JP6659613B2

JP6659613B2 - 偏波状態推定方法及び偏波状態推定装置

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Publication number: JP6659613B2
Application number: JP2017070723A
Authority: JP
Inventors: 福太郎濱岡; 聖司岡本; 政則中村; 明日香松下; 木坂　由明; 由明木坂
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018174413A

Description

本発明は、主に偏波状態推定方法及び偏波状態推定装置に関する。

近年の光伝送システムでは、コヒーレント光通信技術とデジタル信号処理技術とを組み合わせたデジタルコヒーレント技術が用いられている。デジタルコヒーレント技術を用いた伝送方式では、送信側の装置が位相変調した光信号を出力し、受信側のコヒーレントレシーバがコヒーレント検波技術により取得した高感度の電気信号を出力する。受信側の装置は、電気信号をＡＤ（Analog to Digital）コンバータでデジタル信号に変換した後に、デジタル信号処理により伝送路で歪んだ受信波形をデジタル領域で補償する（非特許文献１）。デジタル信号処理により波形の歪みの補正が簡易な構成で行うことができるため、大容量かつ高速な伝送システムが実現可能である。

デジタルコヒーレント伝送方式では、送信側で偏波多重された光信号を、受信側の装置がデジタル信号処理により偏波分離できるため、一般的に偏波多重された光信号を伝送に用いている。デジタル信号による偏波分離は、デジタルコヒーレント伝送方式において重要な技術の一つである。伝送路中の偏波状態の変動は、デジタル信号による偏波分離に影響を与えるため、伝送路において生じる偏波状態の変動を取得することは受信耐力の評価において重要である。

デジタルコヒーレント伝送では一般的に、デジタル信号処理装置において適応等化器として、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタが用いられる。ＦＩＲフィルタのタップ係数を任意のアルゴリズムを用いて適応制御することで、偏波分離や波形歪みの補償を実現している（非特許文献１）。

非特許文献２には、デジタル信号処理装置における適応等化器に用いられるＦＩＲフィルタのタップ係数から光信号の偏波状態の変動速度を算出する手法が記載されている。この手法では、光信号の偏波状態を表現するストークスパラメータを、ＦＩＲフィルタのタップ係数から算出し、ストークスパラメータの時間変化より光信号の偏波状態の変化速度を算出する。しかし、この手法では、タップ係数からストークスパラメータを算出する際に三角関数を多用するために演算負荷が著しく大きくなるという問題がある。

S. J. Savory, "Digital filters for coherent optical receivers," Optics Express, vol.16, no.2, pp.804-814, 2008. Calvin C. K. Chan, "Optical Performance Monitoring: Advanced Techniques for Next-Generation Photonic Networks," Academic Press, pp.287-288, 2010.

前述の事情に鑑み、本発明は、偏波多重された光信号における偏波状態の変化速度を推定する際の演算負荷を削減することができる偏波状態推定方法及び偏波状態推定装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様における偏波状態推定方法は、偏波多重された光信号に含まれる複数の信号に対する適応等化に用いられるＦＩＲフィルタの複数のタップ係数を取得する取得ステップと、前記タップ係数それぞれの変化量の和を算出する加算ステップと、前記和の時系列における周波数成分の絶対値が最大となる周波数を検出する検出ステップと、検出された前記周波数から前記偏波多重された光信号における偏波状態変動速度を推定する推定ステップと、を含む。

また、本発明の一態様によれば、上記の偏波状態推定方法において、前記偏波多重された光信号には異なる偏波面を有する２つの光信号が多重されており、前記ＦＩＲフィルタは、前記偏波多重された光信号から得られる第１及び第２の信号がそれぞれ入力され、前記複数のタップ係数は、前記第１の信号に含まれる前記２つの光信号それぞれの成分に対する第１及び第２のタップ係数ベクトルと、前記第２の信号に含まれる前記２つの光信号それぞれ成分に対する第３及び第４のタップ係数ベクトルとを含み、前記加算ステップでは、前記第１、第２、第３及び第４のタップ係数ベクトルのうち少なくとも一つのベクトルの各要素の変化量を加算して前記和を算出する。

