JP6400444B2 - Multi-carrier optical transmission system - Google Patents

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Description

本発明は、波長多重光信号を複数の受信器を用いてコヒーレント検波し、デジタル信号処理により復調するマルチキャリア光伝送システムに関する。   The present invention relates to a multi-carrier optical transmission system for coherently detecting a wavelength-multiplexed optical signal using a plurality of receivers and demodulating it by digital signal processing.

データ通信需要の増大に伴い、大容量トラヒックの伝送を可能とする光信号変調技術や光信号多重技術を用いた光伝送ネットワークが普及しつつある。特に、1波当たりの伝送速度が 100Gbit/s 以上の超高速伝送システムにおいて、コヒーレント検波とデジタル信号処理技術を組み合わせたデジタルコヒーレント技術が広く用いられるようになってきた。   As the demand for data communication increases, optical transmission networks using optical signal modulation technology and optical signal multiplexing technology that enable transmission of large-capacity traffic are becoming widespread. In particular, digital coherent technology combining coherent detection and digital signal processing technology has been widely used in ultra-high-speed transmission systems with a transmission rate per wave of 100 Gbit / s or higher.

100 Gbit/s 級長距離光伝送システムにおける変復調方式として広く用いられているDP−QPSK(Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying) 方式では、4値の位相変調を用いることで64Gbit/s の光信号を生成し、さらに2つの偏波を多重することで 128Gbit/s の光信号を生成する。受信側では、信号光と同じ波長の局発光を用いてコヒーレント検波した信号を、アナログ−デジタル変換器(A/D変換器)を用いてデジタル化し、デジタル信号処理を施すことにより、伝送路の波長分散補償、偏波分散補償、偏波分離、位相推定等を行うことで、優れた伝送特性が実現されている。これらのDP−QPSK光信号を波長多重することにより、ファイバ当たり数Tbit/s の伝送容量を持つ光伝送システムを実現することが可能となる。   The DP-QPSK (Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying) method, which is widely used as a modulation / demodulation method in 100 Gbit / s class long-distance optical transmission systems, generates 64 Gbit / s optical signals by using quaternary phase modulation. Furthermore, a 128 Gbit / s optical signal is generated by multiplexing two polarizations. On the receiving side, the signal coherently detected using local light having the same wavelength as that of the signal light is digitized using an analog-digital converter (A / D converter) and subjected to digital signal processing, so that the transmission path Excellent transmission characteristics are realized by performing chromatic dispersion compensation, polarization dispersion compensation, polarization separation, phase estimation, and the like. By wavelength multiplexing these DP-QPSK optical signals, an optical transmission system having a transmission capacity of several Tbit / s per fiber can be realized.

さらなる大容量化のアプローチとして、複数のサブキャリア光信号を波長多重したマルチキャリア光信号を伝送するマルチキャリア光伝送システムが提案されている。   As an approach for further increasing the capacity, a multicarrier optical transmission system for transmitting a multicarrier optical signal obtained by wavelength multiplexing a plurality of subcarrier optical signals has been proposed.

G. Gavioli, et. al.,‘Investigation of the Impact of Ultra-Narrow Carrier Spacing on the Transmission of a 10-Carrier 1Tb/s Superchannel, ’ OFC/NFOEC 2010 OThD3G. Gavioli, et. Al., `` Investigation of the Impact of Ultra-Narrow Carrier Spacing on the Transmission of a 10-Carrier 1Tb / s Superchannel, '' OFC / NFOEC 2010 OThD3

マルチキャリア光伝送システムでは、一般に複数のLD(Laser diode )光源を用いることで複数のサブキャリアを生成し、光変調器を介してそれぞれのサブキャリアに送信信号を重畳させることでマルチキャリア光信号を生成する。それぞれのサブキャリアには別々の信号が重畳されるため、LDに障害が発生した場合は、そのLDが生成するサブキャリアに重畳された送信信号は失われてしまう。例えば10波のサブキャリアでマルチキャリア光信号を生成した場合、そのうちのひとつのLDに障害が発生すると、10波のうちの1波の送信信号が失われてしまうため、データの伝送容量は10%低減してしまう。   In a multicarrier optical transmission system, generally, a plurality of subcarriers are generated by using a plurality of LD (Laser diode) light sources, and a transmission signal is superimposed on each subcarrier via an optical modulator to generate a multicarrier optical signal. Is generated. Since a separate signal is superimposed on each subcarrier, when a failure occurs in the LD, the transmission signal superimposed on the subcarrier generated by the LD is lost. For example, when a multicarrier optical signal is generated with 10 subcarriers, if a failure occurs in one of the LDs, one of the 10 transmission signals is lost, so the data transmission capacity is 10 % Reduction.

ここで、LDに障害が発生した場合においても、データの伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させる方法として、図11に示すように、N+1波目のサブキャリアにL波目のサブキャリアの送信信号SL を重畳する方法が考えられる。この方法では、L波目のサブキャリアを生成するLDに障害が発生した場合においては、L波目の光信号の代わりにN+1波目の光信号を受信することで、伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させることが可能である。しかし、L波目以外のサブキャリアを生成するLDに障害が発生した場合においては、そのサブキャリアに重畳された送信信号を伝送する他のサブキャリアが存在しないため、そのサブキャリアで伝送しようとしていた送信信号は失われてしまうことになる。 Here, as a method for transmitting a multicarrier optical signal without reducing the data transmission capacity even when a failure occurs in the LD, as shown in FIG. A method of superimposing the subcarrier transmission signal S L can be considered. In this method, when a failure occurs in the LD that generates the L-th subcarrier, the transmission capacity is reduced by receiving the N + 1-th optical signal instead of the L-th optical signal. It is possible to transmit a multi-carrier optical signal. However, when a failure occurs in an LD that generates subcarriers other than the L-th wave, there is no other subcarrier that transmits a transmission signal superimposed on the subcarrier, so an attempt is made to transmit on that subcarrier. The transmitted signal that was received will be lost.

本発明は、N波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号を符号化してM波(N<M)のサブキャリアに重畳し、各サブキャリアを生成する任意のLDに障害が発生した場合においても、データの伝送容量を低減することなく伝送可能なマルチキャリア光伝送システムを提供することを目的とする。   The present invention encodes a transmission signal to be superimposed on N-wave subcarriers and superimposes them on M-wave (N <M) subcarriers, and in the case where a failure occurs in any LD that generates each subcarrier. Another object of the present invention is to provide a multicarrier optical transmission system capable of transmitting without reducing the data transmission capacity.

本発明は、光ファイバ伝送路を介して接続される送信部と受信部の間で、複数の波長の光信号を波長多重した波長多重光信号を伝送するマルチキャリア光伝送システムにおいて、送信部は、 複数M個の波長のサブキャリアを生成するレーザ光源と、複数N個(N<M)の送信信号S1,S2,…, SN を符号化処理して複数M個の符号化信号C1,C2,…, CM を生成するときに、符号化空間内における各符号化信号の内積が0に最も近づく符号化行列を用いる符号化部と、各波長のサブキャリアを各符号化信号C1,C2,…, CM のx偏波成分およびy偏波成分でそれぞれ偏波多重変調して各波長の偏波多重光信号を生成する偏波多重ベクトル変調器と、各波長の偏波多重光信号を波長多重し、波長多重光信号として光ファイバ伝送路に送出する光合波器とを備え、受信部は、波長多重光信号を入力して各波長の偏波多重光信号を波長分離する光分波器と、各波長の偏波多重光信号の搬送波光周波数と等しい光周波数の局発光を出力する局発光源と、各波長の偏波多重光信号と、その搬送波光周波数と等しい光周波数の局発光を入力してコヒーレント検波を行うコヒーレント受信器と、コヒーレント受信器から出力されるM個の電気信号を入力してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部とを備える。 The present invention provides a multi-carrier optical transmission system that transmits a wavelength-multiplexed optical signal obtained by wavelength-multiplexing optical signals of a plurality of wavelengths between a transmission unit and a reception unit connected via an optical fiber transmission line. a laser light source for generating a sub-carrier of the plurality of M wavelengths, a plurality of N (N <M) transmission signal S 1, S 2, ..., a plurality treated encode S N M pieces of encoded signals When generating C 1 , C 2 ,..., C M , an encoding unit using an encoding matrix in which the inner product of each encoded signal in the encoding space is closest to 0, and subcarriers of each wavelength are assigned to each code. signal C 1, C 2, ..., and polarization multiplexing vector modulator in each polarization multiplexing modulation in the x polarization component and the y polarization component of C M to generate a polarization multiplexed optical signal of each wavelength, each Light that is wavelength-division multiplexed with polarization multiplexed optical signals and sent to the optical fiber transmission line as wavelength multiplexed optical signals A receiving unit that receives the wavelength-multiplexed optical signal and demultiplexes the polarization-multiplexed optical signal of each wavelength; and the carrier optical frequency of the polarization-multiplexed optical signal of each wavelength; A coherent receiver that outputs coherent detection by inputting a local light source that outputs local light of the same optical frequency, a polarization multiplexed optical signal of each wavelength, and local light of an optical frequency equal to the carrier optical frequency, and coherent reception A digital signal processing unit that inputs M electrical signals output from the device and performs digital signal processing.

