WO2013136652A1 - 光通信システム、光送信装置、光受信装置、光通信方法、光送信方法、及び光受信方法 - Google Patents

光通信システム、光送信装置、光受信装置、光通信方法、光送信方法、及び光受信方法 Download PDF

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optical
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慎介 藤澤
大作 小笠原
透 高道
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日本電気株式会社
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    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04B10/61—Coherent receivers
    • H04B10/614—Coherent receivers comprising one or more polarization beam splitters, e.g. polarization multiplexed [PolMux] X-PSK coherent receivers, polarization diversity heterodyne coherent receivers

Definitions

  • the present invention relates to an optical communication system, an optical transmission device, an optical reception device, an optical communication method, an optical transmission method, and an optical reception method that use a multi-polarization optical signal.
  • optical phase modulation method using a digital signal processing technology and a polarization multiplexing / demultiplexing technology.
  • a technique combining an optical phase modulation system and a polarization multiplexing / demultiplexing technique, so-called optical digital coherent communication system, has been attracting attention in recent years because it can realize high speed in long-distance optical communication.
  • technologies related to optical communication include technologies described in Patent Documents 1 to 3, for example.
  • Patent Document 1 performs compensation for waveform distortion occurring in a transmission path by sharing between a transmitting station and a receiving station. Details are as follows. First, an optical signal transmitting station performs distortion compensation on a transmission signal based on a transmission distortion compensation coefficient. The optical signal receiving station performs distortion compensation on the received signal based on the received distortion compensation coefficient.
  • Patent Document 2 compensates for a phase difference between local light and a carrier wave in a receiver.
  • the two polarization-multiplexed optical signals impart a phase variation proportional to the square of the amplitude of the polarization-multiplexed optical signal to itself and the other optical signal by the nonlinear optical effect during transmission of the optical fiber. For this reason, the transmission characteristic of the polarization multiplexed optical signal is deteriorated.
  • An object of the present invention is to provide an optical communication system, an optical transmission device, an optical reception device, an optical communication method, an optical transmission method, and an optical reception method that suppress deterioration of an optical signal during transmission of an optical fiber. is there.
  • an optical transmission apparatus that transmits an optical signal by a polarization multiplexing method
  • An optical receiver for receiving the optical signal
  • the optical transmitter is First optical signal generating means for generating a first optical signal; Second optical signal generating means for generating a second optical signal having a polarization state orthogonal to the first optical signal and having the same carrier frequency band; Phase difference changing means for periodically changing the phase difference between the first optical signal and the second optical signal; Multiplexing means for multiplexing the first optical signal and the second optical signal to generate an optical signal for transmission;
  • the optical receiver is Separating means for separating the first optical signal and the second optical signal from the transmission optical signal; Phase difference compensation means for compensating for the phase difference between the first optical signal and the second optical signal applied by the phase difference changing means;
  • An optical communication system is provided.
  • first optical signal generation means for generating a first optical signal
  • Second optical signal generating means for generating a second optical signal having a polarization state orthogonal to the first optical signal and having the same carrier frequency band
  • Phase difference changing means for periodically changing the phase difference between the first optical signal and the second optical signal
  • Multiplexing means for multiplexing the first optical signal and the second optical signal to generate an optical signal for transmission;
  • An optical transmission device is provided.
  • the first optical signal and the second optical signal are multiplexed by the polarization multiplexing method, and the phase difference between the first optical signal and the second optical signal is periodically changed.
  • Separating means for receiving a trusted optical signal and separating the first optical signal and the second optical signal from each other;
  • a phase difference compensating means for compensating for a periodic change in the phase difference between the first optical signal and the second optical signal; Is provided.
  • the first optical signal After periodically changing the phase difference between the first optical signal and the second optical signal whose polarization state is orthogonal to that of the first optical signal and the same frequency band of the carrier wave, the first optical signal and Multiplexing the second optical signal to generate a transmission optical signal;
  • the optical receiver Optical communication for separating the first optical signal and the second optical signal from the transmission optical signal and compensating for the phase difference between the first optical signal and the second optical signal applied by the optical transmission device. A method is provided.
  • An optical transmission method is provided in which the first optical signal and the second optical signal are multiplexed to generate a transmission optical signal, and the transmission optical signal is transmitted.
  • the first optical signal and the second optical signal are multiplexed by the polarization multiplexing method, and the phase difference between the first optical signal and the second optical signal is periodically changed.
  • An optical receiving method is provided that compensates for a periodic change in the phase difference between the first optical signal and the second optical signal.
  • the figure which shows the result of having simulated the improvement amount of the Q value of the received signal resulting from the nonlinear optical effect when the periodic difference was added to the phase difference of the 1st optical signal and the 2nd optical signal as a variable in transmission distance is there. It is a figure which shows the simulation result of the Q value of the received signal resulting from the frequency of the phase difference of a 1st optical signal and a 2nd optical signal, and a nonlinear optical effect. It is a figure which shows the result of having simulated the deterioration amount of the Q value of the received signal resulting from the crosstalk between adjacent channels when the frequency of the phase difference between the first optical signal and the second optical signal is used as a variable.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical communication system according to the first embodiment.
  • This optical communication system includes an optical transmitter 10 and an optical receiver 20.
  • the optical transmission device 10 includes a first optical signal generation unit 110, a second optical signal generation unit 120, a multiplexing unit 130, and a phase difference change unit 140.
  • the first optical signal generation unit 110 generates a first optical signal.
  • the second optical signal generation unit 120 generates a second optical signal.
