JP6319309B2 - 光受信装置、光伝送システム、光受信方法および光伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、光受信装置、光伝送システム、光受信方法および光伝送方法に関し、特に、位相変調信号をコヒーレント検波する光受信装置、光伝送システム、光受信方法および光伝送方法に関する。

インターネット上を流れるデータトラフィックは近年、増加の一途を辿っている。これを収容すべく、光ファイバ伝送に対しても大容量化の強い要請がある。

大容量化を実現するための一つの手段は、各種の物理的自由度を活用した多重化技術である。光伝送ではこれまでに、時間多重、波長多重、偏波多重といった技術によって大容量化が実現されてきた。ファイバ中の非線形効果等によって予期されているシングルモード光ファイバの容量限界を背景に、最近では、空間の自由度を利用して信号を多重化する空間多重伝送技術が検討されている。空間多重伝送するための伝送路の一つとして、１本のクラッド中に複数のコアが配置されたマルチコアファイバが挙げられている。マルチコアファイバを利用して空間多重を行うことにより、光ファイバ１本当たりの伝送容量が増大される。

大容量化を実現するための他の手段は、多値変調による波長多重伝送時の周波数利用効率の増大である。高次のＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の周波数利用効率の高い変調方式を採用することにより、１つのコア当たりの伝送容量が増大される。

このように、マルチコアファイバを用いることによる空間多重伝送と、コア当たりの伝送容量を拡大する多値変調技術と、により総伝送容量の増大化が図られている。マルチコアファイバを用いた多値変調方式の光伝送システムは、例えば、特許文献１に開示されている。

ここで、周波数利用効率の高い高次の多値変調方式においては、平均強度を一定として比較した場合の信号点間の距離が低次の多値変調方式よりも小さいため、信号品質の各種の劣化要因に対する耐性は低下する。光ファイバ中での自己位相変調（Self-Phase Modulation）や波長多重した信号間の相互位相変調（Cross-Phase Modulation）を始めとした非線形劣化の影響により、伝送する光信号の平均強度をある程度以上に上げても、信号品質の改善効果が得られない。従って、高次の多値変調方式を採用する場合は特に、各種の劣化要因に対して信号品質の低下を防ぐ技術が重要である。

高次の多値変調方式の光伝送システムにおいて、受信した位相変調信号を局発光と合波することによってコヒーレント検波する技術がある。この際、光信号のキャリア周波数と局発光の周波数との差や、それらの位相変動を補償するため、デジタル信号処理技術によるキャリア位相推定／補償が一般的に行われる。例えば、非特許文献１には、仮判定を用いた位相同期ループの例が記載されている。また、非特許文献２には、Ｍ相ＰＳＫ（phase shift keying）信号受信時に、受信信号をＭ乗することにより送信データに起因する成分を取り除いて位相誤差を推定する方法が記載されている。さらに、特許文献２には、時間的に連続するブロックごとに平均位相誤差を推定し、推定した平均位相誤差に基づいてブロックごとの位相を補償する技術が開示されている。

ここで、高次の多値変調方式の光伝送システムにおいて一般的に用いられるＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）およびＱＡＭ等は、４回対称な信号点配置を有する。すなわち、９０度の整数倍の位相回転を信号点配置に施しても元とちょうど重なってしまい、キャリア位相推定によって推定される位相は９０度の整数倍の不確定性を持つ。この不確定な位相オフセットが時間的に変動しない場合は、予め送受信端で共有したトレーニングパターン等を利用することによって不確定な位相オフセットを解消することができる。

しかしながら、データ受信時においてキャリア位相推定によって推定される位相が各種の雑音により９０度の整数倍の不確定性を伴って遷移し、不確定な位相オフセット自体が時間的に変動する場合がある。この現象はサイクルスリップと呼ばれる。サイクルスリップが生じた場合、送信側と受信側で共有していたビットデータと位相のマッピングの関係が崩れるため、バースト的にビット誤りが生じる。高次の多値変調方式では隣接する信号間の位相差が小さいため、キャリア位相推定に誤りが生じる可能性が高まり、サイクルスリップの発生頻度はより大きくなると考えられる。

特許文献３には、サイクルスリップによる影響を低減する技術として、予め信号の所定の位置に既知の符号を埋め込んでおき、受信時にこの既知符号を目印として位相の補償を行うことが提案されている。さらに、サイクルスリップによる影響を低減する別の技術として、差動符号を用いて２つの連続したシンボル間の位相差に符号化を行う技術がある。この場合、サイクルスリップが生じても１シンボルのみの誤りとなり、バースト的なビット誤りを防ぐことができる。

