JPWO2017002178A1 - 光送信装置、光受信装置、光伝送システムおよび光伝送方法 - Google Patents

Abstract

シンボルマッピングされた各レーンの信号を複製してレーンの数を第１の数のレーン数にするデータ複製部と、各レーンのデータについて、第２の数の種類の値を取り得る信号を第２の数より大きい第３の数の種類の値を取り得る信号に波形変換する波形変換部と、信号の取り得る値の数が変換された各レーンのうち、１つ以上のレーンの信号の極性を反転する極性反転部と、２以上のレーンでレーンの入替を行うレーン入替部と、レーン入替部から入力される各レーンの信号の電気信号を光信号に変換し、各レーンの光信号を合成して出力する光信号生成部と、を備える。

Description

本発明は、光信号を送信する光送信装置、光受信装置、光伝送システムおよび光伝送方法に関する。

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、およびファイバ非線形光学効果の克服が課題である。

光送信装置では、複数の光搬送波またはサブキャリアである光サブ搬送波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および光サブ搬送波を各々チャネルと呼ぶ。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）または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、光送信装置において、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つの偏波成分である垂直偏波および水平偏波に、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、遅延検波方式または直接遅延検波方式が用いられてきた。偏波多重方式では、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。デジタルコヒーレント方式では、偏波多重ＱＰＳＫ方式が広く使用されている（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、検波方式などに応じた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）などに分類される。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）などが挙げられる。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、または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持つ。相互作用が継続する場合、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、垂直偏波に載った信号と水平偏波に載った信号との関係が、信号の偏波状態に影響する。

従来、チャネル内の非線形光学効果を低減するため、偏波多重を前提とした信号についても、零回帰（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ―Ｚｅｒｏ：ＲＺ）パルス化したうえで、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１参照）。

直交偏波多重信号では、ＲＺパルス化を適用し、そのパルス幅を変えずに、直交偏波間でＲＺパルスを１／２シンボルずらす方式がインタリーブドＲＺ（interleaved ＲＺ：ｉＲＺ）方式として知られている。また、デジタルコヒーレント方式では広く使用されているＱＰＳＫよりも、信号点間距離を拡大できることから、非線形光学効果による波形歪みへの耐性を高めることができる２値位相変調（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）方式も用いられている。ｉＲＺと偏波多重ＢＰＳＫを組み合わせた偏波多重ｉＲＺ−ＢＰＳＫにより、長距離光伝送において、多くの場合システムマージンを拡大することができる（例えば、非特許文献３参照）。

国際公開第２０１２／０７３５９０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． Ｍ．Ｓａｌｓｉ，外７名，「Ｒｅｃｅｎｔ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」，Ｂｅｌｌ Ｌａｂｓ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，ｖｏｌ．１４，ｎｏ．４，ｐｐ．１３１−１４８，２０１０．

しかしながら、非特許文献３および特許文献１の従来の技術によれば、光送信装置において、ＲＺパルス化用変調器、偏波多重ＢＰＳＫ用光変調器、光学フィルタなど使用部品点数が多い、という問題があった。中には汎用的でなく入手性の悪い部品が存在する、という問題があった。また、従来の光送信装置は、他の変復調方式、例えば、偏波多重ＱＰＳＫ、偏波多重１６ＱＡＭ、ＲＺパルス化不要の変調方式などの方式と互換性がない、という問題があった。また、ＲＺパルス化用変調器の帯域特性などに起因した信号品質劣化が生じる、という問題があった。さらに、伝送条件によっては、偏波多重ＱＰＳＫ信号のみならず、偏波多重ＢＰＳＫ信号を用いてもシステムマージンの確保が困難な場合がある、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な部品の構成で非線形耐力の高い光信号を送信可能な光送信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光送信装置は、シンボルマッピングされた各レーンの信号を複製してレーンの数を第１の数のレーン数にするデータ複製部を備える。また、光送信装置は、各レーンの信号について、第２の数の種類の値を取り得る信号を第２の数より大きい第３の数の種類の値を取り得る信号に波形変換する波形変換部を備える。また、光送信装置は、信号の取り得る値の数が変換された各レーンのうち、１つ以上のレーンの信号の極性を反転する極性反転部を備える。また、光送信装置は、２以上のレーンでレーンの入替を行うレーン入替部を備える。また、光送信装置は、レーン入替部から入力される各レーンの信号の電気信号を光信号に変換し、各レーンの光信号を合成して出力する光信号生成部と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる光送信装置は、簡易な部品の構成で非線形耐力の高い光信号を送信できる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる光伝送方法を用いた光伝送システムの構成例を示す図 実施の形態１にかかる光送信装置の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる光送信装置の送信電気処理部の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる光送信装置の光信号生成部の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる光受信装置の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる光受信装置の光信号検出部の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる光受信装置の受信電気処理部の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる光送信装置の光伝送方法である光信号の送信処理を示すフローチャート 実施の形態１にかかる光受信装置の光信号の受信処理を示すフローチャート 実施の形態１にかかるシンボルマッピング部およびデータ複製部の処理後の４レーンの２値電界信号の一例を示す図 実施の形態１にかかる波形変換部、極性反転部、および遅延付加部の処理後の４レーン多値信号の一例を示す図 実施の形態１にかかるレーン入替部および光信号生成部の処理後の信号の一例を光信号のレーンごとに示す図 比較例であるＨ偏波およびＶ偏波ともにＩ軸信号のみを用いて変調する例を示す図 比較例であるＨ偏波およびＶ偏波ともにＩ軸信号をＱ軸に複製して変調する例を示す図 実施の形態１にかかる信号点配置の例を示す図 実施の形態２にかかる波形変換部、極性反転部、および遅延付加部の処理後の４レーン多値信号の一例を示す図 実施の形態２にかかるレーン入替部および光信号生成部の処理後の信号の一例を光信号のレーンごとに示す図 実施の形態２にかかる信号点配置の例を示す図 実施の形態３にかかる波形変換部、極性反転部、および遅延付加部の処理後の４レーン多値信号の一例を示す図 実施の形態３にかかるレーン入替部および光信号生成部の処理後の信号の一例を光信号のレーンごとに示す図 実施の形態３にかかる信号点配置の例を示す図 光送信装置を実現するハードウェアの構成例を示す図 光送信装置を実現するハードウェアの構成例を示す図 光受信装置を実現するハードウェアの構成例を示す図 光受信装置を実現するハードウェアの構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる光送信装置、光受信装置、光伝送システムおよび光伝送方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光伝送方法を用いた光伝送システム１の構成例を示す図である。光伝送システム１は、光送信装置１００と、光ファイバおよび光中継器などで構成される伝送路である伝送部２００と、光受信装置３００と、を備える。光伝送システム１では、光送信装置１００から光信号を送信すると、伝送部２００を通して、光受信装置３００が光信号を受信する。