  • the second optical signal has a polarization state orthogonal to that of the first optical signal and the same carrier frequency band.
  • the multiplexing unit 130 multiplexes the first optical signal and the second optical signal to generate a transmission optical signal.
  • the phase difference changing unit 140 periodically changes the phase difference between the first optical signal and the second optical signal. In other words, the phase difference changing unit 140 adds temporal fluctuations of different speeds to at least one phase of the first optical signal and the second optical signal.
  • the change in the phase difference is preferably 1 GHz or more.
  • the frequency of the carrier wave is 100 THz or more, and the optical spectrum band of the transmission signal is, for example, 10 GHz or more.
  • the optical receiver 20 includes a separation unit 210 and a phase difference compensation unit 220.
  • the separation unit 210 separates the first optical signal and the second optical signal from the transmission optical signal.
  • the phase difference compensation unit 220 compensates for the phase difference between the first optical signal and the second optical signal applied by the phase difference changing unit 140 of the optical transmission device 10.
  • the magnitude of the phase noise due to the nonlinear optical effect is proportional to the square of the amplitude of the optical signal.
  • the phase difference between the first optical signal and the second optical signal changes periodically in the optical fiber connecting the optical transmitter 10 and the optical receiver 20.
  • the average value of the square of the amplitude of the optical signal for transmission is smaller than when the phase difference between the first optical signal and the second optical signal does not change periodically. Therefore, it is possible to suppress degradation of the optical signal during transmission of the optical fiber.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an optical communication system according to the second embodiment.
  • the optical communication system according to the present embodiment includes an optical transmission device 10, an optical reception device 20, and a change amount setting unit 30.
  • the optical transmission device 10 includes a first optical signal generation unit 110, a second optical signal generation unit 120, a multiplexing unit 130, a phase difference change unit 140, and a laser oscillation unit 150.
  • the basic operations of the first optical signal generation unit 110, the second optical signal generation unit 120, the multiplexing unit 130, and the phase difference change unit 140 are the same as those in the first embodiment.
  • the first optical signal generation unit 110 includes a drive signal generation unit 112 and an optical quadrature phase modulation unit 114
  • the second optical signal generation unit 120 includes a drive signal generation unit 122 and an optical quadrature phase modulation unit 124. is doing.
  • the drive signal generators 112 and 122 generate drive signals based on the signals to be transmitted.
  • the laser oscillation unit 150 oscillates a laser beam as a carrier wave.
  • the laser beam generated by the laser oscillation unit 150 is branched into two and input to the optical quadrature phase modulation unit 114 and the optical quadrature phase modulation unit 124.
  • the optical quadrature modulation unit 114 modulates the laser light in accordance with the drive signal generated by the drive signal generation unit 112 to generate a first optical signal.
  • the optical quadrature modulation unit 124 modulates the laser beam according to the drive signal generated by the drive signal generation unit 122, and generates a second optical signal.
  • the multiplexing unit 130 generates a transmission optical signal by multiplexing the first optical signal and the second optical signal in a state where the polarization states of the first optical signal and the second optical signal are orthogonal to each other.
  • the phase difference changing unit 140 includes a frequency shifter 142.
  • the frequency shifter 142 is provided between the optical quadrature modulation unit 114 and the laser oscillation unit 150 and between the optical quadrature phase modulation unit 124 and the laser oscillation unit 150.
  • the frequency shifter 142 of the phase difference changing unit 140 may be provided between the optical quadrature phase modulation unit 114 and the multiplexing unit 130 and between the optical quadrature phase modulation unit 124 and the multiplexing unit 130, respectively.
  • the change amount setting unit 30 changes the phase of the laser light incident on the optical quadrature modulation units 114 and 124 by controlling the frequency shifter 142. Thereby, the phase difference between the first optical signal and the second optical signal changes periodically.
  • the change amount setting unit 30 may operate only the frequency shifter 142 corresponding to the optical quadrature phase modulation unit 114 to periodically change the phase of the first optical signal, or corresponds to the optical quadrature phase modulation unit 124. Only the frequency shifter 142 to be operated may be operated to periodically change the phase of the second optical signal.
  • the change amount setting unit 30 operates the two frequency shifters 142 together to apply changes in which the absolute values are the same and the signs are different from each other in the first optical signal and the second optical signal.
  • the change amount setting unit 30 preferably sets the maximum value of the phase difference between the first optical signal and the second optical signal to be less than the frequency interval of the signal channel of the optical signal.
  • the optical receiver 20 includes a separation unit 210, a phase difference compensation unit 220, a deviation compensation unit 230, and a symbol identification unit 240.
  • the basic operations of the separation unit 210 and the phase difference compensation unit 220 are the same as those in the first embodiment.
  • the separation unit 210 includes a local light generation unit 211, a 90-degree optical hybrid 212, an optical detector 213, an AD (Analog-Digital) converter 214, and a polarization separation unit 215 (separation processing unit).
  • the local light generator 211 oscillates local light. Local light has substantially the same frequency as the laser oscillation unit 150.
  • the 90-degree optical hybrid 212 receives signal light from the transmission path and local light from the local light generation unit 211.
  • the 90-degree optical hybrid 212 generates an optical signal (I x ) by causing the optical signal and local light to interfere with each other with a phase difference of 0, and causes the optical signal and local light to interfere with each other with a phase difference of ⁇ / 2.
  • Q x ) is generated.
  • the 90-degree optical hybrid 212 generates an optical signal (I y ) by causing the optical signal and local light to interfere with each other with a phase difference of 0, and causes the optical signal and local light to interfere with each other with a phase difference of ⁇ / 2.