特開２０１３−５０６５号公報 特開２０１２−１７００６１号公報 特表２０１２−５１０７６２号公報

M. G. Taylor, "Phase Estimation Methods for Optical Coherent Detection Using Digital Signal Processing," J. of Lightwave Technology Vol. 27, No.7 ｐｐ. 901-914 (2009). A. J. Viterbi and A. M. Viterbi, "Nonlinear Estimation of PSK-Modulated Carrier Phase with Application to Burst Digital Transmission," IEEE Transaction on Information Theory Vol. IT-29, No.4, pp. 543-551 (1983).

しかしながら、サイクルスリップによる影響を低減するために予め信号の所定の位置に既知の符号を埋め込む場合、受信装置および送信装置側の両方の処理が複雑になる。また、差動符号を用いる場合、１シンボルの誤りがその次のシンボルにも影響を及ぼすため、シンボル誤り率は差動符号化を行わない場合のおおよそ２倍となる。すなわち、バースト的なビット誤り率が低下する代わりにシンボル誤り率が上昇する。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高次の多値変調方式の光伝送システムにおいて、既知の符号の埋め込みを必要としない単純な処理によって、シンボル誤り率が上昇することなくサイクルスリップによる影響を低減できる、光受信装置、光伝送システム、光受信方法および光伝送方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る光受信装置は、第１の光源から出力された複数の出力光を対応するデータによりそれぞれ変調することによって生成された複数の位相変調信号を受信し、第２の光源から出力された局発光によりそれぞれコヒーレント検波して複数の検波信号として出力するコヒーレント検波手段と、複数の検波信号のキャリア成分の位相を入力された位相補償量に基づいて補償し、複数の位相補償信号として出力する位相補償手段と、複数の位相補償信号の位相誤差を検出し、検出した複数の位相誤差とそれらの中央値とに基づいて位相補償量を生成して出力する位相制御手段と、複数の位相補償信号を受信信号として処理する信号処理手段と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る光伝送システムは、第１の光源からの出力光を複数のデータによりそれぞれ変調することによって複数の位相変調信号を生成して出力する光送信装置、および、生成された複数の位相変調信号を受信し、受信信号として処理する上記の光受信装置を備え、光送信装置から出力された複数の位相変調信号は、略同一の光路長の複数の伝送路を介して光受信装置に伝送される。

上記目的を達成するために本発明に係る光受信方法は、第１の光源から出力された出力光を複数のデータによりそれぞれ変調することによって生成された複数の位相変調信号を受信し、第２の光源から出力された局発光によりそれぞれコヒーレント検波して複数の検波信号として出力し、複数の検波信号のキャリア成分の位相を入力された位相補償量に基づいて補償して複数の位相補償信号として出力し、複数の位相補償信号の位相誤差を検出し、検出した複数の位相誤差とそれらの中央値とに基づいて位相補償量を生成して出力し、複数の位相補償信号を受信信号として処理する。

上記目的を達成するために本発明に係る光伝送方法は、第１の光源から出力された出力光を複数のデータによりそれぞれ変調することによって複数の位相変調信号を生成して出力し、出力された複数の位相変調信号を受信し、上記の光受信方法によって受信信号として処理する光伝送方法である。ここで、出力された複数の位相変調信号は、略同一の光路長の複数の伝送路を伝送して受信される。

上述した本発明の態様によれば、高次の多値変調方式の光伝送システムにおいて、既知の符号の埋め込みを必要としない単純な処理によって、シンボル誤り率が上昇することなくサイクルスリップによる影響を低減できる。

第１の実施形態に係る光伝送システム１０のシステム構成図である。 第１の実施形態に係る光受信装置４０のブロック構成図である。 第２の実施形態に係る光伝送システム１００のシステム構成図ある。 第２の実施形態に係る光送信装置２００のブロック構成図である。 第２の実施形態に係るマルチコアファイバの断面図である。 第２の実施形態に係る光受信装置６００のブロック構成図である。 第２の実施形態に係るキャリア位相推定部６７１の動作手順を示す図である。 第２の実施形態に係る補償量調整部６８０の動作手順を示す図である。 第２の実施形態に係る補償量調整部６８０の詳細動作手順を示す図である。 第２の実施形態の変形例に係る補償量調整部６８０Ｂの動作手順を示す図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る光伝送システムのシステム構成図を図１Ａに示す。図１Ａに示すように、本実施形態に係る光伝送システム１０は、光送信装置２０、伝送路３０および光受信装置４０から成る。

