JP5991210B2 - 光信号送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光信号送信装置に関する。

通信の大容量化に伴い、基幹ネットワークシステムに含まれる光通信システムは、長距離、大容量化が求められている。大容量化に向けた光通信システムにおいて、伝送路での信号劣化を送受信器でデジタル信号処理によって補償するデジタルコヒーレント方式が一般的になっている。

光通信システムにおける波長分割多重（ＷＤＭ； Wavelength Division Multiplex）通信では、光伝送路（光ファイバ）内での非線形光学効果による光信号の劣化が問題となる。長距離の波長多重光通信では、非線形光学効果の一種である相互位相変調（ＸＰＭ； Cross Phase Modulation）が信号劣化の要因となる。特に、スーパーチャネルと呼ばれる
１つのチャネルに複数のサブキャリアが含まれるチャネルを用いた方式においては、隣接するキャリアの波長間隔が狭いためにＸＰＭによる信号劣化が大きくなる。複数スパンに渡る伝送路でのＸＰＭの補償方法は、確立されていない。

特開平１１−１４９０６４号公報

Zhenning Tao, et al. "Simple Fiber Model for Determination of XPM Effects", Journal of Lightwave Technology, vol. 29, No. 7, April 1, 2011.

光通信では、送信側の装置と受信側の装置との間の光伝送路上に複数の中継器が設けられることがある。中継器と中継器との間の光伝送路は、スパンと呼ばれる。

ＸＰＭによる信号劣化を低減させる技術として、伝送路で発生するＸＰＭによる位相変化分の逆の位相変化をあらかじめ送信側で与える予等化技術がある。従来の技術では、波長多重光通信では、最初のスパンで発生するＸＰＭの予等化がされているが、２番目以降のスパンで発生するＸＰＭの予等化は考慮されていない。第２スパン以降で発生するＸＰＭの予等化についても考慮することが求められる。ＸＰＭを予等化処理するためには、各チャネルの信号の波形情報をチャネル毎（波長毎）の送信器で共有することが望ましいが、すべてのチャネルの信号の波長情報を共有化することはデータ容量が大きく現実的でない。また、偏波・波長多重光通信では、偏波クロストークによる信号劣化について考慮することが求められる。

本件開示の技術は、光伝送路によるＸＰＭの予等化を行う光信号送信装置を提供することを課題とする。

開示の技術は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。

即ち、開示の態様は、
少なくとも２つの波長チャネルを有する波長分割多重光信号を送信する光信号送信装置であって、
前記光信号送信装置は各波長チャネルについて偏波多重光信号を送信する光信号送信器を有し、
各チャネルの前記光送信器は複数のスパンを含む光伝送路の情報及び偏波多重信号である送信信号に基づいて前記光送信器の波形情報を算出し、前記光信号送信器の波形情報を他チャネルの光信号送信器に送信する第１算出部と、
前記他チャネルの光信号送信器の波形情報を受信し、前記他チャネルの光信号送信器の波形情報に基づいて前記送信信号の前記光伝送路におけるＸＰＭ（Cross Phase Modulation）を予等化する第２算出部と有する、
光信号送信装置である。

開示の技術によれば、光伝送路によるＸＰＭの予等化を行う光信号送信器を提供することができる。

図１は、実施形態のシステムの例を示す図である。 図２は、実施形態のシステムの複数の送信器の例を示す図である。 図３は、実施形態の１つの送信器（Ｔｘ）の例を示す図である。 図４は、送信器に含まれるＤＳＰの例１を示す図である。 図５は、送信器に含まれるＤＳＰの例２を示す図である。 図６は、送信器に含まれるＤＳＰの例３を示す図である。 図７は、第s振幅調整部の例を示す図である。 図８は、第ｎ演算部の例を示す図である。 図９は、第ｎ分散演算部の例を示す図である。 図１０は、歪補償演算部の例を示す図である。 図１１は、パラメータ算出回路の例を示す図である。 図１２は、行列演算回路の例を示す図である。 図１３は、歪補償回路の例を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、開示の構成は、開示の実施形態の具体的構成に限定されない。開示の構成の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

〔実施形態〕
図１は、本実施形態のシステムの例を示す図である。図１に示されるシステムは、複数の送信器（Ｔｘ−１からＴｘ−Ｍ）、合波器、複数の光増幅器、光伝送路（光ファイバ）、分波器、複数の受信器（Ｒｘ−１からＲｘ−Ｍ）を含む。光増幅器と光増幅器との間の光伝送路は、スパンと呼ばれる。送信器、受信器は、チャネルごとに設けられる。ここでは、チャネル数をＭとする。送信器および受信器は、それぞれ、光信号送信器および光信号受信器である。

複数の送信器には、それぞれデータ（送信対象のデータ）が、入力される。各送信器は、送信信号の前記光伝送路におけるＸＰＭを予等化し、アナログ信号として出力する。送信器が出力したアナログ信号は、合波器において、合成（多重化）される。合波器から出力される信号（偏波波長多重信号）は、複数の光増幅器を含む光伝送路を伝搬し、受信側の分波器に入力される。分波器では、入力された信号を、チャネルごとに、複数の受信器に分配する。各受信器は、受信した信号をデジタル信号に変換し、データを抽出する。各
送信器は、通信可能なように接続される。