このデジタル信号処理部は、コヒーレント受信器から出力されるM個の電気信号をデジタル信号に変換するM個のA/D変換器と、M個のデジタル信号に対して光ファイバ伝送路で発生した波長分散を起因とした光波形劣化を補償し、さらに波長分散を起因とした各サブキャリア間の伝搬遅延差を補償したM個の補償信号E1,E2,…, EM を出力するM個の波長分散・伝搬遅延差補償回路と、波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるM個の補償信号E1,E2,…, EM を入力し、偏波分離、残留分散補償、偏波モード分散補償を含む適応等化処理を行い、さらにタップ更新アルゴリズムとしてCMA(Constant Modulus Algorithm)を用い、送信部で行った符号化に対応する復号化を行ってN個の波形等化信号E'1, E'2, …,E'Nを出力するN個の波形等化回路と、波形等化回路から出力される波形等化信号E'1, E'2, …,E'Nから光信号の搬送波位相を推定し、さらに信号識別を行ってN個の送信信号S1,S2,…, SN を出力する位相推定・識別回路とを備える。 This digital signal processing unit is generated in an optical fiber transmission line for M digital signals and M A / D converters that convert M electrical signals output from the coherent receiver into digital signals. M for outputting M compensation signals E 1 , E 2 ,..., E M that compensate for optical waveform deterioration due to chromatic dispersion and further compensate for propagation delay differences between subcarriers due to chromatic dispersion. Chromatic dispersion / propagation delay difference compensation circuit and M compensation signals E 1 , E 2 ,..., E M output from the chromatic dispersion / propagation delay difference compensation circuit are input, polarization separation, residual dispersion compensation , Performing adaptive equalization processing including polarization mode dispersion compensation, further using CMA (Constant Modulus Algorithm) as a tap update algorithm , and performing decoding corresponding to the encoding performed by the transmitter to equalize N waveforms signal E '1, E' 2, ..., and outputs the E 'N N And equalization circuit of the waveform, the waveform equalized signal E outputted from the waveform equalizer '1, E' 2, ..., estimates the carrier phase of the optical signal from the E 'N, N pieces further performed signal identification , S N for outputting transmission signals S 1 , S 2 ,.

本発明は、N波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号S1,S2,…, SN を、符号化によりM波分(N<M)の符号化信号C1,C2,…, CM に変換し、M波のサブキャリアに重畳する。受信側では、通常時にはM波分の受信信号から送信信号S1,S2,…, SN を復調し、任意のサブキャリアを生成するLDに障害が発生した場合に、障害の発生しているサブキャリアを除いた受信信号から送信信号S1,S2,…, SN を復調することができ、伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させることが可能となる。 The present invention encodes transmission signals S 1 , S 2 ,..., S N to be superimposed on N-wave subcarriers by encoding M-wave (N <M) encoded signals C 1 , C 2 ,. , C M and superimposed on M-wave subcarriers. On the receiving side, when the transmission signal S 1 , S 2 ,..., SN is demodulated from the reception signals for M waves in the normal state and a failure occurs in the LD that generates an arbitrary subcarrier, the failure occurs. The transmitted signals S 1 , S 2 ,..., SN can be demodulated from the received signal excluding the subcarriers being present, and a multicarrier optical signal can be transmitted without reducing the transmission capacity.

本発明のマルチキャリア光伝送システムの伝送原理を示す図である。It is a figure which shows the transmission principle of the multicarrier optical transmission system of this invention. 符号化空間(2次元ベクトル空間)を説明する図である。It is a figure explaining encoding space (two-dimensional vector space). 本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例1の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of Example 1 of the multicarrier optical transmission system of this invention. 実施例1におけるデジタル信号処理部24の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a digital signal processing unit 24 in the first embodiment. 符号化信号C1 が断となった場合の復調信号のコンステレーションを示す図である。Coded signal C 1 is a diagram showing a constellation of the demodulated signal in the case where a disconnection. 符号化信号C2 が断となった場合の復調信号のコンステレーションを示す図である。Coded signal C 2 is a diagram showing a constellation of the demodulated signal in the case where a disconnection. 符号化信号C3 が断となった場合の復調信号のコンステレーションを示す図である。Coded signal C 3 is a diagram showing a constellation of the demodulated signal in the case where a disconnection. 符号化空間(3次元ベクトル空間)を説明する図である。It is a figure explaining encoding space (three-dimensional vector space). 本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例4の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of Example 4 of the multicarrier optical transmission system of this invention. 実施例4におけるデジタル信号処理部24の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a digital signal processing unit 24 in Embodiment 4. 従来のマルチキャリア光伝送システムの伝送原理を示す図である。It is a figure which shows the transmission principle of the conventional multicarrier optical transmission system.

図1は、本発明のマルチキャリア光伝送システムの伝送原理を示す。
図1において、N波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号S1,S2,…, SN を、符号化によりN+1波分の符号化信号C1,C2,…, CN+1 に変換し、N+1波のサブキャリアに重畳する。この方法では、受信側では、通常時にはN+1波分の受信信号から送信信号S1,S2,…, SN を復調する。任意のサブキャリアを生成するLDに障害が発生した場合においては、障害の発生しているサブキャリアを除いたN波分の受信信号から送信信号S1,S2,…, SN を復調することで、任意のLDに障害が発生した場合においても伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させることが可能となる。
FIG. 1 shows the transmission principle of the multicarrier optical transmission system of the present invention.
In Figure 1, the transmission signals S 1 to be superimposed on the subcarriers of N waves, S 2, ..., a S N, the encoded signal C 1 of N + 1 Namibun by encoding, C 2, ..., C N + 1 And superimposed on N + 1 subcarriers. In this method, on the reception side, the transmission signals S 1 , S 2 ,..., S N are demodulated from the reception signals for N + 1 waves at normal times. When a failure occurs in the LD that generates an arbitrary subcarrier, the transmission signals S 1 , S 2 ,..., S N are demodulated from the reception signals for N waves excluding the failed subcarrier. Thus, even when a failure occurs in an arbitrary LD, a multicarrier optical signal can be transmitted without reducing the transmission capacity.

