JPWO2015170558A1 - 光伝送方法および光伝送システム - Google Patents

Abstract

複数のチャネルをそれぞれ波長多重して伝送する光伝送方法であって、波長多重されるそれぞれのチャネルで伝送されるデータは、チャネル間で独立なデータ領域とチャネル間で非独立なデータ領域から構成され、チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンを可変にして複数チャネル間の偏波状態が相関をもつ時間を短縮することにより、チャネル間で生じる非線形光学効果を低減して、受信端における信号品質劣化を抑圧する光伝送方法。

Description

この発明は、光伝送方法および光伝送システムに関するものである。

光ファイバにより長距離大容量伝送を行うためには、高密度な信号多重化と、ファイバ非線形光学効果の克服とが課題である。

複数の光搬送波もしくは光サブ搬送波（サブキャリア）に異なる情報を載せて高密度波長多重を行うことにより、光ファイバ当たりの伝送容量を増大させることが可能である。ここで、多重化する光搬送波や光サブ搬送波を、それぞれチャネルと呼ぶ。また、変調方式を多値化することによっても伝送容量の増大が可能である。

従来、変調方式としては、光の有無に２値信号を割りつけ、１シンボル当たり１ビットを伝送するオンオフキーイング（Ｏｎ Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ：ＯＯＫ）が用いられていたが、４値位相変調（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）や１６値直交振幅変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）のように、信号点を増やして、１シンボル当たりの伝送ビット数を増やすことで、伝送容量を増大させることが可能である。ＱＰＳＫおよび１６ＱＡＭにおいては、光送信器において、同位相軸（Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ軸：Ｉ軸）と、直交位相軸（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ軸：Ｑ軸）とに、信号を割り当てる。

また、偏波多重方式（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いることで、１シンボル当たりの伝送ビット数を２倍に増やす方式が知られている。偏波多重方式においては、直交する２つの偏波成分（垂直偏波、水平偏波）に、独立に信号を割り当てることが可能である。

ＯＯＫ信号の復調には、受信側で光信号の有無を検出して識別する直接検波方式が用いられてきた。また、差動２値位相変調（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＤＢＰＳＫ）信号、差動ＱＰＳＫ（ＤＱＰＳＫ）信号等の復調には、光信号を遅延干渉させた後に直接検波する、（直接）遅延検波方式が用いられてきた。偏波多重方式を用いた信号の多くは、受信端で局部発振光源と受信信号とを混合干渉させて検波するコヒーレント検波を行って得られた電気信号をデジタル信号処理により補償するデジタルコヒーレント方式が用いられている（例えば、非特許文献１、２参照）。

一方、長距離光伝送を行う場合には、受信端での信号品質を確保すべく、ビットレート、変調方式、検波方式に応じて所定の光信号電力対雑音電力比が必要であり、そのために、高い光電力で信号伝送を行う必要がある。このとき、光ファイバ中で生じる非線形光学効果に起因する波形歪みが信号品質を劣化させる。（例えば、特許文献１参照）
非線形光学効果は、チャネル内で生じる効果とチャネル間で生じる効果とに大別することができる。

チャネル内で生じる非線形光学効果としては、自己位相変調（Ｓｅｌｆ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＳＰＭ）が挙げられる。より狭義の定義として、ＳＰＭは、チャネル内自己位相変調（Ｉｎｔｒａ−ｃｈａｎｎｅｌ ＳＰＭ：ＩＳＰＭ）、チャネル内相互位相変調（Ｉｎｔｒａ−ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＩＸＰＭ）、チャネル内四光波混合（Ｉｎｔｒａ−ｃｈａｎｎｅｌ Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ：ＩＦＷＭ）等に分類される。
チャネル間で生じる非線形光学効果としては、相互位相変調（Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＸＰＭ）、四光波混合（Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ：ＦＷＭ）、相互偏波変調（Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＸＰｏｌＭ）等が挙げられる。
いずれも、信号の光電力密度が高い場合、伝送距離が長い場合に発生が顕著となる。また、チャネル間で生じる非線形光学効果は、伝送路の局所波長分散が小さい場合、波長多重化するチャネルの波長間隔が狭い場合、各チャネルの光信号の偏波状態が伝送路内で長く相関をもち、相互作用が継続する場合に、品質劣化が顕著となる。

偏波多重信号においては、垂直偏波と水平偏波との光位相差に応じて偏波状態が変化する。したがって、垂直偏波に載ったデータと水平偏波とに載ったデータとの関係が、信号の偏波状態に影響する。データパタンの多くはユーザ信号（クライアント信号）に依存して決まるため、複数チャネル間で独立である。したがって、垂直偏波に載ったデータと水平偏波に載ったデータとの関係も、チャネル間でランダムとなり、複数チャネル間で信号の偏波状態も必然的にランダムとなる。

図１は、３つの波長λ１、λ２、λ３において、偏波状態の相関が低い状態を示す一例であり、垂直偏波（Ｙ−Ｐｏｌ）と水平偏波（Ｘ−Ｐｏｌ）のうち、３つの波長の偏波状態がシンボルごとにランダムとなる例である。このとき、チャネル間で生じる非線形光学効果の発生は抑圧される。

しかしながら、フレームオーバヘッド等、複数チャネル間でデータパタンが同一あるいは非独立となる領域が、一般に存在する。図２は、ＯＴＵｋ（ｖ）（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ Ｌｅｖｅｌ ｋ（ｖ））フレームフォーマットの一例を示す図である。ＯＴＵｋフレームは、オーバヘッド領域、ペイロード領域、およびＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）パリティ領域から構成される。ペイロード領域はクライアント信号が挿入され、ＦＥＣパリティ領域は誤り訂正のための冗長ビットが挿入される。オーバヘッド領域は、伝送路の監視情報やフレーム同期のための情報が挿入される。なお、フレームフォーマットは、ＦＥＣパリティ領域の割合が標準とは異なるＯＴＵｋＶであってもよい。また、オーバヘッド（ＯＨ）領域においては、伝送路に影響するパラメータや特定の固定パタンとなる領域が存在してもよい。しかし、データパタンが非独立となる領域において、固定パタンが存在する場合、複数チャネル間で信号の偏波状態をランダム化することができず、チャネル間で生じる非線形光学効果の影響が懸念される。

複数チャネル間において、フレームオーバヘッド等のデータパタンが非独立となるタイミングは多くの場合でずれている。特に、複数チャネル間での基準クロックに差分があるために、非独立となるタイミングは高い確率でずれるが、フレーム送出を繰り返し行うことで、低い確率で、フレームオーバヘッド等のデータパタンが非独立となるタイミングが複数チャネル間で一致する場合がありうる。このとき、複数チャネル間で偏波状態が相関をもち、受信部において許容できない誤りが発生する可能性がある。
図３は、３つの波長λ１、λ２、λ３において、偏波状態の相関が高い状態を示す一例であり、垂直偏波（Ｙ−Ｐｏｌ）と水平偏波（Ｘ−Ｐｏｌ）のうち、３つの波長でＹ−Ｐｏｌのみに信号が集中した例である。このとき、チャネル間で生じる非線形光学効果の発生が顕著となる。

従来、各チャネルの光信号の偏波状態が伝送路内で長く相関をもつことを避けるため、光部品（偏波スクランブラ）を用いて波長多重信号の偏波をランダム化し、チャネル間で生じる非線形光学効果を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、チャネル内の非線形光学効果を低減するため、１シンボルごとに信号の偏波を直交偏波に交互に振り分けることで、同一偏波内における信号の光電力密度を低減する方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、偏波多重を前提とした信号についても、そのパルス幅を半減させ、１／２シンボルごとに交互に直交偏波に振り分ける方式も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

非線形光学効果に起因する波形歪みを補償する技術としては、デジタル信号処理によりファイバの逆方向伝搬を模擬することで送信端での信号を再現しようとするデジタル逆伝搬法も知られている（例えば、非特許文献３参照）。また、伝送路の中央で光の位相を反転することで、受信端において位相歪みがキャンセルされる光位相共役法も知られている（例えば、非特許文献４参照）。

特開２００１−１３６１２５号公報 米国特許第５８４１５５７号明細書 特開２０１２−１０８３０１号公報 国際公開第２０１２／０７３５９０号 国際公開第２０１１／０９６４８８号

Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｆｏｒｕｍ，「１００Ｇ Ｕｌｔｒａ Ｌｏｎｇ Ｈａｕｌ ＤＷＤＭ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ」，２００９年６月 Ｅ. Ｙａｍａｚａｋｉ、外２７名，「Ｆａｓｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ 100−Ｇｂｉｔ/ｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ｏｖｅｒ ＯＴＮ ｕｓｉｎｇ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ＤＳＰ」, Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ, ２０１１年７月４日， ｖｏｌ. １９, ｎｏ. １４, ｐｐ. １３１７９―１３１８４． Ｘ．Ｌｉ、外６名，「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｏｓｔ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｍｐａｉｒｍｅｎｔｓ ｕｓｉｎｇ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１６, ｎｏ．２, ｐｐ. ８８０−８８８, ２００８． Ｄ．Ｄ．Ｍａｒｃｅｎａｃ、外６名，「４０Ｇｂｉｔ／ｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ４０６ｋｍ ｏｆ ＮＤＳＦ ｕｓｉｎｇ ｍｉｄ−ｓｐａｎ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｂｙ ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ−ｍｉｘｉｎｇ ｉｎ ａ ２ｍｍ ｌｏｎｇ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ, ｖｏｌ．３３, ｎｏ．１０, ｐｐ. ８７９−８８０, １９９７.

上記の特許文献２の方法は、直接検波もしくは（直接）遅延検波により信号検出を行うＯＯＫ信号、ＤＢＰＳＫ信号、ＤＱＰＳＫ信号の伝送品質劣化を低減するためには有効であった。しかしながら、デジタルコヒーレント方式により信号検出を行う偏波多重方式に適用する場合、受信端における偏波分離処理が困難となる課題があった。
上記の特許文献３、特許文献４または特許文献５の方法は、チャネル内で同一偏波内の光電力密度を低減させるためには有効であるが、複数チャネル間にわたって光信号の偏波状態を管理することができず、伝送路内で偏波状態が長く相関をもつことにより生じる非線形光学効果を低減できない課題があった。
上記の非特許文献３、４の方法は、デジタル信号処理を実現するための回路規模が膨大となったり、伝送路中央に光位相を反転するための装置が必要となったりする課題があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであって、伝送路内において、複数チャネル間の偏波状態が相関をもつ時間を短縮することで、チャネル間で生じる非線形光学効果を低減し、受信端における信号品質劣化を抑圧する、光伝送システムおよび光伝送方法を得ることを目的とする。

この発明は、データを含む複数のチャネルをそれぞれ波長多重して伝送する光伝送方法であって、データは、チャネル間で独立なデータ領域とチャネル間で非独立なデータ領域から構成され、チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンを可変とすることを特徴とする。

この発明は、偏波多重・デジタルコヒーレント方式において受信端における偏波分離処理を困難とせずに複数チャネル間にわたって光信号の偏波状態を管理し、受信部における誤りの発生率を特定のしきい値以下とすることができるとともに、複雑な信号処理や高価な光デバイスを用いることなく、受信部における誤りの発生率を特定のしきい値以下とすることができる。

複数チャネル間の偏波状態がランダムであることを示す図である。 フレームフォーマットを示す図である。 複数チャネル間の偏波状態の相関が高いことを示す図である。 この発明の実施の形態１にかかる光伝送システムの構成の一例を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかる光送信部の構成の一例を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかる光送信部における光信号生成部の構成の一例を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかる光受信部の構成の一例を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかる光送信部における光信号検出部の構成の一例を示したブロック図である。 データのタイミングが揃うことを示す図である。 この発明の実施の形態２にかかるデータパタン制御の一例を示す模式図である。 この発明の実施の形態２および実施の形態３にかかる固定パタンの概念を示す模式図である。 この発明の実施の形態２にかかるランダムパタンの概念を示す模式図である。 この発明の実施の形態３にかかるデータパタン制御の一例を示す模式図である。 この発明の実施の形態３および実施の形態４にかかる混合パタンの概念を示す模式図である。 この発明の実施の形態３および実施の形態４にかかる混合パタンの概念を示す図である。 この発明の実施の形態３および実施の形態４にかかる混合パタンの概念を示す模式図である。 この発明の実施の形態４にかかるデータパタン制御の一例を示す模式図である。