図２は、本実施形態のシステムの複数の送信器の例を示す図である。各送信器（Ｔｘ−１からＴｘ−Ｍ）には、送信対象のデータが入力される。各送信器は、合波器に、予等化処理を施した送信信号を出力する。また、各送信器は、他の送信器に対して、ダウンサンプルした波形情報を出力する。各送信器は、他の送信器の波形情報に基づいて、送信信号（送信対象データ）光伝送路におけるＸＰＭの予等化を施す。各送信器に入力されるデータは、それぞれ異なるデータである。送信信号の通信ビットレートは、例えば、１００Ｇｂｐｓである。

〔ＸＰＭモデル〕
偏波・波長多重通信におけるジョーンズ行列モデルによるＸＰＭは、次のように表される。即ち、受信側において、送信信号は、ＸＰＭによって次の行列で表されるような信号劣化を受ける。

この行列は、送信信号（ｕ_x，ｕ_y）^Tの光伝送路におけるＸＰＭによる影響を表す。ｕ_xとｕ_yとでは、電界の方向が直交する。送信信号（ｕ_x，ｕ_y）^Tは、偏波多重信号として、送信器から送信される。行列の成分は、ＸＰＭによる偏波クロストークを表すw_xy/yxと、ＸＰＭによる位相ノイズを表すφ、Δφを含む。位相ノイズは、φ＝（φ_x＋φ_y）／２、Δφ＝φ_x−φ_yである。あらかじめ送信信号に、行列Ｗ（ｔ）の逆行列を乗算すれば、受信側で、所望の信号（送信信号）を得ることができる。ここでは、送信側の装置から受信側の装置までの間に、第１スパンから第Ｎスパンまでの光伝送路が存在するとする。各スパンの送信器側には、光増幅器が存在する。また、送信側の装置から受信側の装置までの間の光伝送路におけるチャネル数は、Ｍとする。

ｗ_xy/yxおよびφ_x/yは、次のように、表される。ここで表される、ｗ_xy/yxおよびφ_x/yは、第１チャネルにおけるＷ（ｔ）で使用されるものである。第ｋチャネルでは、各式において、ｍについてのΣが、ｍ＝１からＭまで（ただし、ｋを除く）となる。

ここで、Ｎは受信側の装置までのスパン数を表し、ｎはスパンの番号を表す。Ｍは、全チャネル数を表し、ｍはチャネルの番号を表す。ｕ_m,n,x/yは、第ｎスパンの第ｍチャネ
ルの電界のｘ／ｙ成分を表す。ｘ方向及びｙ方向は、光の伝搬方向に対して直交する方向である。また、ｘ方向はｙ方向と直交する。ｕ_m,n,x/yは、距離ｚ及び時間ｔの関数であ
る。距離zは、各スパンの始点（原点）からの距離である。τ_m,nは第ｎスパンでの対称チャネル（自チャネル）と第ｍチャネルとの時間差である。ｕ^*は、ｕの複素共役である。

第ｋチャネルの送信器で生成される波形情報は、例えば、次のように表される。各送信器は、他の送信器から波形情報を取得することにより、それぞれ、Ｗ（ｔ）を求めることができる。送信器は、送信対象のデータ（ｕ_x，ｕ_y）^Tに、Ｗ（ｔ）の逆行列を乗算する
ことにより、光伝送路におけるＸＰＭの予等化を行う。

ここで、周波数伝達関数Ｈ_m,n（ω）は次のように表される。

ここで、Δβ'_m,nは、第ｎスパンでの対称チャネル（自チャネル）と第ｍチャネルとの
群速度の差である。Ｌ_nは、第ｎスパンのスパン長である。α_nは、第ｎスパンの減衰定数である。γ_nは、第ｎスパンの非線形パラメータである。これらの各スパンに関する値は
、あらかじめ送信器に格納されている。周波数伝達関数Ｈ_m,n（ω）は、ＸＰＭフィルタ
と呼ばれ、カットオフ周波数α_n／Δβ'_m,nのローパスフィルタの形になっている。即ち
、周波数伝達関数によれば、各スパンでは、高周波数成分がカットされることがわかる。換言すれば、ＸＰＭに寄与する波形情報は、主として、信号の低周波成分に含まれる。

（構成例）
図３は、本実施形態の１つの送信器（Ｔｘ）の例を示す図である。本実施形態のシステムでは、チャネル毎に送信器が設けられる。各送信器は、同様の構成を有する。ここでは、送信器を区別しない場合には、総称して送信器１０００とする。

送信器１０００は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１１００、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）１２００、ＬＤ（Laser Diode）１３００、変調器１４００を含む。

ＤＳＰ１１００は、シンボルマッピングされて入力されるデジタル信号（ｕ_x,ｕ_y）に
、歪補償を施し、送信信号として出力する。また、ＤＳＰ１１００は、波形情報を算出し、他の送信器に対して、波形情報を出力する。ＤＳＰ１１００は、歪補償の行列を、他の送信器から受信した波形情報、光伝送路の情報等に基づいて、算出する。ＤＳＰ１１００の例は、後に示す。ＤＳＰの代わりに、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、
ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が使用されてもよい。

ＤＡＣ１２００は、ＤＳＰ１１００から入力される送信信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換する。

ＬＤ１３００は、レーザ光源である。ＬＤ１３００は、ＣＷ（Continuous Wave）光を
生成する。ＬＤ１３００は、変調器１４００に対し、生成したレーザ光を出力する。ＬＤ１３００は、例えば、レーザダイオードである。

変調器１４００は、ＤＡＣ１２００から入力される送信信号を用いて、ＬＤ１３００から入力されたレーザ光を光信号に変調する。変調器１４００から出力された光信号は、合波器に出力される。