符号化を実現する方法としては、符号化行列を用いる方法がある。符号化行列Hは、送信信号S1,S2,…, SN を符号化信号C1,C2,…, CN+1 に変換する (N+1) ×N行列であり、符号化信号C1,C2,…, CN+1 内積が0に最も近づく任意の行列を用いることができる。このとき、送信信号S1,S2,…, SN 、符号化信号C1,C2,…, CN+1 、符号化行列Hの関係は以下の式で表すことができる。

Figure 0006400444
As a method for realizing encoding, there is a method using an encoding matrix. Coding matrix H, transmission signal S 1, S 2, ..., coded signal S N C 1, C 2, ..., a is converted to C N + 1 (N + 1 ) × N matrix, coded signal C Any matrix whose inner product of 1 , C 2 ,..., C N + 1 is closest to 0 can be used. At this time, the relationship among the transmission signals S 1 , S 2 ,..., S N , the encoded signals C 1 , C 2 ,..., C N + 1 , and the encoding matrix H can be expressed by the following equation.
Figure 0006400444

図3は、本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例1の構成を示す。
図3において、実施例1のマルチキャリア光伝送システムでは、本来2波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号S1,S2 を、符号化により3波分の符号化信号C1,C2,C3 に変換し、3波のサブキャリアに、それぞれ符号化信号C1,C2,C3 を重畳することを特徴とする。
FIG. 3 shows the configuration of Embodiment 1 of the multicarrier optical transmission system of the present invention.
In FIG. 3, in the multicarrier optical transmission system according to the first embodiment, transmission signals S 1 and S 2 that should be superimposed on two sub-carriers are encoded into three encoded signals C 1 and C 2. , C 3, and encoded signals C 1 , C 2 , C 3 are superimposed on three-wave subcarriers, respectively.

送信部は、送信信号S1,S2 を符号化信号C1,C2,C3 に変換する符号化部11−1,11−2と、3波分のサブキャリア(f1, f2, f3)を生成するLD12−1〜12−3と、各サブキャリアを符号化信号C1,C2,C3 に基づいて変調する偏波多重ベクトル変調器13−1〜13−3と、各サブキャリア光信号を波長多重する光合波器14とにより構成される。 The transmission unit includes encoding units 11-1 and 11-2 that convert the transmission signals S 1 and S 2 into encoded signals C 1 , C 2 , and C 3 and subcarriers (f 1 , f 2 for three waves). , f 3 ), and polarization multiplexed vector modulators 13-1 to 13-3 that modulate the subcarriers based on the encoded signals C 1 , C 2 , and C 3 , The optical multiplexer 14 wavelength-multiplexes each subcarrier optical signal.

送信信号は偏波多重光信号であり、本来サブキャリア1のX偏波、Y偏波に重畳されるべき送信信号をそれぞれS1x, S1yとし、本来サブキャリア2のX偏波、Y偏波に重畳されるべき送信信号をそれぞれS2x,S2yとする。各送信信号は複素数で表現されるものとする。X偏波信号に対する符号化部11−1では、送信信号S1x, S1yから符号化信号C1x, C2x, C3xを生成し、Y偏波信号に対する符号化部11−2では、送信信号S2x,S2yから符号化信号をC1y, C2y, C3yを生成する。符号化部11−1,11−2で用いられる符号化行列は任意の3×2行列でよいが、 1x , C 2x , C 3x ならびにC 1y , C 2y , C 3y 符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列を用いるのがよい。 The transmission signal is a polarization multiplexed optical signal. The transmission signals that should be superimposed on the X polarization and Y polarization of subcarrier 1 are S 1x and S 1y , respectively. The transmission signals to be superimposed on the wave are S 2x and S 2y , respectively. Each transmission signal is represented by a complex number. The encoding unit 11-1 for the X-polarized signal generates encoded signals C 1x , C 2x , C 3x from the transmission signals S 1x , S 1y, and the encoding unit 11-2 for the Y-polarized signal transmits C 1y , C 2y , and C 3y are generated from the signals S 2x and S 2y as encoded signals. Coding matrix used in the coding unit 11-1, 11-2 may be a 3 × 2 matrix of arbitrary but, C 1x, C 2x, C 3x and C 1y, C 2y, intersymbol interference C 3y In order to minimize, it is preferable to use an encoding matrix in which the relationship between the encoded signals in the encoding space is as close to orthogonal as possible.

本実施例における符号化空間は、送信信号S1,S2 を基底とするベクトル空間で表すことができる。このベクトル空間において、符号化信号C1,C2,C3 の直交性は各符号化信号の内積で表すことができ、内積が0のときに各符号化信号は直交となる。図2に示すように、符号化信号C1,C2,C3 が中心を原点とする正三角形の頂点を指すとき、符号化信号間の内積は0に最も近づく。すなわち、直交に近い状態が実現される。図2に示すC1,C2,C3 の関係は符号化空間の原点に対して点対称であるため、図2に示すケースに限らず、中心を原点とする正三角形の頂点を指すC1,C2,C3 であればよい。以下では簡単のために、C1 =S1 の場合について考える。 The coding space in the present embodiment can be represented by a vector space based on the transmission signals S 1 and S 2 . In this vector space, the orthogonality of the encoded signals C 1 , C 2 , and C 3 can be expressed by the inner product of each encoded signal. When the inner product is 0, each encoded signal is orthogonal. As shown in FIG. 2, when the encoded signals C 1 , C 2 , and C 3 indicate the vertices of an equilateral triangle with the center as the origin, the inner product between the encoded signals is closest to 0. That is, a state close to orthogonal is realized. The relationship between C 1 , C 2 , and C 3 shown in FIG. 2 is point-symmetric with respect to the origin of the encoding space, and thus is not limited to the case shown in FIG. 1 , C 2 , C 3 may be used. In the following, for the sake of simplicity, consider the case of C 1 = S 1 .

上記のような符号化を実現する符号化行列H2 は、以下の式で表すことができる。

Figure 0006400444
The encoding matrix H 2 that realizes the above encoding can be expressed by the following equation.
Figure 0006400444

また、送信信号S1,S2 と符号化信号C1,C2,C3 の関係は、以下の式で表される。

Figure 0006400444
Further, the relationship between the transmission signals S 1 and S 2 and the encoded signals C 1 , C 2 and C 3 is expressed by the following formula.
Figure 0006400444

また、送信信号Si (i=1,2)、符号化信号Cj (j=1,2,3)は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

Figure 0006400444
Further, the transmission signal S i (i = 1, 2) and the encoded signal C j (j = 1, 2, 3) are expressed by the following equations using vectors based on polarization.
Figure 0006400444

受信部は、各サブキャリア信号を波長分離する光分波器21、コヒーレント受信器22−1〜22−3、局発光源23−1〜23−3、デジタル信号処理部24から構成される。光ファイバ伝送路を伝送した波長多重光信号は光分波器21で分波され、それぞれのコヒーレント受信器22−1〜22−3によって受信される。各コヒーレント受信器22−1〜22−3には、そのコヒーレント受信器で受信する光信号のサブキャリア光周波数と同一の光周波数を有する局発光が局発光源23−1〜23−3から入力され、局発光の光周波数を基準としたベースバンド信号がデジタル信号処理部24に送られる。   The receiving unit includes an optical demultiplexer 21 that separates wavelengths of each subcarrier signal, coherent receivers 22-1 to 22-3, local light sources 23-1 to 23-3, and a digital signal processing unit 24. The wavelength multiplexed optical signal transmitted through the optical fiber transmission line is demultiplexed by the optical demultiplexer 21 and received by the respective coherent receivers 22-1 to 22-3. The local light sources having the same optical frequency as the subcarrier optical frequency of the optical signal received by the coherent receiver are input to the coherent receivers 22-1 to 22-3 from the local light sources 23-1 to 23-3. Then, a baseband signal based on the optical frequency of the local light is sent to the digital signal processing unit 24.

図4は、実施例1におけるデジタル信号処理部24の構成例を示す。
図4において、デジタル信号処理部24は、A/D変換器1−1〜1−3、分散補償回路2−1〜2−3、伝搬遅延差補償回路3−1〜3−3、波形等化回路4−1〜4−2、位相推定回路5−1〜5−2、識別回路6−1〜6−2から構成されている。
FIG. 4 shows a configuration example of the digital signal processing unit 24 in the first embodiment.
In FIG. 4, the digital signal processing unit 24 includes A / D converters 1-1 to 1-3, dispersion compensation circuits 2-1 to 2-3, propagation delay difference compensation circuits 3-1 to 3-3, waveforms, and the like. Circuit 4-1 to 4-2, phase estimation circuits 5-1 to 5-2, and identification circuits 6-1 to 6-2.