図２は、実施の形態１にかかる光送信装置１００の構成例を示すブロック図である。光送信装置１００は、送信電気処理部１１０と、光信号生成部１２０と、を備える。各構成の動作の説明については、後述する光伝送システム１の動作の説明の中で適宜行う。

図３は、実施の形態１にかかる光送信装置１００の送信電気処理部１１０の構成例を示すブロック図である。送信電気処理部１１０は、シンボルマッピング部１１１と、データ複製部１１２と、波形変換部１１３と、極性反転部１１４と、遅延付加部１１５と、レーン入替部１１６と、を備える。各構成の動作の説明については、後述する光伝送システム１の動作の説明の中で適宜行う。

図４は、実施の形態１にかかる光送信装置１００の光信号生成部１２０の構成例を示すブロック図である。光信号生成部１２０は、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、を備える。各構成の動作の説明については、後述する光伝送システム１の動作の説明の中で適宜行う。

図５は、実施の形態１にかかる光受信装置３００の構成例を示すブロック図である。光受信装置３００は、光信号検出部３２０と、受信電気処理部３１０と、を備える。各構成の動作の説明については、後述する光伝送システム１の動作の説明の中で適宜行う。

図６は、実施の形態１にかかる光受信装置３００の光信号検出部３２０の構成例を示すブロック図である。光信号検出部３２０は、局部発振光源６１と、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、を備える。各構成の動作の説明については、後述する光伝送システム１の動作の説明の中で適宜行う。

図７は、実施の形態１にかかる光受信装置３００の受信電気処理部３１０の構成例を示すブロック図である。受信電気処理部３１０は、波形等化部３１３と、適応等化部３１２と、シンボルデマッピング部３１１と、を備える。各構成の動作の説明については、後述する光伝送システム１の動作の説明の中で適宜行う。

つづいて、光伝送システム１において、光送信装置１００から光信号を送信し、伝送部２００を通して光受信装置３００が光信号を受信する動作について説明する。

図８は、実施の形態１にかかる光送信装置１００の光伝送方法である光信号の送信処理を示すフローチャートである。光送信装置１００は、外部から入力される論理信号に対して以下で説明する処理を行う。

送信電気処理部１１０のシンボルマッピング部１１１は、外部から入力されるＸ偏波用およびＹ偏波用の２レーンの２値データ信号である論理信号に対して、シンボルマッピングを行う（ステップＳ１）。シンボルマッピング部１１１は、シンボルマッピング後の２レーンの２値電界信号を、データ複製部１１２へ出力する。シンボルマッピング部１１１に入力される２レーンの２値データ信号は、例えば、ＯＴＵ４（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ Ｌｅｖｅｌ４）が２つに複製された５０Ｇｂｉｔ／ｓ級データ信号に、誤り訂正用パリティなどが付加されたデータ信号である。シンボルマッピング部１１１は、１つのシンボル中に１つのデータ信号をマッピングする。以下、１つのシンボル中に１つのデータ信号がある状態を１Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌと表現する。シンボルマッピング部１１１は、ここでは、１Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで処理を行っている。

データ複製部１１２は、シンボルマッピング部１１１から入力される２レーンの２値電界信号に対して、複製処理を行う（ステップＳ２）。データ複製部１１２は、複製処理によって４レーンの２値電界信号を生成し、生成した４レーンの２値電界信号を波形変換部１１３へ出力する。データ複製部１１２は、ここでは、１Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで処理を行っている。データ複製部１１２は、シンボルマッピングされた各レーンの２値電界信号を複製してレーンの数を第１の数のレーン数にする。ここでは、第１の数は４となる。

波形変換部１１３は、データ複製部１１２から入力される１Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーンの２値電界信号に対して、サンプル点間にゼロを挿入して２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌに波形変換する（ステップＳ３）。また、波形変換部１１３は、光信号生成部１２０における帯域制限について当業界で公知である補償を行って、２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号を極性反転部１１４へ出力する。波形変換部１１３は、具体的に、２値電界信号をＨｉ、Ｌｏｗ、および挿入されたゼロの３値を取り得る多値信号に変換する。波形変換部１１３は、複製された各レーンの２値電界信号について、第２の数の種類の値を取り得る信号を第２の数より大きい第３の数の種類の値を取り得る信号に波形変換する。ここでは、第２の数は２、第３の数は３となる。

極性反転部１１４は、波形変換部１１３から入力される２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号に対して、任意のレーンの信号の極性を反転する（ステップＳ４）。極性反転部１１４は、任意のレーンの信号の極性を反転した２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号を遅延付加部１１５へ出力する。極性反転部１１４は、信号の取り得る値の数が変換された４レーン多値信号の各レーンのうち、１つ以上のレーンの信号の極性を反転する。

遅延付加部１１５は、極性反転部１１４から入力される２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号に対して、４レーン間に遅延を付加する（ステップＳ５）。ただし、本実施の形態では、遅延付加部１１５は、４レーン間の遅延量をゼロ、すなわち遅延の付加を行わないこととする。遅延を付加する場合については、実施の形態２以降で説明する。また、遅延付加部１１５は、実施の形態１では遅延付加を行わないが、光信号生成部１２０で発生する意図しない遅延ずれについて、当業界で公知である補償を行って、２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号をレーン入替部１１６へ出力する。

レーン入替部１１６は、遅延付加部１１５から入力される２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号のレーン入替を行う（ステップＳ６）。レーン入替部１１６は、レーン入替後の２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号を光信号生成部１２０へ出力する。レーン入替部１１６は、２以上のレーンでレーンの入替を行う。

光信号生成部１２０は、送信電気処理部１１０のレーン入替部１１６から入力される２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号に基づいて光信号を生成し、伝送部２００へ出力する（ステップＳ７）。光信号生成部１２０は、レーン入替部１１６から入力される４レーン多値信号の電気信号を光信号に変換し、各レーンの光信号を合成して出力する。