  • (Q y ) is generated.
  • the optical signal (I x ) and the optical signal (Q x ) and a set of signals are formed, and the optical signal (I y ) and the optical signal (Q y ) also form a set of signals.
  • the optical detector 213 photoelectrically converts the four optical signals generated by the 90-degree optical hybrid 212 to generate four analog signals.
  • the AD converter 214 converts the four analog signals generated by the optical detector 213 into digital signals, respectively.
  • the polarization separation unit 215 generates two-channel signals E xin (t) and E yin (t) from the four output digital signals of the AD converter 214.
  • E xin (t) represents the first optical signal at the transmitter output
  • E yin (t) represents the second optical signal at the transmitter output.
  • the phase difference compensation unit 220 includes frequency shift compensation units 222 and 224.
  • the frequency shift compensator 222 compensates for the phase change added to the first optical signal by the frequency shifter 142.
  • the frequency shift compensation unit 224 compensates for the phase variation that the frequency shifter 142 adds to the second optical signal.
  • the frequency shift compensators 222 and 224 receive the amount of phase fluctuation compensation from the change amount setting unit 30.
  • the deviation compensation unit 230 compensates for a frequency deviation and an optical phase deviation between the transmission optical signal and the local light. Thereby, the noise of the signal due to the rotation of the optical phase is compensated.
  • the symbol identification unit 240 performs symbol determination using the signal after compensation by the deviation compensation unit 230. Thereby, the transmitted signal is demodulated.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the frequency shifter 142.
  • the frequency shifter 142 shown in the figure includes a clock signal oscillation unit 143, a phase control unit 144, and an optical quadrature phase modulation unit 145.
  • the clock signal oscillating unit 143 generates a modulation signal that is a basis of the modulation signal of the frequency shifter 142. This modulated signal is input to each of the I-phase input terminal and the Q-phase input terminal of the optical quadrature modulation unit 145.
  • the modulation signal generated by the clock signal oscillating unit 143 is a single frequency sine wave, and the frequency is set to the frequency of the phase difference to be added by the frequency shifter 142.
  • the phase control unit 144 controls the phase difference between the modulation signal input to the I-phase input terminal of the optical quadrature phase modulation unit 145 and the modulation signal input to the Q-phase input terminal to be ⁇ / 2. .
  • the bias of the optical quadrature modulation unit 145 is controlled so that the light intensity of the output light wave of the optical quadrature modulation unit 145 when the modulation signal is not input is minimized.
  • the details of the frequency shifter 142 shown in this figure are shown in the following documents, for example.
  • the amount of variation in the phase difference between the first optical signal and the second optical signal is determined within a frequency range that can be set by the frequency shifter 142 and within a frequency range that can be compensated by the deviation compensator 230.
  • FIG. 4 shows the result of simulating the fluctuation amount of the Q value of the received signal due to the nonlinear optical effect when periodic fluctuation is added to the phase difference between the first optical signal and the second optical signal.
  • the signal is a QPSK (quadrature phase shift) keying) method, and its speed is 50 Gbps (bit per second).
  • the transmission distance is 6400 km. From this figure, when the shift amount is 5 GHz, the Q value of the signal is improved as compared with the case where the shift amount is 0 GHz (that is, no periodic fluctuation is added to the phase difference between the first optical signal and the second optical signal). You can see that
  • FIG. 5 shows the result of simulating the improvement in the Q value of the received signal due to the nonlinear optical effect when the periodic difference is added to the phase difference between the first optical signal and the second optical signal, with the transmission distance as a variable. Is shown.
  • the simulation conditions are the same as in the example shown in FIG. From this figure, it can be seen that as the transmission distance becomes longer, the effect of adding a periodic variation to the phase difference between the first optical signal and the second optical signal increases.
  • FIG. 6 shows a simulation result of the frequency of the phase difference between the first optical signal and the second optical signal and the Q value of the received signal due to the nonlinear optical effect.
  • the simulation conditions are the same as in the example shown in FIG. From this figure, it can be seen that the Q value of the received signal is improved even when the frequency of the phase difference between the first optical signal and the second optical signal is 1 GHz. It can also be seen that the Q value of the received signal improves as the phase difference frequency increases.
  • FIG. 7 shows a simulation of the deterioration amount of the Q value of the received signal caused by crosstalk between adjacent channels in the wavelength division multiplexing optical communication system when the frequency of the phase difference between the first optical signal and the second optical signal is used as a variable. Shows the results.
  • the simulation conditions are the same as in the example shown in FIG. In this simulation, the interval between adjacent channels in the wavelength division multiplexing optical communication system was set to 25 GHz.
  • the signal was QPSK and its speed was 50 Gbps.
  • the transmission distance was 6400 km.
  • the phase difference frequency increases, the amount of degradation of the Q value of the received signal due to crosstalk between adjacent channels increases.
  • the frequency of the phase difference between the first optical signal and the second optical signal depends on the amount of phase noise reduction due to the nonlinear optical effect and the signal quality due to crosstalk between adjacent channels. It is necessary to set it in consideration of deterioration of For example, the frequency of the phase difference between the first optical signal and the second optical signal is preferably less than the interval between adjacent signal channels.
  • the change amount setting unit 30 uses the two frequency shifters 142 to change the first optical signal and the second optical signal with different absolute values and different signs. . The reason will be described with reference to FIG.
  • the fluctuation amount of the phase difference between the first optical signal and the second optical signal has a certain degree of amplitude.