光送信装置２０は、第１の光源２１からの出力光をｎ（ｎは３以上の整数）分岐してｎのデータによりそれぞれ変調することにより、ｎの位相変調信号を生成して伝送路３０へ出力する。

伝送路３０は、光送信装置２０から入力されたｎの位相変調信号を光受信装置４０まで伝送する。本実施形態において、伝送路３０は、位相変調信号と同数以上のコアがクラッド内に並列配置された１本のマルチコアファイバによって構成されている。なお、伝送路３０は１本のマルチコアファイバに限定されず、複数本のマルチコアファイバによって構成することもでき、さらに、複数本のシングルモードファイバを含んで構成することもできる。

光受信装置４０は、伝送路３０によって伝播された光送信装置２０から出力されたｎの位相変調信号を受信して処理する。光受信装置４０のブロック構成図を図１Ｂに示す。図１Ｂに示すように、本実施形態に係る光受信装置４０は、コヒーレント検波手段５０、位相補償手段６０、位相制御手段７０および信号処理手段８０を備える。

コヒーレント検波手段５０は、第２の光源５１を備える。コヒーレント検波手段５０は、第２の光源５１から出力された局発光を用いて、伝送路３０から伝播されたｎの位相変調信号をそれぞれコヒーレント検波し、ｎの検波信号として位相補償手段６０へ出力する。

位相補償手段６０は、コヒーレント検波手段５０から入力されたｎの検波信号のキャリア成分の位相を、位相制御手段７０から入力された位相補償量に基づいて補償し、ｎの位相補償信号を位相制御手段７０および信号処理手段８０へ出力する。

位相制御手段７０は、位相補償手段６０から入力されたｎの位相補償信号から、それぞれの位相補償信号に対する位相誤差を検出し、検出したｎの位相誤差の中央値を取得する。そして、位相制御手段７０は、検出したｎの位相誤差と取得した中央値とに基づいて位相補償量を生成し、生成したｎの位相補償量を位相補償手段６０へ出力する。本実施形態において、位相制御手段７０は、検出したｎの位相誤差それぞれに対し、取得した中央値との差分を演算し、演算した差分が閾値よりも小さい場合は検出した位相誤差を位相補償量として出力し、演算した差分が閾値よりも大きい場合は中央値を位相補償量として出力する。

例えば、ｎのうちある位相補償信号においてのみサイクルスリップが発生している場合、それから検出される位相誤差は他の位相補償信号から検出される位相誤差と大きく異なる。一方、他の位相補償信号から検出される位相誤差はほぼ同じ値となる。従って、位相誤差がそれらの中央値から大きく異なっている場合はサイクルスリップが発生していると考えられる。その場合、検出した位相誤差の代わりに中央値を位相補償量として出力することにより、サイクルスリップの発生による影響を低減することができる。

信号処理手段８０は、位相補償手段６０から入力されたｎの位相補償信号を受信信号として処理する。

以上のように、本実施形態に係る光伝送システム１０において、光受信装置４０は、受信した位相変調信号から位相誤差を検出し、検出した位相誤差とそれらの中央値とを比較することによってサイクルスリップの発生を検出する。そして、サイクルスリップの発生を検出した場合は検出した位相誤差の代わりにそれらの中央値を用いて位相変調信号の位相を補償することにより、サイクルスリップの発生による影響を低減することができる。

以上のように、本実施形態に係る光伝送システム１０は、伝送路３０としてマルチコアファイバを利用することにより、伝送路に送信側と受信側の２地点間で経路長に同一性を持った複数の経路を配置し、検出される位相誤差が複数の受信信号でほぼ同じ値になるように設計した。そして、検出される位相誤差の中央値を基準として位相補償することにより、シンボル誤り率が上昇することなく伝送路中の位相雑音の作用によって起こるサイクルスリップによる影響を低減した。このように構成された光伝送システム１０は、誤り訂正符号による訂正限界のビット誤り率に対するその他の雑音の影響の許容範囲が増大し、より長距離の伝送が可能となる。

従って、本実施形態に係る光伝送システム１０および光受信装置４０は、高次の多値変調方式の光伝送システムにおいて、シンボル誤り率が上昇することなく単純な処理によってサイクルスリップの発生頻度を低減できる。

