別プロセッサによって実現することができる。さらに、「処理ユニット」、「装置」または「ユニット」という語を明示的に使用することで、ソフトウェアを実行できるハードウェアだけを指していると解釈されるべきではなく、それだけには限らないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、利用者書き込み可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェア記憶用読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性記憶装置が暗黙的に含まれ得る。通常の、および／または特注の他のハードウェアもまた含まれてよい。本明細書のいかなるブロック図も、本発明の原理を具現化する実例回路の概念図であることが当業者には理解されよう。

Claims (9)

1. 光データ伝送方法であって、
   − 第１の光信号（ｏ１ｍ（ｔ））および第２の光信号（ｏ２ｍ（ｔ））を、前記光信号（ｏ１ｍ（ｔ）、ｏ２ｍ（ｔ））が、
   同じ波長、
   それぞれのデータ値（ｘ（ｋ）、ｙ（ｋ））に応じて、かつ位相シフトキーイング方式に従って変調されるそれぞれの位相、
   実質的に互いに直交するそれぞれの偏光状態、
   を持つように生成するステップと、
   − 結合光信号（ｏｃ（ｔ））を、前記結合光信号（ｏｃ（ｔ））が所定の変化を有する偏光状態を持つように、また前記第１および前記第２の光信号の前記それぞれの偏光状態が互いに直交したままであるように、前記第１と前記第２の光信号（ｏ１ｍ（ｔ）、ｏ２ｍ（ｔ））を結合することによって生成するステップと、
   − 前記結合光信号（ｏｃ（ｔ））を光伝送ライン（ＯＴＬ）を介して伝送するステップとを含み、
   さらに、
   − 前記結合光信号（ｏｃ（ｔ））を受信するステップと、
   − 受信結合光信号（ｏｃ（ｔ））を２つの直交偏光面に沿ってサンプリングすることによって、サンプリングされた少なくとも２つの時間離散信号（ｕ１（ｌ）、ｕ２（ｔ））を生成するステップと、
   − 前記それぞれの所定の変化を表わす関数（ｆｏｐｖ（ｌ））を使用して、前記サンプリングされた時間離散信号（ｕ１（ｌ）、ｕ２（ｌ））を時間離散領域でフィルタリングすることによって、フィルタリングされた少なくとも２つの信号（ｆｓ１（ｌ）、ｆｓ２（ｌ））を生成するステップと、
   − 前記フィルタリングされた信号（ｆｓ１（ｌ）、ｆｓ２（ｌ））からそれぞれのデータ値（ｘ’（ｋ）、ｙ’（ｋ））を導出するステップとを含む、方法。
2. 前記サンプリングされた時間離散信号（ｕ１（ｌ）、ｕ２（ｌ））を生成するステップが、
   − 前記受信結合光信号（ｏｃ（ｔ））と搬送波信号（ｃｓ（ｌ））の位相コヒーレント混合を行うことによって前記受信結合光信号（ｏｃ（ｔ））を周波数シフトするステップと、
   − 周波数シフト光信号を２つの直交偏光面に沿ってサンプリングするステップとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記偏光状態が、少なくとも１つの所定の信号（ｒ１（ｔ））を使用して前記結合光信号（ｏｃ（ｔ））を光領域で変更することによって変えられる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１と前記第２の光信号（ｏ１ｍ（ｔ）、ｏ２ｍ（ｔ））を結合することによって前記結合光信号（ｏｃ（ｔ））を生成するステップが、
   − 第１のシンボル値（ｅｘ（ｋ’））および第２のシンボル値（ｅｙ（ｋ’））を、前記データ値（ｘ（ｋ）、ｙ（ｋ））および位相シフトキーイング変調方式を使用して生成するステップと、
   − 前記結合光信号（ｏｃ（ｔ））の前記偏光状態を、
   ○ 少なくとも１つの所定の関数（ｒ１（ｋ’））を使用して前記シンボル値（ｅｘ（ｋ’），ｅｙ（ｋ’））を時間離散信号領域でフィルタリングすることにより、かつ