以下に、この発明にかかる光伝送装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、この発明を具体化する際の一形態であって、この発明をその範囲内に限定するためのものではない。

実施の形態１．
図４は、この発明の実施の形態１に係る光伝送方法を用いた光伝送システムの一例を示す図である。図４に示すように、本実施の形態１に係る光伝送システムは、光伝送装置１０００と、光ファイバ、光中継器等で構成される光伝送部２１００および２２００と、光伝送装置３０００とで構成される。
光伝送装置１０００は、複数（Ｎ個）の光送受信部１１００−１〜１１００−Ｎと、光合波部１２００と、光分波部１３００と、装置制御部１４００とで構成される。ここで、Ｎは多重化する光搬送波もしくは光サブ搬送波の数を示す。
光伝送装置３０００は、複数（Ｎ個）の光送受信部３１００−１〜３１００−Ｎと、光合波部３２００と、光分波部３３００と、装置制御部３４００とで構成される。
光送受信部１１００−ｉは、光送信部１１１０−ｉと、光受信部１１２０−ｉと、チャネル（ｃｈ）制御部１１３０−ｉとで構成される。 同様に、光送受信部３１００−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、光送信部３１１０−ｉと、光受信部３１２０−ｉと、チャネル（ｃｈ）制御部３１３０−ｉとで構成される。ここで、ｉは光搬送波もしくは光サブ搬送波のインデックスを示し、１〜Ｎの整数をとるものとする。

図５は、光送信部１１１０−ｉおよび光送信部３１１０−ｉの内部構成の一例を示す図である。光送信部１１００−ｉは、ＯＴＵｋフレーム生成部１１と、誤り訂正符号化部１２と、シンボルマッピング部１３と、フレーム処理部１４と、データパタン制御部１５と、データパタン処理部１６と、信号整形部１７と、光信号生成部１８とで構成される。
図６は、光信号生成部１８の内部構成の一例を示す図である。デジタル・アナログ変換器５１と、変調器ドライバ５２と、光源５３と、偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４とで構成される。
図７は、光受信部３１２０−ｉおよび光受信部１１２０−ｉの内部構成の一例を示す図である。光信号検出部２１と、信号復元部２２と、フレーム同期部２３と、シンボルデマッピング部２４と、誤り訂正復号部２５と、ＯＴＵｋフレーム終端部２６とで構成される。
図８は、光信号検出部２１の内部構成の一例を示す図である。局部発振光源６１と、偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２と、アナログ・デジタル変換器６３とで構成される。

以下、本実施の形態にかかる光伝送システムの動作を説明する。

光伝送装置１０００から送出された光信号を、光伝送部２１００を通して光伝送装置３０００で受信する場合の動作について説明する。光伝送装置３０００から送出された光信号を、光伝送部２２００を通して光伝送装置１０００で受信する場合の動作については、同様であるため説明を省略する。

光送信部１１１０−ｉ内部において、ＯＴＵｋフレーム生成部１１では、図示しない外部から入力されるクライアント信号に対してＯＴＵｋ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ Ｌｅｖｅｌ ｋ）フレーム生成を行い、誤り訂正符号化部１２へ出力する。例えば、ＯＴＵ２による１０Ｇｂｉｔ／ｓ相当のフレーム、ＯＴＵ３による４０Ｇｂｉｔ／ｓ相当のフレーム、ＯＴＵ４による１００Ｇｂｉｔ／ｓ相当のフレームの生成を行う。当該フレーム生成処理によりフレームオーバヘッドが付加される。
当該フレームオーバヘッド領域には、外部（チャネル制御部１１３０−ｉ）からの指定に応じて任意のデータを格納できる領域が存在する。

誤り訂正符号化部１２では、ＯＴＵｋフレーム生成部１１から入力されるＯＴＵｋフレーム化された信号に対して誤り訂正符号化を行い、シンボルマッピング部１３へ出力する。

シンボルマッピング部１３では、誤り訂正符号化部１２から入力される誤り訂正符号化された信号に対して、シンボルマッピング処理を行い、フレーム処理部１４へ出力する。シンボルマッピングとしては、例えば、２ビットの入力に対して、差動４値位相変調を行って２ビットの出力を得る。当該処理を、垂直偏波用および水平偏波用の２系統分について行う。

フレーム処理部１４では、シンボルマッピング部１３から入力されるシンボルマッピング処理された信号に対して、伝送路側フレーム処理を行い、データパタン処理部１６へ出力する。
伝送路側フレーム処理としては、例えば、伝送路における物理レーンをフレーム単位で周期的に巡回させるＭＬＤ（Ｍｕｌｔｉ Ｌａｎｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）処理を行う。

データパタン制御部１５では、チャネル制御部１１３０−ｉから入力される制御信号に応じて、データパタン処理を決定するためのデータパタン処理規則制御信号を生成し、データパタン処理部１６へ出力する。

データパタン処理部１６では、データパタン制御部１５から入力されるデータパタン処理規則制御信号に基づき、データパタン制御部１４から入力される伝送路側フレーム処理された信号のうち、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域に対してデータパタン処理を行い、信号整形部１７へ出力する。

信号整形部１７では、データパタン処理部１６から入力されるデータパタン処理された信号に対して、光信号生成部１８、光合波部１２００、光伝送部２１００、光分波部３３００、光信号検出部２１で生じる波形歪みの補償や、信号の周波数スペクトルの整形等を行い、光信号生成部１８へ出力する。当該信号整形処理には、当業界で公知であるデジタル信号処理を用いることができる。

光信号生成部１８では、信号整形部１７から入力される整形された信号に基づき光信号を生成し、光合波部１２００に出力する。

光信号生成部１８内部動作の一例を以下に示す。デジタル・アナログ変換器５１では、外部（信号整形部１７）から入力される信号（デジタル信号）をデジタル・アナログ変換し、変調器ドライバ５２に出力する。例えば、信号整形部１７から入力されるデジタル信号は、垂直偏波Ｉ軸信号、垂直偏波Ｑ軸信号、水平偏波Ｉ軸信号、水平偏波Ｑ軸信号の４レーンで構成され、デジタル・アナログ変換は、４レーンそれぞれについて行われ、４レーンのアナログ信号が変調器ドライバ５２に出力される。

変調器ドライバ５２では、デジタル・アナログ変換器５１から入力されるアナログ信号を増幅し、偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４に出力する。例えば、デジタル・アナログ変換器５１から入力されるアナログ信号は、垂直偏波Ｉ軸信号、垂直偏波Ｑ軸信号、水平偏波Ｉ軸信号、水平偏波Ｑ軸信号の４レーンで与えられ、増幅処理は、４レーンそれぞれについて行われ、４レーンの増幅されたアナログ信号が偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４に出力される。

光源５３では、例えば、Ｃ帯のＩＴＵ−Ｔグリッドに沿った波長で無変調光を生成し、偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４に出力する。

偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４では、光源５３から入力される無変調光を、変調器ドライバ５４から入力される増幅されたデジタルまたはアナログ電気信号により変調し、外部（光合波部１２００）へ出力する。

光合波部１２００では、光送信部１１１０−１〜１１１０−Ｎから入力される各光信号を合波し、光伝送部２１００へ出力する。
光合波部は、波長選択性スイッチ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ：ＷＳＳ）、Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＡＷＧ）、インタリーバ（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）、光カプラ等で構成される。また、その内部において、損失補償用の光増幅器や、波長分散補償用の光ファイバ等を含むことも想定される。

光伝送部２１００では、光伝送装置１０００内部の光合波部１２００から入力される光信号を伝送し、光伝送装置３０００内部の光分波部３３００に出力する。
光伝送部は、光ファイバ、光中継器、光分岐挿入装置等で構成される。

光分波部３３００では、光伝送部２１００から入力される光信号を分波し、光送受信部３１００−１〜３１００−Ｎ内部の光受信部３１２０−１〜３１２０−Ｎへ出力する。
光合波部は、光分波部同様、ＷＳＳ、ＡＷＧ、インタリーバ、光カプラ等で構成される。また、その内部において、損失補償用の光増幅器や、波長分散補償用の光ファイバ等を含むことも想定される。

光受信部３１２０−ｉ内部において、光信号検出部２１では、外部（光分波部３３００）から入力される光信号を検出し、電気デジタル信号に変換して、信号復元部２２へ出力する。このとき、光信号入力の有無および入力パワーをモニタし、外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）に通知することを可能とする。

光信号検出部２１内部動作の一例を以下に示す。局部発振光源６１では、例えば、Ｃ帯のＩＴＵ−Ｔグリッドに沿った波長で無変調光を生成し、偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２へ出力する。
局部発振光源６１が発振する波長は、偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２に外部（光分波部３３００）から入力される光信号の搬送波もしくはサブ搬送波波長と略一致している必要がある。

偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２では、外部（光分波部３３００）から入力される光信号と、局部発振光源６１から入力される無変調光とを混合干渉させて検波し、電気信号に変換し、アナログ・デジタル変換器６３へ出力する。
偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２内部では、局部発振光を基準とした垂直偏波Ｉ軸成分と、垂直偏波Ｑ軸成分と、水平偏波Ｉ軸成分と、水平偏波Ｑ軸成分との４レーンに分けて受信信号が検出され、それぞれ電気信号に変換されるとともに、後段の処理に必要な振幅までそれぞれ増幅されて出力される。

アナログ・デジタル変換器６３では、偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２から入力される電気信号をアナログ・デジタル変換して外部（信号復元部２２）へ出力する。アナログ・デジタル変換は、垂直偏波Ｉ軸成分と、垂直偏波Ｑ軸成分と、水平偏波Ｉ軸成分と、水平偏波Ｑ軸成分との４レーンでそれぞれ処理される。

信号復元部２２では、光信号検出部２１から入力される電気デジタル信号に対して、光信号生成部１８、光合波部１２００、光伝送部２１００、光分波部３３００、光信号検出部２１で発生する物理的な遅延差、波長分散、偏波モード分散、偏波状態変化、帯域狭窄等の波形歪みの補償、シンボルタイミング抽出、搬送波もしくはサブ搬送波と局部発振光との光周波数差および光位相差の補償を行い、送信信号を復元してフレーム同期部２３へ出力する。このとき、信号復元に関する各パラメータを外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）へ出力することを可能とする。
当該信号復元処理には、当業界で公知であるデジタル信号処理を用いることができる。復元された信号は、例えば、送信端での垂直偏波Ｉ軸成分と、垂直偏波Ｑ軸成分と、水平偏波Ｉ軸成分と、水平偏波Ｑ軸成分との４レーンとなる。このとき、それら４レーンの間でレーンの入れ替わりや論理的な遅延差が残存してフレーム同期部２３へ出力される可能性がある。

フレーム同期部２３では、信号復元部２２から入力される復元後の信号から、フレームオーバヘッドを探索して同期を確立し、レーンの入れ替わりの補償や、レーン間での遅延差の補償を行い、シンボルデマッピング部２４へ出力される。このとき、同期確立状態に関する情報、レーン入れ替わり情報、レーン間での遅延差情報をチャネル制御部３１３０−ｉに通知することを可能とする。

シンボルデマッピング部２４では、フレーム同期部２３から入力されるフレーム同期された信号のデマッピングを行い、誤り訂正復号部２５へ出力される。シンボルデマッピングとしては、シンボルマッピング部１３で行われた処理の逆の処理を行う。シンボルマッピング部１３にて差動４値位相変調を行っている場合、Ｉ軸／Ｑ軸で構成される信号と、それを１シンボル遅延させたＩ軸／Ｑ軸で構成される信号から得られる位相差に従い、２ビット情報の復元を行う。なお、０／１の硬判定のみならず、信頼度情報を付与する軟判定をあわせて行うことも想定される。またこのとき、硬判定もしくは軟判定された符号の情報を外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）に通知することを可能とする。垂直偏波と水平偏波とに信号を多重している場合には、それぞれシンボルデマッピング処理を行う。

誤り訂正復号部２５では、シンボルデマッピング部２４から入力されるシンボルデマッピングされた信号に対して、硬判定もしくは軟判定誤り訂正復号を行い、ＯＴＵｋフレーム終端部２６へ出力する。このとき、誤り訂正復号によるビット反転情報および誤り訂正未完情報等をモニタし、外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）に通知することを可能とする。