また、本発明の一態様によれば、上記の偏波状態推定方法において、前記加算ステップでは、前記第１及び第２のタップ係数ベクトルの各要素の変化量と、前記第３及び第４のタップ係数ベクトルの各要素の変化量とのいずれか一方を加算して前記和を算出する。

また、本発明の一態様によれば、上記の偏波状態推定方法において、前記加算ステップでは、前記第１、第２、第３及び第４のタップ係数ベクトルの各要素の変化量すべてを加算して前記和を算出する。

また、本発明の一態様によれば、上記の偏波状態推定方法において、前記ＦＩＲフィルタのタップ数をＭとし、前記第１、第２、第３及び第４のタップ係数ベクトルの要素をｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ）、ｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ）、ｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ）、ｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ）とし、各要素の変化量を
Δｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ−１）、
Δｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ−１）、
Δｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ−１）、
Δｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ−１）
とした場合、前記加算ステップでは、段落００３４の式（２）におけるＳ_ｘｘ（ｎ）、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）の少なくとも一つを前記和として算出する。

また、本発明の一態様における偏波状態推定装置は、偏波多重された光信号に含まれる複数の信号に対する適応等化に用いられるＦＩＲフィルタの複数のタップ係数を取得する取得部と、前記タップ係数それぞれの変化量の和を算出する加算部と、前記和の時系列における周波数成分の絶対値が最大となる周波数を検出する検出部と、検出された前記周波数から前記偏波多重された光信号における偏波状態変動速度を推定する推定部と、を備える。

本発明によれば、偏波多重された光信号における偏波状態の変化速度を推定する際の演算負荷を削減することができる。

実施形態における光受信機の構成例を示すブロック図である。実施形態における適応等化部の構成例を示すブロック図である。実施形態における偏波状態変動速度推定部が行う推定処理を示すフローチャートである。実施形態の光受信機を用いて光ファイバ伝送路の偏波状態変動速度を推定した結果を示す第１のグラフである。実施形態の光受信機を用いて光ファイバ伝送路の偏波状態変動速度を推定した結果を示す第２のグラフである。実施形態の光受信機を用いて光ファイバ伝送路の偏波状態変動速度を推定した結果を示す第３のグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における偏波状態推定方法及び偏波状態推定装置を説明する。実施形態における偏波状態推定装置は、デジタル信号処理を適応等化する際のタップ係数を用いて、光信号の偏波状態が変化する速度を推定する。

図１は、本発明の実施形態における光受信機１の構成例を示すブロック図である。光受信機１は、光ファイバ伝送路にて伝送された光信号を受信する。光受信機１が受信する光信号は、偏波面が直交する２つの光信号が送信側の装置において偏波多重された光信号である。

光受信機１は、光コヒーレント受信機１１とデジタル信号処理部１２とを備える。光コヒーレント受信機１１は、光受信機１に入力される光信号を局発光によりベースバンド光信号に変換する。光コヒーレント受信機１１は、ベースバンド光信号を偏波面が直交する２つの光信号に分離する。光コヒーレント受信機１１は、２つの光信号それぞれに対して光電変換及びＡＤ変換を行う。光コヒーレント受信機１１は、光電変換及びＡＤ変換により得られた２つのデジタル信号をデジタル信号処理部１２へ出力する。デジタル信号処理部１２は、送信されたバイナリ情報を２つのデジタル信号から復調するとともに、光ファイバ伝送路における光信号の偏波状態変動速度を推定する。

デジタル信号処理部１２は、波長分散補償部１３、適応等化部１４、キャリア位相補償部１５、受信データ復調部１６及び偏波状態変動速度推定部１７を備える。波長分散補償部１３は、光コヒーレント受信機１１から出力される２つのデジタル信号それぞれに対して波長分散補償を行う。波長分散補償部１３は、波長分散補償により得られたデジタル信号を適応等化部１４へ出力する。適応等化部１４は、波長分散補償部１３から出力される２つのデジタル信号間の干渉及び歪みを抑える波形等化を行う。適応等化部１４は、波形等化を施した２つのデジタル信号をキャリア位相補償部１５へ出力する。