光信号生成部１２０の動作を詳細に説明する。光信号生成部１２０のデジタル・アナログ変換器５１は、送信電気処理部１１０のレーン入替部１１６から入力される２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号のデジタル信号をデジタル・アナログ変換し、変換後のアナログ信号を変調器ドライバ５２へ出力する。例えば、送信電気処理部１１０のレーン入替部１１６から入力されるデジタル信号が、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レーンで構成される場合、デジタル・アナログ変換器５１は、４レーンの各々についてデジタル・アナログ変換処理を行う。デジタル・アナログ変換器５１は、４レーンのアナログ信号を変調器ドライバ５２へ出力する。

なお、以降の説明において、垂直偏波Ｉ軸信号および垂直偏波Ｑ軸信号の垂直をＶ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）と表記し、Ｖ偏波Ｉ軸信号およびＶ偏波Ｑ軸信号として表すことがある。また、水平偏波Ｉ軸信号および水平偏波Ｑ軸信号の水平をＨ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）と表記し、Ｈ偏波Ｉ軸信号およびＨ偏波Ｑ軸信号として表すことがある。

変調器ドライバ５２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、増幅後のアナログ信号を偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４へ出力する。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が、Ｈ偏波Ｉ軸信号、Ｈ偏波Ｑ軸信号、Ｖ偏波Ｉ軸信号、Ｖ偏波Ｑ軸信号の４レーンで構成される場合、変調器ドライバ５２は、４レーンの各々について増幅処理を行う。変調器ドライバ５２は、４レーンの増幅後のアナログ信号を偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４へ出力する。

光源５３は、例えば、Ｃ帯のＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ）グリッドに沿った波長、すなわち、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ６９４．１準拠の１５３０ｎｍから１５６５ｎｍのＣバンドの無変調光を生成し、偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４へ出力する。

偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器５４は、光源５３から入力される無変調光を、変調器ドライバ５２から入力される増幅されたアナログ電気信号により変調し、伝送部２００へ出力する。

伝送部２００は、光送信装置１００の光信号生成部１２０の偏波多重Ｉ／Ｑ変調器５４から入力される光信号を伝送し、光受信装置３００へ出力する。伝送部２００の構成は、伝送路ファイバのほか、例えば、波長選択性スイッチ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ：ＷＳＳ）、Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＡＷＧ）、インタリーバ（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）、光カプラなどで構成される光合分波装置、損失補償用の光増幅器、また、波長分散補償用の光ファイバなどを含むことも想定される。

図９は、実施の形態１にかかる光受信装置３００の光信号の受信処理を示すフローチャートである。光受信装置３００の光信号検出部３２０は、伝送部２００から入力される光信号を検出すると、光信号を電気デジタル信号に変換して受信電気処理部３１０へ出力する（ステップＳ１１）。

光信号検出部３２０の局部発振光源６１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であるコヒーレントレシーバ６２へ出力する。局部発振光源６１が発振する無変調光の波長は、コヒーレントレシーバ６２に伝送部２００から入力される光信号の搬送波またはサブ搬送波波長と略一致している必要がある。

コヒーレントレシーバ６２は、伝送部２００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て電気信号に変換し、電気信号をアナログ・デジタル変換器６３へ出力する。コヒーレントレシーバ６２は、局部発振光を基準としたＨ’偏波Ｉ’軸成分、Ｈ’偏波Ｑ’軸成分、Ｖ’偏波Ｉ’軸成分、およびＶ’偏波Ｑ’軸成分の４レーンに分けて受信信号を検出すると、４レーンの光信号を各々電気信号に変換するとともに、変換後の４レーンの各々の電気信号を後段の処理に必要な振幅まで増幅して出力する。なお、Ｈ’、Ｖ’、Ｉ’およびＱ’に各々「’」が付与されているが、これは、光受信装置３００において、受信した光信号から得られた水平偏波成分、垂直偏波成分、同位相軸成分および直交位相軸成分が、光送信装置１００で生成された各レーンの水平偏波成分、垂直偏波成分、同位相軸成分および直交位相軸成分と同一とは限らないことを示すためである。

アナログ・デジタル変換器６３は、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、変換後の電気デジタル信号を受信電気処理部３１０へ出力する。アナログ・デジタル変換器６３は、Ｈ’偏波Ｉ’軸成分、Ｈ’偏波Ｑ’軸成分、Ｖ’偏波Ｉ’軸成分、およびＶ’偏波Ｑ’軸成分の４レーンの各々についてアナログ・デジタル変換処理を行う。

受信電気処理部３１０の波形等化部３１３は、光信号検出部３２０のアナログ・デジタル変換器６３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１２０、伝送部２００、および光信号検出部３２０で発生する物理的な遅延差、波長分散、帯域狭窄などの波形歪みを補償する当業界で公知である波形等化処理を行う（ステップＳ１２）。波形等化部３１３は、波形等化処理後の電気デジタル信号を適応等化部３１２へ出力する。

適応等化部３１２は、波形等化部３１３から入力される電気デジタル信号に対して、偏波モード分散、偏波状態変化、シンボルタイミング抽出、搬送波また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などを補償する適応等化処理を行う（ステップＳ１３）。適応等化部３１２は、適応等化処理によって送信信号を復元すると、復元後の送信信号をシンボルデマッピング部３１１へ出力する。受信電気処理部３１０の適応等化部３１２は、適応等化処理により、具体的に、光送信装置１００によって電気デジタル信号に付加された位相回転および偏波回転を補償するとともに、光送信装置１００の波形変換部１１３、極性反転部１１４、遅延付加部１１５、およびレーン入替部１１６でなされた処理についても一括して復元する。適応等化部３１２による適応等化処理には、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。復元された送信信号は、例えば、光送信装置１００の送信電気処理部１１０のデータ複製部１１２で生成された、ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱの４つのレーンの信号となる。ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱの４つのレーンの信号を各々、Ａ_X［ｔ］、Ａ_X［ｔ］、Ａ_Y［ｔ］、Ａ_Y［ｔ］とする。

シンボルデマッピング部３１１は、適応等化部３１２から入力される４つのレーンの信号、すなわち復元後の送信信号に基づいてシンボルデマッピングを行う（ステップＳ１４）。シンボルデマッピング部３１１は、シンボルデマッピングによって復元後の送信信号を、２レーンの２値データ信号および付加データ信号に変換し、外部へ出力する。シンボルデマッピング部３１１は、０／１の硬判定に限定せず、付加データ信号として信頼度情報を付与する軟判定をあわせて行うようにしてもよい。

