WO2021205786A1 - 偏波変動推定装置及び偏波変動推定方法 - Google Patents

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    • 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 a polarization fluctuation estimation device and a polarization fluctuation estimation method, and more particularly to an apparatus, method and program for estimating the fluctuation speed of polarization in an optical transmission system.
  • the polarization multiplex digital coherent method In recent years, in large-capacity backbone optical transmission systems whose transmission speed exceeds 100 Gbps (Gigabit per second), the polarization multiplex digital coherent method is used.
  • the optical transmitter In the polarization multiplex digital coherent method, the optical transmitter generates a polarization multiplex optical signal by polarization multiplexing two optical signals modulated by QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) or QAM (Quadrature Amplitude Modulation). ..
  • the coherent receiver detects the received polarization-multiplexed optical signal, so that the polarization-multiplexed optical signal is converted into an analog signal which is an electric signal.
  • An analog-to-digital converter hereinafter referred to as "ADC" located after the coherent receiver converts an analog signal into a digital signal.
  • the received signal converted into a digital signal is demodulated by digital signal processing.
  • the polarized multiplex digital coherent optical receiver separates the polarized multiplex optical signal into signals of each polarization by a combination of a coherent receiver and digital signal processing.
  • the fluctuation of the polarization state given to the polarization multiplex optical signal by the optical transmission line greatly affects the polarization separation performance by digital signal processing. Therefore, it is preferable to be able to accurately estimate the polarization fluctuation rate of the polarization-multiplexed optical signal propagating in the transmission line from the viewpoint of ensuring the performance of the optical transmission system and detecting failures.
  • Patent Document 1 describes a power monitor for an optical signal in a coherent optical receiver. Further, Patent Document 2 describes the estimation of the polarization state of the polarization-multiplexed optical signal.
  • Patent Document 2 describes a general digital signal processing procedure for performing precise polarization separation using an adaptive equalizer using a finite impulse response (FIR) filter. There is. Specifically, Patent Document 2 proposes a method of estimating the polarization state of a polarization-multiplexed optical signal from the filter coefficient of an adaptive equalizer.
  • FIR finite impulse response
  • the first problem is that if the quality of the received signal is low and the received signal cannot be demodulated, the procedure described in Patent Document 2 cannot calculate the polarization fluctuation rate. This is because the procedure described in Patent Document 2 presupposes that the received signal can be demodulated by the adaptive equalizer. Further, since the procedure described in Patent Document 2 cannot demodulate the received signal even when the modulation method and symbol rate of the received signal are not known, the polarization fluctuation rate cannot be calculated even in such a case.
  • the second problem is that the performance of the procedure described in Patent Document 2 depends on the polarization tracking performance of the adaptive equalizer. For example, when the polarization fluctuation rate of the optical signal exceeds the rate that can be demodulated by using the adaptive equalizer, the tap coefficient of the FIR filter cannot be set appropriately by the procedure described in Patent Document 2. In such a case, since the procedure of Patent Document 2 cannot be applied, the polarization fluctuation rate cannot be estimated.
  • Patent Document 1 does not disclose the means for solving such a problem.
  • An object of the present invention is to provide a technique for estimating a polarization fluctuation rate with high accuracy without depending on the quality of a received signal.
  • the polarization fluctuation estimation device of the present invention is a polarization separation means for generating a single polarization optical signal from an input polarization multiplex optical signal, and a photoelectric conversion means for converting the generated optical signal into an electric signal. And an estimation means for estimating the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal according to the electric signal.
  • the polarization fluctuation estimation method of the present invention generates a single polarization optical signal from an input polarization multiplex optical signal, converts the generated optical signal into an electric signal, and responds to the electric signal. Including a procedure for estimating the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal.
  • the program of the polarization variation estimation device of the present invention is the polarization of the polarization multiplex optical signal according to the electric signal converted from the single polarization optical signal generated from the input polarization multiplex optical signal. Perform the procedure for estimating the fluctuation rate.