図２は、本実施形態における適応等化部１４の構成例を示すブロック図である。図２に示す適応等化部１４は、タップ数がＭ（Ｍは２以上の自然数）のＦＩＲフィルタを用いて構成される。適応等化部１４は、遅延器２１−１〜２１−（Ｍ−１）、２３−１〜２３−（Ｍ−１）、２５−１〜２５−（Ｍ−１）、２７−１〜２７−（Ｍ−１）と、乗算器２２−１〜２２−Ｍ、２４−１〜２４−Ｍ、２６−１〜２６−Ｍ、２８−１〜２８−Ｍと、加算器３１、３２と、タップ係数更新部３３、３４とを備える。

遅延器２１−ｉ、２５−ｉ（１≦ｉ≦Ｍ−１，ｉは自然数）は、適応等化部１４に入力される２つのデジタル信号のうち一方のデジタル信号ｘ_ｉｎ（第１の信号）を遅延させた後に出力する。遅延器２１−ｉ、２５−ｉがデジタル信号ｘ_ｉｎに対して与える遅延量は、ｉ×（単位時間）である。単位時間は、光コヒーレント受信機１１におけるＡＤ変換のサンプリング間隔と同じ間隔としてもよいし、サンプリング間隔に基づいて定めた間隔としてもよい。

乗算器２２−ｉ、２６−ｉは、タップ係数ｈ_ｘｘ，ｉ、ｈ_ｙｘ，ｉをそれぞれ記憶している。乗算器２２−１は、デジタル信号ｘ_ｉｎにタップ係数ｈ_ｘｘ，１を乗算し、乗算結果を出力する。乗算器２２−ｉ（２≦ｉ≦Ｍ）は、遅延器２１−（ｉ−１）から出力されるデジタル信号ｘ_ｉｎにタップ係数ｈ_ｘｘ，ｉを乗算し、乗算結果を出力する。乗算器２６−１は、デジタル信号ｘ_ｉｎにタップ係数ｈ_ｙｘ，１を乗算し、乗算結果を出力する。乗算器２６−ｉ（２≦ｉ≦Ｍ）は、遅延器２５−（ｉ−１）から出力されるデジタル信号ｘ_ｉｎにタップ係数ｈ_ｙｘ，ｉを乗算し、乗算結果を出力する。

遅延器２３−ｉ、２７−ｉ（１≦ｉ≦Ｍ−１）は、適応等化部１４に入力される２つのデジタル信号のうち他方のデジタル信号ｙ_ｉｎ（第２の信号）を遅延させた後に出力する。遅延器２３−ｉ、２７−ｉがデジタル信号ｙ_ｉｎに対して与える遅延量は、ｉ×（単位時間）である。

乗算器２４−ｉ、２８−ｉは、タップ係数ｈ_ｘｙ，ｉ、ｈ_ｙｙ，ｉをそれぞれ記憶している。乗算器２４−１は、デジタル信号ｙ_ｉｎにタップ係数ｈ_ｘｙ，１を乗算し、乗算結果を出力する。乗算器２４−ｉ（２≦ｉ≦Ｍ）は、遅延器２３−（ｉ−１）から出力されるデジタル信号ｙ_ｉｎにタップ係数ｈ_ｘｙ，ｉを乗算し、乗算結果を出力する。乗算器２８−１は、デジタル信号ｙ_ｉｎにタップ係数ｈ_ｙｙ，１を乗算し、乗算結果を出力する。乗算器２８−ｉ（２≦ｉ≦Ｍ）は、遅延器２７−（ｉ−１）から出力されるデジタル信号ｙ_ｉｎにタップ係数ｈ_ｙｙ，ｉを乗算し、乗算結果を出力する。