なお、前述の例では、適応等化部３１２が、光送信装置１００の波形変換部１１３、極性反転部１１４、遅延付加部１１５、およびレーン入替部１１６でなされた処理について一括して復元し、シンボルデマッピング部３１１が、４つのレーンの信号に基づいてシンボルデマッピングを行っていたが、これに限定されるものではない。例えば、適応等化部３１２が、光送信装置１００のデータ複製部１１２、波形変換部１１３、極性反転部１１４、遅延付加部１１５、およびレーン入替部１１６でなされた処理について一括して復元し、シンボルデマッピング部３１１が、２つのレーンの信号に基づいてシンボルデマッピングを行ってもよい。

実施の形態１では、偏波多重ＢＰＳＫ信号の代替を行う構成を示しているが、一例であり、光送信装置１００の光信号生成部１２０は、偏波多重ＱＰＳＫ、偏波多重ｍ値ＱＡＭなど、一般的な変調方式にも適用可能である互換性を備えている。また、光送信装置１００の光信号生成部１２０において、任意のスペクトル整形も実現可能である。

つぎに、実施の形態１にかかる光送信装置１００の各構成の処理による信号の変化の例について説明する。

図１０は、実施の形態１にかかるシンボルマッピング部１１１およびデータ複製部１１２の処理後の４レーンの２値電界信号の一例を示す図である。シンボルマッピング部１１１への入力２値データ信号は、直交偏波軸に相当するＸ／Ｙの２レーンである。データ複製部１１２は、Ｘレーンの信号をＸＩレーンおよびＸＱレーンに複製し、Ｙレーンの信号をＹＩレーンおよびＹＱレーンに複製する。図１０の横軸である時間軸ｔに対して４つのレーンＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱがある。シンボルマッピング部１１１に入力されるＸ／Ｙレーンの２値データ信号によって、各データ信号は、１シンボル中１点の１Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌ、および２値の電界振幅値で表現される。１ｓｙｍｂｏｌの長さはＴ_sである。

図１１は、実施の形態１にかかる波形変換部１１３、極性反転部１１４、および遅延付加部１１５の処理後の４レーン多値信号の一例を示す図である。４レーンともに、波形変換部１１３が各シンボル間の中間にゼロを挿入してＲＺ化している。また、極性反転部１１４がＹＱレーンのみ極性反転した例である。ＸＩレーンの信号はＡ_X［ｔ］、ＸＱレーンの信号はＡ_X［ｔ］、ＹＩレーンの信号はＡ_Y［ｔ］、ＹＱレーンの信号は−Ａ_Y［ｔ］のように表現できる。

図１２は、実施の形態１にかかるレーン入替部１１６および光信号生成部１２０の処理後の信号の一例を光信号のレーンごとに示す図である。光信号の４つのレーンは、ＨＩ，ＨＱ，ＶＩ，ＶＱとして示している。なお、Ｈは水平偏波、Ｖは垂直偏波、Ｉは同位相軸、Ｑは直交位相軸である。図１２では、レーン入替部１１６が、図１１に示すＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱに対して、ＨＩ＝ＸＩ、ＨＱ＝ＹＩ、ＶＩ＝ＸＱ、ＶＱ＝ＹＱのようにレーン入替を行った例を示している。図１２中のＥ_H［ｔ］＝Ａ_X［ｔ］＋ｊＡ_Y［ｔ］およびＥ_V［ｔ］＝Ａ_X［ｔ］−ｊＡ_Y［ｔ］は、Ｈ偏波およびＶ偏波の光信号を複素電界振幅で表現したものである。実施の形態１において、光信号生成部１２０は、光信号の生成処理を線形で行い、振幅の正規化を行っている。ここで、ｊは虚数単位である。これは、Ｙ偏波信号を９０度位相回転するとともに、Ｘ／Ｙ偏波で表現された信号を４５度偏波回転させる処理に相当する。

ここで、比較例として、偏波多重ＢＰＳＫ信号の信号点配置の一例を示す。図１３は、比較例であるＨ偏波およびＶ偏波ともにＩ軸信号のみを用いて変調する例を示す図である。図１３の例では、光変調器として偏波多重ＢＰＳＫ変調器を用いることが想定されるが、他の変調方式と互換性のない光送信装置となってしまう。偏波多重Ｉ／Ｑ変調器を用いた場合には、Ｉ軸とＱ軸のいずれか片側を消光させる必要があり、光損失が増加するとともに、光変調器制御について他の変調方式と互換性がなくなってしまう。図１４は、比較例であるＨ偏波およびＶ偏波ともにＩ軸信号をＱ軸に複製して変調する例を示す図である。図１４の例では、光変調器として偏波多重Ｉ／Ｑ変調器を用いることが想定される。ただし、光変調器制御において、Ｉ軸信号およびＱ軸信号が無相関とみなせず、非常に強い相関をもつ。そのため、Ｉ軸信号およびＱ軸信号の光位相差を制御する際、光位相差π／２に収束させることが困難となり、他の変調方式と互換性がなくなってしまう。

図１５は、実施の形態１にかかる信号点配置の例を示す図である。光信号のレーン単位の時間波形を示した図１２を、偏波単位で信号点配置に表現し直したものである。Ｈ偏波およびＶ偏波ともに、シンボル中央はＱＰＳＫ信号と同じ信号点をとる。シンボル中央とは、図１５に示す黒丸部分である。また、Ｈ偏波とＶ偏波との間の遅延差はない。したがって、光変調器としては偏波多重Ｉ／Ｑ変調器を利用でき、光変調器制御としてもＱＰＳＫ用の制御を用いることができ、他の変調方式と互換性を有する。また、前述のとおり、実施の形態１では、偏波多重ＲＺ−ＢＰＳＫ信号に対して位相回転および偏波回転を加えた信号であるため、偏波多重ＲＺ−ＢＰＳＫ信号と同等の非線形耐力を備えている。光送信装置１００では、波形変換部１１３による波形変換、極性反転部１１４による極性反転、およびレーン入替部１１６によるレーンの入替によって、各レーンの信号に位相回転および偏波回転を付加している。