   ○ フィルタリングされたシンボル値（ｅｘ’（ｋ’）、ｅｙ’（ｋ’））を使用して前記光信号（ｏ１ｍ（ｔ）、ｏ２（ｔ））の位相を変調することにより、前記第１および前記第２の光信号（ｏ１ｍ（ｔ）、ｏ２ｍ（ｔ））の偏光状態を変えることによって、
   変えるステップとを含む、請求項１または２に記載の方法。
5. 光送信装置（ＴＤ１、ＴＤ２）であって、
   − 第１の光信号（ｏ１ｍ（ｔ））および第２の光信号（ｏ２ｍ（ｔ））を、前記光信号（ｏ１ｍ（ｔ）、ｏ２ｍ（ｔ））が、
   ○ 同じ波長、
   ○ それぞれのデータ値（ｘ（ｋ）、ｙ（ｋ））に応じて、かつ位相シフトキーイング方式に従って変調されるそれぞれの位相、
   ○ 実質的に互いに直交するそれぞれの偏光状態、
   を持つように生成し、
   − 結合光信号（ｏｃ（ｔ））を、前記結合光信号（ｏｃ（ｔ））が所定の変化を有する偏光状態を持つように、また前記第１および前記第２の光信号の前記それぞれの偏光状態が互いに直交したままであるように、前記第１と前記第２の光信号（ｏ１ｍ（ｔ）、ｏ２ｍ（ｔ））を結合することによって生成し、前記所定の変化が、受信側において時間離散領域でフィルタリングするのに使用される関数として表され、かつ
   − 前記結合光信号（ｏｃ（ｔ））を光伝送ライン（ＯＴＬ）の中に送出するように構成された、光送信装置。
6. 前記所定の変化が、少なくとも１つの所定の信号（ｒ１（ｔ））を使用して前記結合光信号（ｏｃ（ｔ））を光領域で変更することによって実現されるようにさらに構成された、請求項５に記載の光送信装置（ＴＤ１、ＴＤ２）。
7. 前記所定の変化が、
   − 第１のシンボル値（ｅｘ（ｋ’））および第２のシンボル値（ｅｙ（ｋ’））を、前記データ値（ｘ（ｋ）、ｙ（ｋ））および位相シフトキーイング変調方式を使用して生成し、
   − 前記結合光信号（ｏｃ（ｔ））の前記偏光状態を、
   ○ 少なくとも１つの所定の関数（ｒ１（ｋ’））を使用して前記シンボル値（ｅｘ（ｋ’），ｅｙ（ｋ’））を時間離散信号領域でフィルタリングすることにより、かつ
   ○ フィルタリングされたシンボル値（ｅｘ’（ｋ’）、ｅｙ’（ｋ’））を使用して前記光信号（ｏ１ｍ（ｔ）、ｏ２（ｔ））の位相を変調することにより、前記第１および前記第２の光信号（ｏ１ｍ（ｔ）、ｏ２ｍ（ｔ））の偏光状態を変えることによって、
   実現されるようにさらに構成された、請求項５に記載の光送信装置（ＴＤ１、ＴＤ２）。
8. 光受信装置（ＲＤ、ＯＲＤ）であって、
   − 光信号（ｏｓｒ（ｔ））を受信し、
   − 受信光信号（ｏｓｒ（ｔ））を２つの直交偏光面に沿ってサンプリングすることによって、サンプリングされた少なくとも２つの時間離散信号（ｕｘ（ｌ）、ｕｙ（ｌ））を生成し、
   − 前記サンプリングされた時間離散信号（ｕｘ（ｌ）、ｕｙ（ｌ））を、送信側で行われた偏光状態の所定の変化を表わす関数（Ｕｐｏｌ）を使用して時間離散領域でフィルタリングすることによって、フィルタリングされた少なくとも２つの信号（ｓ’ｘ（ｌ）、ｓ’ｙ（ｌ））を生成し、
   − 前記フィルタリングされた信号（ｓ’ｘ（ｌ）、ｓ’ｙ（ｌ））からそれぞれのデータ値（ｘ’（ｋ）、ｙ’（ｋ））を導出するように構成された、光受信装置。
9. − 前記受信光信号（ｏｓｒ（ｔ））と搬送波信号（ｃｓ（ｌ））の位相コヒーレント混合を行うことによって前記受信光信号（ｏｓｒ（ｔ））を周波数シフトすることにより、
   − この周波数シフト光信号を２つの直交偏光面に沿ってサンプリングすることにより、
   前記サンプリングされた時間離散信号（ｕｘ（ｌ）、ｕｙ（ｌ））を生成するようにさらに構成された、請求項８に記載の光受信装置（ＯＲＤ）。

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