加算器３１は、乗算器２２−ｉ、２４−ｉ（１≦ｉ≦Ｍ−１）それぞれから出力される乗算結果を加算し、加算結果をデジタル信号ｘ_ｏｕｔとして出力する。加算器３２は、乗算器２６−ｉ、２８−ｉ（１≦ｉ≦Ｍ−１）それぞれから出力される乗算結果を加算し、加算結果をデジタル信号ｙ_ｏｕｔとして出力する。デジタル信号ｘ_ｏｕｔ、ｙ_ｏｕｔは適応等化部１４が出力するデジタル信号である。

タップ係数更新部３３は、デジタル信号ｘ_ｉｎ、ｙ_ｉｎとデジタル信号ｘ_ｏｕｔとに基づいて、タップ係数ベクトルｈ_ｘｘ＝［ｈ_ｘｘ，１，ｈ_ｘｘ，２，…，ｈ_ｘｘ，Ｍ］、ｈ_ｘｙ＝［ｈ_ｘｙ，１，ｈ_ｘｙ，２，…，ｈ_ｘｙ，Ｍ］を更新する。タップ係数更新部３３は、更新したタップ係数を乗算器２２−ｉ、２４−ｉそれぞれに記憶させる。タップ係数更新部３４は、デジタル信号ｘ_ｉｎ、ｙ_ｉｎとデジタル信号ｙ_ｏｕｔとに基づいて、タップ係数ｈ_ｙｘ＝［ｈ_ｙｘ，１，ｈ_ｙｘ，２，…，ｈ_ｙｘ，Ｍ］、ｈ_ｙｙ＝［ｈ_ｙｙ，１，ｈ_ｙｙ，２，…，ｈ_ｙｙ，Ｍ］を更新する。タップ係数更新部３４は、更新されたタップ係数を乗算器２６−ｉ、２８−ｉそれぞれに記憶させる。

タップ係数更新部３３、３４は、式（１）を用いて、タップ係数ベクトルｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを更新する。タップ係数更新部３３、３４は、タップ係数ベクトルｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを偏波状態変動速度推定部１７へ出力する。

式（１）において、μはステップサイズパラメータであり、ε_ｘ（ｎ）及びε_ｙ（ｎ）は誤差評価関数である。ベクトルｘ_ｉｎ ^＊及びｙ_ｉｎ ^＊は、デジタル信号ｘ_ｉｎ及びｙ_ｉｎの複素共役の時系列であり、ｘ_ｉｎ ^＊＝［ｘ_ｉｎ（ｎ），ｘ_ｉｎ（ｎ−１），…，ｘ_ｉｎ（ｎ−Ｍ＋１）］^＊及びｙ_ｉｎ ^＊＝［ｙ_ｉｎ（ｎ），ｙ_ｉｎ（ｎ−１），…，ｙ_ｉｎ（ｎ−Ｍ＋１）］^＊である。タップ係数ベクトルｈ_ｘｘ（ｎ）、ｈ_ｘｙ（ｎ）、ｈ_ｙｘ（ｎ）、ｈ_ｙｙ（ｎ）は（ｎ−１）回目の更新により得られるタップ係数ベクトルである。例えば、タップ係数ベクトルｈ_ｘｘ（ｎ）は、［ｈ_ｘｘ，１（ｎ），ｈ_ｘｘ，２（ｎ），…，ｈ_ｘｘ，Ｍ（ｎ）］である。ステップサイズパラメータμは、予め定められた値であってもよいし、偏波状態の変動速度に基づいて定められる値であってもよい。

なお、タップ係数更新部３３、３４は、ＲＬＳ（Recursive Least-Squares）やＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）などの公知のアルゴリズムを適用して、タップ係数ベクトルｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを逐次更新してもよい。