なお、位相回転および偏波回転については、光受信装置３００の受信電気処理部３１０の適応等化部３１２の適応等化処理によって補償される。適応等化部３１２は、例えば、「（Ｅ_H［ｔ］＋Ｅ_V［ｔ］）／２」の演算によってＡ_X［ｔ］を復元でき、「（Ｅ_H［ｔ］−Ｅ_V［ｔ］）／（２ｊ）」の演算によってＡ_Y［ｔ］を復元できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、送信電気処理部１１０と、汎用部品で構成でき、かつ、他変調方式と互換可能な光信号生成部１２０とで構成される光送信装置１００は、２レーンの２値データ信号を各々２つに複製して４レーンの２値データ信号を構成し、４レーンの２値データ信号について３値以上の波形への変換、極性反転、遅延付加、およびレーン入替を行って生成した４レーンの多値信号に基づいて光信号を生成し、４レーンの光信号を合成した信号を伝送することとした。このように、光送信装置１００は、偏波多重ＲＺ−ＢＰＳＫ信号と同様に、長距離ファイバ伝送時に生じるファイバ非線形光学効果を低減し、受信信号の品質劣化を抑圧できる光信号を、汎用性の高い簡易な部品の構成で生成および送信することができる。また、光伝送システム１の低コスト化および伝送距離延伸化を図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、光送信装置１００の送信電気処理部１１０の遅延付加部１１５において、入力される４レーン多値信号に遅延を付加する場合について説明する。なお、光伝送システム１、および各装置の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１と異なる部分について説明する。

実施の形態１との差分は遅延付加部１１５の設定である。遅延付加部１１５は、極性反転部１１４から入力される２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号に対して、４レーン間に遅延を付加する。実施の形態２において、遅延付加部１１５は、ＹＩレーンおよびＹＱレーンに１／２シンボル、すなわちＴ_S／２の遅延付加を行う。遅延付加部１１５は、２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号をレーン入替部１１６へ出力する。

つぎに、実施の形態２にかかる光送信装置１００の各構成の処理による信号の変化の例について説明する。

図１６は、実施の形態２にかかる波形変換部１１３、極性反転部１１４、および遅延付加部１１５の処理後の４レーン多値信号の一例を示す図である。実施の形態１と同様、４レーンともに、波形変換部１１３が各シンボル間の中間にゼロを挿入してＲＺ化している。また、極性反転部１１４がＹＱレーンのみ極性反転した例である。遅延付加部１１５は、実施の形態２では、ＹＩレーンおよびＹＱレーンに１／２シンボル、すなわちＴ_S／２の遅延付加を行う。これにより、実施の形態２では、ＸＩレーンの信号はＡ_X［ｔ］、ＸＱレーンの信号はＡ_X［ｔ］、ＹＩレーンの信号はＡ_Y［ｔ−Ｔ_S／２］、ＹＱレーンの信号は−Ａ_Y［ｔ−Ｔ_S／２］のように表現できる。

図１７は、実施の形態２にかかるレーン入替部１１６および光信号生成部１２０の処理後の信号の一例を光信号のレーンごとに示す図である。光信号の４つのレーンは、ＨＩ，ＨＱ，ＶＩ，ＶＱとしている。図１７では、レーン入替部１１６が、図１６に示すＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱに対して、ＨＩ＝ＸＩ、ＨＱ＝ＹＩ、ＶＩ＝ＸＱ、ＶＱ＝ＹＱのようにレーン入替を行った例を示している。図１７中のＥ_H［ｔ］＝Ａ_X［ｔ］＋ｊＡ_Y［ｔ−Ｔ_S／２］およびＥ_V［ｔ］＝Ａ_X［ｔ］−ｊＡ_Y［ｔ−Ｔ_S／２］は、Ｈ偏波およびＶ偏波の光信号を複素電界振幅で表現したものである。実施の形態２において、光信号生成部１２０は、光信号の生成処理を線形で行い、振幅の正規化を行っている。ここで、ｊは虚数単位である。これは、Ｙ偏波信号を９０度位相回転し、Ｘ／Ｙ偏波間にＴ_S／２の遅延差を与え、Ｘ／Ｙ偏波で表現された信号を４５度偏波回転させる処理に相当する。ＲＺ化されたＸ／Ｙ偏波信号間に遅延差Ｔ_S／２を与えることは、偏波多重ｉＲＺ信号を生成することに等しい。

図１８は、実施の形態２にかかる信号点配置の例を示す図である。光信号のレーン単位の時間波形を示した図１７を、偏波単位で信号点配置に表現し直したものである。Ｈ偏波およびＶ偏波ともに、シンボル中央はＱＰＳＫ信号を４５度位相回転した点をとる。また、Ｈ偏波とＶ偏波との間の遅延差はない。ＱＰＳＫとは信号点配置が異なるが、Ｉ軸／Ｑ軸に無相関・均等に信号点配置されるため、光変調器としては偏波多重Ｉ／Ｑ変調器を利用できる。光変調器制御としても、ＱＰＳＫ用の制御を用いることができ、他の変調方式と互換性がある。また、前述のとおり、実施の形態２では、偏波多重ｉＲＺ−ＢＰＳＫ信号に対して位相回転および偏波回転を加えた信号であるため、偏波多重ｉＲＺ−ＢＰＳＫ信号と同等の非線形耐力を備えている。光送信装置１００では、波形変換部１１３による波形変換、極性反転部１１４による極性反転、およびレーン入替部１１６によるレーンの入替によって、各レーンの信号に位相回転および偏波回転を付加している。

なお、位相回転および偏波回転については、光受信装置３００の受信電気処理部３１０の適応等化部３１２の適応等化処理によって補償される。受信電気処理部３１０の適応等化部３１２は、光送信装置１００によって電気デジタル信号に付加された位相回転および偏波回転を補償する適応等化処理を行う。適応等化部３１２は、例えば、「（Ｅ_H［ｔ］＋Ｅ_V［ｔ］）／２」の演算によってＡ_X［ｔ］を復元でき、「（Ｅ_H［ｔ＋Ｔ_S／２］−Ｅ_V［ｔ＋Ｔ_S／２］）／（２ｊ）」の演算によってＡ_Y［ｔ］を復元できる。

ここで、遅延付加部１１５は、初期条件からの遅延調整値の絶対値が最小となるよう、ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱの各レーンに与える遅延量を補正することが望ましい。実施の形態２において、遅延付加部１１５は、各レーンの相対遅延量を、ＸＩ：０、ＸＱ：０、ＹＩ：Ｔ_S／２、ＹＱ：Ｔ_S／２としているが、一例であり、ＸＩ：−Ｔ_S／４、ＸＱ：−Ｔ_S／４、ＹＩ：Ｔ_S／４、ＹＱ：Ｔ_S／４としてもよい。