  • the amplitude is secured by changing only the first optical signal and the second optical signal, the phase of the signal channel (first signal channel) to which the phase difference is added is increased. There is a possibility that a part overlaps with an adjacent signal channel (second signal channel).
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the frequency of the phase difference between the first optical signal and the second optical signal is less than the interval between adjacent signal channels, signal quality deterioration due to crosstalk between adjacent channels can be suppressed.
  • the first optical signal and the second optical signal are subjected to changes in which the absolute values are the same and the signs are different from each other, it is possible to suppress deterioration in signal quality due to crosstalk between adjacent channels.
  • the phase difference between the first optical signal and the second optical signal may be periodically changed using at least one of the optical quadrature phase modulation unit 114 and the optical quadrature phase modulation unit 124.
  • the frequency shifter 142 may not be provided.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an optical communication system according to the third embodiment.
  • the optical communication system according to the present embodiment is the same as the optical communication system according to the second embodiment, except that the deviation compensation unit 230 also functions as the phase difference compensation unit 220 in the second embodiment. It is.
  • the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
  • the deviation compensation unit 230 also serves as the phase difference compensation unit 220 in the second embodiment, the cost of the optical receiver 20 is reduced.
  • the change amount setting unit 30 sets the frequency of the phase difference between the first optical signal and the second optical signal to be less than a value that the deviation compensation unit 230 can compensate.

Abstract

　第１光信号生成部（１１０）は、第１光信号を生成する。第２光信号生成部（１２０）は、第２光信号を生成する。第２光信号は、第１光信号と偏光状態が直交し、かつ搬送波の周波数帯が同一である。多重化部（１３０）は、第１光信号と第２光信号を多重化して送信用光信号を生成する。位相差変化部（１４０）は、第１光信号と第２光信号の位相差を周期的に変化させる。分離部（２１０）は、送信用光信号から、第１光信号及び第２光信号を分離する。位相差補償部（２２０）は、光送信装置（１０）の位相差変化部（１４０）によって加えられた第１光信号と第２光信号の位相差を補償する。

Description

光通信システム、光送信装置、光受信装置、光通信方法、光送信方法、及び光受信方法
　本発明は、多重偏波方式の光信号を用いる光通信システム、光送信装置、光受信装置、光通信方法、光送信方法、及び光受信方法に関する。
　インターネットの普及により、基幹ネットワークのトラフィック量が急増している。これに対応するために、長距離の光通信における高速化が強く望まれている。光通信の高速化に対応する技術として、デジタル信号処理技術を活用した光位相変調方式、及び偏光多重分離技術がある。光位相変調方式と偏光多重分離技術を組み合わせた技術、所謂光デジタルコヒーレント通信方式は、長距離の光通信における高速化が実現できるため、近年注目されている。
　一方、光通信に関する技術としては、例えば特許文献１～３に記載の技術がある。