ＯＴＵｋフレーム終端部２６では、誤り訂正復号部２５から入力される誤り訂正後の信号についてＯＴＵｋフレームの終端を行い、図示しない外部に対してクライアント信号を出力する。このとき、ＯＴＵｋフレーム同期状態をモニタし、外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）に通知することを可能とする。また、外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）に対して、フレームオーバヘッド領域に格納された情報を通知することを可能とする。

上記のとおり、光信号検出部２１、信号復元部２２、フレーム同期部２３、シンボルデマッピング部２４、誤り訂正復号部２５、ＯＴＵｋフレーム終端部２６は、それぞれ、外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）と通信を行い、信号疎通状態の通知を行うことができる。

チャネル制御部３１３０−ｉでは、光信号受信部３１２０−ｉから通知される信号疎通状態を管理、更新するとともに、光伝送装置３０００全体を統括する装置制御部３４００および光伝送装置１０００におけるチャネル制御部１１３０−ｉに対して信号疎通状態通知を行うことを可能とする。
例えば、チャネル制御部３１３０−ｉにより信号疎通状態に関する情報を、光送信部３１１０−ｉへ出力し、光送信部３１１０−ｉにてフレームオーバヘッド領域に信号疎通状態に関する情報を格納し、光合波部３２００、光伝送部２２００、光分波部３３００を介して、光送受信部１１００−ｉ内部のチャネル制御部１１３０−ｉに対して信号疎通状態通知を行うことが可能である。
光送信部３１１０−ｉにおけるフレームオーバヘッド情報の格納は、例えば、ＯＴＵｋフレーム生成部（図５における１１に相当）にて行うことが可能である。
光送受信部１１００−ｉにおけるフレームオーバヘッド情報の抽出は、例えば、光受信部１１２０−ｉ内部ＯＴＵｋフレーム終端部（図７における２６に相当）にて行うことが可能である。

装置制御部３４００では、チャネル制御部３１３０−１〜３１３０−Ｎから通知される、各チャネルｉ（１〜Ｎ）の信号疎通状態を集約して管理、更新するとともに、光伝送装置１０００全体を統括する装置制御部１４００に対して信号疎通状態通知を行うことを可能とする。例えば、図示しない監視制御信号による通知、図示しない別回線による通知が想定される。

装置制御部１４００では、装置制御部３４００から通知された各チャネルｉ（１〜Ｎ）の信号疎通状態を集約して管理・更新するとともに、各チャネルｉのチャネル制御部１１３０−１〜１１３０−Ｎに対して信号疎通状態の通知を行うことを可能とする。

フレームオーバヘッド等、複数チャネル間で非独立なデータ領域に対するデータパタン処理規則の割りつけ方としては、例えば、装置制御部１４００が決定し、チャネル制御部１１３０−１〜１１３０−Ｎ経由で各チャネルｉのデータパタン制御部１５に通知した、各チャネルのチャネル番号に基づき、データパタン制御部１５がデータパタン処理規則を生成することを可能とする。例えば、チャネル番号が偶数の場合と、奇数の場合とで、それぞれ生成多項式の異なる疑似乱数を用いることが可能である。また、チャネル番号に応じて疑似乱数の種を変えることや、一つの疑似乱数の順序を入れ替えることも可能である。

また、光伝送装置３０００から通知される信号疎通状態に応じて、光伝送装置１０００におけるデータパタン処理規則を変更することも可能である。例えば、フレームオーバヘッド等のチャネル間で非独立なデータ領域は、光経路変更時、光断復旧時等、信号疎通状態によっては、データパタン処理を行わずに非独立のまま用いることが有効である場合もあるため、信号疎通状態に応じてデータパタン処理規則を変更できることが必要である。

このようにして、データパタン処理を行わない場合も含め、単一のデータパタン処理規則を全チャネルで共有する場合はもちろん、複数のデータパタン処理規則を全チャネルで共有する（例えば、二つの処理規則を、偶数チャネルと奇数チャネルとで使い分ける）場合、全チャネルで完全に別々のデータパタン処理規則を与える場合等が想定される。

本発明により、復調後の硬判定結果から得られる、ビット誤りの時間分布から決まる誤りの発生率をあるしきい値以下とすることができる。このしきい値は、誤り訂正可能であるレベル、誤り訂正符号のフレーム同期が確立できるレベル、ＯＴＮフレーム同期が確立できるレベル、アウテージ発生率をＩＴＵ−Ｔ等標準化機関の勧告で定められた基準以下とするレベル等から選択可能である。特に誤りの発生率が高く、上記いずれのレベルも選択できない場合にも、本発明を用いない場合と比較して、誤りの発生率を低減し、任意のレベル以下に誤りの発生率を低減することが可能である。

波長多重光伝送では、波長多重された複数チャネル間にわたる偏波状態の相関が、誤りの発生率に影響する。偏波状態の相関を低減することにより、ファイバ非線形光学効果による波形歪みをランダム化し、誤りの発生率を低減することが可能となる。

本発明は、適用する変調方式を限定するものではない。例えば、２値位相変調（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）、ＱＰＳＫ、ｍ値ＱＡＭ等、一般的な変調方式を適用可能である。チャネルの間で異なる変調方式の信号を混在させることも可能である。

図８に記載の光信号検出部は、コヒーレント検波の使用を前提としているが、本発明の範囲をコヒーレント検波に限定するものではなく、直接検波や遅延検波の使用も可能である。

本発明は、チャネル当たりのシンボルレートを、主として１Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓ〜１００Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓの範囲として用いることが想定される。ただし、本発明は、シンボルレートを上記範囲に限定するものではない。複数チャネルの間で異なるシンボルレートの信号を混在させることも可能である。

図４では、Ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−Ｐｏｉｎｔ構成をとる光伝送システムについて例示したが、再構成可能光分岐多重（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＲＯＡＤＭ）構成をとることも可能である。

図４には示していない、その他の光送信部から送出された信号、例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓ強度変調信号、データパタン変換機能を備えていない光送信部から出力された光信号、無変調光、雑音光等と混在伝送させることも可能である。

以上のように、本実施の形態では、光送信部において複数チャネル間のデータパタンを制御し、複数チャネル間にわたって信号の偏波状態を制御することで、チャネル間で生じるファイバ非線形光学効果の発生を低減することができる。送信部においてデータパタン制御することから、偏波多重・デジタルコヒーレント方式において受信端における偏波分離処理を困難とせずに実現できるとともに、複雑な信号処理や高価な光デバイスを用いることなく実現できる。したがって、波長多重した光伝送システムの光受信部における誤りの発生率を簡素な構成により特定のしきい値以下とすることができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１に記載のチャネル制御部１１３０（あるいはチャネル制御部３１３０）が行うデータパタン制御について一例を具体的に示す。図１０は、この発明の実施の形態２に係るデータパタン制御の一例を示す図である。図１０に示すように、本実施の形態２に係るデータパタン制御は、フレーム形式１１０と１２０をパタン変更トリガ２０１と２０２に応じて切り替えることで行う。フレーム形式１１０は、定められた固定パタン１１１と、情報パタン１１２とで構成される。また、フレーム形式１２０は、ランダムパタン１２１と、情報パタン１２２とで構成される。チャネル制御部１１３０はパタン変更トリガ２０１、２０２を信号疎通状態に応じて生成する。

以下、本実施の形態のデータパタン制御の動作を説明する。

初期起動状態では、実施の形態１に記載の光送受信部１１００が光合波部１２００に出力する伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１１０の構造を有する。フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１１１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１１２で構成される。情報パタン１１２には情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

パタン変更トリガ２０１が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１１０からフレーム形式１２０に切替えらえる。フレーム形式１２０では、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域はランダムパタン１２１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１２２で構成される。情報パタン１２２には、情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

また、フレーム形式１２０の構造の信号を光送受信部１１００が出力する状態でパタン変更トリガ２０２が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号はフレーム形式１２０からフレーム形式１１０に切り替えられる。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１１１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１１２で構成される。

固定パタン１１１として、例えば図１１に概念を示す固定パタン３１０が用いられる。Ｘ偏波にはＸ偏波用固定パタン３１１が割り当てられ、Ｙ偏波にはＹ偏波用固定パタン３１２が割り当てられる。それぞれの固定パタンが、０と１の交番パタンである場合、擬似ランダムパタンである場合等が想定される。また、Ｘ偏波用固定パタン３１１と、Ｙ偏波用固定パタン３１２とは、それぞれ同一パタンである場合、巡回シフトされたパタンである場合等が想定される。
このように構成した固定パタン１１１を用いることで、伝送路条件の推定等を実施することが可能となる。例えば、波長分散や、受信信号光と局部発振光との周波数オフセット等を推定することができる。一方で、チャネル内や、複数チャネルにまたがった偏波状態は、固有の状態、あるいは最悪の場合では単一の状態をとりうる。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域のタイミングがチャネル間で揃うことで、ファイバ非線形光学効果等を介して瞬時的な伝送品質劣化が生じる可能性がある。

また、ランダムパタン１２１として、例えば図１２に概念を示すランダムパタン３２０が用いられる。Ｘ偏波にはＸ偏波用ランダムパタン３２１が割り当てられ、Ｙ偏波にはＹ偏波用ランダムパタン３２２が割り当てられる。それぞれのランダムパタンが、例えば擬似ランダムパタンである場合が想定される。また、Ｘ偏波用ランダムパタン３２１と、Ｙ偏波用ランダムパタン３２２が、それぞれ異なる生成多項式で生成された擬似ランダムパタンである場合、一つの生成多項式で生成された擬似ランダムパタンを振り分けた場合、複数の擬似ランダム系列を巡回シフトした場合等が想定される。さらに、チャネルが異なる場合に、チャネル番号に依存して巡回シフト量を変更することが想定される。
このように構成したランダムパタン１２１を用いることで、伝送路条件の推定等を実施することは不可能となる。一方で、チャネル内や、複数チャネルにまたがった偏波状態はランダム化される。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域のタイミングがチャネル間で揃ったとしても、ファイバ非線形光学効果等を介して瞬時的な伝送品質劣化が生じる可能性は低く抑えられる。

上述の通り、チャネル制御部１１３０はパタン変更トリガ２０１、２０２を実施の形態１に記載の信号疎通状態に応じて生成する。例えば、着目するチャネルｉの信号が受信側で正常疎通していることを条件としてチャネルｉのパタン変更トリガ２０１を生成し、フレーム形式１１０からフレーム形式１２０に切り替える。その後、伝送路条件の変化等に起因して着目するチャネルｉの信号が受信側で正常疎通しなくなった場合、正常疎通していないことを条件としてチャネルｉのパタン変更トリガ２０２を生成する。
あるいは、パタン変更トリガ２０１および２０２は、任意の時間間隔を空けて交互に生成することも考えられる。なおかつ、パタン変更トリガ２０１および２０２を与えるタイミングを、複数のチャネルにわたって揃えたり、ずらしたりすることができる。信号疎通が正常に行われている条件では、波長多重信号のうちフレーム形式１１０の信号が出力されているチャネルの数を所定の値以下とするため、所定の値以下の数のチャネルを対象にしてデータパタン変更トリガ２０１とデータパタン変更トリガ２０２を交互に生成することが想定される。さらに、データパタン変更トリガ２０１とデータパタン変更トリガ２０２を生成するタイミングを調整して、フレーム形式１１０の信号が出力されるチャネルの数を所定の値以下にしつつ、対象とするチャネルを変更していくことが想定される。これは、上記のとおり複数チャネルに対するパタン変更トリガ２０１および２０２を集約して管理することにより実現できる。フレーム形式１１０の信号が出力されているチャネルの数を所定の値以下とすることで、複数のチャネルにわたって、固定パタンが同期してファイバ中を伝搬することで生じる瞬時品質劣化が発生する確率を低減することが可能となるとともに、伝送路条件の推定を一定頻度で行うことも可能となる。

実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態１に記載のデータパタン制御について一例を具体的に示す。図１３は、この発明の実施の形態３に係るデータパタン制御の一例を示す図である。図１３に示すように、本実施の形態２に係るデータパタン制御は、フレーム形式１１０と１３０とをパタン変更トリガ２０３と２０４に応じて切り替える。フレーム形式１１０は、実施の形態２と同様である。フレーム形式１３０は混合パタン１３１と情報パタン１３２とで構成される。チャネル制御部１１３０はパタン変更トリガ２０３、２０４を信号疎通状態に応じて生成する。