適応等化部１４において、タップ係数更新部３３、３４は、光ファイバ伝送路における伝送特性の変化に応じてタップ係数ｈ_ｘｘ，ｉ、ｈ_ｘｙ，ｉ、ｈ_ｙｘ，ｉ、ｈ_ｙｙ，ｉを逐次更新する。デジタル信号ｘ_ｉｎ、ｙ_ｉｎに応じて各タップ係数が更新されることにより、２つのデジタル信号ｘ_ｉｎ、ｙ_ｉｎ間に対する波形等化と偏波分離とが行われる。

図１に戻りデジタル信号処理部１２の構成の説明を続ける。キャリア位相補償部１５は、適応等化部１４から出力される２つのデジタル信号に対して周波数オフセット及び位相ノイズの推定を行う。キャリア位相補償部１５は、推定結果に基づいて２つのデジタル信号に対して補償を行う。キャリア位相補償部１５は、補償した２つのデジタル信号を受信データ復調部１６へ出力する。受信データ復調部１６は、キャリア位相補償部１５から出力される２つのデジタル信号に対して復調及び復号を行うことにより、送信されたバイナリ情報を取得する。

偏波状態推定装置としての偏波状態変動速度推定部１７は、適応等化部１４から出力されるタップ係数ベクトルｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙ（第１〜第４のタップ係数ベクトル）に基づいて、偏波状態の変動速度を推定する。適応等化によって更新される適応等化部１４のＦＩＲフィルタのタップ係数は、非特許文献２に記載されているようにストークスパラメータと関係性を持つ。すなわち、タップ係数の時間変化は、偏波状態の変動を示している。よって、タップ係数ｈ_ｘｘ，ｉ、ｈ_ｘｙ，ｉ、ｈ_ｙｘ，ｉ、ｈ_ｙｙ，ｉを用いて、偏波状態の変動Ｓ（ｎ）は式（２）で示される。

式（２）において、ＭはＦＩＲフィルタのタップ数である。Δｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ）、Δｈ_ｘｙ，ｉ、Δｈ_ｙｘ，ｉ、Δｈ_ｙｙ，ｉそれぞれは、タップ係数の時間変化量を示す。
Δｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ−１）
Δｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ−１）
Δｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ−１）
Δｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ−１）

すなわち、Ｓ_ｘｘ（ｎ）は、タップ係数ベクトルｈ_ｘｘの各要素の時間変化量の絶対値を加算した値である。同様に、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）もタップ係数ベクトルｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙの各要素の時間変化量の絶対値を加算した値である。予め定められた周期でＳ（ｎ）、Ｓ_ｘｘ（ｎ）、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）を逐次算出することにより、それぞれの時系列が得られる。

なお、式（２）におけるＳ_ｘｘ（ｎ）、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）を算出する際に、Ｍ個のタップ係数すべてを加算対象とせずに、Ｍ個のタップ係数のうち一部のタップ係数を加算対象としてもよい。例えば、加算対象のタップ係数をＭ個のタップ係数のうちＰ番目からＱ番目までの範囲のタップ係数としてもよい。Ｐ、Ｑは１＜Ｐ＜Ｑ＜Ｍを満たす自然数である。また、加算対象のタップ係数は、Ｍ個のタップ係数のうち予め定められた複数のタップ係数としてもよい。加算対象のタップ係数の数を減らすことにより、偏波状態の変動Ｓ（ｎ）を算出する際の演算量が削減される。

偏波状態変動速度推定部１７は、式（２）により変動Ｓ（ｎ）を算出し、算出した変動Ｓ（ｎ）の周期を算出する。偏波状態変動速度推定部１７は、算出したＳ（ｎ）の周期の逆数（周波数）を算出することにより、偏波状態の変動速度を推定する。あるいは、偏波状態変動速度推定部１７は、変動Ｓ（ｎ）に対してフーリエ変換を行い、偏波状態の変動速度を推定してもよい。具体的には、偏波状態変動速度推定部１７は、フーリエ変換により得られる周波数スペクトルにおいて強度の絶対値が最大となる周波数を検出し、検出した周波数から偏波状態の変動速度を推定する。