  • the polarization fluctuation estimation device, the polarization fluctuation estimation method, and the program of the polarization fluctuation estimation device of the present invention make it possible to estimate the polarization fluctuation rate with high accuracy regardless of the quality of the received signal.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the optical transmission system 1 of the present invention.
  • the optical transmission system 1 includes an optical transmitter 10, an optical receiver 20, and an optical transmission line 30.
  • the optical transmitter 10 converts the input transmission data into in-phase (Inphase, hereinafter referred to as “I”) component and orthogonal (Quadrature, hereinafter referred to as “Q”) component of each of X-polarized light and Y-polarized wave, and converts the input data into an orthogonal (Quadrature, hereinafter referred to as “Q”) component.
  • the optical modulator is driven using the electric signals of XI, XQ, YI, and YQ.
  • the optical transmitter 10 generates a polarized multiple optical signal by polarization-synthesizing the modulated optical signal.
  • the modulation method is phase modulation or intensity modulation for an optical carrier.
  • the generated polarization multiplex optical signal is transmitted to the optical transmission line 30.
  • the optical transmission line 30 is an optical fiber, and the optical receiver 20 receives a polarization multiplex optical signal propagated through the optical transmission line 30.
  • the optical receiver 20 includes a polarization fluctuation estimation unit 200, an analog-to-digital converter (ADC) 270, and a demodulation unit 280.
  • the ADC 270 may be included in the polarization fluctuation estimation unit 200.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the polarization fluctuation estimation unit 200.
  • the polarization fluctuation estimation unit 200 includes a polarization separation / signal conversion unit 800, a monitor signal acquisition unit 250, and an estimation calculation unit 260.
  • the polarization separation / signal conversion unit 800 includes an optical front end 810 and an amplifier 240.
  • the optical front end 810 coherently detects the polarized light multiplex optical signal received from the optical transmission line 30 and converts it into an electric signal.
  • the amplifier 240 amplifies and outputs an electric signal generated by the optical front end 810.
  • the optical front end 810 includes a local oscillator (Local Oscillator, hereinafter referred to as “LO”) 210, an optical mixer 220, and a photoelectric converter 230.
  • LO Local Oscillator
  • the LO210 is, for example, a semiconductor laser, and generates locally oscillating light (hereinafter referred to as “LO light”) having a wavelength equal to or close to that of the received optical signal.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the optical mixer 220.
  • the optical mixer 220 includes PBS 221 and a 90 degree optical hybrid circuit 222.
  • PBS221 separates the polarization multiplex optical signal into two optical signals whose planes of polarization are orthogonal to each other.
  • the orthogonal polarized waves are called X-polarized wave and Y-polarized wave.
  • the two separated optical signals are mixed with LO light in the 90 degree optical hybrid circuit 222.
  • the 90-degree optical hybrid circuit 222 outputs an X-polarized light signal and a beat light signal of LO light, and a Y-polarized light signal and a beat light signal of LO light.
  • the 90-degree optical hybrid circuit 222 outputs an XI signal, a YI signal, an XQ signal, and a YQ signal.
  • the XI signal is an in-phase signal included in the X-polarized optical signal.
  • the XQ signal is an orthogonal signal whose phase is orthogonal to the I signal, which is included in the X-polarized light signal.
  • the YI signal is an in-phase signal included in the Y-polarized light signal.
  • the YQ signal is an orthogonal signal included in the Y-polarized light signal.
  • the photoelectric converter 230, the amplifier 240 and the ADC 270 operate independently for each of the XI signal, the XQ signal, the YI signal and the YQ signal.
  • the photoelectric converter 230 converts the beat optical signal output from the 90-degree optical hybrid circuit 220 into an analog electric signal (hereinafter, referred to as “analog signal”).
  • the photoelectric converter 230 is, for example, a photodiode.
  • the amplitudes of the four analog signals output from the photoelectric converter 230 are proportional to the amplitudes of the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the YQ signal, respectively.
  • the analog signal is output to the amplifier 240.