以下、本実施の形態に係るデータパタン制御の動作を説明する。
初期起動状態では、実施の形態１に記載の光送受信部１１００が光合波部１２００に出力する伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１１０の構造を有する。フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１１１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１１２で構成される。情報パタン１１２には情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

パタン変更トリガ２０３が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１１０からフレーム形式１３０に切替えらえる。フレーム形式１３０では、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は混合パタン１３１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１３２で構成される。情報パタン１３２には、情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

また、フレーム形式１３０の構造の信号を光送受信部１１００が出力する状態でパタン変更トリガ２０４が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号はフレーム形式１３０からフレーム形式１１０に切り替えられる。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１１１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１１２で構成される。

固定パタン１１１の詳細については実施の形態２に記載の通りである。
混合パタン１３１として、例えば図１４に概念を示す混合パタン３３０が用いられる。Ｘ偏波にはＸ偏波用固定パタン３３１−１、Ｘ偏波用ランダムパタン３３１−２、Ｘ偏波用固定パタン３３１−３、Ｘ偏波用ランダムパタン３３１−４が順に割り当てられ、Ｙ偏波にはＹ偏波用ランダムパタン３３２−１、Ｙ偏波用固定パタン３３２−２、Ｙ偏波用ランダムパタン３３２−３、Ｙ偏波用固定パタン３３２−４が順に割り当てられる。Ｘ偏波用ランダムパタン３３１−２、３３１−４、Ｙ偏波用ランダムパタン３３２−１、３３２−３には、それぞれ異なる生成多項式で生成された擬似ランダムパタンである場合、一つの生成多項式で生成された擬似ランダムパタンを振り分けた場合、複数の擬似ランダム系列を巡回シフトした場合等が想定される。さらに、チャネルが異なる場合に、チャネル番号に依存して巡回シフト量を変更することが想定される。

このように構成した混合パタン１３１を用いることで、伝送路条件の推定等を部分的に実施することが可能となる。固定パタン１１１を用いた場合と比べると、波長分散や周波数オフセット等について、推定可能な範囲の縮小や、推定精度の低下が生じるものの、推定は可能である。また、Ｘ偏波とＹ偏波のいずれか一方はランダムパタンであるため、チャネル内の偏波状態はランダムとなる。ランダムパタン部分がチャネル間で異なるパタンとなることで、チャネル間の偏波状態もランダム化される。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域のタイミングがチャネル間で揃ったとしても、ファイバ非線形光学効果等を介して瞬時的な伝送品質劣化が生じる可能性は低く抑えられる。

図１４では混合パタン３３０は、時間を４つに区切ってデータパタンを切り替える例として示しているが、時間の区切りは４つに限らず、任意の有限の値とすることができる。

混合パタン３３０のＸ偏波用固定パタン３３１−１、３３１−３、Ｙ偏波用固定パタン３３２−２、３３２−４、Ｘ偏波用ランダムパタン３３１−２、３３１−４、Ｙ偏波用ランダムパタン３３２−１、３３２−３のパタン長は、それぞれ同一であるように図１４では図示しているが、必ずしも同一である必要はない。

混合パタン３３０では、Ｘ偏波はＸ偏波用固定パタン３３１−１に始まりＸ偏波用ランダムパタン３３１−４で終わり、Ｙ偏波はＹ偏波用ランダムパタン３３２−１に始まりＹ偏波用固定パタン３３１−４で終わるよう記載しているが、例えば、Ｘ偏波がランダムパタンで始まって固定パタンで終わり、Ｙ偏波が固定パタンで始まってランダムパタンで終わるようにしてもよい。

混合パタン１３１としては、例えば図１５に概念を示す混合パタン３４０を用いることも可能である。Ｘ偏波にはＸ偏波用固定パタン３４１−１、Ｘ偏波用ランダムパタン３４１−２、Ｘ偏波用固定パタン３４１−３、Ｘ偏波用ランダムパタン３４１−４が順に割り当てられ、Ｙ偏波にはＹ偏波用ランダムパタン３３２−１、Ｙ偏波用固定パタン３３２−２、Ｙ偏波用ランダムパタン３３２−３、Ｙ偏波用固定パタン３３２−４が順に割り当てられる。これは、固定パタンの長さをランダムパタンの長さに対して短くした例である。ランダムパタンの比率を上昇させることにより、波長分散等により符号間干渉が発生した場合にも、偏波状態のランダム性を切れ目なく確保することが可能となる。

混合パタン１３１としては、例えば図１６に概念を示す混合パタン３５０を用いることも可能である。Ｘ偏波にはＸ偏波用固定パタン３５１−１、Ｘ偏波用ランダムパタン３５１−２、Ｘ偏波用固定パタン３５１−３、Ｘ偏波用ランダムパタン３５１−４が順に割り当てられ、Ｙ偏波にはＹ偏波用ランダムパタン３５２−１、Ｙ偏波用固定パタン３５２−２、Ｙ偏波用ランダムパタン３５２−３、Ｙ偏波用固定パタン３５２−４が順に割り当てられる。これは、固定パタンの長さをランダムパタンの長さに対して長くした例である。固定パタンの比率を上昇させることにより、伝送路条件の推定等に関して、波長分散や周波数オフセット等の推定可能な範囲の縮小や、推定精度の低下を抑えることが可能となる。

パタン変更トリガ２０３、２０４は、実施の形態２と同様に、実施の形態１に記載の信号疎通状態に応じてチャネル制御部１１３０が生成する。

実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態１に記載のデータパタン制御について一例を具体的に示す。図１７は、この発明の実施の形態４に係るデータパタン制御の一例を示す図である。図１７に示すように、本実施の形態４に係るデータパタン制御は、フレーム形式１４０と１５０とをパタン変更トリガ２０５と２０６とに応じて切り替える。フレーム形式１４０は混合パタン１４１と情報パタン１４２とで構成される。フレーム形式１５０は混合パタン１５１と情報パタン１５２とで構成される。

初期起動状態では、実施の形態１に記載の光送受信部１１００が光合波部１２００に出力する伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１４０の構造を有する。フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１４１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１４２で構成される。情報パタン１４２には情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

パタン変更トリガ２０３が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１４０からフレーム形式１５０に切替えらえる。フレーム形式１５０では、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は混合パタン１５１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１５２で構成される。情報パタン１５２には、情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

また、フレーム形式１５０の構造の信号を光送受信部１１００が出力する状態でパタン変更トリガ２０６が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号はフレーム形式１５０からフレーム形式１４０に切り替えられる。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１４１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１４２で構成される。

混合パタン１４１としては、例えば実施の形態３で説明した図１６に概念を示す混合パタン３５０もしくは３３０を用いることが可能である。また、混合パタン１５１としては、例えば図１５に概念を示す混合パタン３３０もしくは混合パタン３４０を用いることが可能である。

また、パタン変更トリガ２０５、２０６は、実施の形態２と同様に、実施の形態１に記載の信号疎通状態に応じてチャネル制御部１１３０が生成する。

以上のように、本発明にかかる光伝送方法及びそれを実現する光伝送システムは、伝送路内において、複数チャネル間の偏波状態が相関をもつ時間を短縮してチャネル間で生じる非線形光学効果を低減し、受信端における信号品質劣化を抑圧することができるので、長距離大容量光伝送に有用である。

１０００ 光伝送装置、１１００−１〜１１００−Ｎ の光送受信部、１１１０−１〜１１１０−Ｎ 光送信部、１１２０−１〜１１２０−Ｎ 光受信部、１１３０−１〜１１３０−Ｎ チャネル（ｃｈ）制御部、１２００ 光合波部、１３００ 光分波部、１４００ 装置制御部、２１００ 光伝送部、２２００ 光伝送部、
３０００ 光伝送装置、３１００−１〜３１００−Ｎ 光送受信部、３１１０−１〜３１１０−Ｎ 光送信部、３１２０−１〜３１２０−Ｎ 光受信部、３１３０−１〜３１３０−Ｎ チャネル（ｃｈ）制御部、３２００ 光合波部、３３００ 光分波部、３４００ 装置制御部、１１ ＯＴＵｋフレーム生成部、１２ 誤り訂正符号化部、１３ シンボルマッピング部、１４ フレーム処理部、１５ データパタン制御部、１６ データパタン処理部、１７ 信号整形部、１８ 光信号生成部、
５１ デジタル・アナログ変換器、５２ 変調器ドライバ、５３ 光源、５４偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器、２１ 光信号検出部、２２ 信号復元部、２３ フレーム同期部、２４ シンボルデマッピング部、２５ 誤り訂正復号部、２６ ＯＴＵｋフレーム終端部、
６１ 局部発振光源、６２ 偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ、６３ アナログ・デジタル変換器、１１０、１２０、１３０ フレーム形式、１１１ 固定パタン、１１２ 情報パタン、１２１ ランダムパタン、１２２ 情報パタン、２０１、２０２、２０３、２０４ データパタン変更、３１０ 固定パタン、３１１ Ｘ偏波用固定パタン、３１２ Ｙ偏波用固定パタン、３２０ ランダムパタン、３２１ Ｘ偏波用ランダムパタン、３２２ Ｙ偏波用ランダムパタン、３３０ 混合パタン、３３１−１、３３１−３、Ｘ偏波用固定パタン、３３１−２、３３１−４ Ｘ偏波ランダムパタン、３３２−２、３３２−４ Ｙ偏波用固定パタン、３３２−１、３３２−３ Ｙ偏波用ランダムパタン、３４０ 混合パタン、３４１−１、３４１−３、Ｘ偏波用固定パタン、３４１−２、３４１−４ Ｘ偏波用ランダムパタン、３４２−２、３４２−４ Ｙ偏波用固定パタン、３４２−１、３４２−３ Ｙ偏波用ランダムパタン、３５０ 混合パタン、３５１−１、３５１−３、Ｘ偏波用固定パタン、３５１−２、３５１−４ Ｘ偏波用ランダムパタン、３５２−２、３５２−４ Ｙ偏波用固定パタン、３５２−１、３５２−３ Ｙ偏波用ランダムパタン。

この発明は、光伝送方法および光伝送システムに関するものである。

光ファイバにより長距離大容量伝送を行うためには、高密度な信号多重化と、ファイバ非線形光学効果の克服とが課題である。

複数の光搬送波もしくは光サブ搬送波（サブキャリア）に異なる情報を載せて高密度波長多重を行うことにより、光ファイバ当たりの伝送容量を増大させることが可能である。ここで、多重化する光搬送波や光サブ搬送波を、それぞれチャネルと呼ぶ。また、変調方式を多値化することによっても伝送容量の増大が可能である。

従来、変調方式としては、光の有無に２値信号を割りつけ、１シンボル当たり１ビットを伝送するオンオフキーイング（Ｏｎ Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ：ＯＯＫ）が用いられていたが、４値位相変調（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）や１６値直交振幅変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）のように、信号点を増やして、１シンボル当たりの伝送ビット数を増やすことで、伝送容量を増大させることが可能である。ＱＰＳＫおよび１６ＱＡＭにおいては、光送信器において、同位相軸（Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ軸：Ｉ軸）と、直交位相軸（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ軸：Ｑ軸）とに、信号を割り当てる。

また、偏波多重方式（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いることで、１シンボル当たりの伝送ビット数を２倍に増やす方式が知られている。偏波多重方式においては、直交する２つの偏波成分（垂直偏波、水平偏波）に、独立に信号を割り当てることが可能である。

ＯＯＫ信号の復調には、受信側で光信号の有無を検出して識別する直接検波方式が用いられてきた。また、差動２値位相変調（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＤＢＰＳＫ）信号、差動ＱＰＳＫ（ＤＱＰＳＫ）信号等の復調には、光信号を遅延干渉させた後に直接検波する、（直接）遅延検波方式が用いられてきた。偏波多重方式を用いた信号の多くは、受信端で局部発振光源と受信信号とを混合干渉させて検波するコヒーレント検波を行って得られた電気信号をデジタル信号処理により補償するデジタルコヒーレント方式が用いられている（例えば、非特許文献１、２参照）。

一方、長距離光伝送を行う場合には、受信端での信号品質を確保すべく、ビットレート、変調方式、検波方式に応じて所定の光信号電力対雑音電力比が必要であり、そのために、高い光電力で信号伝送を行う必要がある。このとき、光ファイバ中で生じる非線形光学効果に起因する波形歪みが信号品質を劣化させる。（例えば、特許文献１参照）
非線形光学効果は、チャネル内で生じる効果とチャネル間で生じる効果とに大別することができる。