　特許文献１に記載の技術は、伝送路内で生じる波形歪の補償を、送信局と受信局とで分担して行うものである。詳細は、以下の通りである。まず、光信号の送信局は、送信歪補償係数に基づいて、送信信号に対して歪補償を行う。また光信号の受信局は、受信歪補償係数に基づいて、受信信号に対して歪補償を行う。
　特許文献２に記載の技術は、受信機において、局所光と搬送波の位相の差を補償するものである。
　特許文献３に記載の技術は、光ファイバ内の誘導ブリュアン散乱を抑制するために、互いに直交する偏波成分であるＳ成分とＰ成分のうち、Ｓ成分には時間遅延を導入し、Ｐ成分には周波数シフトを加えるものである。
特開２００９－２３９５５５号公報 特開２００９－１３５９３０号公報 特開２００２－０２６８１８号公報
　偏光多重された２個の独立した光信号は、光ファイバの伝送中に、非線形光学効果により偏光多重光信号の振幅の二乗に比例する位相変動を、自身及び他方の光信号に付与する。このため、偏光多重光信号の伝送特性が劣化してしまう。
　本発明の目的は、光ファイバの伝送中に光信号が劣化することを抑制する光通信システム、光送信装置、光受信装置、光通信方法、光送信方法、及び光受信方法を提供することにある。
　本発明によれば、偏波多重方式で光信号を送信する光送信装置と、
　前記光信号を受信する光受信装置と、
を備え、
　前記光送信装置は、
　　第１光信号を生成する第１光信号生成手段と、
　　前記第１光信号と偏光状態が直交し、かつ搬送波の周波数帯が同一である第２光信号を生成する第２光信号生成手段と、
　　前記第１光信号と前記第２光信号の位相差を周期的に変化させる位相差変化手段と、
　　前記第１光信号と前記第２光信号を多重化して送信用光信号を生成する多重化手段と、
を備え、
　前記光受信装置は、
　　前記送信用光信号から、前記第１光信号及び前記第２光信号を互いに分離する分離手段と、
　　前記位相差変化手段によって加えられた前記第１光信号及び前記第２光信号の位相差を補償する位相差補償手段と、
を備える光通信システムが提供される。
　本発明によれば、第１光信号を生成する第１光信号生成手段と、
　前記第１光信号と偏光状態が直交し、かつ搬送波の周波数帯が同一である第２光信号を生成する第２光信号生成手段と、
　前記第１光信号と前記第２光信号の位相差を周期的に変化させる位相差変化手段と、
　前記第１光信号と前記第２光信号を多重化して送信用光信号を生成する多重化手段と、
を備える光送信装置が提供される。
　本発明によれば、偏波多重方式で第１光信号及び第２光信号が多重化されており、かつ第１光信号と前記第２光信号の位相差が周期的に変化されている送信用光信号を受信し、前記第１光信号及び前記第２光信号を互いに分離する分離手段と、
　前記第１光信号及び前記第２光信号の位相差の周期的変化を補償する位相差補償手段と、
を備える光受信装置が提供される。
　本発明によれば、光送信装置において、
　　第１光信号と、前記第１光信号と偏光状態が直交していて搬送波の周波数帯が同一である第２光信号の位相差を周期的に変化させた上で、前記第１光信号と前記第２光信号を多重化して送信用光信号を生成し、
　光受信装置において、
　　前記送信用光信号から、前記第１光信号及び前記第２光信号を互いに分離し、前記光送信装置によって加えられた前記第１光信号及び前記第２光信号の位相差を補償する光通信方法が提供される。
　本発明によれば、第１光信号と、前記第１光信号と偏光状態が直交していて搬送波の周波数帯が同一である第２光信号の位相差を周期的に変化させた上で、前記第１光信号と前記第２光信号を多重化して送信用光信号を生成し、前記送信用光信号を送信する光送信方法が提供される。
　本発明によれば、偏波多重方式で第１光信号及び第２光信号が多重化されており、かつ第１光信号と前記第２光信号の位相差が周期的に変化されている送信用光信号を受信し、
　前記第１光信号及び前記第２光信号を互いに分離し、
　前記第１光信号及び前記第２光信号の位相差の周期的変化を補償する、光受信方法が提供される。
　本発明によれば、光ファイバの伝送中に光信号が劣化することを抑制できる。
　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
第１の実施形態に係る光通信システムの構成を示す図である。 第２の実施形態に係る光通信システムの構成を示す図である。 周波数シフタの構成の一例を示す図である。 第１光信号と第２光信号の位相差に周期的変動を加えた場合の、非線形光学効果に起因した受信信号のＱ値の変動量をシミュレーションした結果を示す図である。 第１光信号と第２光信号の位相差に周期的変動を加えた場合の、非線形光学効果に起因した受信信号のＱ値の改善量を、伝送距離を変数としてシミュレーションした結果を示す図である。 第１光信号と第２光信号の位相差の周波数と、非線形光学効果に起因した受信信号のＱ値のシミュレーション結果を示す図である。 第１光信号と第２光信号の位相差の周波数を変数にした場合の、隣接チャネル間のクロストークに起因した受信信号のＱ値の劣化量をシミュレーションした結果を示す図である。 位相差の周波数が大きくなるにつれて、隣接チャネル間のクロストークに起因した受信信号のＱ値の劣化量が大きくなる理由を説明するための図である。 第１光信号と第２光信号の位相差の周波数の設定基準を説明するための図である。 第１光信号及び第２光信号のそれぞれに、絶対値が互いに等しく符号が互いに異なる変化を加えることの効果を説明するための図である。 第３の実施形態に係る光通信システムの構成を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る光通信システムの構成を示す図である。この光通信システムは、光送信装置１０及び光受信装置２０を有している。
　光送信装置１０は、第１光信号生成部１１０、第２光信号生成部１２０、多重化部１３０、及び位相差変化部１４０を備えている。第１光信号生成部１１０は、第１光信号を生成する。第２光信号生成部１２０は、第２光信号を生成する。第２光信号は、第１光信号と偏光状態が直交し、かつ搬送波の周波数帯が同一である。多重化部１３０は、第１光信号と第２光信号を多重化して送信用光信号を生成する。位相差変化部１４０は、第１光信号と第２光信号の位相差を周期的に変化させる。言い換えれば、位相差変化部１４０は、第１光信号と第２光信号の少なくとも一方の位相に、互いに異なる速度の時間的変動を加える。この位相差の変化は、１ＧＨｚ以上であるのが好ましい。なお、搬送波の周波数は、１００ＴＨｚ以上であり、送信信号の光スペクトル帯域は、例えば１０ＧＨｚ以上である。