図３は、本実施形態における偏波状態変動速度推定部１７が行う推定処理を示すフローチャートである。偏波状態変動速度推定部１７は、推定処理を開始すると、適応等化部１４からタップ係数ベクトルｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを取得する（ステップＳ１０１）。偏波状態変動速度推定部１７は、タップ係数ベクトルの各要素の時間変化量の総和Ｓ_ｘｘ（ｎ）、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）をタップ係数ベクトルごとに算出する（ステップＳ１０２）。なお、前述のように、偏波状態変動速度推定部１７は、タップ係数ベクトルごとに一部の要素を加算してＳ_ｘｘ（ｎ）、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）を算出してもよい。

偏波状態変動速度推定部１７は、偏波状態の変動Ｓ（ｎ）を算出し、変動Ｓ（ｎ）における周波数成分の絶対値が最大となる周波数を検出する（ステップＳ１０３）。偏波状態変動速度推定部１７は、検出した周波数を偏波状態の変動速度として推定する（ステップＳ１０４）。

偏波状態変動速度推定部１７は、適応等化部１４で用いられるＦＩＲフィルタのタップ係数ベクトルに基づいて偏波状態の変化速度を推定するため、ストークスパラメータを算出する必要がない。タップ係数を用いた偏波状態の変動Ｓ（ｎ）の算出（式（２））は、ストークスパラメータの算出に比べ比較的単純な演算で行えるため、演算負荷が小さい。したがって、偏波状態変動速度推定部１７は、偏波状態の変化速度を推定する際の演算負荷を削減することができる。

なお、偏波状態変動速度推定部１７は、変動Ｓ（ｎ）に代えて、Ｓ_ｘｘ（ｎ）、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）それぞれから偏波状態の変動速度を推定してもよい。あるいは、偏波状態変動速度推定部１７は、Ｓ_ｘｘ（ｎ）、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）の組み合わせから偏波状態の変動速度を推定してもよい。

光ファイバ伝送路における光信号のＸ偏波とＹ偏波との間にクロストークがない場合、タップ係数ベクトルｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘの各要素（タップ係数）はほぼ０となる。また、光受信機１が入力する光信号においてＸ偏波とＹ偏波とが入れ替わっている場合、タップ係数ベクトルｈ_ｘｘ、ｈ_ｙｙの各要素（タップ係数）はほぼ０となる。したがって、どのような偏波状態においても偏波状態の変動速度が推定できるように、Ｓ_ｘｘ（ｎ）、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）を加算したＳ（ｎ）を用いて偏波状態の変動速度を推定することが望ましい。

一方で、偏波状態の変動速度を推定する際の演算量を減らすためには、タップ係数が０にならないタップ係数ベクトルの組み合わせ、具体的にはＳ_ｘｘ（ｎ）とＳ_ｘｙ（ｎ）との組み合わせ又はＳ_ｙｘ（ｎ）とＳ_ｙｙ（ｎ）との組み合わせのいずれか一方を用いてもよい。

伝送された光信号ではＸ偏波とＹ偏波との間でクロストークが生じていることが多いため、Ｓ_ｘｘ（ｎ）、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）のいずれか一つを用いても偏波状態の変動速度を推定できる場合がある。偏波状態変動速度推定部１７は、偏波状態の変動速度を推定する際に用いるパラメータを減らすことで、演算負荷を削減することができる。

雑音によりデジタル信号の品質が劣化している場合、適応等化によって更新されるＦＩＲフィルタのタップ係数が雑音の影響を受けてしまうことがある。この場合、偏波状態の変動速度の推定精度が低下してしまう可能性がある。しかし、タップ係数ベクトルｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙ、あるいはタップ係数ベクトルの時間変化量Δｈ_ｘｘ、Δｈ_ｘｙ、Δｈ_ｙｘ、Δｈ_ｙｙの移動平均から偏波状態の変動Ｓ（ｎ）を算出することにより、雑音の影響を低減することができる。あるいは、偏波状態の変動Ｓ（ｎ）の移動平均を用いて偏波状態の変動速度を算出することにより、雑音の影響を低減してもよい。