コヒーレント受信器22−1〜22−3からそれぞれ出力される信号は、直交する偏波状態に相当する複素信号から構成されており、A/D変換器1−1〜1−3によってサンプリング周波数fsでデジタル信号に変換された後に、分散補償回路2−1〜2−3に入力される。ここで、サンプリング定理に基づき、サンプリング周波数fsは各チャネルの変調周波数の2倍よりも大きいものとする。各分散補償回路2−1〜2−3は、光ファイバ伝送路の総波長分散量に相当する分散補償を施し、伝搬遅延差補償回路3−1〜3−3により、光ファイバ伝送路の波長分散に起因して生じた各サブキャリア間の伝搬遅延差が補償され、複素信号E1 ,E2 ,E3 が出力される。ここで、各分散補償回路が補償する分散量は、各コヒーレント受信器が受信する光信号のサブキャリア光周波数における総波長分散量の値を用いる。 The signals output from the coherent receivers 22-1 to 22-3 are composed of complex signals corresponding to orthogonal polarization states, and are sampled by the A / D converters 1-1 to 1-3. After being converted into a digital signal, the signal is input to the dispersion compensation circuits 2-1 to 2-3. Here, based on the sampling theorem, the sampling frequency fs is assumed to be larger than twice the modulation frequency of each channel. Each of the dispersion compensation circuits 2-1 to 2-3 performs dispersion compensation corresponding to the total chromatic dispersion amount of the optical fiber transmission line, and the wavelength of the optical fiber transmission line is determined by the propagation delay difference compensation circuits 3-1 to 3-3. The propagation delay difference between the subcarriers caused by the dispersion is compensated, and complex signals E 1 , E 2 , E 3 are output. Here, as the dispersion amount compensated by each dispersion compensation circuit, the value of the total chromatic dispersion amount at the subcarrier optical frequency of the optical signal received by each coherent receiver is used.

こうして得られた複素信号E1 ,E2 ,E3 に対して、波形等化回路4−1〜4−2、位相推定回路5−1〜5−2、識別回路6−1〜6−2で次の処理を行う。ここで、複素信号Ei (j=1,2,3)は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

Figure 0006400444
For the complex signals E 1 , E 2 , E 3 obtained in this way, waveform equalization circuits 4-1 to 4-2, phase estimation circuits 5-1 to 5-2, and identification circuits 6-1 to 6-2. The following processing is performed. Here, the complex signal E i (j = 1, 2, 3) is expressed by the following equation using a vector whose polarization is the basis.
Figure 0006400444

波形等化回路4−1〜4−2は、FIRフィルタから構成されており、偏波成分ごとの最尤推定によりFIRフィルタの適応信号処理を行うことで、偏波分離、残留分散補償、偏波分散補償、そして、符号化された信号の復号化が実現される。ここで、適応信号処理に伴うFIRフィルタのタップ更新アルゴリズムとしては、よく知られたCMA(Constant Modulus Algorithm)を用いることが可能である。各FIRフィルタのタップ係数を
ij (i=1,2、j=1,2,3) とすると、波形等化回路4−1〜4−2からの出力信号E'iは以下の式で表される。ここで、hijは偏波を基底とする2×2行列である。

Figure 0006400444
The waveform equalization circuits 4-1 to 4-2 are composed of FIR filters. By performing adaptive signal processing of the FIR filter by maximum likelihood estimation for each polarization component, polarization separation, residual dispersion compensation, and polarization are performed. Wave dispersion compensation and decoding of the encoded signal are realized. Here, a well-known CMA (Constant Modulus Algorithm) can be used as an FIR filter tap update algorithm associated with adaptive signal processing. Assuming that the tap coefficient of each FIR filter is h ij (i = 1, 2, j = 1, 2, 3), output signals E ′ i from the waveform equalization circuits 4-1 to 4-2 are expressed by the following equations. expressed. Here, h ij is a 2 × 2 matrix based on polarization.
Figure 0006400444

波形等化回路4−1〜4−2からの出力は、位相推定回路5−1〜5−2、識別回路6−1〜6−2で処理されることにより、各チャネルの送信信号S1(S1x, S1y),S2(S2x, S2y)を復元する。ここで、例えばサブキャリア1を生成するLDに障害が発生した場合であっても、上記処理によりE2,E3 のみからE'1,E'2を復元することが可能であり、結果として送信信号S1(S1x, S1y),S2(S2x, S2y)が得られる。これは、本実施例は、LDに対して2:1のリストレーションを実現することを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はLDのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。 Outputs from the waveform equalization circuits 4-1 to 4-2 are processed by the phase estimation circuits 5-1 to 5-2 and the identification circuits 6-1 to 6-2, so that the transmission signals S 1 of the respective channels are processed. (S 1x , S 1y ) and S 2 (S 2x , S 2y ) are restored. Here, for example, even when a failure occurs in the LD that generates the subcarrier 1 , it is possible to restore E ′ 1 and E ′ 2 from only E 2 and E 3 by the above processing, and as a result Transmission signals S 1 (S 1x , S 1y ), S 2 (S 2x , S 2y ) are obtained. This means that this embodiment realizes a 2: 1 restoration for the LD. Here, the failure to be restored is not only the LD but also the failure to subcarriers such as a modulator and a failure depending on the wavelength in the transmission path.

図5〜図7に、本実施例に基づく処理によって得られる復調信号のコンステレーションを示す。図に示す通り、LD故障等で符号化信号C1,C2,C3 のうちどれか1つが断になったとしても、残りの2つの信号から送信信号S1(S1x, S1y),S2(S2x, S2y)が適切に復調できていることが確認できる。 5 to 7 show the constellation of the demodulated signal obtained by the processing based on this embodiment. As shown in the figure, even if one of the encoded signals C 1 , C 2 , C 3 is cut off due to an LD failure or the like, the transmission signal S 1 (S 1x , S 1y ) is generated from the remaining two signals. , S 2 (S 2x , S 2y ) can be confirmed to be properly demodulated.

実施例2のマルチキャリア光伝送システムでは、実施例1と同様の構成により、本来3波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号S1,S2,S3 を、符号化により4波分の符号化信号C1,C2,C3,C4 に変換し、4波のサブキャリア(f1, f2, f3,f4)に、それぞれ符号化信号C1,C2,C3,C4 を重畳する。 In the multi-carrier optical transmission system according to the second embodiment, the transmission signals S 1 , S 2 , S 3 that should be superimposed on the three-wave subcarriers are encoded by the same configuration as in the first embodiment. coded signal C 1, C 2, C 3, and converted to C 4, four-wave subcarrier (f 1, f 2, f 3, f 4) , the coded signal respectively C 1, C 2, C 3 It superimposes the C 4.

符号化部で用いられる符号化行列は任意の4×3行列でよいが、 1 ,C 2 ,C 3 ,C 4 符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列を用いるのがよい。本実施例における符号化空間は、送信信号S1,S2,S3 を基底とするベクトル空間で表すことができる。このベクトル空間において、符号化信号C1,C2,C3,C4 の直交性は各符号化信号の内積で表すことができ、内積が0のときに各符号化信号は直交となる。図8に示すように、符号化信号C1,C2,C3,C4 が中心を原点とする正四面体の頂点を指すとき、符号化信号間の内積は0に最も近づく。すなわち、直交に近い状態が実現される。図8に示すC1,C2,C3,C4 の関係は符号化空間の原点に対して点対称であるため、図8に示しているケースに限らず、中心を原点とする正四面体の頂点を指すC1,C2,C3,C4 であればよい。以下では簡単のために、C1 = (S1+S2+S3)/√3 の場合について考える。 Coding matrix used in the encoding unit may be a 4 × 3 matrix of arbitrary but, in order to minimize intersymbol interference C 1, C 2, C 3 , C 4 , each of the encoding space It is preferable to use an encoding matrix in which the relationship between encoded signals is as close to orthogonal as possible. The encoding space in the present embodiment can be represented by a vector space based on the transmission signals S 1 , S 2 , S 3 . In this vector space, the orthogonality of the encoded signals C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 can be expressed by the inner product of each encoded signal. When the inner product is 0, each encoded signal is orthogonal. As shown in FIG. 8, when the encoded signals C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 indicate the vertices of a regular tetrahedron whose center is the origin, the inner product between the encoded signals is closest to 0. That is, a state close to orthogonal is realized. The relationship between C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 shown in FIG. 8 is point-symmetric with respect to the origin of the coding space, and thus is not limited to the case shown in FIG. It may be C 1 , C 2 , C 3 , C 4 indicating the vertex of the body. In the following, for the sake of simplicity, consider the case of C 1 = (S 1 + S 2 + S 3 ) / √3.