　光受信装置２０は、分離部２１０及び位相差補償部２２０を備えている。分離部２１０は、送信用光信号から、第１光信号及び第２光信号を分離する。位相差補償部２２０は、光送信装置１０の位相差変化部１４０によって加えられた第１光信号と第２光信号の位相差を補償する。
　光ファイバ内において、非線形光学効果による位相雑音の大きさは、光信号の振幅の二乗に比例する。これに対して本実施形態では、光送信装置１０と光受信装置２０を結ぶ光ファイバ内において、第１光信号と第２光信号の位相差は周期的に変化している。このため、送信用光信号の振幅の二乗の平均値は、第１光信号と第２光信号の位相差が周期的に変化しない場合と比較して小さくなる。従って、光ファイバの伝送中に光信号が劣化することを抑制できる。
（第２の実施形態）
　図２は、第２の実施形態に係る光通信システムの構成を示す図である。本実施形態に係る光通信システムは、光送信装置１０、光受信装置２０、及び変化量設定部３０を有している。
　光送信装置１０は、第１光信号生成部１１０、第２光信号生成部１２０、多重化部１３０、位相差変化部１４０、及びレーザ発振部１５０を備えている。第１光信号生成部１１０、第２光信号生成部１２０、多重化部１３０、及び位相差変化部１４０の基本的な動作は、第１の実施形態と同様である。
　第１光信号生成部１１０は、駆動信号生成部１１２及び光直交位相変調部１１４を有しており、第２光信号生成部１２０は、駆動信号生成部１２２及び光直交位相変調部１２４を有している。駆動信号生成部１１２，１２２は、送信すべき信号に基づいた駆動信号を生成する。
　レーザ発振部１５０は、搬送波となるレーザ光を発振する。レーザ発振部１５０が生成したレーザ光は２つに分岐し、光直交位相変調部１１４及び光直交位相変調部１２４に入力される。
　光直交位相変調部１１４は、駆動信号生成部１１２が生成した駆動信号に従ってレーザ光を変調し、第１光信号を生成する。光直交位相変調部１２４は、駆動信号生成部１２２が生成した駆動信号に従ってレーザ光を変調し、第２光信号を生成する。
　多重化部１３０は、第１光信号及び第２光信号を、互いの偏光状態が直交となるような状態で多重化することにより、送信用光信号を生成する。
　位相差変化部１４０は、周波数シフタ１４２を備えている。周波数シフタ１４２は、光直交位相変調部１１４とレーザ発振部１５０の間、及び光直交位相変調部１２４とレーザ発振部１５０の間それぞれに設けられている。ただし、位相差変化部１４０の周波数シフタ１４２は、光直交位相変調部１１４と多重化部１３０の間、及び光直交位相変調部１２４と多重化部１３０の間それぞれに設けられていても良い。
　変化量設定部３０は、周波数シフタ１４２を制御することにより、光直交位相変調部１１４，１２４に入射するレーザ光の位相を変化させる。これにより、第１光信号及び第２光信号の位相差は、周期的に変化する。変化量設定部３０は、光直交位相変調部１１４に対応する周波数シフタ１４２のみを動作させて、第１光信号の位相を周期的に変化させても良いし、光直交位相変調部１２４に対応する周波数シフタ１４２のみを動作させて、第２光信号の位相を周期的に変化させてもよい。なお、変化量設定部３０は、２つの周波数シフタ１４２を共に動作させて、第１光信号及び第２光信号のそれぞれに、絶対値が互いに等しく符号が互いに異なる変化を加えるのが好ましい。また、変化量設定部３０は、第１光信号と第２光信号の位相差の最大値を、光信号の信号チャネルの周波数間隔未満にするのが好ましい。
　光受信装置２０は、分離部２１０、位相差補償部２２０、偏差補償部２３０、及びシンボル識別部２４０を備えている。分離部２１０及び位相差補償部２２０の基本的な動作は、第１の実施形態と同様である。
　分離部２１０は、局所光生成部２１１、９０度光ハイブリッド２１２、光ディテクタ２１３、ＡＤ（Analog-Digital）コンバータ２１４、及び偏光分離部２１５（分離処理部）を備えている。局所光生成部２１１は局所光を発振する。局所光は、レーザ発振部１５０とほぼ同一の周波数を有する。
　９０度光ハイブリッド２１２は、伝送路からの信号光と、局所光生成部２１１からの局所光が入力される。９０度光ハイブリッド２１２は、光信号と局所光とを位相差０で干渉させて光信号（Ｉｘ）を生成し、光信号と局所光とを位相差π／２で干渉させて光信号（Ｑｘ）を生成する。また９０度光ハイブリッド２１２は、光信号と局所光とを位相差０で干渉させて光信号（Ｉｙ）を生成し、光信号と局所光とを位相差π／２で干渉させて光信号（Ｑｙ）を生成する。光信号（Ｉｘ）及び光信号（Ｑｘ）及び一組の信号を形成し、また光信号（Ｉｙ）及び光信号（Ｑｙ）も、一組の信号を形成する。
　光ディテクタ２１３は、９０度光ハイブリッド２１２が生成した４つの光信号を光電変換して、４つのアナログ信号を生成する。
　ＡＤコンバータ２１４は、光ディテクタ２１３が生成した４つのアナログ信号を、それぞれデジタル信号に変換する。
　偏光分離部２１５は、ＡＤコンバータ２１４の４つの出力デジタル信号から２チャンネルの信号Ｅｘｉｎ（ｔ）、及びＥｙｉｎ（ｔ）を生成する。Ｅｘｉｎ（ｔ）は送信機出力での第１光信号を示しており、Ｅｙｉｎ（ｔ）は送信機出力での第２光信号を示している。
　位相差補償部２２０は、周波数シフト補償部２２２，２２４を備えている。周波数シフト補償部２２２は、周波数シフタ１４２が第１光信号に加えた位相変化を補償する。周波数シフト補償部２２４は、周波数シフタ１４２が第２光信号に加えた位相変動を補償する。周波数シフト補償部２２２，２２４は、位相変動の補償量を、変化量設定部３０から受信する。
　偏差補償部２３０は、送信用光信号と局所光との間の周波数偏差と光位相偏差を補償する。これにより、光位相の回転に起因した信号のノイズが補償される。
　シンボル識別部２４０は、偏差補償部２３０によって補償された後の信号を用いて、シンボル判定を行う。これにより、送信された信号が復調される。