偏波状態変動速度推定部１７は、各タップ係数ベクトルの移動平均又はタップ係数ベクトルの時間変化量の移動平均に基づいて偏波状態の変動Ｓ（ｎ）を算出してもよい。あるいは、偏波状態変動速度推定部１７は、各タップ係数ベクトルの時間変化量又は各タップ係数ベクトルから偏波状態の変動Ｓ（ｎ）を算出し、偏波状態の変動Ｓ（ｎ）の移動平均を用いて偏波状態の変動速度を推定してもよい。移動平均用いて偏波状態の変動速度を推定することにより、偏波状態変動速度推定部１７は、偏波状態の変動速度の推定における雑音の影響を低減させることができる。

なお、偏波状態変動速度推定部１７は、図３に示したフローチャートのステップＳ１０１を行う取得部と、ステップＳ１０２を行う加算部と、ステップＳ１０３を行う検出部と、ステップＳ１０４を行う推定部とを備える構成としてもよい。

図４から図６に本実施形態の光受信機１を用いて光ファイバ伝送路の偏波状態変動速度を推定した結果を示す。図４から図６の各図において、横軸は偏波状態の変動速度として周波数を示し、縦軸は各周波数成分の強度を示す。図４は、偏波状態の変動速度が１ｋＨｚの場合における偏波状態の変動Ｓ（ｎ）をフーリエ変換して得られた結果の絶対値をプロットしたグラフである。図４に示すグラフでは、強度の絶対値が最大となる周波数は１．０２ｋＨｚであり、偏波状態変動速度推定部１７は偏波状態の変動速度を１．０２ｋＨｚと推定した。

図５は、偏波状態の変動速度が２ｋＨｚの場合における偏波状態の変動Ｓ（ｎ）をフーリエ変換して得られた結果の絶対値をプロットしたグラフである。図５に示すグラフでは、強度の絶対値が最大となる周波数は２．０４ｋＨｚであり、偏波状態変動速度推定部１７は偏波状態の変動速度を２．０４ｋＨｚと推定した。図６は、偏波状態の変動速度が５ｋＨｚの場合における偏波状態の変動Ｓ（ｎ）をフーリエ変換して得られた結果の絶対値をプロットしたグラフである。図６に示すグラフでは、強度の絶対値が最大となる周波数は５．１０ｋＨｚであり、偏波状態変動速度推定部１７は偏波状態の変動速度を５．１０ｋＨｚと推定した。

図４から図６に示したように、本実施形態の光受信機１は、伝送路の偏波状態変動速度を精度よく推定できることが分かる。また、光受信機１は、ストークスパラメータを算出せずに偏波状態の変化速度を推定するため、偏波状態の変化速度を推定する際の演算負荷を削減することができる。光受信機１は、演算負荷が削減された推定方法により偏波状態変動速度を推定できるため、受信している光信号における偏波状態変動速度を速やかに取得することができる。また、偏波状態変動速度推定部１７が行う偏波状態推定方法は、光受信機１における受信耐力の評価に好適である。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備えるコンピュータは、非一時的記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することによって偏波状態変動速度推定部１７を備える装置として機能してもよい。なお、偏波状態変動速度推定部１７の各機能のすべて又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

偏波多重された光信号における偏波状態の変化速度を推定する際の演算負荷を削減することが不可欠な用途にも適用できる。

１…光受信機
１１…光コヒーレント受信機
１２…デジタル信号処理部
１３…波長分散補償部
１４…適応等化部
１５…キャリア位相補償部
１６…受信データ復調部
１７…偏波状態変動速度推定部
２１，２３，２５，２７…遅延器
２２，２４，２６，２８…乗算器
３１，３２…加算器
３３，３４…タップ係数更新部