《ＤＳＰの例》
次に、送信器１０００に含まれるＤＳＰ１１００の例を示す。送信器１０００に含まれるＤＳＰ１１００は、以下のＤＳＰ１００、ＤＳＰ２００、ＤＳＰ３００のいずれでもよい。ＤＳＰ１００、ＤＳＰ２００、ＤＳＰ３００は、可能な限りこれらを組み合わせて実施され得る。

〈ＤＳＰの例１〉
図４は、送信器に含まれるＤＳＰの例１を示す図である。図４のＤＳＰを、ここでは、ＤＳＰ１００とする。ＤＳＰ１００は、Ｎ個の振幅調整部１１２、Ｎ個の演算部１１４、Ｎ個のフィルタ部１１６、Ｎ個のダウンサンプル部１１８、Ｎ−１個の分散演算部１２０、加算部１２２、歪補償演算部１３２を含む。ここでは、Ｎ個の振幅調整部１１２を、それぞれ、第１振幅調整部１１２−１から第Ｎ振幅調整部１１２−Ｎと呼ぶ。Ｎ個の演算部１１４を、それぞれ、第１演算部１１４−１から第Ｎ演算部１１４−Ｎと呼ぶ。Ｎ個のフィルタ部１１６を、それぞれ、第１フィルタ部１１６−１から第Ｎフィルタ部１１６−Ｎと呼ぶ。Ｎ個のダウンサンプル部１１８を、それぞれ、第１ダウンサンプル部１１８−１から第Ｎダウンサンプル部１１８−Ｎと呼ぶ。Ｎ−１個の分散演算部１２０を、それぞれ
、第１分散演算部１２０−１から第Ｎ−１分散演算部１２０−Ｎ−１と呼ぶ。ＤＳＰ１００は、仮に、第ｋチャネルの送信器におけるＤＳＰであるとする。

振幅調整部１１２は、それぞれ、伝送路上の光増幅器に対応し、光増幅器による増幅をシミュレートする。スパン数がＮである光伝送路には、Ｎ個の光増幅器が存在する。送信器側の光増幅器から、第１光増幅器、第２光増幅器、・・・、第Ｎ光増幅器とすると、第ｓ振幅調整部１１２−ｓは、第ｓ光増幅器に対応する（ｓは、１からＮまでの任意の整数）。第ｓ振幅調整部１１２−ｓは、入力される信号の振幅を第ｓ光増幅器の光出力パワーに対応させて調整する。送信器１０００は、各光増幅器の光出力パワーの設定値をあらかじめ取得している。例えば、第１振幅調整部１１２−１は、送信対象のデータ（ｕ_x,ｕ_y
）^Tの振幅を第１光増幅器の光出力に対応させて調整する。送信器の第ｓ振幅調整部１１
２−ｓから出力される信号は、（ｕ_k,s,x，ｕ_k,s,y）^Tとなる。

図７は、第s振幅調整部の例を示す図である。図７の第s振幅調整部１１２−sは、乗算
部２１２０−sを含む。乗算部２１２０−１には、送信対象のデータ（ｕ_k,0,x,ｕ_k,0,y）^Tが入力される。乗算部２１２０−１には、さらに、振幅調整係数Ｋ₁が入力される。乗算部２１２０−１は、送信対象のデータ（ｕ_k,0,x,ｕ_k,0,y）^Tと振幅調整係数Ｋ₁とを乗算
し、第１演算部１１４−１に出力する。乗算部２１２０−s（ｓ＞１）には、第ｓ−１分
散演算部１２０−（ｓ−１）の出力及び振幅調整係数Ｋ_sが入力される。乗算部２１２０
−sは、第ｓ−１分散演算部１２０−（ｓ−１）の出力及び振幅調整係数Ｋ_sを乗算して、第ｓ演算部１１４−ｓに出力する。

演算部１１４は、上記のｐ_k,n,yx/xy及びｑ_k,n,x/yを算出する。演算部１１４は、振幅調整部１１２から出力される信号に基づいて、ｐ_k,n,yx/xy及びｑ_k,n,x/yを算出する。

図８は、第ｎ演算部の例を示す図である。ここでは、第ｍチャネルの第ｎ演算部１１４−ｎに信号が入力される例について説明する。図８の第ｎ演算部１１４−ｎは、共役計算機２１４１−１〜４、乗算器２１４２−１〜６、絶対値計算機２１４３−１〜４、加算器２１４４−１〜２を含む。第ｎ演算部１１４−ｎでは、信号ｕ_m,n,x/yが入力され、信号
ｐ_m,n,yx/xy及び信号ｑ_m,n,x/yが出力される。