なお、光受信装置４０の位相補償手段６０の前段に伝播時間の差を解消する遅延調整手段を配置することにより、伝送路３０の伝播に要する伝播時間がｎの位相変調信号ごとに異なる場合にも適用可能となる。図１Ｂに、遅延調整手段を点線で示した。図１Ｂにおいては、遅延調整手段９０をコヒーレント検波手段５０の前段に配置したが、遅延調整手段９０をコヒーレント検波手段５０と位相補償手段６０との間に配置することもできる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る光伝送システムは、少なくとも２つのコアが配置されたマルチコアファイバを伝送路として用い、この２つのコアを使用して高次の多値変調方式の光伝送を行う。なお、より多くのコアが配置されたマルチコアファイバを使用して高次の多値変調方式の光伝送を行うこともできる。また、波長ごとに同様のシステムを構築し、それぞれのコアに送出する光信号を波長多重した後に各コアに結合し、伝送後の各コアの光信号を波長分離して各光受信装置に入力することによって波長多重を行うこともできる。

本実施形態に係る光伝送システムのシステム構成図を図２に示す。図２において、光伝送システム１００は、光送信装置２００、ファンイン３００、マルチコアファイバ伝送路４００、ファンアウト５００および光受信装置６００によって構成される。

光送信装置２００は、各種情報を含む変調光を生成して出力する。光送信装置２００から出力された変調光は、ファンイン３００、マルチコアファイバ伝送路４００およびファンアウト５００を介して光受信装置６００に入力される。本実施形態に係る光送信装置２００のブロック構成図を図３に示す。図３において、光送信装置２００は、光源２１０および光変調器２２１、２２２を備える。

光源２１０は、変調光の元となる単一光を生成して出力する。光源２１０から出力された単一光は２分岐されて光変調器２２１、２２２へそれぞれ入力される。

光変調器２２１には、光源２１０から一方の単一光が、外部から各種情報を表すデータ信号が、入力される。光変調器２２１は、光源２１０から入力された一方の単一光を外部から入力されたデータ信号に基づいて変調し、変調光をファンイン３００を介してコア４２０へ出力する。

光変調器２２２には、光源２１０から他方の単一光が、外部から各種情報を表すデータ信号が、入力される。光変調器２２２は、光源２１０から入力された他方の単一光を外部から入力されたデータ信号に基づいて変調し、変調光をファンイン３００を介してコア４３０へ出力する。本実施形態においては、光変調器２２１、２２２は変調光として、偏波多重ＱＰＳＫ信号を生成する。

ファンイン３００は、光送信装置２００から入力された変調光を、マルチコアファイバ伝送路４００を構成するマルチコアファイバのコア４２０およびコア４３０へそれぞれ結合させる。

マルチコアファイバ伝送路４００は、クラッド４１０内に少なくとも２つのコア４２０、４３０が配置されたマルチコアファイバによって構成される。マルチコアファイバ伝送路４００を構成するマルチコアファイバの断面図の一例を図４に示す。図４のマルチコアファイバは１本のクラッド４１０内に７つのコアが配置されている。本実施形態においては、７つのコアのうちの２つのコア４２０、４３０を用いる。マルチコアファイバ伝送路４００は、ファンイン３００によってコア４２０、コア４３０に結合された変調光をファンアウト５００まで伝播する。なお、ファイバ伝播に伴う光学ロスを補償するために、マルチコアファイバ伝送路４００に光増幅器等を配置することもできる。

ファンアウト５００は、マルチコアファイバ伝送路４００により伝播されてきた変調光をコア４２０、４３０から分離して光受信装置６００へ出力する。

光受信装置６００は、ファンイン３００、マルチコアファイバ伝送路４００およびファンアウト５００を介して光送信装置２００から入力された変調光をデジタルコヒーレント処理し、処理結果を受信情報として出力する。本実施形態に係る光受信装置６００のブロック構成図を図５に示す。図５において、光受信装置６００は、光源６１０、光フロントエンド６２１、６２２、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ：Analog Digital Converter）６３１、６３２、波長分散補償部６４１、６４２、偏波分離部６５１、６５２、位相補償部６６１、６６２、キャリア位相推定部６７１、６７２、補償量調整部６８０およびシンボル識別部６９１、６９２を備える。