Claims

異なる偏波面を有する２つの光信号が偏波多重された光信号に含まれる２つの信号に対する適応等化に用いられ、前記偏波多重された光信号から得られる第１及び第２の信号がそれぞれ入力されるバタフライ型のＦＩＲフィルタにおける、前記第１の信号に含まれる前記２つの光信号それぞれの成分に対する２つのタップ係数ベクトルと、前記第２の信号に含まれる前記２つの光信号それぞれの成分に対する２つのタップ係数ベクトルとを取得する取得ステップと、
４つの前記タップ係数ベクトルのうち少なくとも一つのベクトルの各要素の変化量の絶対値の総和を算出する加算ステップと、
前記総和の時系列における周波数成分の絶対値が最大となる周波数を検出する検出ステップと、
検出された前記周波数から前記偏波多重された光信号における偏波状態変動速度を推定する推定ステップと、
を含む偏波状態推定方法。
前記加算ステップでは、
前記第１の信号に含まれる前記２つの光信号それぞれの成分に対する２つのタップ係数ベクトルの各要素の変化量の絶対値と、前記第２の信号に含まれる前記２つの光信号それぞれの成分に対する２つのタップ係数ベクトルの各要素の変化量の絶対値とのいずれか一方を加算して前記総和を算出する、
請求項１に記載の偏波状態推定方法。
前記加算ステップでは、
４つの前記タップ係数ベクトルの各要素の変化量の絶対値すべてを加算して前記総和を算出する、
請求項１に記載の偏波状態推定方法。
異なる偏波面を有する２つの光信号が偏波多重された光信号に含まれる２つの信号に対する適応等化に用いられ、前記偏波多重された光信号から得られる第１及び第２の信号がそれぞれ入力されるＦＩＲフィルタの複数のタップ係数を取得する取得ステップと、
前記タップ係数それぞれの変化量の総和を算出する加算ステップと、
前記総和の時系列における周波数成分の絶対値が最大となる周波数を検出する検出ステップと、
検出された前記周波数から前記偏波多重された光信号における偏波状態変動速度を推定する推定ステップと、
を含み、
前記複数のタップ係数は、前記第１の信号に含まれる前記２つの光信号それぞれの成分に対する第１及び第２のタップ係数ベクトルと、前記第２の信号に含まれる前記２つの光信号それぞれの成分に対する第３及び第４のタップ係数ベクトルとを含み、
前記ＦＩＲフィルタのタップ数をＭとし、前記第１、第２、第３及び第４のタップ係数ベクトルの要素をｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ）、ｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ）、ｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ）、ｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ）とし、各要素の変化量を
Δｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｘｘ，ｉ（ｎ−１）、
Δｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｘｙ，ｉ（ｎ−１）、
Δｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｙｘ，ｉ（ｎ−１）、
Δｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ）＝ｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ）−ｈ_ｙｙ，ｉ（ｎ−１）
とした場合、
前記加算ステップでは、式（Ａ）におけるＳ_ｘｘ（ｎ）、Ｓ_ｘｙ（ｎ）、Ｓ_ｙｘ（ｎ）、Ｓ_ｙｙ（ｎ）の少なくとも一つを前記総和として算出する、偏波状態推定方法。
異なる偏波面を有する２つの光信号が偏波多重された光信号に含まれる２つの信号に対する適応等化に用いられ、前記偏波多重された光信号から得られる第１及び第２の信号がそれぞれ入力されるバタフライ型のＦＩＲフィルタにおける、前記第１の信号に含まれる前記２つの光信号それぞれの成分に対する２つのタップ係数ベクトルと、前記第２の信号に含まれる前記２つの光信号それぞれの成分に対する２つのタップ係数ベクトルとを取得する取得部と、
４つの前記タップ係数ベクトルのうち少なくとも一つのベクトルの各要素の変化量の絶対値の総和を算出する加算部と、
前記総和の時系列における周波数成分の絶対値が最大となる周波数を検出する検出部と、
検出された前記周波数から前記偏波多重された光信号における偏波状態変動速度を推定する推定部と、
を備える偏波状態推定装置。