第ｎ演算部１１４−ｎの動作について、詳細に説明する。入力信号ｕ_m,n,xは、乗算器
２１４２−１、共役計算機２１４１−２、絶対値計算機２１４３−２、共役計算機２１４１−４に入力される。入力信号ｕ_m,n,yは、共役計算機２１４１−１、乗算器２１４２−
２、共役計算機２１４１−３、絶対値計算機２１４３−４に入力される。共役計算機２１４１−１は、入力信号ｕ_m,n,yの複素共役を算出し乗算器２１４２−１に出力する。共役
計算機２１４１−２は、入力信号ｕ_m,n,xの複素共役を算出し乗算器２１４２−２に出力
する。共役計算機２１４１−３は、入力信号ｕ_m,n,yの複素共役を算出し絶対値計算機２
１４３−１に出力する。共役計算機２１４１−４は、入力信号ｕ_m,n,xの複素共役を算出
し絶対値計算機２１４３−２に出力する。乗算器２１４２−１は、入力信号ｕ_m,n,xに共
役計算機２１４１−１の出力を乗算し、乗算器２１４２−３に出力する。乗算器２１４２−２は、入力信号ｕ_m,n,yに共役計算機２１４１−２の出力を乗算し、乗算器２１４２−
４に出力する。絶対値計算機２１４３−１は、共役計算機２１４１−３の出力の絶対値を算出し、加算器２１４４−１に出力する。絶対値計算機２１４３−２は、入力信号ｕ_m,n,xの絶対値を算出し、乗算器２１４２−５に出力する。絶対値計算機２１４３−３は、共
役計算機２１４１−４の出力の絶対値を算出し、加算器２１４４−２に出力する。絶対値計算機２１４３−４は、入力信号ｕ_m,n,yの絶対値を算出し、乗算器２１４２−6に出力する。乗算器２１４２−３は、乗算器２１４２−１の出力に虚数単位ｊを乗算し、出力信号ｐ_m,n,yxとして出力する。乗算器２１４２−４は、乗算器２１４２−２の出力に虚数単位ｊを乗算し、出力信号ｐ_m,n,xyとして出力する。乗算器２１４２−５は、絶対値計算機２
１４３−２の出力に「２」を乗算し、加算器２１４４−１に出力する。乗算器２１４２−６は、絶対値計算機２１４３−４の出力に「２」を乗算し、加算器２１４４−２に出力する。加算器２１４４−１は、絶対値計算機２１４３−１の出力に乗算器２１４２−５の出力を加算し、出力信号ｑ_m,n,xとして出力する。加算器２１４４−２は、絶対値計算機２
１４３−３の出力に乗算器２１４２−６の出力を加算し、出力信号ｑ_m,n,yとして出力す
る。

フィルタ部１１６は、上記のＨ_k,n（ω）（またはｈ_k,n（ｔ））を算出する。Ｈ_k,n（
ω）等の算出には、スパンの群速度、スパンの減衰定数、スパンの非線形パラメータ、スパン長等が使用されるが、これらのデータはあらかじめ各送信器に格納されている。フィルタ部１１６は、格納されているデータを使用する。また、フィルタ部１１６は、演算部１１４の出力に、周波数伝達関数Ｈ_k,n（ω）を乗算する。この乗算は、Ｈ_k,n（ω）によって周波数空間で行われても、ｈ_k,n（ｔ）によって時間空間で行われてもよい。

ダウンサンプル部１１８は、フィルタ部１１６の出力をダウンサンプリングする。フィルタ部１１６によって高周波成分がカットされるため、ダウンサンプル部１１８による信号の品質の劣化は小さい。サンプリングレートは、例えば、周波数伝達関数のカットオフ周波数の２倍以上であればよい。

分散演算部１２０は、それぞれ、光伝送路の１つのスパンに対応し、光伝送路の１つのスパンの波長分散をシミュレートする。分散演算部１２０は、振幅調整部１１２の出力に対して、所定の関数を作用させる。

第ｎスパンでの波長分散（chromatic dispersion）の伝達関数Ｈ_CD,n（ω）は、次の式で表される。

ｄ_a,nは、第ｎスパンでの累積分散である。β_2,n（ｚ）は、群速度分散の係数であり、伝搬定数β_nの周波数での２回微分である。分散パラメータβ_2,n（ｚ）は、分散値Ｄ_nを
用いて、次のように表される。なお、分散値Ｄ_nは、伝送路のパラメータとして既知の値
である。

例えば、第ｓ分散演算部１２０−ｓには、第ｓ振幅調整部１１２−ｓから信号（ｕ_k,s,x，ｕ_k,s,y）^Tが入力され、上記の伝達関数により、第ｓスパンを通過した信号のシミュ
レート結果が得られる。ここで、ｃは高速であり、λは信号光の波長である。

図９は、第ｎ分散演算部の例を示す図である。図９の第ｎ分散演算部１２０−ｎは、第
ｎ分散演算回路２２００−ｎを含む。第ｎ分散演算回路２２００−ｎは、入力される信号に対し、上記の伝達関数Ｈ_CD,n（ω）による演算を行い、出力する。ここで、各スパンで分散パラメータβ₂がスパンによらず一定である場合、伝達関数Ｈ_CD,n（ω）は次のよう
に表される。ここで、ω₀は、信号の中心周波数である。Ｌｎは、第ｎスパンの長さであ
る。

加算部１２２は、各ダウンサンプル部１１８の出力を、加算する。加算部１２２は、加算した結果を、第ｋチャネルの波形情報として、他の送信器に出力する。第ｋチャネルの波形情報は、上記のｗ_k,xy/yx及びφ_k,x/yである。他の送信器に波形情報を出力する際の通信ビットレートは、ダウンサンプル部１１８におけるサンプリングレートと同じでよい。ダウンサンプル部１１８におけるサンプリングレートは、送信信号の通信ビットレートよりも十分低い。各ダウンサンプル部１１８の出力と加算部１２２との間に遅延調整のバッファ回路が入った構成も可とする。

加算部１２２が出力する第kチャネルの波形情報ｗ_k,xy/yx及びφ_k,x/yは、各ダウンサ
ンプル部１１８の出力ｐ_k,n,yx/xy及びｑ_k,n,x/yを用いて、次のように表される。第kチ
ャネルの波形情報ｗ_k,xy/yx及びφ_k,x/yは、他のチャネルの歪補償演算部に対して出力される。