実施の形態２では、４レーン光信号の切替速度は、１レーンごとの２倍となる。したがって、データパタンに依存して変化する偏波状態の変化速度も２倍となる。これにより、偏波状態が固定されることによって伝送部２００に生じるファイバ非線形光学効果の影響をランダム化して低減することが可能となる。このように、遅延付加部１１５によって４レーン多値信号が遅延された場合、光信号生成部１２０から出力された光信号の信号切替速度は、実施の形態１のように遅延付加部１１５によって４レーン多値信号が遅延されなかった場合に光信号生成部１２０から出力された光信号の信号切替速度と比較してｍ倍、ここでは２倍になる。なお、ｍの値は１より大きい正の数である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、送信電気処理部１１０と、汎用部品で構成でき、かつ、他変調方式と互換可能な光信号生成部１２０とで構成される光送信装置１００は、２レーンの２値データ信号を各々２つに複製して４レーンの２値データ信号を構成し、４レーンの２値データ信号について３値以上の波形への変換、極性反転、遅延付加、およびレーン入替を行って生成した４レーンの多値信号に基づいて光信号を生成し、４レーンの光信号を合成した信号を伝送することとした。このように、光送信装置１００は、偏波多重ｉＲＺ−ＢＰＳＫ信号と同等以上に、長距離ファイバ伝送時に生じる非線形光学効果を低減し、受信信号の品質劣化を抑圧できる光信号を、汎用性の高い簡易な部品の構成で生成および送信することができる。また、光伝送システム１の低コスト化および伝送距離延伸化を図ることができる。また、実施の形態１と比較して、４レーン光信号の切替速度を速くすることができる。

また、光送信装置１００は、汎用的ではない光学的な偏波間遅延差付加用部品を使用することなく光信号を生成および出力でき、また、偏波間遅延差付加量のずれに起因した信号品質劣化を回避することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、光送信装置１００の送信電気処理部１１０の遅延付加部１１５において、入力される４レーン多値信号に遅延を付加する場合について、実施の形態２と異なる例を説明する。なお、光伝送システム１、および各装置の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１と異なる部分について説明する。

実施の形態１との差分は遅延付加部１１５の設定である。遅延付加部１１５は、極性反転部１１４から入力される２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号に対して、４レーン間に遅延を付加する。実施の形態３において、遅延付加部１１５は、ＹＩレーンおよびＹＱレーンに１／２シンボル、すなわちＴ_S／２の遅延付加を行う。また、遅延付加部１１５は、ＸＱレーンおよびＹＱレーンに１／４シンボル、すなわちＴ_S／４の遅延付加を行う。ＹＱレーンにおける遅延量は合計で３／４シンボル、すなわち３Ｔ_S／４となる。遅延付加部１１５は、２Ｓａｍｐｌｅ／Ｓｙｍｂｏｌで表現された４レーン多値信号をレーン入替部１１６へ出力する。

つぎに、実施の形態３にかかる光送信装置１００の各構成の処理による信号の変化の例について説明する。

図１９は、実施の形態３にかかる波形変換部１１３、極性反転部１１４、および遅延付加部１１５の処理後の４レーン多値信号の一例を示す図である。実施の形態１と同様、４レーンともに、波形変換部１１３が各シンボル間の中間にゼロを挿入してＲＺ化している。また、極性反転部１１４がＹＱレーンのみ極性反転した例である。遅延付加部１１５は、実施の形態３では、ＸＱレーンに１／４シンボルすなわちＴ_S／４、ＹＩレーンに１／２シンボルすなわちＴ_S／２、ＹＱレーンに３／４シンボルすなわち３Ｔ_S／４の遅延付加を行う。これにより、実施の形態３では、ＸＩレーンの信号はＡ_X［ｔ］、ＸＱレーンの信号はＡ_X［ｔ−Ｔ_S／４］、ＹＩレーンの信号はＡ_Y［ｔ―Ｔ_S／２］、ＹＱレーンの信号は−Ａ_Y［ｔ−３Ｔ_S／４］のように表現できる。

図２０は、実施の形態３にかかるレーン入替部１１６および光信号生成部１２０の処理後の信号の一例を光信号のレーンごとに示す図である。光信号の４つのレーンは、ＨＩ，ＨＱ，ＶＩ，ＶＱとしている。図２０では、レーン入替部１１６が、図１９に示すＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱに対して、ＨＩ＝ＸＩ、ＨＱ＝ＹＩ、ＶＩ＝ＸＱ、ＶＱ＝ＹＱのようにレーン入替を行った例を示している。図２０中のＥ_H［ｔ］＝Ａ_X［ｔ］＋ｊＡ_Y［ｔ−Ｔ_S／２］およびＥ_V［ｔ］＝Ａ_X［ｔ−Ｔ_S／４］−ｊＡ_Y［ｔ−３Ｔ_S／４］は、Ｈ偏波およびＶ偏波の光信号を複素電界振幅で表現したものである。実施の形態３において、光信号生成部１２０は、光信号の生成処理を線形で行い、振幅の正規化を行っている。ここで、ｊは虚数単位である。これは、Ｙ偏波信号を９０度位相回転し、Ｘ／Ｙ偏波間にＴ_S／２の遅延差を与え、Ｘ／Ｙ偏波で表現された信号を４５度偏波回転させ、Ｈ／Ｖ偏波間にＴ_S／４の遅延差を与える処理に相当する。ＲＺ化されたＸ／Ｙ偏波信号間に遅延差Ｔ_S／２を与えることは、偏波多重ｉＲＺ信号を生成することに等しい。また、Ｈ／Ｖ偏波間にも遅延差を与えることにより、ファイバ非線形光学効果により生じる波形歪みを分散させる効果が期待される。

図２１は、実施の形態３にかかる信号点配置の例を示す図である。光信号のレーン単位の時間波形を示した図１９を、偏波単位で信号点配置に表現し直したものである。Ｈ偏波およびＶ偏波ともに、シンボル中央はＱＰＳＫ信号を４５度位相回転した点をとる。また、Ｈ偏波とＶ偏波との間にＴ_S／４の遅延差がある。ＱＰＳＫ信号とは信号点配置が異なるが、Ｉ軸／Ｑ軸に無相関・均等に信号点配置されるため、光変調器としては偏波多重Ｉ／Ｑ変調器を利用できる。光変調器制御としても、ＱＰＳＫ用の制御を用いることができ、他の変調方式と互換性がある。また、前述のとおり、実施の形態３では、偏波多重ｉＲＺ−ＢＰＳＫ信号に対して位相回転、偏波回転、および信号偏波と４５度ずれた偏波面での偏波間遅延差を加えた信号であるため、偏波多重ｉＲＺ−ＢＰＳＫ信号と同等以上の非線形耐力を備えている。光送信装置１００では、波形変換部１１３による波形変換、極性反転部１１４による極性反転、遅延付加部１１５による遅延付加、およびレーン入替部１１６によるレーンの入替によって、各レーンの信号に位相回転、偏波回転、および複数偏波面に偏波間遅延差を付加している。