　図３は、周波数シフタ１４２の構成の一例を示す図である。ただし、周波数シフタ１４２の構成は、本図に示す例に限定されない。本図に示す周波数シフタ１４２は、クロック信号発振部１４３、位相制御部１４４、及び光直交位相変調部１４５を備えている。クロック信号発振部１４３は、周波数シフタ１４２の変調信号のもととなる変調信号を発生させる。この変調信号は、光直交位相変調部１４５のＩ相の入力端子及びＱ相の入力端子それぞれに入力される。クロック信号発振部１４３が生成する変調信号は、単一周波数の正弦波であり、その周波数は、周波数シフタ１４２が加えるべき位相差の周波数に設定されている。位相制御部１４４は、光直交位相変調部１４５のＩ相の入力端子に入力される変調信号とＱ相の入力端子に入力される変調信号の位相差が－π／２となるように制御する。なお、光直交位相変調部１４５のバイアスは、変調信号が未入力の場合の光直交位相変調部１４５の出力光波の光強度が最小となるように制御されている。なお、本図に示す周波数シフタ１４２の詳細については、例えば以下の文献に示されている。
　社団法人電子情報通信学会、信学技報OPE2001-159「ＸカットＬｉＮｂＯ３を用いた光周波数シフタ／ＳＳＢ－ＳＣ変調器の開発」、日隈薫、橋本義浩、及川哲、川西哲也、井筒雅之
　そして、第１光信号と第２光信号の位相差の変動量は、周波数シフタ１４２が設定可能な周波数の範囲内、及び偏差補償部２３０が補償可能な周波数の範囲内で定められる。
　図４は、第１光信号と第２光信号の位相差に周期的変動を加えた場合の、非線形光学効果に起因した受信信号のＱ値の変動量をシミュレーションした結果を示している。このシミュレーションにおいて、信号は、ＱＰＳＫ（quadrature phase shift keying）方式であり、その速度は５０Ｇｂｐｓ（bit per second）である。伝送距離は、６４００ｋｍである。本図から、シフト量が５ＧＨｚの場合、シフト量が０ＧＨｚ（すなわち第１光信号と第２光信号の位相差に周期的変動を加えない）の場合と比較して、信号のＱ値が改善していることがわかる。
　図５は、第１光信号と第２光信号の位相差に周期的変動を加えた場合の、非線形光学効果に起因した受信信号のＱ値の改善量を、伝送距離を変数としてシミュレーションした結果を示している。シミュレーションの条件は、図４に示す例と同様である。この図から、伝送距離が長くなるにつれて、第１光信号と第２光信号の位相差に周期的変動を加えることの効果が大きくなることが分かる。
　図６は、第１光信号と第２光信号の位相差の周波数と、非線形光学効果に起因した受信信号のＱ値のシミュレーション結果を示している。シミュレーションの条件は、図４に示す例と同様である。この図から、第１光信号と第２光信号の位相差の周波数が１ＧＨｚの場合においても、受信信号のＱ値が改善していることが分かる。また、位相差の周波数が上がるにつれて、受信信号のＱ値が改善していることも分かる。
　図７は、第１光信号と第２光信号の位相差の周波数を変数にした場合の、波長多重光通信システムにおける隣接チャネル間のクロストークに起因した受信信号のＱ値の劣化量をシミュレーションした結果を示している。シミュレーションの条件は、図４に示す例と同様である。このシミュレーションにおいて、波長多重光通信システムでの隣接するチャネルの間隔を、２５ＧＨｚとした。また、信号は、ＱＰＳＫ方式であり、その速度は５０Ｇｂｐｓとした。伝送距離は、６４００ｋｍとした。この図から明らかなように、位相差の周波数が大きくなるにつれて、隣接チャネル間のクロストークに起因した受信信号のＱ値の劣化量は、大きくなる。
　この理由を、図８を用いて説明する。第１光信号と第２光信号の位相差を周期的に変動させると、第１光信号と第２光信号の少なくとも一方の周波数も周期的に変動する。そして、この位相差の変動の周波数が大きくなると、位相差を加えられた信号チャネル（第１の信号チャネル）の一部が、隣接する信号チャネル（第２の信号チャネル）と重なる可能性が出てくる。
　このため、図９に示すように、第１光信号と第２光信号の位相差の周波数は、非線形光学効果に起因した位相雑音の低下量と、隣接チャネル間のクロストークに起因した信号品質の劣化と、を考慮した上で設定する必要がある。例えば、第１光信号と第２光信号の位相差の周波数は、隣接する信号チャネルの間隔未満にすることが好ましい。
　また上記したように、変化量設定部３０は、２つの周波数シフタ１４２を用いて、第１光信号及び第２光信号のそれぞれに、絶対値が互いに等しく符号が互いに異なる変化を加えるのが好ましい。その理由を、図１０を用いて説明する。
　図９から明らかなように、第１光信号と第２光信号の位相差の変動量は、振幅がある程度大きいほうが好ましい。しかし、図１０（ａ）に示すように、第１光信号と第２光信号のみを変動させることによって振幅を確保しようとすると、位相差を加えられた信号チャネル（第１の信号チャネル）の一部が、隣接する信号チャネル（第２の信号チャネル）と重なる可能性が出てくる。
　これに対して図１０（ｂ）に示すように、第１光信号及び第２光信号のそれぞれに、絶対値が互いに等しく符号が互いに異なる変化を加えると、図１０（ａ）の場合と比較して、光信号一つあたりの振幅が、半分になる。このため、位相差を加えられた信号チャネルの一部が、隣接する信号チャネルと重なる可能性は低くなる。
　以上、第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１光信号と第２光信号の位相差の周波数を、隣接する信号チャネルの間隔未満にすると、隣接チャネル間のクロストークに起因した信号品質の劣化を抑制できる。また、第１光信号及び第２光信号のそれぞれに、絶対値が互いに等しく符号が互いに異なる変化を加えても、隣接チャネル間のクロストークに起因した信号品質の劣化を抑制できる。
　なお本実施形態において、光直交位相変調部１１４及び光直交位相変調部１２４の少なくとも一方を用いて、第１光信号と第２光信号の位相差を周期的に変動させても良い。この場合、周波数シフタ１４２を設けなくても良い。
（第３の実施形態）
　図１１は、第３の実施形態に係る光通信システムの構成を示す図である。本実施形態に係る光通信システムは、偏差補償部２３０が、第２の実施形態における位相差補償部２２０の機能を兼ねている点を除いて、第２の実施形態に係る光通信システムと同様である。