上記のような符号化を実現する符号化行列H3 は、以下の式で表すことができる。

Figure 0006400444
The encoding matrix H 3 that realizes the above encoding can be expressed by the following equation.
Figure 0006400444

また、送信信号S1,S2,S3 と符号化信号C1,C2,C3,C4 の関係は、以下の式で表される。

Figure 0006400444
Further, the relationship between the transmission signals S 1 , S 2 , S 3 and the encoded signals C 1 , C 2 , C 3 , C 4 is expressed by the following equation.
Figure 0006400444

また、送信信号Si (i=1,2,3)、符号化信号Cj (j=1,2,3,4)は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

Figure 0006400444
Further, the transmission signal S i (i = 1, 2, 3) and the encoded signal C j (j = 1, 2, 3, 4) are expressed by the following equations using vectors based on polarization. The
Figure 0006400444

本実施例の受信部の構成については実施例1と同様であるので説明を省略する。ただし、伝搬遅延差補償回路から出力される複素信号Ej(j=1,2,3,4)は、偏波を基底とするベクトルを用いて

Figure 0006400444
と表される。 Since the configuration of the receiving unit of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted. However, the complex signal E j (j = 1, 2, 3, 4) output from the propagation delay difference compensation circuit uses a vector based on polarization.
Figure 0006400444
It is expressed.

波形等化回路における等化フィルタのタップ係数hij (i=1,2,3、j=1,2,3,4) としたときに、波形等化回路から出力される波形等化信号E'i、そのx偏波成分E'ixおよびy偏波成分E'iy(i=1,2,3)は、

Figure 0006400444
と表される。 The waveform equalization signal E output from the waveform equalization circuit when the tap coefficient h ij (i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3, 4) of the equalization filter in the waveform equalization circuit is used. ' i , its x polarization component E' ix and y polarization component E ' iy (i = 1,2,3) are
Figure 0006400444
It is expressed.

したがって、本実施例は、LDに対して3:1のリストレーション構成になっていることを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はLDのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。   Therefore, this embodiment means that the restoration configuration is 3: 1 with respect to the LD. Here, the failure to be restored is not only the LD but also the failure to subcarriers such as a modulator and a failure depending on the wavelength in the transmission path.

実施例3のマルチキャリア光伝送システムでは、実施例1および実施例2と同様の構成により、本来N波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号S1,S2,…,SN を、符号化によりN+1波分の符号化信号C1,C2,…,CN+1 に変換し、N+1波のサブキャリア(f1, f2, …,fN+1)に、それぞれ符号化信号C1,C2,…,CN+1 を重畳する。 In the multicarrier optical transmission system according to the third embodiment, transmission signals S 1 , S 2 ,..., S N that should be superimposed on N-wave subcarriers are encoded by the same configuration as in the first and second embodiments. , Converted into encoded signals C 1 , C 2 ,..., C N + 1 for N + 1 waves, and encoded signals are respectively transmitted to subcarriers (f 1 , f 2 ,..., F N + 1 ) of N + 1 waves. C 1 , C 2 ,..., C N + 1 are superimposed.

符号化部で用いられる符号化行列は任意の(N+1)×N行列でよいが、 1 ,C 2 ,…,C N+1 符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列を用いるのがよい。本実施例における符号化空間は、送信信号S1,S2,…,SN を基底とするベクトル空間で表すことができる。このベクトル空間において、符号化信号C1,C2,…,CN+1 の直交性は各符号化信号の内積で表すことができ、内積が0のときに各符号化信号は直交となる。符号化信号C1,C2,…,CN+1 が中心を原点とするN次元正N+1胞体の頂点を指すとき、符号化信号間の内積は0に最も近づく。すなわち、直交に近い状態が実現される。C1,C2,…,CN+1 の関係は符号化空間の原点に対して点対称であるため、中心を原点とするN次元正N+1胞体の頂点を指すC1,C2,…,CN+1 であれば、どのようなC1,C2,…,CN+1 であっても、最大の直交性が実現される。以下では、上記のような符号化を実現する符号化行列をHN とする。 Coding matrix used in the encoding unit may be a (N + 1) × N matrix of arbitrary but, in order to minimize the C 1, C 2, ..., intersymbol interference C N + 1 are coded space It is preferable to use an encoding matrix in which the relationship between the respective encoded signals is as close to orthogonal as possible. Coding space in this embodiment, the transmission signal S 1, S 2, ..., can be represented by a vector space with basis the S N. In this vector space, the orthogonality of the encoded signals C 1 , C 2 ,..., C N + 1 can be expressed by the inner product of each encoded signal, and each encoded signal is orthogonal when the inner product is 0. . When the encoded signals C 1 , C 2 ,..., C N + 1 indicate the vertices of the N-dimensional positive N + 1 cell with the center as the origin, the inner product between the encoded signals is closest to 0. That is, a state close to orthogonal is realized. Since the relationship between C 1 , C 2 ,..., C N + 1 is point symmetric with respect to the origin of the coding space, C 1 , C 2 ,. , C N + 1 , the maximum orthogonality is realized regardless of C 1 , C 2 ,..., C N + 1 . Hereinafter, an encoding matrix that realizes the encoding as described above is assumed to be H N.

送信信号S1,S2,…,SN と符号化信号C1,C2,…,CN+1 の関係は、以下の式で表される。

Figure 0006400444
Transmitting signals S 1, S 2, ..., S N and the encoding signal C 1, C 2, ..., the relationship C N + 1 is expressed by the following equation.
Figure 0006400444

また、送信信号Si (i=1,2,…,N)、符号化信号Cj (j=1,2,…,N+1)は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

Figure 0006400444
Further, the transmission signal S i (i = 1, 2,..., N) and the encoded signal C j (j = 1, 2,..., N + 1) are expressed by the following equations using vectors based on polarization. expressed.
Figure 0006400444

本実施例の受信部の構成については実施例1および実施例2と同様であるので説明を省略する。ただし、伝搬遅延差補償回路から出力される複素信号Ej j=1,2,…,N+1)は、偏波を基底とするベクトルを用いて

Figure 0006400444
と表される。 Since the configuration of the receiving unit of the present embodiment is the same as that of the first and second embodiments, the description thereof is omitted. However, the complex signal E j j = 1, 2,..., N + 1) output from the propagation delay difference compensation circuit uses a vector based on polarization.
Figure 0006400444
It is expressed.

波形等化回路における等化フィルタのタップ係数hij (i=1,2,…,N、j=1,2,…,N+1) としたときに、波形等化回路から出力される波形等化信号E'i、そのx偏波成分E'ixおよびy偏波成分E'iy(i=1,2,…,N)は、

Figure 0006400444
と表される。 Waveform equalization output from the waveform equalization circuit when tap coefficients h ij (i = 1, 2,..., N, j = 1, 2,..., N + 1) of the equalization filter in the waveform equalization circuit The signal E ′ i , its x polarization component E ′ ix and y polarization component E ′ iy (i = 1, 2,..., N) are
Figure 0006400444
It is expressed.

したがって、本実施例は、LDに対してN:1のリストレーション構成になっていることを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はLDのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。   Therefore, this embodiment means that the restoration configuration is N: 1 with respect to the LD. Here, the failure to be restored is not only the LD but also the failure to subcarriers such as a modulator and a failure depending on the wavelength in the transmission path.