光源６１０は、局発光を生成して出力する。光源６１０から出力された局発光は２分岐されて光フロントエンド６２１、６２２へそれぞれ入力される。

光フロントエンド６２１、６２２には、マルチコアファイバ伝送路４００のコア４２０、４３０を伝播して来た光送信装置２００の光変調器２２１、２２２において生成された変調光と、光源６１０において生成された局発光と、がそれぞれ入力される。光フロントエンド６２１、６２２は、入力された変調光を局発光を用いてコヒーレント検波してＡＤＣ６３１、６３２へ出力する。本実施形態において、光フロントエンド６２１、６２２には変調光として偏波多重ＱＰＳＫ信号が入力し、コヒーレント検波することによって２つの偏波（Ｘ、Ｙ）の同相成分（Ｉ）、直交成分（Ｑ）に相当する４つの電気信号が出力される。図５では、同相成分を実部に、直交成分を虚部にとった複素数の形で信号を表し、Ｘ、Ｙ偏波に相当する２つの出力を表示した。なお、光フロントエンド６２１、６２２は、偏波多重ＱＰＳＫ信号が入力する場合、偏波多重型９０度光ハイブリッド、バランス型フォトダイオード、トランスインピーダンスアンプ等を含む。

ＡＤＣ６３１、６３２は、光フロントエンド６２１、６２２から入力された２つの偏波（Ｘ、Ｙ）の同相成分（Ｉ）、直交成分（Ｑ）に相当する４つの電気信号を量子化して波長分散補償部６４１、６４２へそれぞれ出力する。

波長分散補償部６４１、６４２および偏波分離部６５１、６５２は、量子化された信号について、一般的なコヒーレント受信時に適用される、デジタル信号処理による各種波形歪みの補償および偏波分離を行う。偏波分離部６５１、６５２は、波形歪み補償および偏波分離が施された電気信号（以下、「歪補償後の４つの信号」と記載する。）を位相補償部６６１、６６２へそれぞれ出力する。

位相補償部６６１、６６２は、偏波分離部６５１、６５２から入力された歪補償後の４つの信号をそれぞれ、補償量調整部６８０から入力された位相補償量に基づいて位相補償する。位相補償部６６１、６６２は、位相補償した信号（以下、「歪・位相補償後の４つの信号」と記載する。）を、シンボル識別部６９１、６９２およびキャリア位相推定部６７１、６７２へそれぞれ出力する。位相補償は、フィードバックで行う方法とフィードフォーワードで行う方法が知られているが、本実施形態においてはフィードバックによる方法を適用する。位相補償部６６１、６６２が位相補償を行うことにより、送信側の光源２１０から出力された単一光および受信側の光源６１０から出力された局発光の位相変動の影響が、変調信号から取り除かれる。フィードバックによる位相補償の詳細は後述する。

キャリア位相推定部６７１、６７２は、位相補償部６６１、６６２から入力された歪・位相補償後の４つの信号からそれぞれキャリア位相を推定し、推定した４つのキャリア位相（以下、推定キャリア位相と記載する。）を補償量調整部６８０へ出力する。本実施形態に係るキャリア位相推定部６７１、６７２は、仮判定型のキャリア位相推定を行う。

補償量調整部６８０は、キャリア位相推定部６７１、６７２から入力された４つの推定キャリア位相を用いて位相補償量を演算し、位相補償部６６１、６６２へ出力する。

シンボル識別部６９１、６９２は、位相補償部６６１、６６２から入力された歪・位相補償後の４つの信号についてシンボル識別を行い、識別結果を受信情報として出力する。

次に、本実施形態に係る光受信装置６００において、歪・位相補償後の４つの信号をフィードバック形式で位相補償する手順について説明する。キャリア位相推定部６７１の動作手順を図６に、補償量調整部６８０の動作手順を図７および図８に示す。なお、図６には、キャリア位相推定部６７１が、コア４２０を伝播して来た変調光のＸ偏波成分のキャリア位相を推定する手順のみを示した。

図６において、キャリア位相推定部６７１は、コア４２０を伝播して来た変調光のＸ偏波成分を２分岐し、一方の変調光に対してシンボル判定（Ｓ１０１）および複素共役（Ｓ１０２）を行う。その後、キャリア位相推定部６７１は、他方の処理を施していないＸ偏波成分と、シンボル判定および複素共役を行ったＸ偏波成分とを掛け合わせる（Ｓ１０３）。キャリア位相推定部６７１は、掛け合わせた信号の位相を検出し（Ｓ１０４）、ループフィルタによって雑音の影響を除去した後（Ｓ１０５）、検出結果を推定キャリア位相として出力する。すわなち、キャリア位相推定部６７１、６７２からは、４つの推定キャリア位相（コア４２０、４３０それぞれのＸ偏波およびＹ偏波）がそれぞれ出力される。