チャネル内で生じる非線形光学効果としては、自己位相変調（Ｓｅｌｆ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＳＰＭ）が挙げられる。より狭義の定義として、ＳＰＭは、チャネル内自己位相変調（Ｉｎｔｒａ−ｃｈａｎｎｅｌ ＳＰＭ：ＩＳＰＭ）、チャネル内相互位相変調（Ｉｎｔｒａ−ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＩＸＰＭ）、チャネル内四光波混合（Ｉｎｔｒａ−ｃｈａｎｎｅｌ Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ：ＩＦＷＭ）等に分類される。
チャネル間で生じる非線形光学効果としては、相互位相変調（Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＸＰＭ）、四光波混合（Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ：ＦＷＭ）、相互偏波変調（Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＸＰｏｌＭ）等が挙げられる。
いずれも、信号の光電力密度が高い場合、伝送距離が長い場合に発生が顕著となる。また、チャネル間で生じる非線形光学効果は、伝送路の局所波長分散が小さい場合、波長多重化するチャネルの波長間隔が狭い場合、各チャネルの光信号の偏波状態が伝送路内で長く相関をもち、相互作用が継続する場合に、品質劣化が顕著となる。

偏波多重信号においては、垂直偏波と水平偏波との光位相差に応じて偏波状態が変化する。したがって、垂直偏波に載ったデータと水平偏波とに載ったデータとの関係が、信号の偏波状態に影響する。データパタンの多くはユーザ信号（クライアント信号）に依存して決まるため、複数チャネル間で独立である。したがって、垂直偏波に載ったデータと水平偏波に載ったデータとの関係も、チャネル間でランダムとなり、複数チャネル間で信号の偏波状態も必然的にランダムとなる。

図１は、３つの波長λ１、λ２、λ３において、偏波状態の相関が低い状態を示す一例であり、垂直偏波（Ｙ−Ｐｏｌ）と水平偏波（Ｘ−Ｐｏｌ）のうち、３つの波長の偏波状態がシンボルごとにランダムとなる例である。このとき、チャネル間で生じる非線形光学効果の発生は抑圧される。

しかしながら、フレームオーバヘッド等、複数チャネル間でデータパタンが同一あるいは非独立となる領域が、一般に存在する。図２は、ＯＴＵｋ（ｖ）（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ Ｌｅｖｅｌ ｋ（ｖ））フレームフォーマットの一例を示す図である。ＯＴＵｋフレームは、オーバヘッド領域、ペイロード領域、およびＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）パリティ領域から構成される。ペイロード領域はクライアント信号が挿入され、ＦＥＣパリティ領域は誤り訂正のための冗長ビットが挿入される。オーバヘッド領域は、伝送路の監視情報やフレーム同期のための情報が挿入される。なお、フレームフォーマットは、ＦＥＣパリティ領域の割合が標準とは異なるＯＴＵｋＶであってもよい。また、オーバヘッド（ＯＨ）領域においては、伝送路に影響するパラメータや特定の固定パタンとなる領域が存在してもよい。しかし、データパタンが非独立となる領域において、固定パタンが存在する場合、複数チャネル間でデータパタンが同一あるいは非独立となり、複数チャネル間で信号の偏波状態をランダム化することができず、チャネル間で生じる非線形光学効果の影響が懸念される。

複数チャネル間において、フレームオーバヘッド等のデータパタンが非独立となるタイミングは多くの場合でずれている。特に、複数チャネル間での基準クロックに差分があるために、非独立となるタイミングは高い確率でずれており問題とはならないが、フレーム送出を繰り返し行うことで、低い確率で、フレームオーバヘッド等のデータパタンが非独立となるタイミングが複数チャネル間で一致する場合がありうる。このとき、複数チャネル間で偏波状態が相関をもち、受信部において許容できない誤りが発生する可能性がある。
図３は、３つの波長λ１、λ２、λ３において、偏波状態の相関が高い状態を示す一例であり、垂直偏波（Ｙ−Ｐｏｌ）と水平偏波（Ｘ−Ｐｏｌ）のうち、３つの波長でＹ−Ｐｏｌのみに信号が集中した例である。このとき、チャネル間で生じる非線形光学効果の発生が顕著となる。

従来、各チャネルの光信号の偏波状態が伝送路内で長く相関をもつことを避けるため、光部品（偏波スクランブラ）を用いて波長多重信号の偏波をランダム化し、チャネル間で生じる非線形光学効果を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、チャネル内の非線形光学効果を低減するため、１シンボルごとに信号の偏波を直交偏波に交互に振り分けることで、同一偏波内における信号の光電力密度を低減する方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、偏波多重を前提とした信号についても、そのパルス幅を半減させ、１／２シンボルごとに交互に直交偏波に振り分ける方式も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

非線形光学効果に起因する波形歪みを補償する技術としては、デジタル信号処理によりファイバの逆方向伝搬を模擬することで送信端での信号を再現しようとするデジタル逆伝搬法も知られている（例えば、非特許文献３参照）。また、伝送路の中央で光の位相を反転することで、受信端において位相歪みがキャンセルされる光位相共役法も知られている（例えば、非特許文献４参照）。

特開２００１−１３６１２５号公報 米国特許第５８４１５５７号明細書 特開２０１２−１０８３０１号公報 国際公開第２０１２／０７３５９０号 国際公開第２０１１／０９６４８８号

Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｆｏｒｕｍ，「１００Ｇ Ｕｌｔｒａ Ｌｏｎｇ Ｈａｕｌ ＤＷＤＭ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ」，２００９年６月 Ｅ. Ｙａｍａｚａｋｉ、外２７名，「Ｆａｓｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ 100−Ｇｂｉｔ/ｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ｏｖｅｒ ＯＴＮ ｕｓｉｎｇ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ＤＳＰ」, Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ, ２０１１年７月４日， ｖｏｌ. １９, ｎｏ. １４, ｐｐ. １３１７９―１３１８４． Ｘ．Ｌｉ、外６名，「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｏｓｔ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｍｐａｉｒｍｅｎｔｓ ｕｓｉｎｇ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１６, ｎｏ．２, ｐｐ. ８８０−８８８, ２００８． Ｄ．Ｄ．Ｍａｒｃｅｎａｃ、外６名，「４０Ｇｂｉｔ／ｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ４０６ｋｍ ｏｆ ＮＤＳＦ ｕｓｉｎｇ ｍｉｄ−ｓｐａｎ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｂｙ ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ−ｍｉｘｉｎｇ ｉｎ ａ ２ｍｍ ｌｏｎｇ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ, ｖｏｌ．３３, ｎｏ．１０, ｐｐ. ８７９−８８０, １９９７.

上記の特許文献２の方法は、直接検波もしくは（直接）遅延検波により信号検出を行うＯＯＫ信号、ＤＢＰＳＫ信号、ＤＱＰＳＫ信号の伝送品質劣化を低減するためには有効であった。しかしながら、デジタルコヒーレント方式により信号検出を行う偏波多重方式に適用する場合、受信端における偏波分離処理が困難となる課題があった。
上記の特許文献３、特許文献４または特許文献５の方法は、チャネル内で同一偏波内の光電力密度を低減させるためには有効であるが、複数チャネル間にわたって光信号の偏波状態を管理することができず、伝送路内で偏波状態が長く相関をもつことにより生じる非線形光学効果を低減できない課題があった。
上記の非特許文献３、４の方法は、デジタル信号処理を実現するための回路規模が膨大となったり、伝送路中央に光位相を反転するための装置が必要となったりする課題があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであって、伝送路内において、複数チャネル間の偏波状態が相関をもつ時間を短縮することで、チャネル間で生じる非線形光学効果を低減し、受信端における信号品質劣化を抑圧する、光伝送システムおよび光伝送方法を得ることを目的とする。

この発明は、データを含む複数のチャネルをそれぞれ波長多重して伝送する光伝送方法であって、データは、チャネル間で独立なデータ領域とチャネル間で非独立なデータ領域から構成され、チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンを可変とすることを特徴とする。

この発明は、偏波多重・デジタルコヒーレント方式において受信端における偏波分離処理を困難とせずに複数チャネル間にわたって光信号の偏波状態を管理し、受信部における誤りの発生率を特定のしきい値以下とすることができるとともに、複雑な信号処理や高価な光デバイスを用いることなく、受信部における誤りの発生率を特定のしきい値以下とすることができる。

複数チャネル間の偏波状態がランダムであることを示す図である。 フレームフォーマットを示す図である。 複数チャネル間の偏波状態の相関が高いことを示す図である。 この発明の実施の形態１にかかる光伝送システムの構成の一例を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかる光送信部の構成の一例を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかる光送信部における光信号生成部の構成の一例を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかる光受信部の構成の一例を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかる光送信部における光信号検出部の構成の一例を示したブロック図である。 データのタイミングが揃うことを示す図である。 この発明の実施の形態２にかかるデータパタン制御の一例を示す模式図である。 この発明の実施の形態２および実施の形態３にかかる固定パタンの概念を示す模式図である。 この発明の実施の形態２にかかるランダムパタンの概念を示す模式図である。 この発明の実施の形態３にかかるデータパタン制御の一例を示す模式図である。 この発明の実施の形態３および実施の形態４にかかる混合パタンの概念を示す模式図である。 この発明の実施の形態３および実施の形態４にかかる混合パタンの概念を示す図である。 この発明の実施の形態３および実施の形態４にかかる混合パタンの概念を示す模式図である。 この発明の実施の形態４にかかるデータパタン制御の一例を示す模式図である。

以下に、この発明にかかる光伝送装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、この発明を具体化する際の一形態であって、この発明をその範囲内に限定するためのものではない。

実施の形態１．
図４は、この発明の実施の形態１に係る光伝送方法を用いた光伝送システムの一例を示す図である。図４に示すように、本実施の形態１に係る光伝送システムは、光伝送装置１０００と、光ファイバ、光中継器等で構成される光伝送部２１００および２２００と、光伝送装置３０００とで構成される。
光伝送装置１０００は、複数（Ｎ個）の光送受信部１１００−１〜１１００−Ｎと、光合波部１２００と、光分波部１３００と、装置制御部１４００とで構成される。ここで、Ｎは多重化する光搬送波もしくは光サブ搬送波の数を示す。
光伝送装置３０００は、複数（Ｎ個）の光送受信部３１００−１〜３１００−Ｎと、光合波部３２００と、光分波部３３００と、装置制御部３４００とで構成される。
光送受信部１１００−ｉは、光送信部１１１０−ｉと、光受信部１１２０−ｉと、チャネル（ｃｈ）制御部１１３０−ｉとで構成される。 同様に、光送受信部３１００−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、光送信部３１１０−ｉと、光受信部３１２０−ｉと、チャネル（ｃｈ）制御部３１３０−ｉとで構成される。ここで、ｉは光搬送波もしくは光サブ搬送波のインデックスを示し、１〜Ｎの整数をとるものとする。

図５は、光送信部１１１０−ｉおよび光送信部３１１０−ｉの内部構成の一例を示す図である。光送信部１１００−ｉは、ＯＴＵｋフレーム生成部１１と、誤り訂正符号化部１２と、シンボルマッピング部１３と、フレーム処理部１４と、データパタン制御部１５と、データパタン処理部１６と、信号整形部１７と、光信号生成部１８とで構成される。
図６は、光信号生成部１８の内部構成の一例を示す図である。デジタル・アナログ変換器５１と、変調器ドライバ５２と、光源５３と、偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４とで構成される。
図７は、光受信部３１２０−ｉおよび光受信部１１２０−ｉの内部構成の一例を示す図である。光信号検出部２１と、信号復元部２２と、フレーム同期部２３と、シンボルデマッピング部２４と、誤り訂正復号部２５と、ＯＴＵｋフレーム終端部２６とで構成される。
図８は、光信号検出部２１の内部構成の一例を示す図である。局部発振光源６１と、偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２と、アナログ・デジタル変換器６３とで構成される。

以下、本実施の形態にかかる光伝送システムの動作を説明する。

光伝送装置１０００から送出された光信号を、光伝送部２１００を通して光伝送装置３０００で受信する場合の動作について説明する。光伝送装置３０００から送出された光信号を、光伝送部２２００を通して光伝送装置１０００で受信する場合の動作については、同様であるため説明を省略する。