  • the amplifier 240 amplifies each analog signal corresponding to the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the YQ signal input from the photoelectric converter 230, and outputs the analog signal to the ADC 270.
  • the ADC 270 is an analog-to-digital converter that converts an analog signal amplified by the amplifier 240 into a digital signal.
  • the digital signal is input to the demodulation unit 280 in the subsequent stage.
  • the polarization fluctuation estimation unit 200 may further include the ADC 270. Further, the polarization fluctuation estimation unit 200 does not have to include LO210.
  • the polarization fluctuation estimation unit 200 is a form of a polarization fluctuation estimation device.
  • the plane of polarization of the polarization multiplex optical signal rotates due to external pressure applied to the optical transmission line 30 or fluctuations in the ambient temperature of the optical transmission line 30. Therefore, the polarization plane of the polarization-multiplexed optical signal when polarization-multiplexed by the optical transmitter 10 does not necessarily match the polarization planes of X-polarization and Y-polarization when coherent detection is performed by the optical mixer 220. As a result, the Y polarization component is mixed in the XI signal and the XQ signal output from the optical mixer 220, and the X polarization component is mixed in the YI signal and the YQ signal.
  • the demodulation unit 280 separates the mixed polarized wave components by digital signal processing.
  • the demodulator 280 separates and transmits the mixed polarization components contained in the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the YQ signal by digital signal processing using the CPU (Central Processing Unit) and the DSP (Digital Signal Processor). Demote the data.
  • CPU Central Processing Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the analog signal indicating the amplitude of the YQ signal are branched from the output of the photoelectric converter 230 and input to the monitor signal acquisition unit 250.
  • the signal input to the monitor signal acquisition unit 250 is hereinafter referred to as a "monitor signal".
  • the monitor signal acquisition unit 250 is an electric circuit including an analog-to-digital converter, converts the amplitude of the input monitor signal into a digital signal, and outputs it to the estimation calculation unit 260.
  • the estimation calculation unit 260 is an electric circuit including a CPU or DSP, estimates the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal according to the digital signal input from the monitor signal acquisition unit 250, and estimates the polarization fluctuation. Output speed.
  • PDL Polarization Dependent Loss
  • the polarization component mixed in the output signal of the optical mixer 220 fluctuates according to the polarization fluctuation during the propagation of the polarization multiplex optical signal. That is, the amplitudes of the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the YQ signal output from the optical mixer 220 all change following the polarization fluctuation. Therefore, the polarization fluctuation rate during propagation is estimated by monitoring the fluctuation (that is, the temporal waveform) of at least one amplitude of the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the YQ signal output from the optical mixer 220. be able to. The estimation result of the polarization fluctuation rate is input to the demodulation unit 280 and used for the precise polarization separation processing of the polarization multiplex optical signal. A specific example of the polarization separation process will be described later in the embodiment.
  • the polarization fluctuation estimation unit 200 of the present embodiment can estimate the polarization fluctuation speed of an optical signal with high accuracy without depending on the type and state of the optical signal.
  • the first reason is that the monitor signal acquired from the photoelectric converter 230 is a signal according to the intensity fluctuation of the optical signal, so that it is biased regardless of the modulation method, quality, or demodulation of the optical signal. This is because the wave fluctuation rate can be estimated.
  • the second reason is that the response of the photoelectric converter 230 is sufficiently high with respect to the possible polarization fluctuation speed of the optical transmission line, and the estimation of the polarization fluctuation speed is based on the response speed of the photoelectric converter 230. This is because it is not affected.
  • the polarization fluctuation estimation unit 200 may estimate the polarization fluctuation speed based on only the amplitude of any one of the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the YQ signal. In this case, the circuit scale and the amount of calculation of the polarization fluctuation estimation unit 200 can be reduced. Further, the polarization fluctuation estimation unit 200 may estimate the polarization fluctuation based on two or more amplitudes of the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the YQ signal. The influence of noise can be reduced by performing statistical processing such as averaging on a plurality of amplitudes used in the estimation calculation. The number of amplitudes to be used may be determined according to the circuit scale and calculation time, and the required estimation accuracy.