図７において、補償量調整部６８０には、キャリア位相推定部６７１、６７２からコア４２０のＸ、Ｙ偏波成分およびコア４３０のＸ、Ｙ偏波成分の、計４つの推定キャリア位相が入力される。補償量調整部６８０は、入力された４つの推定キャリア位相から、それらの中央値を取得する（Ｓ２０１）。補償量調整部６８０は、取得した中央値を用いてキャリア位相推定部６７１、６７２から入力された４つの推定キャリア位相をそれぞれ調整し、調整結果を位相補償量として位相補償部６６１、６６２へ出力する（Ｓ２０２）。推定キャリア位相の調整方法について、図８を用いてさらに説明する。

図８において、補償量調整部６８０は例えば、キャリア位相推定部６７１から入力されたコア４２０のＸ偏波成分についての推定キャリア位相と、Ｓ２０１において取得した推定キャリア位相の中央値と、の差分を算出する（Ｓ３０１）。補償量調整部６８０は、算出した差分と予め保持している基準値とを比較し（Ｓ３０２）、差分が基準値を下回っている場合（Ｓ３０２のＹＥＳ）、入力された推定キャリア位相をそのままコア４２０のＸ偏波成分の位相補償量として出力する（Ｓ３０３）。一方、差分が基準値を上回っている場合（Ｓ３０２のＮＯ）、サイクルスリップが生じている可能性が高いと考え、入力された推定キャリア位相の代わりに、取得した中央値をコア４２０のＸ偏波成分の位相補償量として出力する（Ｓ３０４）。推定キャリア位相と中央値との差分が大きい場合に中央値を位相補償量として出力することにより、サイクルスリップの発生による影響が抑制され、その結果、誤り訂正前のビット誤り率が改善されてより長距離の伝送が可能となる。

ここで、サイクルスリップが生じた場合の推定キャリア位相の中央値からのずれは、信号点配置の回転対称性に起因する位相の不確定を反映して、ＱＰＳＫ信号の場合、９０度に近い値となることが想定される。従って、Ｓ３０２で用いる基準値としては、例えば、その半分の４５度〜８０度程度に設定することが望ましい。本実施形態では、基準値を４５度に設定した。

推定キャリア位相と中央値との差分が大きい場合に中央値を位相補償量として出力することにより、サイクルスリップの発生の影響が抑制される理由について説明する。本実施形態に係る光伝送システム１００において、光送信装置２００からの変調光は同じ経路長の伝送路を経由して来る。また、光フロントエンド６２１、６２２でのコヒーレント検波では、局発光として、同じ光源６１０からの出力を分岐して用いる。これにより、送信側の光源２１０からの出力光および光源６１０からの局発光の位相変動の影響は、４つの推定キャリア位相に等しく表れると考えられる。すなわち、補償量調整部６８０に入力される４つの推定キャリア位相は理想的には等しい値をとると考えられる。

しかし、実際には、マルチコアファイバ伝送路４００を伝送している途中で各コア、偏波について無相関のＡＳＥ （Amplified Spontaneous Emission）による雑音等が加わるため、図６のＳ１０５において、キャリア位相推定部６７１、６７２がループフィルタで除去し切れない分だけ雑音の影響が生じる。これにより、４つの推定キャリア位相は最も確からしい値の近くに分布する。

もし、無相関な雑音により、あるコア、偏波でサイクルスリップが生じたとすると、そのキャリア位相推定の出力は、他のコア、偏波のキャリア位相推定の出力から、位相の不確定性に相当するような大きなずれを生じる。一方で、コア、偏波により少なくとも３つの推定キャリア位相が入力され、サイクルスリップの頻度が高くない場合には、中央値は依然として推定キャリア位相として確からしい値を出力する。従って、それぞれの推定キャリア位相の中央値からの大きなずれを検出した場合に推定キャリア位相の代わりにそれらの中央値を用いることにより、サイクルスリップの発生による影響を低減することができる。

以上のように、本実施形態に係る光伝送システム１００においては、光受信装置６００は、コア４２０のＸ、Ｙ偏波成分とコア４３０のＸ、Ｙ偏波成分の計４つの信号の推定キャリア位相から取得した中央値を基準とすることによって、サイクルスリップの発生を検出する。そして、サイクルスリップの発生が検出された場合は推定キャリア位相の代わりに中央値を用いて位相補償することによって、サイクルスリップの発生による影響を低減する。従って、本実施形態に係る光伝送システム１００は、誤り訂正前のビット誤り率が小さくなり、より長距離の伝送ができる。