光送信部１１１０−ｉ内部において、ＯＴＵｋフレーム生成部１１では、図示しない外部から入力されるクライアント信号に対してＯＴＵｋ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ Ｌｅｖｅｌ ｋ）フレーム生成を行い、誤り訂正符号化部１２へ出力する。例えば、ＯＴＵ２による１０Ｇｂｉｔ／ｓ相当のフレーム、ＯＴＵ３による４０Ｇｂｉｔ／ｓ相当のフレーム、ＯＴＵ４による１００Ｇｂｉｔ／ｓ相当のフレームの生成を行う。当該フレーム生成処理によりフレームオーバヘッドが付加される。
当該フレームオーバヘッド領域には、外部（チャネル制御部１１３０−ｉ）からの指定に応じて任意のデータを格納できる領域が存在する。

誤り訂正符号化部１２では、ＯＴＵｋフレーム生成部１１から入力されるＯＴＵｋフレーム化された信号に対して誤り訂正符号化を行い、シンボルマッピング部１３へ出力する。

シンボルマッピング部１３では、誤り訂正符号化部１２から入力される誤り訂正符号化された信号に対して、シンボルマッピング処理を行い、フレーム処理部１４へ出力する。シンボルマッピングとしては、例えば、２ビットの入力に対して、差動４値位相変調を行って２ビットの出力を得る。当該処理を、垂直偏波用および水平偏波用の２系統分について行う。

フレーム処理部１４では、シンボルマッピング部１３から入力されるシンボルマッピング処理された信号に対して、伝送路側フレーム処理を行い、データパタン処理部１６へ出力する。
伝送路側フレーム処理としては、例えば、伝送路における物理レーンをフレーム単位で周期的に巡回させるＭＬＤ（Ｍｕｌｔｉ Ｌａｎｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）処理を行う。

データパタン制御部１５では、チャネル制御部１１３０−ｉから入力される制御信号に応じて、データパタン処理を決定するためのデータパタン処理規則制御信号を生成し、データパタン処理部１６へ出力する。

データパタン処理部１６では、データパタン制御部１５から入力されるデータパタン処理規則制御信号に基づき、データパタン制御部１４から入力される伝送路側フレーム処理された信号のうち、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域に対してデータパタン処理を行い、信号整形部１７へ出力する。

信号整形部１７では、データパタン処理部１６から入力されるデータパタン処理された信号に対して、光信号生成部１８、光合波部１２００、光伝送部２１００、光分波部３３００、光信号検出部２１で生じる波形歪みの補償や、信号の周波数スペクトルの整形等を行い、光信号生成部１８へ出力する。当該信号整形処理には、当業界で公知であるデジタル信号処理を用いることができる。

光信号生成部１８では、信号整形部１７から入力される整形された信号に基づき光信号を生成し、光合波部１２００に出力する。

光信号生成部１８内部動作の一例を以下に示す。デジタル・アナログ変換器５１では、外部（信号整形部１７）から入力される信号（デジタル信号）をデジタル・アナログ変換し、変調器ドライバ５２に出力する。例えば、信号整形部１７から入力されるデジタル信号は、垂直偏波Ｉ軸信号、垂直偏波Ｑ軸信号、水平偏波Ｉ軸信号、水平偏波Ｑ軸信号の４レーンで構成され、デジタル・アナログ変換は、４レーンそれぞれについて行われ、４レーンのアナログ信号が変調器ドライバ５２に出力される。

変調器ドライバ５２では、デジタル・アナログ変換器５１から入力されるアナログ信号を増幅し、偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４に出力する。例えば、デジタル・アナログ変換器５１から入力されるアナログ信号は、垂直偏波Ｉ軸信号、垂直偏波Ｑ軸信号、水平偏波Ｉ軸信号、水平偏波Ｑ軸信号の４レーンで与えられ、増幅処理は、４レーンそれぞれについて行われ、４レーンの増幅されたアナログ信号が偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４に出力される。

光源５３では、例えば、Ｃ帯のＩＴＵ−Ｔグリッドに沿った波長で無変調光を生成し、偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４に出力する。

偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４では、光源５３から入力される無変調光を、変調器ドライバ５４から入力される増幅されたデジタルまたはアナログ電気信号により変調し、外部（光合波部１２００）へ出力する。

光合波部１２００では、光送信部１１１０−１〜１１１０−Ｎから入力される各光信号を合波し、光伝送部２１００へ出力する。
光合波部は、波長選択性スイッチ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ：ＷＳＳ）、Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＡＷＧ）、インタリーバ（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）、光カプラ等で構成される。また、その内部において、損失補償用の光増幅器や、波長分散補償用の光ファイバ等を含むことも想定される。

光伝送部２１００では、光伝送装置１０００内部の光合波部１２００から入力される光信号を伝送し、光伝送装置３０００内部の光分波部３３００に出力する。
光伝送部は、光ファイバ、光中継器、光分岐挿入装置等で構成される。

光分波部３３００では、光伝送部２１００から入力される光信号を分波し、光送受信部３１００−１〜３１００−Ｎ内部の光受信部３１２０−１〜３１２０−Ｎへ出力する。
光合波部は、光分波部同様、ＷＳＳ、ＡＷＧ、インタリーバ、光カプラ等で構成される。また、その内部において、損失補償用の光増幅器や、波長分散補償用の光ファイバ等を含むことも想定される。

光受信部３１２０−ｉ内部において、光信号検出部２１では、外部（光分波部３３００）から入力される光信号を検出し、電気デジタル信号に変換して、信号復元部２２へ出力する。このとき、光信号入力の有無および入力パワーをモニタし、外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）に通知することを可能とする。

光信号検出部２１内部動作の一例を以下に示す。局部発振光源６１では、例えば、Ｃ帯のＩＴＵ−Ｔグリッドに沿った波長で無変調光を生成し、偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２へ出力する。
局部発振光源６１が発振する波長は、偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２に外部（光分波部３３００）から入力される光信号の搬送波もしくはサブ搬送波波長と略一致している必要がある。

偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２では、外部（光分波部３３００）から入力される光信号と、局部発振光源６１から入力される無変調光とを混合干渉させて検波し、電気信号に変換し、アナログ・デジタル変換器６３へ出力する。
偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２内部では、局部発振光を基準とした垂直偏波Ｉ軸成分と、垂直偏波Ｑ軸成分と、水平偏波Ｉ軸成分と、水平偏波Ｑ軸成分との４レーンに分けて受信信号が検出され、それぞれ電気信号に変換されるとともに、後段の処理に必要な振幅までそれぞれ増幅されて出力される。

アナログ・デジタル変換器６３では、偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ６２から入力される電気信号をアナログ・デジタル変換して外部（信号復元部２２）へ出力する。アナログ・デジタル変換は、垂直偏波Ｉ軸成分と、垂直偏波Ｑ軸成分と、水平偏波Ｉ軸成分と、水平偏波Ｑ軸成分との４レーンでそれぞれ処理される。

信号復元部２２では、光信号検出部２１から入力される電気デジタル信号に対して、光信号生成部１８、光合波部１２００、光伝送部２１００、光分波部３３００、光信号検出部２１で発生する物理的な遅延差、波長分散、偏波モード分散、偏波状態変化、帯域狭窄等の波形歪みの補償、シンボルタイミング抽出、搬送波もしくはサブ搬送波と局部発振光との光周波数差および光位相差の補償を行い、送信信号を復元してフレーム同期部２３へ出力する。このとき、信号復元に関する各パラメータを外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）へ出力することを可能とする。
当該信号復元処理には、当業界で公知であるデジタル信号処理を用いることができる。復元された信号は、例えば、送信端での垂直偏波Ｉ軸成分と、垂直偏波Ｑ軸成分と、水平偏波Ｉ軸成分と、水平偏波Ｑ軸成分との４レーンとなる。このとき、それら４レーンの間でレーンの入れ替わりや論理的な遅延差が残存してフレーム同期部２３へ出力される可能性がある。

フレーム同期部２３では、信号復元部２２から入力される復元後の信号から、フレームオーバヘッドを探索して同期を確立し、レーンの入れ替わりの補償や、レーン間での遅延差の補償を行い、シンボルデマッピング部２４へ出力される。このとき、同期確立状態に関する情報、レーン入れ替わり情報、レーン間での遅延差情報をチャネル制御部３１３０−ｉに通知することを可能とする。

シンボルデマッピング部２４では、フレーム同期部２３から入力されるフレーム同期された信号のデマッピングを行い、誤り訂正復号部２５へ出力される。シンボルデマッピングとしては、シンボルマッピング部１３で行われた処理の逆の処理を行う。シンボルマッピング部１３にて差動４値位相変調を行っている場合、Ｉ軸／Ｑ軸で構成される信号と、それを１シンボル遅延させたＩ軸／Ｑ軸で構成される信号から得られる位相差に従い、２ビット情報の復元を行う。なお、０／１の硬判定のみならず、信頼度情報を付与する軟判定をあわせて行うことも想定される。またこのとき、硬判定もしくは軟判定された符号の情報を外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）に通知することを可能とする。垂直偏波と水平偏波とに信号を多重している場合には、それぞれシンボルデマッピング処理を行う。

誤り訂正復号部２５では、シンボルデマッピング部２４から入力されるシンボルデマッピングされた信号に対して、硬判定もしくは軟判定誤り訂正復号を行い、ＯＴＵｋフレーム終端部２６へ出力する。このとき、誤り訂正復号によるビット反転情報および誤り訂正未完情報等をモニタし、外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）に通知することを可能とする。

ＯＴＵｋフレーム終端部２６では、誤り訂正復号部２５から入力される誤り訂正後の信号についてＯＴＵｋフレームの終端を行い、図示しない外部に対してクライアント信号を出力する。このとき、ＯＴＵｋフレーム同期状態をモニタし、外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）に通知することを可能とする。また、外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）に対して、フレームオーバヘッド領域に格納された情報を通知することを可能とする。

上記のとおり、光信号検出部２１、信号復元部２２、フレーム同期部２３、シンボルデマッピング部２４、誤り訂正復号部２５、ＯＴＵｋフレーム終端部２６は、それぞれ、外部（チャネル制御部３１３０−ｉ）と通信を行い、信号疎通状態の通知を行うことができる。

チャネル制御部３１３０−ｉでは、光信号受信部３１２０−ｉから通知される信号疎通状態を管理、更新するとともに、光伝送装置３０００全体を統括する装置制御部３４００および光伝送装置１０００におけるチャネル制御部１１３０−ｉに対して信号疎通状態通知を行うことを可能とする。
例えば、チャネル制御部３１３０−ｉにより信号疎通状態に関する情報を、光送信部３１１０−ｉへ出力し、光送信部３１１０−ｉにてフレームオーバヘッド領域に信号疎通状態に関する情報を格納し、光合波部３２００、光伝送部２２００、光分波部３３００を介して、光送受信部１１００−ｉ内部のチャネル制御部１１３０−ｉに対して信号疎通状態通知を行うことが可能である。
光送信部３１１０−ｉにおけるフレームオーバヘッド情報の格納は、例えば、ＯＴＵｋフレーム生成部（図５における１１に相当）にて行うことが可能である。
光送受信部１１００−ｉにおけるフレームオーバヘッド情報の抽出は、例えば、光受信部１１２０−ｉ内部ＯＴＵｋフレーム終端部（図７における２６に相当）にて行うことが可能である。

装置制御部３４００では、チャネル制御部３１３０−１〜３１３０−Ｎから通知される、各チャネルｉ（１〜Ｎ）の信号疎通状態を集約して管理、更新するとともに、光伝送装置１０００全体を統括する装置制御部１４００に対して信号疎通状態通知を行うことを可能とする。例えば、図示しない監視制御信号による通知、図示しない別回線による通知が想定される。

装置制御部１４００では、装置制御部３４００から通知された各チャネルｉ（１〜Ｎ）の信号疎通状態を集約して管理・更新するとともに、各チャネルｉのチャネル制御部１１３０−１〜１１３０−Ｎに対して信号疎通状態の通知を行うことを可能とする。

フレームオーバヘッド等、複数チャネル間で非独立なデータ領域に対するデータパタン処理規則の割りつけ方としては、例えば、装置制御部１４００が各チャネルｉのチャネル番号を決定してチャネル制御部１１３０−１〜１１３０−Ｎ経由で各チャネルｉのデータパタン制御部１５に通知し、各チャネルのチャネル番号に基づき、データパタン制御部１５がデータパタン処理規則を生成することを可能とする方法がある。データパタン制御部１５は、例えば、チャネル番号が偶数の場合と、奇数の場合とで、それぞれ生成多項式の異なる疑似乱数を用いることが可能である。また、チャネル番号に応じて疑似乱数の種を変えることや、一つの疑似乱数の順序を入れ替えることも可能である。