なお、位相回転、偏波回転、および偏波間遅延差については、光受信装置３００の受信電気処理部３１０の適応等化部３１２の適応等化処理によって補償される。受信電気処理部３１０の適応等化部３１２は、光送信装置１００によって電気デジタル信号に付加された位相回転、偏波回転、および複数偏波面への偏波間遅延差を補償する適応等化処理を行う。適応等化部３１２は、例えば、「（Ｅ_H［ｔ］＋Ｅ_V［ｔ＋Ｔ_S／４］）／２」の演算によってＡ_X［ｔ］を復元でき、「（Ｅ_H［ｔ＋Ｔ_S／２］−Ｅ_V［ｔ＋３Ｔ_S／４］）／（２ｊ）」の演算によってＡ_Y［ｔ］を復元できる。

ここで、遅延付加部１１５は、初期条件からの遅延調整値の絶対値が最小となるよう、ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱの各レーンに与える遅延量を補正することが望ましい。実施の形態３において、遅延付加部１１５は、各レーンの相対遅延量を、ＸＩ：０、ＸＱ：Ｔ_S／４、ＹＩ：Ｔ_S／２、ＹＱ：３Ｔ_S／４としているが、一例であり、ＸＩ：−３Ｔ_S／８、ＸＱ：−Ｔ_S／８、ＹＩ：Ｔ_S／８、ＹＱ：３Ｔ_S／８としてもよい。

実施の形態３では、４レーン光信号の切替速度は、１レーンごとの４倍となる。したがって、データパタンに依存して変化する偏波状態の変化速度も４倍となる。これにより、偏波状態が固定されることにより生じるファイバ非線形光学効果の影響をランダム化して低減することが可能となる。このように、遅延付加部１１５によって４レーン多値信号が遅延された場合、光信号生成部１２０から出力された光信号の信号切替速度は、実施の形態１のように遅延付加部１１５によって４レーン多値信号が遅延されなかった場合に光信号生成部１２０から出力された光信号の信号切替速度と比較してｍ倍、ここでは４倍になる。

つづいて、光送信装置１００のハードウェア構成について説明する。図２２および図２３は、実施の形態１から実施の形態３にかかる光送信装置１００を実現するハードウェアの構成例を示す図である。光送信装置１００における光信号生成部１２０は光送信機８１である。光送信装置１００における送信電気処理部１１０のシンボルマッピング部１１１、データ複製部１１２、波形変換部１１３、極性反転部１１４、遅延付加部１１５、およびレーン入替部１１６の機能は、処理回路８２により実現される。すなわち、光送信装置１００は、外部から入力される信号についてシンボルマッピングを行い、レーン数を増やす複製処理を行い、ゼロ挿入による波形変換を行い、任意のレーンの信号の極性を反転し、レーン間に遅延を付加し、レーン入替を行うための処理回路８２を備える。処理回路８２は、専用のハードウェアであっても、メモリ８４に格納されるプログラムを実行するプロセッサ８３およびメモリ８４であってもよい。プロセッサ８３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などであってもよい。

処理回路８２が専用のハードウェアである場合、処理回路８２は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。送信電気処理部１１０のシンボルマッピング部１１１、データ複製部１１２、波形変換部１１３、極性反転部１１４、遅延付加部１１５、およびレーン入替部１１６の各部の機能それぞれを処理回路８２で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路８２で実現してもよい。

処理回路８２がＣＰＵなどの場合、送信電気処理部１１０のシンボルマッピング部１１１、データ複製部１１２、波形変換部１１３、極性反転部１１４、遅延付加部１１５、およびレーン入替部１１６の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ８４に格納される。処理回路８２は、プロセッサ８３がメモリ８４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、光送信装置１００は、処理回路８２により実行されるときに、外部から入力される信号についてシンボルマッピングを行うステップ、レーン数を増やす複製処理を行うステップ、ゼロ挿入による波形変換を行うステップ、任意のレーンの信号の極性を反転するステップ、レーン間に遅延を付加するステップ、レーン入替を行うステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。また、これらのプログラムは、送信電気処理部１１０のシンボルマッピング部１１１、データ複製部１１２、波形変換部１１３、極性反転部１１４、遅延付加部１１５、およびレーン入替部１１６の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ８４とは、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などが該当する。

なお、送信電気処理部１１０のシンボルマッピング部１１１、データ複製部１１２、波形変換部１１３、極性反転部１１４、遅延付加部１１５、およびレーン入替部１１６の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、シンボルマッピング部１１１、データ複製部１１２、および波形変換部１１３については専用のハードウェアとしての処理回路８２でその機能を実現し、極性反転部１１４、遅延付加部１１５、およびレーン入替部１１６については処理回路８２がメモリ８４に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。

このように、処理回路８２は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

つぎに、光受信装置３００のハードウェア構成について説明する。図２４および図２５は、実施の形態１から実施の形態３にかかる光受信装置３００を実現するハードウェアの構成例を示す図である。光受信装置３００における光信号検出部３２０は光受信機９１である。光受信装置３００における受信電気処理部３１０の波形等化部３１３、適応等化部３１２、およびシンボルデマッピング部３１１の機能は、処理回路９２により実現される。すなわち、光受信装置３００は、波形等化処理を行い、適応等化処理を行い、シンボルデマッピングを行うための処理回路９２を備える。処理回路９２、プロセッサ９３、およびメモリ９４の構成は前述の処理回路８２、プロセッサ８３、およびメモリ８４の構成と同様のため、詳細な説明については省略する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、送信電気処理部１１０と、汎用部品で構成でき、かつ、他変調方式と互換可能な光信号生成部１２０とで構成される光送信装置１００は、２レーンの２値データ信号を各々２つに複製して４レーンの２値データ信号を構成し、４レーンの２値データ信号について３値以上の波形への変換、極性反転、遅延付加、およびレーン入替を行って生成した４レーンの多値信号に基づいて光信号を生成し、４レーンの光信号を合成した信号を伝送することとした。このように、光送信装置１００は、偏波多重ｉＲＺ−ＢＰＳＫ信号と同等以上に、長距離ファイバ伝送時に生じる非線形光学効果を低減し、受信信号の品質劣化を抑圧できる光信号を、汎用性の高い簡易な部品の構成で生成および送信することができる。また、光伝送システム１の低コスト化および伝送距離延伸化を図ることができる。また、実施の形態２と比較して、４レーン光信号の切替速度を速くすることができる。