本実施形態に係る光伝送システム１００においては、同一の光送信装置２００、光受信装置６００において処理され、且つ、同じ信号光波長を使用していれば、原理的に、伝送路がマルチコアファイバ伝送路４００である必要は無く、また、別の経路を通過して来るのでも良い。しかし、現状の技術で両信号光の遅延調整を行うことを前提とすると、送信側の光源２１０および受信側の光源６１０の両方の位相情報を管理するためには、マルチコアファイバのように厳密に空間を共有することによって送受信端距離が等長となる伝送路が適用されることが望ましい。

なお、マルチコアファイバ伝送路４００において、光源２１０後の分岐から位相補償部６６１、６６２への入力までの伝播時間がコア４２０とコア４３０とで異なる場合、予め光学的にまたは電気的に遅延調整を行い、時間差を解消しておく必要がある。例えば、２つの等しいデータ信号を既知のトレーニングパターンとして光送信装置２００から送信し、光受信装置６００で検出されたそれぞれのパターンの時間差がなくなるように、ファンアウト５００のコア４２０の出力と光フロントエンド６２１の間に遅延調整を設ける。

（第２の実施形態の変形例）
第２の実施形態の変形例について説明する。本実施形態では、第２の実施形態に係る光伝送システム１００の光受信装置６００において、図５の補償量調整部６８０の代わりに補償量調整部６８０Ｂを配置する。本実施形態に係る補償量調整部６８０Ｂの動作手順を、図９を用いて説明する。

図９において、補償量調整部６８０Ｂには、コア４２０のＸ、Ｙ偏波成分およびコア４３０のＸ、Ｙ偏波成分の計４つの信号の推定キャリア位相が入力される。補償量調整部６８０Ｂは、入力された４つの推定キャリア位相をそれぞれ２分岐し、一方の推定キャリア位相に１シンボル分の遅延を与える（Ｓ４０１）。そして、補償量調整部６８０Ｂは、入力された推定キャリア位相から１シンボル分の遅延を与えたものを減算することによって、前のシンボルからの変化分を演算する（Ｓ４０２）。

補償量調整部６８０Ｂは、それぞれの推定キャリア位相の前シンボルからの変化分について、それの中央値を取得し（Ｓ４０３）、取得した中央値を用いて推定キャリア位相を調整した結果を位相補償量として出力する（Ｓ４０４）。

すなわち、Ｓ４０４において、補償量調整部６８０Ｂは、Ｓ４０２において演算した前のシンボルからの変化分と、Ｓ４０３において取得したそれらの中央値と、の差分を演算する。そして、補償量調整部６８０Ｂは、演算した差分が所定の基準値を上回っている場合はサイクルスリップが発生したと考えて、前のシンボルからの変化分が取得した中央値と一致するような推定キャリア位相を逆算し、逆算した推定キャリア位相を位相補償量として出力する。

これは、各コア、偏波について無相関な雑音により、あるコア、偏波で不確定な推定キャリア位相の遷移が生じた場合、その推定キャリア位相の変化分は、他のコア、偏波の推定キャリア位相の変化分から大きなずれを生じるからである。従って、推定キャリア位相の変化分の中央値からのずれが基準値以上となった場合に推定キャリア位相の変化分がそれらの中央値に一致する推定キャリア位相を逆算して置き換えることにより、サイクルスリップの発生による影響を低減することができる。

一般的に、位相補償部６６１、６６２において補償されるべき位相は、送信側の光源２１０と受信側の光源６１０からの局発光のビートとなるため、シンボルごとにその周波数差に応じて高速で変化する。しかしながら、その前シンボルからの変化分は、送信側の光源２１０と受信側の光源６１０の周波数差そのものに相当し、時間的な変化は穏やかとなる。

従って、本実施形態では、第２の実施形態のように光源２１０の分岐点から位相補償部６６１、６６２の入力までのコア４２０、コア４３０間の伝播時間の差の調整を行わなくても、もしくは、調整の精度を大幅に落として簡易化しても、サイクルスリップの発生による影響を十分抑制することができる。すなわち、誤り訂正前のビット誤り率が低下し、より長距離の伝送が可能となる。

本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。また、本願発明は、２０１３年６月３日に出願された日本出願特願２０１３−１１６９５３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本願発明は、複数の経路に分割して光信号を伝送させる通信ネットワーク全てにおいて適用することができる。