  • the amplifier 240 may be arranged outside the polarization fluctuation estimation unit 200. Further, when the amplifier 240 is controlled so that the gain is constant, the output of the amplifier 240 may be used as a monitor signal.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the polarization fluctuation estimation unit 201 of the second embodiment.
  • the polarization fluctuation estimation unit 201 is used in place of the polarization fluctuation estimation unit 200 of the first embodiment.
  • the amplifier 240 included in the polarization fluctuation estimation unit 201 includes four amplifier circuits 241.
  • the amplifier circuit 241 amplifies the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the YQ signal, respectively.
  • the estimation calculation unit 260 included in the polarization fluctuation estimation unit 201 estimates the polarization fluctuation speed of the polarization multiplex optical signal according to the gain of the amplifier circuit 241.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of the amplifier 240 shown in FIG.
  • the configurations of the four amplifier circuits 241 included in the amplifier 240 are the same.
  • the amplifier circuit 241 includes a variable gain amplifier circuit 242 and a gain control circuit 243.
  • the gain control circuit 243 adjusts the gain of the variable gain amplifier circuit 242 according to the amplitude of the signal amplified by the variable gain amplifier circuit 242.
  • the gain control circuit 243 controls the output amplitude A1 of the variable gain amplifier circuit 242 to be constant (Automatic Level Control, hereinafter referred to as “ALC”).
  • ALC Automatic Level Control
  • the gain control circuit 243 controls the gain G of the variable gain amplifier circuit 242 so that the amplitude of the signal output from the variable gain amplifier circuit 242 becomes a constant value A1.
  • the amplitude A1 may be set so that the input level to the ADC 270 is in a suitable range.
  • the gain control circuit 243 outputs a signal indicating a gain G, which is the amplitude A1 of the output signal of the variable gain amplifier circuit 242, to the variable gain amplifier circuit 242.
  • the gain of the variable gain amplifier circuit 242 is G
  • the amplitude of the signal output from the variable gain amplifier circuit 242 is A1.
  • A0 ⁇ G A1.
  • the polarization fluctuation estimation unit 201 is different from the polarization fluctuation estimation unit 200 of the first embodiment in that a signal indicating the gain of the amplifier circuit 241 is used as a monitor signal. That is, a signal indicating each gain G in the variable gain amplification circuit 242 of the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the YQ signal is branched as a monitor signal from the output of the corresponding gain control circuit 243 and is branched from the output of the corresponding gain control circuit 243 to the monitor signal acquisition unit 250. Is entered in.
  • the monitor signal acquisition unit 250 is an electric circuit including an analog-digital converter, and when the input monitor signal is an analog signal, the gain G included in the analog signal is converted into a digital signal and the estimation calculation unit 260. Output to. When the amplitude of the monitor signal corresponds to the gain G, the monitor signal acquisition unit 250 converts the amplitude of the monitor signal into a digital signal.
  • the amplitude of the output signal of the variable gain amplifier circuit 242 is A1. Therefore, when the variable gain amplifier circuit 242 operates in ALC, the respective amplitudes A0 of the XI signal, the XQ signal, the YI signal, and the YQ signal output from the photoelectric converter 230 can be easily obtained as A1 / G.
  • the polarization fluctuation rate was estimated by using the output of the photoelectric converter 230 as a monitor signal.
  • the estimation calculation unit 260 can estimate the polarization fluctuation rate by the same procedure as in the first embodiment by simple conversion.
  • the polarization fluctuation speed of the polarization multiplex optical signal in the optical fiber transmission line is generally several hundred kHz or less, and the response speed of the feedback loop of the variable gain amplifier circuit 242 and the gain control circuit 243 is several MHz. Therefore, the temporal variation of the gain G included in the monitor signal can follow the polarization variation of the polarization multiplex optical signal. As a result, the estimation calculation unit 260 can estimate the polarization rotation speed of the polarization multiplex optical signal obtained from the monitor signal based on the digital signal output from the monitor signal acquisition unit 250.