また、光送信装置１００は、汎用的ではない光学的な偏波間遅延差付加用部品を使用することなく光信号を生成および出力でき、また、偏波間遅延差付加量のずれに起因した信号品質劣化を回避することができる。

なお、シンボルマッピング部１１１、データ複製部１１２、波形変換部１１３、極性反転部１１４、遅延付加部１１５、およびレーン入替部１１６において、実施の形態１から実施の形態３に記載の処理例以外の処理が可能であることは言うまでもない。特に、遅延付加部１１５における遅延付加量は、伝送条件に応じて任意の最適化が可能である。

また、実施の形態１から実施の形態３では、偏波多重ＲＺ−ＢＰＳＫ信号および偏波多重ｉＲＺ−ＢＰＳＫ信号の代替方法について記載してきたが、実施の形態１から実施の形態３に記載の内容以外にも、例えば、シンボルマッピング部１１１を偏波多重ＱＰＳＫ、偏波多重ｍ値ＱＡＭ、または任意の変調方式に対応したものに変更することで、本発明を部分的に利用することもできる。すなわち、ＲＺ化、偏波回転、偏波間遅延差付加などによる受信信号品質改善に寄与できる。

本発明では、ＲＺ化および遅延差付加等を電気処理により実行するため、従来光部品の歩留まりなどに起因して生じていた劣化を抑圧することが可能となる。

本発明では、チャネル当たりのシンボルレートを、主として１Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓから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。

本発明にかかる光送信装置、光受信装置、光伝送システムおよび光伝送方法は、長距離大容量光伝送に有用である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 光伝送システム、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、６１ 局部発振光源、６２ コヒーレントレシーバ、６３ アナログ・デジタル変換器、１００ 光送信装置、１１０ 送信電気処理部、１２０ 光信号生成部、１１１ シンボルマッピング部、１１２ データ複製部、１１３ 波形変換部、１１４ 極性反転部、１１５ 遅延付加部、１１６ レーン入替部、２００ 伝送部、３００ 光受信装置、３１０ 受信電気処理部、３１１ シンボルデマッピング部、３１２ 適応等化部、３１３ 波形等化部、３２０ 光信号検出部。

Claims (13)

1. シンボルマッピングされた各レーンの信号を複製して前記レーンの数を第１の数のレーン数にするデータ複製部と、
   各レーンの信号について、第２の数の種類の値を取り得る信号を前記第２の数より大きい第３の数の種類の値を取り得る信号に波形変換する波形変換部と、
   信号の取り得る値の数が変換された各レーンのうち、１つ以上のレーンの信号の極性を反転する極性反転部と、
   ２以上のレーンでレーンの入替を行うレーン入替部と、
   前記レーン入替部から入力される各レーンの電気信号を光信号に変換し、各レーンの光信号を合成して出力する光信号生成部と、
   を備えることを特徴とする光送信装置。
2. 前記第１の数を４、前記第２の数を２、前記第３の数を３とし、
   前記データ複製部は、２つのレーンの２値を取り得る信号を複製して、４つのレーンの２値を取り得る信号に複製し、
   前記波形変換部は、前記４つのレーンの２値を取り得る信号を、４つのレーンの３値を取り得る信号に変換する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
3. 前記極性反転部から入力される各レーンの信号に遅延を付加するための遅延付加部、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光送信装置。
4. 前記遅延付加部によって信号が遅延された場合、前記光信号生成部から出力された光信号の信号切替速度は、前記遅延付加部によって信号が遅延されなかった場合に前記光信号生成部から出力された光信号の信号切替速度のｍ倍である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光送信装置。
5. 前記ｍは、２または４である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の光送信装置。
6. 前記波形変換部による波形変換、前記極性反転部による極性反転および前記レーン入替部によるレーンの入替によって、各レーンの信号に位相回転および偏波回転を付加する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光送信装置。
7. 前記波形変換部による波形変換、前記極性反転部による極性反転、前記遅延付加部による遅延付加、および前記レーン入替部によるレーンの入替によって、各レーンの信号に位相回転、偏波回転、および複数偏波面に偏波間遅延差を付加する、
   ことを特徴とする請求項３，４または５に記載の光送信装置。
8. 請求項６に記載の光送信装置から送信された光信号を受信する光受信装置であって、
   前記光信号を検出して電気信号に変換する光信号検出部と、
   前記光送信装置によって信号に付加された位相回転および偏波回転を補償する適応等化処理を行う受信電気処理部と、
   を備えることを特徴とする光受信装置。
9. 請求項７に記載の光送信装置から送信された光信号を受信する光受信装置であって、
   前記光信号を検出して電気信号に変換する光信号検出部と、
   前記光送信装置によって信号に付加された位相回転、偏波回転、および複数偏波面への偏波間遅延差を補償する適応等化処理を行う受信電気処理部と、
   を備えることを特徴とする光受信装置。
10. 請求項６に記載の光送信装置と、
    請求項８に記載の光受信装置と、
    光ファイバを有し、前記光送信装置と前記光受信装置とを接続する伝送路と、
    を備えることを特徴とする光伝送システム。
11. 請求項７に記載の光送信装置と、
    請求項９に記載の光受信装置と、
    光ファイバを有し、前記光送信装置と前記光受信装置とを接続する伝送路と、
    を備えることを特徴とする光伝送システム。
12. 光信号を光受信装置へ送信する光送信装置の光伝送方法であって、
    シンボルマッピングされた各レーンの信号を複製して前記レーン数を第１の数のレーン数にする複製ステップと、
    複製された各レーンの信号について、第２の数の種類の値を取り得る信号を前記第２の数より大きい第３の数の種類の値を取り得る信号に波形変換する変換ステップと、
    前記信号の取り得る値の数が変換された各レーンのうち、１つ以上のレーンの信号の極性を反転する反転ステップと、
    ２以上のレーンでレーンの入替を行う入替ステップと、
    各レーンの信号の電気信号を光信号に変換し、各レーンの光信号を合成して出力する光信号出力ステップと、
    を含むことを特徴とする光伝送方法。
13. さらに、
    前記反転ステップの処理後の各レーンの信号に遅延を付加する遅延付加ステップ、
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の光伝送方法。

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