歪補償演算部１３２は、他チャネルの送信器から受信した、波形情報に基づいて、第ｋチャネルの行列Ｗを計算する。第ｋチャネルの行列Ｗは、第ｋチャネルの信号が伝送路上のＸＰＭによって受ける影響を表す。歪補償演算部１３２は、第ｋチャネルの行列Ｗの逆行列Ｗ^-1を送信対象のデータ（ｕ_k,0,x,ｕ_k,0,y）^Tに乗算する。歪補償演算部１３２は、計算結果をＤＡＣに出力する。

図１０は、歪補償演算部の例を示す図である。図１０の歪補償演算部１３２は、パラメータ算出回路２３２１、行列演算回路２３２２、歪補償回路２３２３を含む。

図１１は、パラメータ算出回路の例を示す図である。パラメータ算出回路２３２１は、他チャネル（自チャネルは第ｋチャネル）から入力される波形情報w_m,xy、w_m,yx、φ_m,x
、φ_m,y（ｍ＝１、・・・、Ｍ、ｍ＝ｋを除く）について、次式のようにそれぞれの和を
算出する。算出結果は、行列演算回路２３２２に出力される。

図１２は、行列演算回路の例を示す図である。図１２の行列演算回路２３２２は、偏波クロストーク算出機２３２２−１１〜１２、位相雑音算出機２３２２−２１〜２２、加算器２３２２−３１〜３３、乗算器２３２２−４１〜５６を含む。行列演算回路２３２２では、w_xy/yx、φ_x/yが入力され、w'₁₁、w'₁₂、w'₂₁、w'₂₂が出力される。

行列演算回路２３２２の動作について、詳細に説明する。入力信号w_xyは、偏波クロス
トーク算出機２３２２−１１、乗算器２３２２−４６、乗算器２３２２−４９に入力される。入力信号w_yxは、偏波クロストーク算出機２３２２−１２、乗算器２３２２−４６、
乗算器２３２２−５０に入力される。入力信号φ_xは、加算器２３２２−３１、加算器２
３２２−３２に入力される。入力信号φ_yは、加算器２３２２−３１、加算器２３２２−
３２に入力される。偏波クロストーク算出機２３２２−１１は、（１−｜w_xy｜²）^1/2を
算出し、乗算器２３２２−４４に出力する。偏波クロストーク算出機２３２２−１２は、（１−｜w_yx｜²）^1/2を算出し、乗算器２３２２−４３に出力する。加算器２１２２−３
１は、φ_x−φ_yを算出し、乗算器２３２２−４１に出力する。乗算器２３２２−４１は、加算器２１２２−３１の出力に、「１／２」を乗算し、位相雑音算出機２３２２−２１及び位相雑音算出機２３２２−２２に出力する。加算器２１２２−３２は、φ_x＋φ_yを算出し、乗算器２３２２−４２に出力する。乗算器２３２２−４２は、加算器２１２２−３２の出力に、「１／２」を乗算し、位相雑音算出機２３２２−２３に出力する。位相雑音算出機２３２２−２１は、乗算器２３２２−４１の出力ｘから、ｅｘｐ（ｊｘ）を算出し、乗算器２３２２−４３に出力する。位相雑音算出機２３２２−２２は、乗算器２３２２−４１の出力ｘから、ｅｘｐ（−ｊｘ）を算出し、乗算器２３２２−４４に出力する。乗算器２３２２は、偏波クロストーク算出機２３２２−１２の出力と位相雑音算出機２３２２−２１の出力とを乗算し、乗算器２３２２−４５及び乗算器２３２２−４８に出力する。乗算器２３２２−４４は、偏波クロストーク算出機２３２２−１１の出力と位相雑音算出機２３２２−２２の出力とを乗算し、乗算器２３２２−４５及び乗算器２３２２−４７に出力する。乗算器２３２２−４５は、乗算器２３２２−４４の出力及び乗算器２３２２−４３の出力を乗算し、加算器２３２２−３３に出力する。乗算器２３２２−４６は、入力信号w_xy及び入力信号w_yxを乗算し、加算器２３２２−３３に出力する。加算器２３２２−３３は、乗算機２３２２−４５の出力と乗算機２３２２−４６の出力との差分を算出し、乗算器２３２２−４７〜５０に出力する。乗算器２３２２−４７は、乗算器２３２２−４４の出力と加算器２３２２−３３の出力とを乗算し、乗算器２３２２−５１に出力する。乗算器２３２２−４８は、乗算器２３２２−４３の出力と加算器２３２２−３３の出力と
を乗算し、乗算器２３２２−５３に出力する。乗算器２３２２−４９は、入力信号w_xyと
加算器２３２２−３３の出力とを乗算し、乗算器２３２２−５２に出力する。乗算器２３２２−５０は、入力信号w_yxと加算器２３２２−３３の出力とを乗算し、乗算器２３２２
−５４に出力する。位相雑音算出機２３２２−２３は、乗算器２３２２−４２の出力ｘから、ｅｘｐ（−ｊｘ）を算出し、乗算器２３２２−５１〜５４に出力する。乗算器２３２２−５１は、乗算器２３２２−４７の出力と位相雑音算出機２３２２−２３の出力とを乗算し、出力信号w'₂₂として出力する。乗算器２３２２−５２は、乗算器２３２２−４９の出力と位相雑音算出機２３２２−２３の出力とを乗算し、出力信号w'₂₁として出力する。乗算器２３２２−５３、乗算器２３２２−４８の出力と位相雑音算出機２３２２−２３の出力とを乗算し、出力信号w'₁₁として出力する。乗算器２３２２−５４は、乗算器２３２２−５０の出力と位相雑音算出機２３２２−２３の出力とを乗算し、出力信号w'₁₂として出力する。