  • the polarization fluctuation estimation unit 201 of the present embodiment uses a signal indicating the gain G of the variable gain amplifier circuit 242 as a monitor signal.
  • a signal indicating the gain G of the variable gain amplifier circuit 242 is used as monitor signals instead of the four output signals of the photoelectric converter 230.
  • the gain control circuit 243 includes a terminal for outputting the gain to be notified to the variable gain amplifier circuit 242 to the outside, the monitor signal can be easily output to the monitor signal acquisition unit 250 by using the terminal.
  • the polarization fluctuation estimation unit 201 of the present embodiment can estimate the polarization fluctuation speed of the optical signal without depending on the type and state of the optical signal.
  • the first reason is that the monitor signal acquired from the amplifier 240 is a signal showing a gain G corresponding to the intensity fluctuation of the optical signal, so that the polarization fluctuation speed is estimated regardless of the modulation method and quality of the optical signal. Because it can be done.
  • the second reason is that the response of the photoelectric converter 230 and the response of the amplifier 240 are sufficiently high with respect to the polarization fluctuation rate that can occur in the optical transmission line, and the polarization fluctuation rate is estimated by the photoelectric converter 230. And it is not affected by the response speed of the amplifier 240.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of converting the waveform of the monitor signal from the time domain to the frequency domain.
  • the vertical axis of FIG. 6 shows the amplitude
  • the horizontal axis shows the time or frequency.
  • the estimation calculation unit 260 Fourier transforms the temporal fluctuation of the amplitude of the monitor signal (waveform example on the left side of FIG.
  • the waveform in FIG. 6 is for showing the concept of conversion from the time domain to the frequency domain, and does not show an actual waveform.
  • the fluctuation speed of the amplitude of the analog signal output from the photoelectric converter 230 included in the optical front end 810 and the fluctuation speed of the gain G of the ALC-controlled variable gain amplifier circuit 242 are both of the polarization-separated optical signals. Includes the rate at which the intensity varies with PDL. Therefore, by analyzing the fluctuation of the amplitude of the monitor signal in the frequency domain, it becomes easy to analyze the fluctuation speed of the monitor signal, and the polarization fluctuation speed of the optical signal can be estimated in a shorter time.
  • the estimation calculation unit 260 may smooth the frequency spectrum of the monitor signal.
  • the smoothing of the frequency spectrum may be performed, for example, by expanding the bandwidth (resolution) of the bandpass filter when calculating the frequency spectrum of the monitor signal.
  • the calculated frequency spectrum may be subjected to temporal statistical processing (averaging or the like). By these processes, the influence of noise included in the estimated polarization fluctuation rate can be reduced and the accuracy can be improved.
  • the estimation calculation unit 260 may smooth the monitor signal in the time domain. For example, the estimation calculation unit 260 may pass the monitor signal before the Fourier transform through a bandpass filter or a lowpass filter.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the polarization fluctuation estimation unit 202 of the present embodiment.
  • the polarization fluctuation estimation unit 202 includes a monitor signal storage unit 251 as compared with the polarization fluctuation estimation unit 201 described above, and also includes an estimation calculation unit 261 instead of the estimation calculation unit 260.
  • a measuring device 600 is arranged outside the polarization fluctuation estimation unit 202.
  • the measuring device 600 is a general measuring device capable of outputting an actually measured value of the polarization fluctuation speed of the optical transmission line 30.
  • the monitor signal storage unit 251 stores the digitally converted monitor signal generated by the monitor signal acquisition unit 250.
  • the monitor signal storage unit 251 corresponds to the known polarization fluctuation speed and the polarization fluctuation speed thereof. It is stored in association with the monitor signal.
  • the measuring device 600 notifies the monitor signal storage unit 251 of the measured value of the polarization fluctuation speed as a known polarization fluctuation speed.