　本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、偏差補償部２３０が第２の実施形態における位相差補償部２２０を兼ねているため、光受信装置２０のコストが低くなる。なお、本実施形態において、変化量設定部３０は、第１光信号及び第２光信号の位相差の周波数を、偏差補償部２３０が補償可能な値未満にすることが好ましい。
　以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
　この出願は、２０１２年３月１２日に出願された日本出願特願２０１２－５４０９２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (13)

  1. 　偏波多重方式で光信号を送信する光送信装置と、
    　前記光信号を受信する光受信装置と、
    を備え、
    　前記光送信装置は、
    　　第１光信号を生成する第１光信号生成手段と、
    　　前記第１光信号と偏光状態が直交し、かつ搬送波の周波数帯が同一である第２光信号を生成する第２光信号生成手段と、
    　　前記第１光信号と前記第２光信号の位相差を周期的に変化させる位相差変化手段と、
    　　前記第１光信号と前記第２光信号を多重化して送信用光信号を生成する多重化手段と、
    を備え、
    　前記光受信装置は、
    　　前記送信用光信号から、前記第１光信号及び前記第２光信号を互いに分離する分離手段と、
    　　前記位相差変化手段によって加えられた前記第１光信号及び前記第２光信号の位相差を補償する位相差補償手段と、
    を備える光通信システム。
  2. 　請求項１に記載の光通信システムにおいて、
    　前記位相差変化手段は、前記第１光信号と前記第２光信号の位相差の変化速度を１ＧＨｚ以上にする光通信システム。
  3. 　請求項１又は２に記載の光通信システムにおいて、
    　前記位相差変化手段は、前記第１光信号及び前記第２光信号の少なくとも一方に周波数偏差を加えることにより、前記第１光信号と前記第２の光信号の位相差を、周期的に変化させる光通信システム。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の光通信システムにおいて、
    　前記光受信装置の前記分離手段は、
    　　局所光を発生する局所光発生手段と、
    　　前記局所光と前記送信用光信号を干渉させてから前記第１光信号及び前記第２光信号を互いに分離する分離処理手段と、
    を備え、
    　前記光受信装置は、前記位相差補償手段の後段に設けられ、前記局所光と前記送信用光信号の周波数偏差を補償する周波数偏差補償手段を備える光通信システム。
  5. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の光通信システムにおいて、
    　前記光受信装置の前記分離手段は、
    　　局所光を発生する局所光発生手段と、
    　　前記局所光と前記送信用光信号を干渉させてから前記第１光信号及び前記第２光信号を互いに分離する分離処理手段と、
    を備え、
    　前記光受信装置は、前記局所光と前記送信用光信号の周波数偏差を補償する周波数偏差補償手段を備え、
    　前記周波数偏差補償手段は、前記位相差補償手段を兼ねている光通信システム。
  6. 　請求項５に記載の光通信システムにおいて、
    　前記位相差変化手段は、前記第１光信号と前記第２光信号の位相差の周波数を、前記周波数偏差補償手段が補償可能な値未満にする光通信システム。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の光通信システムにおいて、
    　前記位相差変化手段は、前記第１光信号及び前記第２光信号のそれぞれに、絶対値が互いに等しく符号が互いに異なる変化を加える光通信システム。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の光通信システムにおいて、
    　前記位相差変化手段は、前記第１光信号と前記第２光信号の位相差の周波数を、前記光信号の信号チャネルの周波数間隔未満にする光通信システム。
  9. 　第１光信号を生成する第１光信号生成手段と、
    　前記第１光信号と偏光状態が直交し、かつ搬送波の周波数帯が同一である第２光信号を生成する第２光信号生成手段と、
    　前記第１光信号と前記第２光信号の位相差を周期的に変化させる位相差変化手段と、
    　前記第１光信号と前記第２光信号を多重化して送信用光信号を生成する多重化手段と、
    を備える光送信装置。
  10. 　偏波多重方式で第１光信号及び第２光信号が多重化されており、かつ第１光信号と前記第２光信号の位相差が周期的に変化されている送信用光信号を受信し、前記第１光信号及び前記第２光信号を互いに分離する分離手段と、
    　前記第１光信号及び前記第２光信号の位相差の周期的変化を補償する位相差補償手段と、
    を備える光受信装置。
  11. 　光送信装置において、
    　　第１光信号と、前記第１光信号と偏光状態が直交していて搬送波の周波数帯が同一である第２光信号の位相差を周期的に変化させた上で、前記第１光信号と前記第２光信号を多重化して送信用光信号を生成し、
    　光受信装置において、
    　　前記送信用光信号から、前記第１光信号及び前記第２光信号を互いに分離し、前記光送信装置によって加えられた前記第１光信号及び前記第２光信号の位相差を補償する光通信方法。
  12. 　第１光信号と、前記第１光信号と偏光状態が直交していて搬送波の周波数帯が同一である第２光信号の位相差を周期的に変化させた上で、前記第１光信号と前記第２光信号を多重化して送信用光信号を生成し、前記送信用光信号を送信する光送信方法。
  13. 　偏波多重方式で第１光信号及び第２光信号が多重化されており、かつ第１光信号と前記第２光信号の位相差が周期的に変化されている送信用光信号を受信し、
    　前記第１光信号及び前記第２光信号を互いに分離し、
    　前記第１光信号及び前記第２光信号の位相差の周期的変化を補償する、光受信方法。
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