また、光伝送装置３０００から通知される信号疎通状態に応じて、光伝送装置１０００におけるデータパタン処理規則を変更することも可能である。例えば、フレームオーバヘッド等のチャネル間で非独立なデータ領域は、光経路変更時、光断復旧時等、信号疎通状態によっては、データパタン処理を行わずに非独立のまま用いることが有効である場合もあるため、信号疎通状態に応じてデータパタン処理規則を変更できることが必要である。

このようにして、データパタン処理を行わない場合も含め、単一のデータパタン処理規則を全チャネルで共有する場合はもちろん、複数のデータパタン処理規則を全チャネルで共有する（例えば、二つの処理規則を、偶数チャネルと奇数チャネルとで使い分ける）場合、全チャネルで完全に別々のデータパタン処理規則を与える場合等が想定される。

本発明により、復調後の硬判定結果から得られる、ビット誤りの時間分布から決まる誤りの発生率をあるしきい値以下とすることができる。このしきい値は、誤り訂正可能であるレベル、誤り訂正符号のフレーム同期が確立できるレベル、ＯＴＮフレーム同期が確立できるレベル、アウテージ発生率をＩＴＵ−Ｔ等標準化機関の勧告で定められた基準以下とするレベル等から選択可能である。特に誤りの発生率が高く、上記いずれのレベルも選択できない場合にも、本発明を用いない場合と比較して、誤りの発生率を低減し、任意のレベル以下に誤りの発生率を低減することが可能である。

波長多重光伝送では、波長多重された複数チャネル間にわたる偏波状態の相関が、誤りの発生率に影響する。偏波状態の相関を低減することにより、ファイバ非線形光学効果による波形歪みをランダム化し、誤りの発生率を低減することが可能となる。

本発明は、適用する変調方式を限定するものではない。例えば、２値位相変調（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）、ＱＰＳＫ、ｍ値ＱＡＭ等、一般的な変調方式を適用可能である。チャネルの間で異なる変調方式の信号を混在させることも可能である。

図８に記載の光信号検出部は、コヒーレント検波の使用を前提としているが、本発明の範囲をコヒーレント検波に限定するものではなく、直接検波や遅延検波の使用も可能である。

本発明は、チャネル当たりのシンボルレートを、主として１Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓ〜１００Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓの範囲として用いることが想定される。ただし、本発明は、シンボルレートを上記範囲に限定するものではない。複数チャネルの間で異なるシンボルレートの信号を混在させることも可能である。

図４では、Ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−Ｐｏｉｎｔ構成をとる光伝送システムについて例示したが、再構成可能光分岐多重（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＲＯＡＤＭ）構成をとることも可能である。

図４には示していない、その他の光送信部から送出された信号、例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓ強度変調信号、データパタン変換機能を備えていない光送信部から出力された光信号、無変調光、雑音光等と混在伝送させることも可能である。

以上のように、本実施の形態では、光送信部において複数チャネル間のデータパタンを制御し、複数チャネル間にわたって信号の偏波状態を制御することで、チャネル間で生じるファイバ非線形光学効果の発生を低減することができる。送信部においてデータパタン制御することから、偏波多重・デジタルコヒーレント方式において受信端における偏波分離処理を困難とせずに実現できるとともに、複雑な信号処理や高価な光デバイスを用いることなく実現できる。したがって、波長多重した光伝送システムの光受信部における誤りの発生率を簡素な構成により特定のしきい値以下とすることができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１に記載のチャネル制御部１１３０（あるいはチャネル制御部３１３０）が行うデータパタン制御について一例を具体的に示す。図１０は、この発明の実施の形態２に係るデータパタン制御の一例を示す図である。図１０に示すように、本実施の形態２に係るデータパタン制御は、フレーム形式１１０と１２０をパタン変更トリガ２０１と２０２に応じて切り替えることで行う。フレーム形式１１０は、定められた固定パタン１１１と、情報パタン１１２とで構成される。また、フレーム形式１２０は、ランダムパタン１２１と、情報パタン１２２とで構成される。チャネル制御部１１３０はパタン変更トリガ２０１、２０２を信号疎通状態に応じて生成する。

以下、本実施の形態のデータパタン制御の動作を説明する。

初期起動状態では、実施の形態１に記載の光送受信部１１００が光合波部１２００に出力する伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１１０の構造を有する。フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１１１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１１２で構成される。情報パタン１１２には情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

パタン変更トリガ２０１が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１１０からフレーム形式１２０に切替えらえる。フレーム形式１２０では、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域はランダムパタン１２１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１２２で構成される。情報パタン１２２には、情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

また、フレーム形式１２０の構造の信号を光送受信部１１００が出力する状態でパタン変更トリガ２０２が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号はフレーム形式１２０からフレーム形式１１０に切り替えられる。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１１１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１１２で構成される。

固定パタン１１１として、例えば図１１に概念を示す固定パタン３１０が用いられる。Ｘ偏波にはＸ偏波用固定パタン３１１が割り当てられ、Ｙ偏波にはＹ偏波用固定パタン３１２が割り当てられる。それぞれの固定パタンが、０と１の交番パタンである場合、擬似ランダムパタンである場合等が想定される。また、Ｘ偏波用固定パタン３１１と、Ｙ偏波用固定パタン３１２とは、それぞれ同一パタンである場合、巡回シフトされたパタンである場合等が想定される。
このように構成した固定パタン１１１を用いることで、伝送路条件の推定等を実施することが可能となる。例えば、波長分散や、受信信号光と局部発振光との周波数オフセット等を推定することができる。一方で、チャネル内や、複数チャネルにまたがった偏波状態は、固有の状態、あるいは最悪の場合では単一の状態をとりうる。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域のタイミングがチャネル間で揃うことで、ファイバ非線形光学効果等を介して瞬時的な伝送品質劣化が生じる可能性がある。

また、ランダムパタン１２１として、例えば図１２に概念を示すランダムパタン３２０が用いられる。Ｘ偏波にはＸ偏波用ランダムパタン３２１が割り当てられ、Ｙ偏波にはＹ偏波用ランダムパタン３２２が割り当てられる。それぞれのランダムパタンが、例えば擬似ランダムパタンである場合が想定される。また、Ｘ偏波用ランダムパタン３２１と、Ｙ偏波用ランダムパタン３２２が、それぞれ異なる生成多項式で生成された擬似ランダムパタンである場合、一つの生成多項式で生成された擬似ランダムパタンを振り分けた場合、複数の擬似ランダム系列を巡回シフトした場合等が想定される。さらに、チャネルが異なる場合に、チャネル番号に依存して巡回シフト量を変更することが想定される。
このように構成したランダムパタン１２１を用いることで、伝送路条件の推定等を実施することは不可能となる。一方で、チャネル内や、複数チャネルにまたがった偏波状態はランダム化される。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域のタイミングがチャネル間で揃ったとしても、ファイバ非線形光学効果等を介して瞬時的な伝送品質劣化が生じる可能性は低く抑えられる。

上述の通り、チャネル制御部１１３０はパタン変更トリガ２０１、２０２を実施の形態１に記載の信号疎通状態に応じて生成する。例えば、着目するチャネルｉの信号が受信側で正常疎通していることを条件としてチャネルｉのパタン変更トリガ２０１を生成し、フレーム形式１１０からフレーム形式１２０に切り替える。その後、伝送路条件の変化等に起因して着目するチャネルｉの信号が受信側で正常疎通しなくなった場合、正常疎通していないことを条件としてチャネルｉのパタン変更トリガ２０２を生成する。
あるいは、パタン変更トリガ２０１および２０２は、任意の時間間隔を空けて交互に生成することも考えられる。なおかつ、パタン変更トリガ２０１および２０２を与えるタイミングを、複数のチャネルにわたって揃えたり、ずらしたりすることができる。信号疎通が正常に行われている条件では、波長多重信号のうちフレーム形式１１０の信号が出力されているチャネルの数を所定の値以下とするため、所定の値以下の数のチャネルを対象にしてデータパタン変更トリガ２０１とデータパタン変更トリガ２０２を交互に生成することが想定される。さらに、データパタン変更トリガ２０１とデータパタン変更トリガ２０２を生成するタイミングを調整して、フレーム形式１１０の信号が出力されるチャネルの数を所定の値以下にしつつ、対象とするチャネルを変更していくことが想定される。これは、上記のとおり複数チャネルに対するパタン変更トリガ２０１および２０２を集約して管理することにより実現できる。フレーム形式１１０の信号が出力されているチャネルの数を所定の値以下とすることで、複数のチャネルにわたって、固定パタンが同期してファイバ中を伝搬することで生じる瞬時品質劣化が発生する確率を低減することが可能となるとともに、伝送路条件の推定を一定頻度で行うことも可能となる。

実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態１に記載のデータパタン制御について一例を具体的に示す。図１３は、この発明の実施の形態３に係るデータパタン制御の一例を示す図である。図１３に示すように、本実施の形態２に係るデータパタン制御は、フレーム形式１１０と１３０とをパタン変更トリガ２０３と２０４に応じて切り替える。フレーム形式１１０は、実施の形態２と同様である。フレーム形式１３０は混合パタン１３１と情報パタン１３２とで構成される。チャネル制御部１１３０はパタン変更トリガ２０３、２０４を信号疎通状態に応じて生成する。

以下、本実施の形態に係るデータパタン制御の動作を説明する。
初期起動状態では、実施の形態１に記載の光送受信部１１００が光合波部１２００に出力する伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１１０の構造を有する。フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１１１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１１２で構成される。情報パタン１１２には情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

パタン変更トリガ２０３が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１１０からフレーム形式１３０に切替えらえる。フレーム形式１３０では、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は混合パタン１３１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１３２で構成される。情報パタン１３２には、情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

また、フレーム形式１３０の構造の信号を光送受信部１１００が出力する状態でパタン変更トリガ２０４が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号はフレーム形式１３０からフレーム形式１１０に切り替えられる。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１１１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１１２で構成される。

固定パタン１１１の詳細については実施の形態２に記載の通りである。
混合パタン１３１として、例えば図１４に概念を示す混合パタン３３０が用いられる。Ｘ偏波にはＸ偏波用固定パタン３３１−１、Ｘ偏波用ランダムパタン３３１−２、Ｘ偏波用固定パタン３３１−３、Ｘ偏波用ランダムパタン３３１−４が順に割り当てられ、Ｙ偏波にはＹ偏波用ランダムパタン３３２−１、Ｙ偏波用固定パタン３３２−２、Ｙ偏波用ランダムパタン３３２−３、Ｙ偏波用固定パタン３３２−４が順に割り当てられる。Ｘ偏波用ランダムパタン３３１−２、３３１−４、Ｙ偏波用ランダムパタン３３２−１、３３２−３には、それぞれ異なる生成多項式で生成された擬似ランダムパタンである場合、一つの生成多項式で生成された擬似ランダムパタンを振り分けた場合、複数の擬似ランダム系列を巡回シフトした場合等が想定される。さらに、チャネルが異なる場合に、チャネル番号に依存して巡回シフト量を変更することが想定される。

このように構成した混合パタン１３１を用いることで、伝送路条件の推定等を部分的に実施することが可能となる。固定パタン１１１を用いた場合と比べると、波長分散や周波数オフセット等について、推定可能な範囲の縮小や、推定精度の低下が生じるものの、推定は可能である。また、Ｘ偏波とＹ偏波のいずれか一方はランダムパタンであるため、チャネル内の偏波状態はランダムとなる。ランダムパタン部分がチャネル間で異なるパタンとなることで、チャネル間の偏波状態もランダム化される。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域のタイミングがチャネル間で揃ったとしても、ファイバ非線形光学効果等を介して瞬時的な伝送品質劣化が生じる可能性は低く抑えられる。

図１４では混合パタン３３０は、時間を４つに区切ってデータパタンを切り替える例として示しているが、時間の区切りは４つに限らず、任意の有限の値とすることができる。

混合パタン３３０のＸ偏波用固定パタン３３１−１、３３１−３、Ｙ偏波用固定パタン３３２−２、３３２−４、Ｘ偏波用ランダムパタン３３１−２、３３１−４、Ｙ偏波用ランダムパタン３３２−１、３３２−３のパタン長は、それぞれ同一であるように図１４では図示しているが、必ずしも同一である必要はない。