  • the monitor signal storage unit 251 stores the known polarization fluctuation speed notified from the measuring device 600 in association with the monitor signal input from the monitor signal acquisition unit 250.
  • the monitor signal storage unit 251 may acquire a monitor signal corresponding to the measured value from the monitor signal acquisition unit 250 after acquiring the measured value of the polarization fluctuation rate from the measuring device 600. Further, a plurality of corresponding monitor signals may be stored for the measured value of one polarization fluctuation rate. The stored monitor signal and polarization fluctuation rate are used in the learning phase of the machine learning function described below.
  • the estimation calculation unit 261 realizes the function of the estimation calculation unit 260 described above by the machine learning function.
  • the machine learning function includes two operation modes, a learning phase and an operation phase.
  • a model for estimating the polarization fluctuation rate is created.
  • the operation phase the polarization fluctuation rate of the received polarization multiplex optical signal is estimated using the created model.
  • the machine learning function can be realized by the hardware of the estimation calculation unit 261, a program that can be executed by the estimation calculation unit 261, or a combination thereof.
  • a monitor signal in any form of time domain data (temporal waveform) and frequency domain data (spectrum) may be used.
  • the monitor signal storage unit 251 stores a digitally converted monitor signal having a known polarization fluctuation rate (for example, V1) (step S01 in FIG. 8).
  • the stored monitor signal may be created by propagating the polarization multiplex optical signal to a transmission line having a known polarization fluctuation rate.
  • the known polarization fluctuation rate V1 is notified from the measuring device 600 to the monitor signal storage unit 251.
  • the estimation calculation unit 261 acquires a known polarization fluctuation rate V1 corresponding to the monitor signal in addition to the monitor signal required for learning from the monitor signal and the polarization fluctuation rate stored in the monitor signal storage unit 251. ..
  • the estimation calculation unit 261 inputs the acquired monitor signal and the corresponding known polarization fluctuation rate V1 to the machine learning function (step S02).
  • the machine learning function creates a model in which the output of the polarization fluctuation velocity is V1 from the input monitor signal (step S03).
  • the estimation calculation unit 261 stores the created learning model.
  • the machine learning function creates a model for classifying the polarization fluctuation velocities by extracting the features that quantitatively represent the characteristics of the data of a plurality of monitor signals having different polarization fluctuation velocities.
  • the monitor signal of the polarized multiple optical signal being operated is input to the machine learning function (step S11 in FIG. 9).
  • a monitor signal having the same form as the learning phase that is, a temporal waveform or spectrum
  • the machine learning function applies the learning model created in the learning phase to the input data, estimates the polarization fluctuation rate, and outputs it (step S12).
  • the polarization fluctuation estimation unit 202 of the present embodiment estimates the polarization fluctuation speed based on the monitor signal, similarly to the polarization fluctuation estimation unit 201 described in the second embodiment. Therefore, the polarization fluctuation estimation unit 202 can estimate the polarization fluctuation speed of the received signal with high accuracy without depending on the quality of the received signal.
  • the polarization fluctuation estimation unit 202 creates a model based on the polarization fluctuation speed measured by the measuring device 600 and the corresponding monitor signal in the learning phase of the machine learning function. Then, in the operation phase of the machine learning function, the polarization fluctuation estimation unit 202 estimates the polarization fluctuation speed based on the monitor signal of the received polarization multiplex optical signal by the machine learning function using this model.
  • the procedure for estimating the polarization variation by the polarization variation estimation unit 202 having such a configuration is as compared with the procedure of the first to third embodiments and the case where only the general measuring device 600 is used. This has the effect of being able to estimate the polarization fluctuation rate of the received signal with higher accuracy.
  • the monitor signal when the optical transmission line 30 is in the normal state and the monitor signal when the optical transmission line 30 is in the abnormal state are associated with the state of the optical transmission line 30 as learning data and are monitored signals. It is stored in the storage unit 251.
  • the state of the optical transmission line 30 includes a normal state and a plurality of abnormal states having different contents.