１０ 光伝送システム
２０ 光送信装置
２１ 第１の光源
３０ 伝送路
４０ 光受信装置
５０ コヒーレント検波手段
５１ 第２の光源
６０ 位相補償手段
７０ 位相制御手段
８０ 信号処理手段
１００ 光伝送システム
２００ 光送信装置
２１０ 光源
２２１、２２２ 光変調器
３００ ファンイン
４００ マルチコアファイバ伝送路
５００ ファンアウト
６００ 光受信装置
６１０ 光源
６２１、６２２ 光フロントエンド
６３１、６３２ ＡＤＣ
６４１、６４２ 波長分散補償部
６５１、６５２ 偏波分離部
６６１、６６２ 位相補償部
６７１、６７２ キャリア位相推定部
６８０、６８０Ｂ 補償量調整部
６９１、６９２ シンボル識別部

Claims (9)

1. 第１の光源から出力された複数の出力光を対応するデータによりそれぞれ変調することによって生成された複数の位相変調信号を受信し、第２の光源から出力された局発光によりそれぞれコヒーレント検波して複数の検波信号として出力するコヒーレント検波手段と、
   前記複数の検波信号のキャリア成分の位相を入力された位相補償量に基づいて補償し、複数の位相補償信号として出力する位相補償手段と、
   前記複数の位相補償信号の位相誤差を検出し、前記位相補償量を生成して出力する位相補償手段であって、前記検出した複数の位相誤差とそれらの中央値との差分をそれぞれ演算し、前記差分が閾値よりも大きい場合は前記中央値を前記位相補償量として出力する位相制御手段と、
   前記複数の位相補償信号を受信信号として処理する信号処理手段と、
   を備える光受信装置。
2. 前記位相補償手段の前段に配置され、前記受信した複数の位相変調信号の伝播時間の差分を演算し、該演算した差分を解消する遅延調整手段をさらに備える、請求項１記載の光受信装置。
3. 前記位相制御手段は、前記検出した複数の位相誤差とそれらの中央値との差分が前記閾値よりも小さい場合は前記検出した位相誤差を位相補償量として出力する、請求項１または２記載の光受信装置。
4. 前記位相制御手段は、前記検出した複数の位相誤差の変化量を取得し、前記取得した変化量とそれらの中央値との差分をそれぞれ演算し、前記差分が閾値よりも小さい場合は前記検出した位相誤差を位相補償量として出力し、前記差分が閾値よりも大きい場合は前記差分が中央値と一致するように前記検出した位相誤差を補正して位相補償量として出力する、請求項１または２記載の光受信装置。
5. 第１の光源からの出力光を複数のデータによりそれぞれ変調することによって複数の位相変調信号を生成して出力する光送信装置、および、前記生成された複数の位相変調信号を受信し、受信信号として処理する請求項１乃至４のいずれか１項記載の光受信装置を備え、
   前記光送信装置から出力された複数の位相変調信号は、略同一の光路長の複数の伝送路を介して前記光受信装置に伝送される光伝送システム。
6. 前記複数の伝送路は単一のマルチコアファイバ伝送路に含まれる、請求項５記載の光伝送システム。
7. 前記複数の伝送路と前記光受信装置との間に配置され、前記複数の伝送路において生じる前記複数の位相変調信号間の伝播時間の差分を解消する遅延調整回路をさらに備える請求項５記載の光伝送システム。
8. 第１の光源から出力された複数の出力光を対応する複数のデータによりそれぞれ変調することによって生成された複数の位相変調信号を受信し、
   第２の光源から出力された局発光によりそれぞれコヒーレント検波して複数の検波信号として出力し、
   前記複数の検波信号のキャリア成分の位相を入力された位相補償量に基づいて補償して複数の位相補償信号として出力し、
   前記複数の位相補償信号の位相誤差を検出し、前記検出した複数の位相誤差とそれらの中央値との差分をそれぞれ演算し、前記差分が閾値よりも大きい場合は前記中央値を前記位相補償量として生成して出力し、
   前記複数の位相補償信号を受信信号として処理する、
   光受信方法。
9. 第１の光源から出力された出力光を複数のデータによりそれぞれ変調することによって複数の位相変調信号を生成して出力し、
   前記出力された複数の位相変調信号を受信し、請求項８記載の光受信方法によって受信信号として処理する光伝送方法であって、
   前記出力された複数の位相変調信号は、略同一の光路長の複数の伝送路を伝送して受信される光伝送方法。

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