図9は、本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例4の構成を示す。
図9において、マルチキャリア光伝送システムでは、実施例1〜実施例3と同様の構成により、本来N波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号S1,S2,…,SN を、符号化によりM(M>N)波分の符号化信号C1,C2,…,CM に変換し、M波のサブキャリア(f1, f2, …,fM)に、それぞれ符号化信号C1,C2,…,CM を重畳する。なお、実施例1はN=2、M=3の場合であり、実施例2はN=3、M=4の場合であり、実施例3はM=N+1の場合である。
FIG. 9 shows the configuration of Embodiment 4 of the multicarrier optical transmission system of the present invention.
In FIG. 9, in the multicarrier optical transmission system, transmission signals S 1 , S 2 ,..., S N that should be superimposed on N-wave subcarriers are encoded by the same configuration as in the first to third embodiments. Are converted into encoded signals C 1 , C 2 ,..., C M for M (M> N) waves, and encoded into M-wave subcarriers (f 1 , f 2 ,..., F M ), respectively. Signals C 1 , C 2 ,..., CM are superimposed. The first embodiment is a case where N = 2 and M = 3, the second embodiment is a case where N = 3 and M = 4, and the third embodiment is a case where M = N + 1.

送信部は、送信信号S1,S2 …,SN を符号化信号C1,C2,…,CM に変換する符号化部11−1,11−2と、M波分のサブキャリア(f1, f2, …,fM)を生成するLD12−1〜12−Mと、各サブキャリアを符号化信号C1,C2,…,CM に基づいて変調する偏波多重ベクトル変調器13−1〜13−Mと、各サブキャリア光信号を波長多重する光合波器14とにより構成される。 Transmission unit, the transmission signal S 1, S 2 ..., coded signal S N C 1, C 2, ..., an encoding unit 11-1 and 11-2 for converting the C M, M Namibun subcarriers (f 1, f 2, ... , f M) and LD12-1~12-M to produce a coded signal C 1 of each subcarrier, C 2, ..., polarization multiplexing vector modulation based on C M Modulators 13-1 to 13-M and an optical multiplexer 14 that wavelength-multiplexes each subcarrier optical signal.

送信信号は偏波多重光信号であり、本来サブキャリアnのX偏波、Y偏波に重畳されるべき送信信号をそれぞれSix, Siy(i=1,2,…,N)とする。各送信信号は複素数で表現されるものとする。X偏波信号に対する符号化部11−1では、送信信号Sixから符号化信号Cjx(j=1,2,…,M)を生成し、Y偏波信号に対する符号化部11−2では、送信信号Siyから符号化信号をCjyを生成する。符号化部11−1,11−2で用いられる符号化行列は任意のM×N行列でよいが、 jx ならびにC jy 符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列HMNを用いるのがよい。
The transmission signal is a polarization multiplexed optical signal, and transmission signals that should be superimposed on the X polarization and Y polarization of subcarrier n are S ix , S iy (i = 1, 2,..., N), respectively. . Each transmission signal is represented by a complex number. The encoding unit 11-1 for the X polarization signal generates the encoded signal C jx (j = 1, 2,..., M) from the transmission signal S ix, and the encoding unit 11-2 for the Y polarization signal Then, C jy is generated from the transmission signal S iy . Coding matrix used in the coding unit 11-1, 11-2 may be M × N matrix of arbitrary but, in order to minimize intersymbol interference C jx and C jy is in the coding space It is preferable to use an encoding matrix H MN such that the relationship between the encoded signals is as close to orthogonal as possible.

送信信号S1,S2 …,SN と符号化信号C1,C2,…,CM の関係は、以下の式で表される。

Figure 0006400444
Transmitting signals S 1, S 2 ..., S N and the encoding signal C 1, C 2, ..., the relationship C M is expressed by the following equation.
Figure 0006400444

また、送信信号Si (i=1,2,…,N)、符号化信号Cj (j=1,2,…,M)は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

Figure 0006400444
Further, the transmission signal S i (i = 1, 2,..., N) and the encoded signal C j (j = 1, 2,..., M) are expressed by the following equations using vectors based on polarization. expressed.
Figure 0006400444

受信部は、各サブキャリア信号を波長分離する光分波器21、コヒーレント受信器22−1〜22−M、局発光源23−1〜23−M、デジタル信号処理部24から構成される。光ファイバ伝送路を伝送した波長多重光信号は光分波器21で分波され、それぞれのコヒーレント受信器22−1〜22−Mによって受信される。各コヒーレント受信器22−1〜22−Mには、そのコヒーレント受信器で受信する光信号のサブキャリア光周波数と同一の光周波数を有する局発光が局発光源23−1〜23−Mから入力され、局発光の光周波数を基準としたベースバンド信号がデジタル信号処理部24に送られる。   The receiving unit includes an optical demultiplexer 21 that separates wavelengths of the subcarrier signals, coherent receivers 22-1 to 22-M, local light sources 23-1 to 23-M, and a digital signal processing unit 24. The wavelength multiplexed optical signal transmitted through the optical fiber transmission line is demultiplexed by the optical demultiplexer 21 and received by the respective coherent receivers 22-1 to 22-M. Each of the coherent receivers 22-1 to 22-M receives local light from the local light sources 23-1 to 23-M having the same optical frequency as the subcarrier optical frequency of the optical signal received by the coherent receiver. Then, a baseband signal based on the optical frequency of the local light is sent to the digital signal processing unit 24.

図10は、実施例4におけるデジタル信号処理部24の構成例を示す。
図10において、デジタル信号処理部24は、A/D変換器1−1〜1−M、分散補償回路2−1〜2−M、伝搬遅延差補償回路3−1〜3−M、波形等化回路4−1〜4−N、位相推定回路5−1〜5−N、識別回路6−1〜6−Nから構成されている。
FIG. 10 shows a configuration example of the digital signal processing unit 24 in the fourth embodiment.
In FIG. 10, the digital signal processing unit 24 includes A / D converters 1-1 to 1-M, dispersion compensation circuits 2-1 to 2-M, propagation delay difference compensation circuits 3-1 to 3-M, waveforms, and the like. Circuit 4-1 to 4-N, phase estimation circuits 5-1 to 5-N, and identification circuits 6-1 to 6-N.

コヒーレント受信器22−1〜22−Mからそれぞれ出力される信号は、直交する偏波状態に相当する複素信号から構成されており、A/D変換器1−1〜1−Mによってサンプリング周波数fsでデジタル信号に変換された後に、分散補償回路2−1〜2−Mに入力される。ここで、サンプリング定理に基づき、サンプリング周波数fsは各チャンネルの変調周波数の2倍よりも大きいものとする。各分散補償回路2−1〜2−Mは、光ファイバ伝送路の総波長分散量に相当する分散補償を施し、伝搬遅延差補償回路3−1〜3−Mにより、光ファイバ伝送路の波長分散に起因して生じた各サブキャリア間の伝搬遅延差が補償され、複素信号E1 〜EM が出力される。ここで、各分散補償回路が補償する分散量は、各コヒーレント受信器が受信する光信号のサブキャリア光周波数における総波長分散量の値を用いる。 The signals output from the coherent receivers 22-1 to 22-M are composed of complex signals corresponding to orthogonal polarization states, and are sampled by the A / D converters 1-1 to 1-M. Is converted to a digital signal and then input to the dispersion compensation circuits 2-1 to 2-M. Here, based on the sampling theorem, the sampling frequency fs is assumed to be greater than twice the modulation frequency of each channel. Each of the dispersion compensation circuits 2-1 to 2-M performs dispersion compensation corresponding to the total chromatic dispersion amount of the optical fiber transmission line, and the propagation delay difference compensation circuits 3-1 to 3-M cause the wavelength of the optical fiber transmission line. The propagation delay difference between the subcarriers caused by the dispersion is compensated, and complex signals E 1 to E M are output. Here, as the dispersion amount compensated by each dispersion compensation circuit, the value of the total chromatic dispersion amount at the subcarrier optical frequency of the optical signal received by each coherent receiver is used.