行列演算回路２３２２の出力は、次のように、上記のジョーンズ行列モデルによる行列Ｗの逆行列Ｗ^-1に対応する。

図１３は、歪補償回路の例を示す図である。歪補償回路２３２３は、アップサンプル部２３２３−１１〜１４、乗算器２３２３−２１〜２４、加算器２３２３−３１〜３２を含む。歪補償回路２３２３は、行列演算回路２３２２の出力と、信号u_i,0,x及び信号u_i,0,xとから、ＤＡＣへの出力信号を生成する。歪補償回路２３２３は、行列Ｗの逆行列Ｗ^-1に、送信信号を乗算して、予等化処理後の信号を生成する。

アップサンプル部２３２３−１１〜１４は、それぞれ、行列演算回路２３２２の出力をアップサンプリングする。アップサンプル部２３２３−１１〜１４は、それぞれ、行列演算回路２３２２の出力のサンプルレートを、信号u_i,0,x及び信号u_i,0,xのサンプルレート同じサンプルレートにする。アップサンプル部２３２３−１１には、信号w'₂₂が入力される。アップサンプル部２３２３−１２には、信号w'₂₁が入力される。アップサンプル部２３２３−１３には、信号w'₁₂が入力される。アップサンプル部２３２３−１４には、信号w'₁₁が入力される。アップサンプル部２３２３−１１〜１４の出力は、それぞれ、乗算器２３２３−２１〜２４に入力される。アップサンプル部２３２３−１１〜１４は、例えば、フリップフロップ回路によって実現される。

乗算器２３２３−２１は、信号u_k,0,yとアップサンプル部２３２３−１１の出力とを乗算し、加算器２３２３−３２に出力する。乗算器２３２３−２２は、信号u_k,0,xとアップサンプル部２３２３−１２の出力とを乗算し、加算器２３２３−３２に出力する。乗算器２３２３−２３は、信号u_k,0,yとアップサンプル部２３２３−１３の出力とを乗算し、加算器２３２３−３１に出力する。乗算器２３２３−２４は、信号u_k,0,xとアップサンプル部２３２３−１４の出力とを乗算し、加算器２３２３−３１に出力する。

加算器２３２３−３１は、乗算器２３２３−２３の出力と乗算器２３２３−２４の出力とを加算し、信号u_k,xをＤＡＣに出力する。加算器２３２３−３２は、乗算器２３２３−２１の出力と乗算器２３２３−２２の出力とを加算し、信号u_k,yをＤＡＣに出力する。デ
ジタル信号（u_k,x、u_k,y）は、予等化処理後の第ｋチャネルの送信信号である。

歪補償演算部１３２の入力側に演算遅延の調節を行うバッファ回路が入る構成も可とする。歪補償演算部１３２の入力側または出力側にＸＰＭ以外の補償を行う信号処理やフィルタが入った構成も可とする。

ＤＳＰ１００では、分散演算部１２０及び振幅調整部１１２における処理が、データがダウンサンプル部１１８に入力される前に行われるため、信号の劣化が抑制される。ダウンサンプル部１１８によって信号がダウンサンプリングされるため、他の送信器に送信される波形情報は、送信信号よりも低いビットレートで送信される。

振幅調整部１１２、演算部１１４、フィルタ部１１６、ダウンサンプル部１１８、分散演算部１２０、加算部１２２は、第１算出部として動作する。歪補償演算部１３２は、第２算出部として動作する。

〈ＤＳＰの例２〉
図５は、送信器に含まれるＤＳＰの例２を示す図である。図５のＤＳＰを、ここでは、ＤＳＰ２００とする。ＤＳＰ２００は、Ｎ個の振幅調整部２１２、Ｎ個の演算部２１４、Ｎ個のダウンサンプル部２１８、Ｎ−１個の分散演算部２２０、加算部２２２、歪補償演算部２３２を含む。ここでは、Ｎ個の振幅調整部２１２を、それぞれ、第１振幅調整部２１２−１から第Ｎ振幅調整部２１２−Ｎと呼ぶ。Ｎ個の演算部２１４を、それぞれ、第１演算部２１４−１から第Ｎ演算部２１４−Ｎと呼ぶ。Ｎ個のダウンサンプル部２１８を、それぞれ、第１ダウンサンプル部２１８−１から第Ｎダウンサンプル部２１８−Ｎと呼ぶ。Ｎ−１個の分散演算部２２０を、それぞれ、第１分散演算部２２０−１から第Ｎ−１分散演算部２２０−Ｎ−１と呼ぶ。ＤＳＰ２００は、仮に、第ｋチャネルの送信器におけるＤＳＰであるとする。

振幅調整部２１２は、それぞれ、伝送路上の光増幅器に対応し、光増幅器をシミュレートする。振幅調整部２１２は、ＤＳＰ１００の振幅調整部１１２と同様である。

ダウンサンプル部２１８は、振幅調整部２１２の出力をダウンサンプリングする。演算部２１４において、周波数伝達関数が作用されることにより高周波成分がカットされるため、あらかじめダウンサンプリングしたとしても信号品質への影響は小さい。

演算部２１４は、上記のｐ_k,n,x/y及びｑ_k,n,x/yを算出する。演算部２１４は、ダウンサンプル部２１８から出力される信号に基づいて、ｐ_k,n,x/y及びｑ_k,n,x/yを算出する。演算部２１４は、さらに、上記のＨ_k,n（ω）（またはｈ_k,n（ｔ））を算出する。Ｈ_k,n
（ω）等の算出には、スパンの群速度、スパンの減衰定数、スパンの非線形パラメータ、スパン長等が使用されるが、これらのデータはあらかじめ各送信器に格納されている。演算部２１４は、格納されているデータを使用する。また、演算部２１４は、ｐ_k,n,x/y及
びｑ_k,n,x/yに、周波数伝達関数Ｈ_k,n（ω）をそれぞれ乗算する。この乗算は、Ｈ_k,n（
ω）によって周波数空間で行われても、ｈ_k,n（ｔ）によって時間空間で行われてもよい
。