混合パタン３３０では、Ｘ偏波はＸ偏波用固定パタン３３１−１に始まりＸ偏波用ランダムパタン３３１−４で終わり、Ｙ偏波はＹ偏波用ランダムパタン３３２−１に始まりＹ偏波用固定パタン３３１−４で終わるよう記載しているが、例えば、Ｘ偏波がランダムパタンで始まって固定パタンで終わり、Ｙ偏波が固定パタンで始まってランダムパタンで終わるようにしてもよい。

混合パタン１３１としては、例えば図１５に概念を示す混合パタン３４０を用いることも可能である。Ｘ偏波にはＸ偏波用固定パタン３４１−１、Ｘ偏波用ランダムパタン３４１−２、Ｘ偏波用固定パタン３４１−３、Ｘ偏波用ランダムパタン３４１−４が順に割り当てられ、Ｙ偏波にはＹ偏波用ランダムパタン３３２−１、Ｙ偏波用固定パタン３３２−２、Ｙ偏波用ランダムパタン３３２−３、Ｙ偏波用固定パタン３３２−４が順に割り当てられる。これは、固定パタンの長さをランダムパタンの長さに対して短くした例である。ランダムパタンの比率を上昇させることにより、波長分散等により符号間干渉が発生した場合にも、偏波状態のランダム性を切れ目なく確保することが可能となる。

混合パタン１３１としては、例えば図１６に概念を示す混合パタン３５０を用いることも可能である。Ｘ偏波にはＸ偏波用固定パタン３５１−１、Ｘ偏波用ランダムパタン３５１−２、Ｘ偏波用固定パタン３５１−３、Ｘ偏波用ランダムパタン３５１−４が順に割り当てられ、Ｙ偏波にはＹ偏波用ランダムパタン３５２−１、Ｙ偏波用固定パタン３５２−２、Ｙ偏波用ランダムパタン３５２−３、Ｙ偏波用固定パタン３５２−４が順に割り当てられる。これは、固定パタンの長さをランダムパタンの長さに対して長くした例である。固定パタンの比率を上昇させることにより、伝送路条件の推定等に関して、波長分散や周波数オフセット等の推定可能な範囲の縮小や、推定精度の低下を抑えることが可能となる。

パタン変更トリガ２０３、２０４は、実施の形態２と同様に、実施の形態１に記載の信号疎通状態に応じてチャネル制御部１１３０が生成する。

実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態１に記載のデータパタン制御について一例を具体的に示す。図１７は、この発明の実施の形態４に係るデータパタン制御の一例を示す図である。図１７に示すように、本実施の形態４に係るデータパタン制御は、フレーム形式１４０と１５０とをパタン変更トリガ２０５と２０６とに応じて切り替える。フレーム形式１４０は混合パタン１４１と情報パタン１４２とで構成される。フレーム形式１５０は混合パタン１５１と情報パタン１５２とで構成される。

初期起動状態では、実施の形態１に記載の光送受信部１１００が光合波部１２００に出力する伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１４０の構造を有する。フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１４１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１４２で構成される。情報パタン１４２には情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

パタン変更トリガ２０３が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式１４０からフレーム形式１５０に切替えらえる。フレーム形式１５０では、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は混合パタン１５１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１５２で構成される。情報パタン１５２には、情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。

また、フレーム形式１５０の構造の信号を光送受信部１１００が出力する状態でパタン変更トリガ２０６が生成されると、チャネル制御部１１３０の処理により伝送路フレーム処理された信号はフレーム形式１５０からフレーム形式１４０に切り替えられる。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン１４１で構成され、残りのデータ領域は情報パタン１４２で構成される。

混合パタン１４１としては、例えば実施の形態３で説明した図１６に概念を示す混合パタン３５０もしくは３３０を用いることが可能である。また、混合パタン１５１としては、例えば図１５に概念を示す混合パタン３３０もしくは混合パタン３４０を用いることが可能である。

また、パタン変更トリガ２０５、２０６は、実施の形態２と同様に、実施の形態１に記載の信号疎通状態に応じてチャネル制御部１１３０が生成する。

以上のように、本発明にかかる光伝送方法及びそれを実現する光伝送システムは、伝送路内において、複数チャネル間の偏波状態が相関をもつ時間を短縮してチャネル間で生じる非線形光学効果を低減し、受信端における信号品質劣化を抑圧することができるので、長距離大容量光伝送に有用である。

１０００ 光伝送装置、１１００−１〜１１００−Ｎ の光送受信部、１１１０−１〜１１１０−Ｎ 光送信部、１１２０−１〜１１２０−Ｎ 光受信部、１１３０−１〜１１３０−Ｎ チャネル（ｃｈ）制御部、１２００ 光合波部、１３００ 光分波部、１４００ 装置制御部、２１００ 光伝送部、２２００ 光伝送部、
３０００ 光伝送装置、３１００−１〜３１００−Ｎ 光送受信部、３１１０−１〜３１１０−Ｎ 光送信部、３１２０−１〜３１２０−Ｎ 光受信部、３１３０−１〜３１３０−Ｎ チャネル（ｃｈ）制御部、３２００ 光合波部、３３００ 光分波部、３４００ 装置制御部、１１ ＯＴＵｋフレーム生成部、１２ 誤り訂正符号化部、１３ シンボルマッピング部、１４ フレーム処理部、１５ データパタン制御部、１６ データパタン処理部、１７ 信号整形部、１８ 光信号生成部、
５１ デジタル・アナログ変換器、５２ 変調器ドライバ、５３ 光源、５４偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器、２１ 光信号検出部、２２ 信号復元部、２３ フレーム同期部、２４ シンボルデマッピング部、２５ 誤り訂正復号部、２６ ＯＴＵｋフレーム終端部、
６１ 局部発振光源、６２ 偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ、６３ アナログ・デジタル変換器、１１０、１２０、１３０ フレーム形式、１１１ 固定パタン、１１２ 情報パタン、１２１ ランダムパタン、１２２ 情報パタン、２０１、２０２、２０３、２０４ データパタン変更、３１０ 固定パタン、３１１ Ｘ偏波用固定パタン、３１２ Ｙ偏波用固定パタン、３２０ ランダムパタン、３２１ Ｘ偏波用ランダムパタン、３２２ Ｙ偏波用ランダムパタン、３３０ 混合パタン、３３１−１、３３１−３、Ｘ偏波用固定パタン、３３１−２、３３１−４ Ｘ偏波ランダムパタン、３３２−２、３３２−４ Ｙ偏波用固定パタン、３３２−１、３３２−３ Ｙ偏波用ランダムパタン、３４０ 混合パタン、３４１−１、３４１−３、Ｘ偏波用固定パタン、３４１−２、３４１−４ Ｘ偏波用ランダムパタン、３４２−２、３４２−４ Ｙ偏波用固定パタン、３４２−１、３４２−３ Ｙ偏波用ランダムパタン、３５０ 混合パタン、３５１−１、３５１−３、Ｘ偏波用固定パタン、３５１−２、３５１−４ Ｘ偏波用ランダムパタン、３５２−２、３５２−４ Ｙ偏波用固定パタン、３５２−１、３５２−３ Ｙ偏波用ランダムパタン。

この発明は、データを含む複数のチャネルをそれぞれ波長多重して伝送する光伝送方法であって、データは、チャネル間で独立なデータ領域とチャネル間で非独立なデータ領域から構成され、チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンを可変とし、チャネル間で非独立なデータ領域は、光伝送路上における当該領域の時間のうち光伝送部において複数のチャネル間での偏波状態が相関をもつ部分の時間が、光受信部で復調後の誤り判定結果から得られるビット誤りの時間分布から決まる誤りの発生率がしきい値以下になる長さであるデータパタンが設定されることを特徴とする。
この発明は、データを含む複数のチャネルを波長多重して伝送可能な光伝送システムであって、チャネル間で独立なデータ領域とチャネル間で非独立なデータ領域から構成されたデータのうち、チャネル間で非独立なデータ領域に対してデータパタンを可変とするデータパタン処理を行うデータパタン処理部を有する第１の光伝送装置と、光ファイバおよび光中継器を含む光伝送部と、光伝送部で伝送された光信号を受信する光受信部を有する第２の光伝送装置と、を備え、データパタン処理部は、チャネル間で非独立なデータ領域に、光伝送路上における当該領域の時間のうち光伝送部において複数のチャネル間での偏波状態が相関をもつ部分の時間が、光受信部で復調後の誤り判定結果から得られるビット誤りの時間分布から決まる誤りの発生率がしきい値以下になる長さであるデータパタンを設定することを特徴とする

Claims (19)

1. データを含む複数のチャネルをそれぞれ波長多重して伝送する光伝送方法であって、
   前記データは、チャネル間で独立なデータ領域とチャネル間で非独立なデータ領域から構成され、
   前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンを可変とすることを特徴とする光伝送方法。
2. 前期複数のチャネルは、１つのチャネルにおいてデータを２つ以上の偏波状態に割り当てられることを特徴とする請求項１に記載の光伝送方法。
3. 前記チャネル間で非独立なデータ領域は、光伝送部において前記複数のチャネル間での偏波状態が相関をもつ時間を、光受信部で復調後の硬判定結果から得られるビット誤りの時間分布から決まる誤りの発生率がしきい値以下になるように設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光伝送方法。
4. 前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンを可変とするために、前記複数のチャネル間で異なるデータパタン処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の光伝送方法。
5. 前記データは、フレーム化されていることを特徴とする請求項１に記載の光伝送方法。
6. 前記データは、偏波多重２値位相変調（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）、偏波多重４値位相変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ＰｈａｓｅーＳｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）、または、偏波多重ｍ値直交振幅変調（ｍ−ａｒｙ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により変調されることを特徴とする請求項１に記載の光伝送方法。
7. 固定パタンとそれぞれの偏波成分内およびそれぞれの偏波成分間でランダムなランダムパタンとを切り替えて前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンを可変とすることを特徴とする請求項２に記載の光伝送方法。
8. 前記ランダムパタンは、当該ランダムパタンの一部に固定パタンを含む混合パタンであることを特徴とする請求項７に記載の光伝送方法。
9. 前記混合パタンは、１以上の固定パタンと１以上のランダムパタンの組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項８に記載の光伝送方法。
10. 前記ランダムパタンは、１つもしくは複数の生成多項式で生成された擬似ランダムパタンの振り分けや巡回シフトを行うことで生成され、チャネル番号に依存して前記巡回シフト量を変更することを特徴とする、請求項７に記載の光伝送方法。
11. 前記混合パタンは、前記チャネルのいずれか一方の偏波成分において、ランダムパタンの割合が固定パタンの割合よりも大きいことを特徴とする請求項８または９に記載の光伝送方法。
12. 前記混合パタンは固定パタンとランダムパタンの組合せ比率が可変であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の光伝送方法。
13. 前記混合パタンを構成する固定パタンとランダムパタンの少なくとも一方は２種類以上であることを特徴とする請求項９に記載の光伝送方法。
14. 前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンの切替を信号疎通状態に応じて行うことを特徴とする請求項７に記載の光伝送方法。
15. 前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンの切替を時間経過に応じて行うことを特徴とする請求項７に記載の光伝送方法。
16. 前記固定パタンを含むデータパタンが送出されるチャネル数を任意の値以下とすることを特徴とする請求項７に記載の光伝送方法。
17. データを含む複数のチャネルを波長多重して伝送可能な光伝送システムであって、
    チャネル間で独立なデータ領域とチャネル間で非独立なデータ領域から構成された前記データのうち、チャネル間で非独立なデータ領域に対してデータパタンを可変とするデータパタン処理を行うデータパタン処理部を有する光伝送装置と、
    光ファイバおよび光中継器を含む光伝送部と、
    を備えたことを特徴とする光伝送システム。
18. 前記光伝送装置は、前期複数のチャネルのそれぞれにおいてデータを２つ以上の偏波状態に割り当てることを特徴とする請求項１７に記載の光伝送システム。
19. 前記光伝送装置は前記データパタン処理により、前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンとして固定パタンとそれぞれの偏波成分内およびそれぞれの偏波成分間でランダムなランダムパタンとを切り替えることを特徴とする請求項１８に記載の光伝送システム。

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