こうして得られた複素信号E1 〜EM に対して、波形等化回路4−1〜4−N、位相推定回路5−1〜5−N、識別回路6−1〜6−Nで次の処理を行う。ここで、複素信号Ej(j=1,2,…,M)は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。

Figure 0006400444
For the complex signals E 1 to E M obtained in this way, the waveform equalization circuits 4-1 to 4-N, the phase estimation circuits 5-1 to 5-N, and the discrimination circuits 6-1 to 6-N Process. Here, the complex signal E j (j = 1, 2,..., M) is expressed by the following equation using a vector whose polarization is the basis.
Figure 0006400444

波形等化回路4−1〜4−Nは、FIRフィルタから構成されており、偏波成分ごとの最尤推定によりFIRフィルタの適応信号処理を行うことで、偏波分離、残留分散補償、偏波分散補償、そして、符号化された信号の復号化が実現される。ここで、適応信号処理に伴うFIRフィルタのタップ更新アルゴリズムとしては、よく知られたCMA(Constant Modulus Algorithm)を用いることが可能である。各FIRフィルタのタップ係数を
ij (i=1〜N、j=1〜M) とすると、波形等化回路4−1〜4−Nからの出力信号E'i(i=1,2,…,N)は以下の式で表される。ここで、hijは偏波を基底とする2×2行列である。

Figure 0006400444
The waveform equalization circuits 4-1 to 4-N are composed of FIR filters. By performing adaptive signal processing of the FIR filter by maximum likelihood estimation for each polarization component, polarization separation, residual dispersion compensation, and polarization are performed. Wave dispersion compensation and decoding of the encoded signal are realized. Here, a well-known CMA (Constant Modulus Algorithm) can be used as an FIR filter tap update algorithm associated with adaptive signal processing. Assuming that the tap coefficients of the FIR filters are h ij (i = 1 to N, j = 1 to M), output signals E ′ i (i = 1, 2, N) from the waveform equalization circuits 4-1 to 4-N. ..., N) is represented by the following equation. Here, h ij is a 2 × 2 matrix based on polarization.
Figure 0006400444

波形等化回路4−1〜4−Nからの出力は、位相推定回路5−1〜5−N、識別回路6−1〜6−Nで処理されることにより、各チャネルの送信信号S1(S1x, S1y)〜SN ( SNx, SNy)を復元する。ここで、各サブキャリアを生成するM台のLDのうちM−N台のLDに障害が発生した場合であっても、上記処理により受信可能な残りの信号のみからE'1〜E' N を復元することが可能であり、結果として送信信号S1(S1x, S1y)〜SN (SNx, SNy)が得られる。これは、本実施例がLDに対してN:(M−N)のリストレーションを実現することを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はLDのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。 Outputs from the waveform equalization circuits 4-1 to 4-N are processed by the phase estimation circuits 5-1 to 5-N and the identification circuits 6-1 to 6-N, so that the transmission signals S 1 of the respective channels are processed. (S 1x , S 1y ) to S N (S Nx , S Ny ) are restored. Here, even if a failure occurs in MN LDs among the M LDs that generate each subcarrier, only E ′ 1 to E ′ N from the remaining signals that can be received by the above processing. As a result, transmission signals S 1 (S 1x , S 1y ) to S N (S Nx , S Ny ) are obtained. This means that the present embodiment realizes N: (MN) restoration for the LD. Here, the failure to be restored is not only the LD but also the failure to subcarriers such as a modulator and a failure depending on the wavelength in the transmission path.

1 A/D変換器
2 分散補償回路
3 伝搬遅延差補償回路
4 波形等化回路
5 位相推定回路
6 識別回路
11 符号化部
12 LD光源
13 偏波多重ベクトル変調器
14 光合波器
21 光分波器
22 コヒーレント受信器
23 局発光源
24 デジタル信号処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 A / D converter 2 Dispersion compensation circuit 3 Propagation delay difference compensation circuit 4 Waveform equalization circuit 5 Phase estimation circuit 6 Identification circuit 11 Encoding part 12 LD light source 13 Polarization multiplexing vector modulator 14 Optical multiplexer 21 Optical demultiplexing 22 Coherent receiver 23 Local light source 24 Digital signal processor

Claims (6)