分散演算部２２０は、それぞれ、光伝送路の１つのスパンに対応し、光伝送路の１つのスパンの波長分散をシミュレートする。分散演算部２２０は、ＤＳＰ１００の分散演算部１２０と同様である。

加算部２２２は、各演算部２１４の出力を、加算する。加算部２２２は、加算した結果を、第ｋチャネルの波形情報として、他の送信器に出力する。第ｋチャネルの波形情報は
、上記のｗ_k,n,xy/yx及びφ_k,n,x/yである。各演算部２１４の出力と加算部２２２との間に遅延調整用のバッファ回路が入った構成も可とする。

歪補償演算部２３２は、他チャネルの送信器から受信した、波形情報に基づいて、第ｋチャネルの行列Ｗを計算する。第ｋチャネルの行列Ｗは、第ｋチャネルの信号が伝送路上のＸＰＭによって受ける影響を表す。歪補償演算部２３２は、第ｋチャネルの行列Ｗの逆行列を送信対象のデータ（ｕ_x,ｕ_y）^Tに乗算する。歪補償演算部２３２は、計算結果をＤＡＣに出力する。

ＤＳＰ２００では、分散演算部２２０及び振幅調整部２１２における処理が、データがダウンサンプル部２１８に入力される前に行われるため、信号の劣化が抑制される。また、演算部２１４による処理は、データがダウンサンプル部２１８に入力された後に行われるため、演算部２１４の回路規模を小さくすることができる。ダウンサンプル部２１８によって信号がダウンサンプリングされるため、他の送信器に送信される波形情報は、送信信号よりも低いビットレートで送信される。

歪補償演算部２３２の入力側に演算遅延の調節を行うバッファ回路が入る構成も可とする。歪補償演算部２３２の入力側または出力側にＸＰＭ以外の補償を行う信号処理やフィルタが入った構成も可とする。

振幅調整部２１２、演算部２１４、ダウンサンプル部２１８、分散演算部２２０、加算部２２２は、第１算出部として動作する。歪補償演算部２３２は、第２算出部として動作する。

〈ＤＳＰの例３〉
図６は、送信器に含まれるＤＳＰの例３を示す図である。図６のＤＳＰを、ここでは、ＤＳＰ３００とする。ＤＳＰ３００は、Ｎ個の振幅調整部３１２、Ｎ個の演算部３１４、ダウンサンプル部３１８、Ｎ−１個の分散演算部３２０、加算部３２２、歪補償演算部３３２を含む。ここでは、Ｎ個の振幅調整部３１２を、それぞれ、第１振幅調整部３１２−１から第Ｎ振幅調整部３１２−Ｎと呼ぶ。Ｎ個の演算部３１４を、それぞれ、第１演算部３１４−１から第Ｎ演算部３１４−Ｎと呼ぶ。Ｎ−１個の分散演算部３２０を、それぞれ、第１分散演算部３２０−１から第Ｎ−１分散演算部３２０−Ｎ−１と呼ぶ。ＤＳＰ３００は、仮に、第ｋチャネルの送信器におけるＤＳＰであるとする。

ダウンサンプル部３１８は、送信対象のデータをダウンサンプリングする。最初にダウンサンプリングすることで、振幅調整部３１２、演算部３１４、分散演算部３２０の回路規模が小さくなる。

振幅調整部３１２は、それぞれ、伝送路上の光増幅器に対応し、光増幅器をシミュレートする。振幅調整部３１２は、ＤＳＰ１００の振幅調整部１１２と同様である。

演算部３１４は、上記のｐ_k,n,x/y及びｑ_k,n,x/yを算出する。演算部３１４は、振幅調整部３１８から出力される信号に基づいて、ｐ_k,n,x/y及びｑ_k,n,x/yを算出する。演算部３１４は、さらに、上記のＨ_k,n（ω）（またはｈ_k,n（ｔ））を算出する。Ｈ_k,n（ω）
等の算出には、スパンの群速度、スパンの減衰定数、スパンの非線形パラメータ、スパン長等が使用されるが、これらのデータはあらかじめ各送信器に格納されている。演算部３１４は、格納されているデータを使用する。また、演算部３１４は、ｐ_k,n,x/y及びｑ_k,n,x/yに、周波数伝達関数Ｈ_k,n（ω）をそれぞれ乗算する。この乗算は、Ｈ_k,n（ω）によって周波数空間で行われても、ｈ_k,n（ｔ）によって時間空間で行われてもよい。各演算
部３１４の出力と加算部３２２との間に遅延調整用のバッファ回路が入った構成も可とす
る。

分散演算部３２０は、それぞれ、光伝送路の１つのスパンに対応し、光伝送路の１つのスパンの波長分散をシミュレートする。分散演算部３２０は、ＤＳＰ１００の分散演算部１２０と同様である。

歪補償演算部３３２は、他チャネルの送信器から受信した、波形情報に基づいて、第ｋチャネルの行列Ｗを計算する。第ｋチャネルの行列Ｗは、第ｋチャネルの信号が伝送路上のＸＰＭによって受ける影響を表す。歪補償演算部３３２は、第ｋチャネルの行列Ｗの逆行列を送信対象のデータ（ｕ_x,ｕ_y）^Tに乗算する。歪補償演算部３３２は、計算結果をＤＡＣに出力する。