光ファイバ伝送路を介して接続される送信部と受信部の間で、複数の波長の光信号を波長多重した波長多重光信号を伝送するマルチキャリア光伝送システムにおいて、
前記送信部は、
複数M個の波長のサブキャリアを生成するレーザ光源と、
複数N個(N<M)の送信信号S1,S2,…, SN を符号化処理して複数M個の符号化信号C1,C2,…, CM を生成するときに、符号化空間内における各符号化信号の内積が0に最も近づく符号化行列を用いる符号化部と、
前記各波長のサブキャリアを前記各符号化信号C1,C2,…, CM のx偏波成分およびy偏波成分でそれぞれ偏波多重変調して各波長の偏波多重光信号を生成する偏波多重ベクトル変調器と、
前記各波長の偏波多重光信号を波長多重し、前記波長多重光信号として前記光ファイバ伝送路に送出する光合波器とを備え、
前記受信部は、
前記波長多重光信号を入力して前記各波長の偏波多重光信号を波長分離する光分波器と、
前記各波長の偏波多重光信号の搬送波光周波数と等しい光周波数の局発光を出力する局発光源と、
前記各波長の偏波多重光信号と、その搬送波光周波数と等しい光周波数の前記局発光を入力してコヒーレント検波を行うコヒーレント受信器と、
前記コヒーレント受信器から出力されるM個の電気信号を入力してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部とを備え、
前記デジタル信号処理部は、
前記コヒーレント受信器から出力される前記M個の電気信号をデジタル信号に変換するM個のA/D変換器と、
前記M個のデジタル信号に対して前記光ファイバ伝送路で発生した波長分散を起因とした光波形劣化を補償し、さらに波長分散を起因とした各サブキャリア間の伝搬遅延差を補償したM個の補償信号E1,E2,…, EM を出力するM個の波長分散・伝搬遅延差補償回路と、
前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるM個の補償信号E1,E2,…, EM を入力し、偏波分離、残留分散補償、偏波モード分散補償を含む適応等化処理を行い、さらにタップ更新アルゴリズムとしてCMA(Constant Modulus Algorithm)を用い、前記送信部で行った符号化に対応する復号化を行ってN個の波形等化信号E'1, E'2, …,E'Nを出力するN個の波形等化回路と、
前記波形等化回路から出力される前記波形等化信号E'1, E'2, …,E'Nから光信号の搬送波位相を推定し、さらに信号識別を行って前記N個の送信信号S1,S2,…, SN を出力する位相推定・識別回路と
を備えたことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
In a multi-carrier optical transmission system for transmitting a wavelength-multiplexed optical signal obtained by wavelength-multiplexing optical signals of a plurality of wavelengths between a transmission unit and a reception unit connected via an optical fiber transmission line,
The transmitter is
A laser light source that generates subcarriers of a plurality of M wavelengths;
Transmission signal S 1, S 2 of the plurality of N (N <M), ..., coded signals plurality of M by processing coded S N C 1, C 2, ..., when generating the C M, An encoding unit that uses an encoding matrix in which the inner product of each encoded signal in the encoding space is closest to 0 ;
Wherein each said sub-carrier wavelengths each coded signal C 1, C 2, ..., generates a polarization multiplexed optical signal x polarization component and the polarization respectively y polarization components multiplexed modulated and the wavelength of the C M A polarization multiplexed vector modulator,
An optical multiplexer that wavelength-multiplexes the polarization multiplexed optical signal of each wavelength and sends the wavelength multiplexed optical signal to the optical fiber transmission line;
The receiver is
An optical demultiplexer for inputting the wavelength-multiplexed optical signal and wavelength-separating the polarization multiplexed optical signal of each wavelength;
A local light source that outputs local light having an optical frequency equal to the carrier optical frequency of the polarization multiplexed optical signal of each wavelength;
A coherent receiver that performs coherent detection by inputting the polarization multiplexed optical signal of each wavelength and the local light having an optical frequency equal to the carrier optical frequency;
A digital signal processing unit that performs digital signal processing by inputting M electrical signals output from the coherent receiver;
The digital signal processor is
M A / D converters that convert the M electrical signals output from the coherent receiver into digital signals;
The M digital signals are compensated for optical waveform degradation caused by chromatic dispersion generated in the optical fiber transmission line, and further compensated for propagation delay difference between subcarriers caused by chromatic dispersion. compensation signal E 1, E 2, and ..., and M chromatic dispersion-propagation delay difference compensating circuit for outputting E M,
M equalization signals E 1 , E 2 ,..., E M output from the chromatic dispersion / propagation delay difference compensation circuit are input, and adaptive equalization including polarization separation, residual dispersion compensation, and polarization mode dispersion compensation The processing is performed, and further, CMA (Constant Modulus Algorithm) is used as a tap update algorithm, and decoding corresponding to the encoding performed in the transmission unit is performed, so that N waveform equalized signals E ′ 1 , E ′ 2 ,. , E ′ N to output N waveform equalization circuits,
.., E ′ N which estimates the carrier phase of the optical signal from the waveform equalization signals E ′ 1 , E ′ 2 ,..., E ′ N output from the waveform equalization circuit, and further performs signal identification to perform the N transmission signals S. A multi-carrier optical transmission system comprising: a phase estimation / identification circuit that outputs 1 , S 2 ,..., S N.
請求項1に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
前記符号化部で用いる符号化行列は、前記符号化信号C1,C2,…, CM 内積が0に最も近づくM×N行列をHMNとし、前記送信信号S1,S2,…, SN および前記符号化信号C1,C2,…, CM は、
Figure 0006400444
と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
Figure 0006400444
と表されることを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
The multicarrier optical transmission system according to claim 1,
Coding matrix used by the encoding unit, the encoded signal C 1, C 2, ..., the inner product of C M is closest M × N matrix 0 and H MN, the transmission signals S 1, S 2, ..., S N and the coded signal C 1, C 2, ..., C M is
Figure 0006400444
And using a vector based on polarization
Figure 0006400444
A multi-carrier optical transmission system characterized by
請求項1に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるM個の補償信号Ej は、偏波を基底とするベクトルを用いて
Figure 0006400444
と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数hij (i=1,2,…,N、j=1,2,…,M) としたときに、前記波形等化回路から出力されるN個の波形等化信号E'i、そのx偏波成分E'ixおよびy偏波成分E'iy(i=1,2,…,N)は、
Figure 0006400444
と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対してN:(M−N)リストレーションを実現する構成である
ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
The multicarrier optical transmission system according to claim 1,
The M compensation signals E j output from the chromatic dispersion / propagation delay difference compensation circuit use a vector based on polarization.
Figure 0006400444
When the tap coefficients h ij (i = 1, 2,..., N, j = 1, 2,..., M) of the equalization filter in the waveform equalization circuit are expressed by the waveform equalization circuit. The output N waveform equalization signals E ′ i , the x polarization component E ′ ix and the y polarization component E ′ iy (i = 1, 2,..., N) are
Figure 0006400444
The multi-carrier optical transmission system is characterized in that N: (MN) restoration is realized for a failure caused by each subcarrier.
請求項1に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
N=2、M=3のときに、前記符号化部で用いる符号化行列H2 は、
Figure 0006400444
と表され、前記送信信号S1,S2 および前記符号化信号C1,C2,C3 は、
Figure 0006400444
と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
Figure 0006400444
と表され、
前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力される補償信号Ej (j=1,2,3)は、偏波を基底とするベクトルを用いて
Figure 0006400444
と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数hij (i=1,2、j=1,2,3) としたときに、前記波形等化回路から出力される波形等化信号E'i、そのx偏波成分E'ixおよびy偏波成分E'iy(i=1,2)は、
Figure 0006400444
と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対して2:1リストレーションを実現する構成である
ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
The multicarrier optical transmission system according to claim 1,
When N = 2 and M = 3, the encoding matrix H 2 used in the encoding unit is
Figure 0006400444
The transmission signals S 1 , S 2 and the encoded signals C 1 , C 2 , C 3 are
Figure 0006400444
And using a vector based on polarization
Figure 0006400444
And
The compensation signal E j (j = 1, 2, 3) output from the chromatic dispersion / propagation delay difference compensation circuit uses a vector based on polarization.
Figure 0006400444
And the waveform equalization output from the waveform equalization circuit when the tap coefficient h ij (i = 1, 2, j = 1, 2, 3) of the equalization filter in the waveform equalization circuit is used. The signal E ′ i , its x polarization component E ′ ix and y polarization component E ′ iy (i = 1, 2) is
Figure 0006400444
The multi-carrier optical transmission system is characterized in that 2: 1 restoration is realized for the failure caused by each subcarrier.
請求項1に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
N=3、M=4のときに、前記符号化部で用いる符号化行列H3 は、
Figure 0006400444
と表され、前記送信信号S1,S2,S3 および前記符号化信号C1,C2,C3,C4 は、
Figure 0006400444
と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
Figure 0006400444
と表され、
前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるデジタル信号Ej (j=1,2,3,4)は、偏波を基底とするベクトルを用いて
Figure 0006400444
と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数hij (i=1,2,3、j=1,2,3,4) としたときに、前記波形等化回路から出力される波形等化信号E'i、そのx偏波成分E'ixおよびy偏波成分E'iy(i=1,2,3)は、
Figure 0006400444
と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対して3:1リストレーションを実現する構成である
ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
The multicarrier optical transmission system according to claim 1,
When N = 3 and M = 4, the encoding matrix H 3 used in the encoding unit is
Figure 0006400444
The transmission signals S 1 , S 2 , S 3 and the encoded signals C 1 , C 2 , C 3 , C 4 are
Figure 0006400444
And using a vector based on polarization
Figure 0006400444
And
The digital signal E j (j = 1, 2, 3, 4) output from the chromatic dispersion / propagation delay difference compensation circuit uses a vector based on polarization.
Figure 0006400444
When the tap coefficient h ij (i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3, 4) of the equalization filter in the waveform equalization circuit is output from the waveform equalization circuit. Waveform equalization signal E ′ i , its x polarization component E ′ ix and y polarization component E ′ iy (i = 1, 2, 3)
Figure 0006400444
The multi-carrier optical transmission system is characterized in that 3: 1 restoration is realized with respect to a failure caused by each of the subcarriers.
請求項1に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
M=N+1のときに、前記符号化部で用いる符号化行列HN は、前記符号化信号C1,C2,…,CN+1 が前記送信信号S1,S2,…,SN を基底とするN次元ベクトル空間において中心を原点とするN次元正N+1胞体の頂点を指すベクトルであり、
前記送信信号S1,S2,…,SN および前記符号化信号C1,C2,…,CN+1 は、
Figure 0006400444
と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
Figure 0006400444
と表され、
前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるデジタル信号Ej (j=1,2,…,N+1)は、偏波を基底とするベクトルを用いて
Figure 0006400444
と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数hij (i=1,2,…,N、j=1,2,…,N+1) としたときに、前記波形等化回路から出力される波形等化信号E'i、そのx偏波成分E'ixおよびy偏波成分E'iy(i=1,2,…,N)は、
Figure 0006400444
と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対してN:1リストレーションを実現する構成である
ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
The multicarrier optical transmission system according to claim 1,
When M = N + 1, the encoding matrix H N used in the encoding unit is such that the encoded signals C 1 , C 2 ,..., C N + 1 are transmitted signals S 1 , S 2 ,. the apex of the N-dimensional positive N + 1 reticulum with the origin centered at the N-dimensional vector space as a base of a finger to vector,
The transmission signal S 1, S 2, ..., S N and the coded signal C 1, C 2, ..., C N + 1 is
Figure 0006400444
And using a vector based on polarization
Figure 0006400444
And
The digital signal E j (j = 1, 2,..., N + 1) output from the chromatic dispersion / propagation delay difference compensation circuit uses a vector based on polarization.
Figure 0006400444
When the tap coefficients h ij (i = 1, 2,..., N, j = 1, 2,..., N + 1) of the equalization filter in the waveform equalization circuit are expressed by the waveform equalization circuit. The output waveform equalization signal E ′ i , its x polarization component E ′ ix and y polarization component E ′ iy (i = 1, 2,..., N) are
Figure 0006400444
The multi-carrier optical transmission system is characterized in that N: 1 restoration is realized against a failure caused by each subcarrier.
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