ＤＳＰ３００では、分散演算部３２０及び振幅調整部３１２、演算部３１４における処理が、データがダウンサンプル部３１８に入力された後に行われるため、ＤＳＰ３００の回路規模を小さくすることができる。また、ＤＳＰ３００では、ＤＳＰ１００やＤＳＰ２００と比べて、分散演算部３２０及び振幅調整部３１２等における処理の計算負荷が、小さくなる。ダウンサンプル部３１８によって信号がダウンサンプリングされるため、他の送信器に送信される波形情報は、送信信号よりも低いビットレートで送信される。

歪補償演算部３３２の入力側に演算遅延の調節を行うバッファ回路が入る構成も可とする。歪補償演算部３３２の入力側または出力側にＸＰＭ以外の補償を行う信号処理やフィルタが入った構成も可とする。

振幅調整部３１２、演算部３１４、分散演算部３２０、加算部３２２は、第１算出部として動作する。歪補償演算部３３２は、第２算出部として動作する。

〈その他〉
ＤＳＰの例１、ＤＳＰの例２、ＤＳＰの例３は、可能な限り、適宜組み合わされ得る。

ここでは、送信側の装置から受信側の装置までの間に、第１スパンから第Ｎスパンまでの光伝送路が存在する場合の例を示している。ここで、第１スパンから第Ｐ（＞Ｎ）スパンまでの光伝送路が存在するときに、上記のように、第１スパンから第Ｎスパンまでの光伝送路の情報を利用して、信号の劣化を算出してもよい。

また、ここでは、送信側の装置に、第１チャネルから第Ｍチャネルまで存在する場合の例を示している。ここで、第１チャネルから第Ｑ（＞Ｍ）チャネルまで存在するときに、上記のように、第１チャネルから第Ｍチャネルまでの情報を利用して、信号の劣化を算出してもよい。

（実施形態の作用、効果）
本実施形態の送信器１０００は、伝送路の情報、送信対象データ等に基づき、波形情報を算出する。送信器１０００は、波形情報の算出の際、ダウンサンプリングを行う。送信器１０００は、算出した波形情報を他の送信器に送信する。送信器１０００は、ダウンサンプリングを行うことで、波形情報を送信信号の通信ビットレートよりも低い通信ビットレートで、他の送信器に送信することができる。ＸＰＭの補償に必要な波形情報は、信号の低周波成分に含まれているため、ダウンサンプリングを行なっても、信号の品質に与える影響が小さい。

送信器１０００は、他の送信器（他チャネルの送信器）から送信された波形情報等に基づき、ＸＰＭによる波形の歪を表す行列Ｗを算出する。送信器１０００は、行列Ｗの逆行
列を送信信号に作用させることにより、ＸＰＭの予等化を行う。

送信器１０００は、光伝送路上の複数のスパンの影響を考慮して、ＸＰＭによる波形のひずみを表す行列Ｗを算出する。また、送信器１０００は、行列Ｗにより、偏波多重信号の偏波クロストークの影響を考慮して、ＸＰＭの予等化を行うことができる。

１００ ＤＳＰ
１１２ 振幅調整部
１１２−ｎ 第ｎ振幅調整部
１１４ 演算部
１１４−ｎ 第ｎ演算部
１１６ フィルタ部
１１６−ｎ 第ｎフィルタ部
１１８ ダウンサンプル部
１１８−ｎ 第ｎダウンサンプル部
１２０ 分散演算部
１２０−ｎ 第ｎ分散演算部
１２２ 加算部
１３２ 歪補償演算部
２００ ＤＳＰ
２１２ 振幅調整部
２１２−ｎ 第ｎ振幅調整部
２１４ 演算部
２１４−ｎ 第ｎ演算部
２１８ ダウンサンプル部
２１８−ｎ 第ｎダウンサンプル部
２２０ 分散演算部
２２０−ｎ 第ｎ分散演算部
２２２ 加算部
２３２ 歪補償演算部
３００ ＤＳＰ
３１２ 振幅調整部
３１２−ｎ 第ｎ振幅調整部
３１４ 演算部
３１４−ｎ 第ｎ演算部
３１８ ダウンサンプル部
３２０ 分散演算部
３２０−ｎ 第ｎ分散演算部
３２２ 加算部
３３２ 歪補償演算部
１０００ 送信器（Ｔｘ）
１１００ ＤＳＰ
１２００ ＤＡＣ
１３００ ＬＤ
１４００ 変調器

Claims (2)

1. 少なくとも２つの波長チャネルを有する波長分割多重光信号を送信する光信号送信装置であって、
   偏波多重光信号を送信する光信号送信器と、
   各チャネルの前記光信号送信器は複数のスパンを含む光伝送路の情報及び偏波多重信号である送信信号に基づいて前記光信号送信器の波形情報を算出し、前記光信号送信器の波形情報を他チャネルの光信号送信器に送信する第１算出部と、
   前記他チャネルの光信号送信器の波形情報を受信し、前記他チャネルの光信号送信器の波形情報に基づいて前記送信信号の前記光伝送路におけるＸＰＭ（Cross Phase Modulation）を予等化する第２算出部と有する光信号送信装置。
2. 前記光信号送信器の波形情報を前記第１算出部が前記他チャネルの光信号送信器に送信する際の通信ビットレートは、前記送信信号の通信ビットレートよりも低いことを特徴とする請求項１に記載の光信号送信装置。

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