  • a plurality of monitor signals may be prepared for one state of the optical transmission line 30.
  • Examples of the abnormal state of the optical transmission line 30 include vibration and an increase in pressure on the optical transmission line 30, an increase in ambient temperature, and the like.
  • a failure of an optical device included in each of the optical transmitter, the optical repeater, or the optical receiver connected to the optical transmission line 30 may be included in the abnormal state.
  • the learning data in the normal state and the abnormal state can be collected when the state of the optical transmission line or the communication device is known.
  • the machine learning function estimates the state of the optical transmission line 30 by using the monitor signal stored in the monitor signal storage unit 251 and the state of the optical transmission line 30 corresponding to the monitor signal in the learning phase. Create a model to do. Then, in the operation phase, the machine learning function applies the model to the monitor signal corresponding to the polarization multiplex optical signal during operation. That is, the machine learning function creates a model that classifies the states of normal transmission lines and abnormal transmission lines by extracting the features that quantitatively express the features of the learning data in the normal state and the abnormal state in the learning phase. create. Then, in the operation phase, the machine learning function applies the model created for the monitor signal of the polarized multiple optical signal in operation, and estimates the state of the transmission line based on the application result.
  • the optical receiver 20 can estimate the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal by using the machine learning function, and can estimate the abnormality of the optical transmission system 1.
  • the monitor signal storage unit 251 may generate a monitor signal corresponding to an arbitrary polarization fluctuation rate as a digital signal by simulation and store the generated monitor signal. ..
  • the estimation calculation unit 261 may store a learning model created by a machine learning function provided in another device, and estimate the polarization fluctuation speed and the abnormality of the optical transmission line based on the model.
  • the estimation calculation units 260 and 261 may detect an abnormality in the optical transmission line by using the generation of a peculiar value of the estimated polarization fluctuation rate as a trigger without using the machine learning function.
  • the trigger for the generation of a peculiar value is, for example, exceeding the threshold value of the instantaneous value of the amplitude of the monitor signal, the fluctuation of the power in the band above a predetermined frequency in the frequency spectrum of the monitor signal, or the fluctuation of the power in the predetermined frequency band. be.
  • the estimation calculation units 260 and 261 may appropriately select these monitor signals to estimate the polarization fluctuation rate or the abnormal state. For example, the estimation calculation units 260 and 261 may obtain and output the average value of the polarization fluctuation velocities estimated from the respective input monitor signals. The estimation calculation units 260 and 261 may use one monitor signal or two to four monitor signals combined based on polarization (X, Y) and phase (I, Q) for estimation. Such monitor signal selection is used to improve the polarization fluctuation rate and the accuracy of anomaly estimation. Further, in the fifth embodiment, the estimation calculation units 260 and 261 may output all the abnormal states estimated from the respective input monitor signals.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of the optical receiver 21 of the sixth embodiment.
  • the optical receiver 21 includes a polarization fluctuation estimation unit 203, an ADC 270, and a demodulation unit 280.
  • the ADC 270 may be included in the polarization fluctuation estimation unit 203.
  • the polarization fluctuation estimation unit 203 includes a selection unit 290, and the demodulation unit 280 includes a MIMO (Multi-Input Multi-Output) equalizer 281.
  • the selection unit 290 selects the step size parameter ⁇ used in the MIMO equalizer 281 based on the estimated value of the polarization fluctuation rate estimated by the estimation calculation unit 260 or 261.
  • the MIMO equalizer 281 steps an unnecessary polarization component included in the X polarization signal (XI signal and XQ signal) and the Y polarization signal (YI signal and YQ signal) converted into digital signals in the ADC 270. Remove based on size parameter ⁇ .
  • the MIMO equalizer 281 provides the X-polarized signal and the Y-polarized signal, which are precisely polarized in this way, to the input of the next processing in the demodulation unit 280.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of the MIMO equalizer 281.
  • the MIMO equalizer 281 is an adaptive equalizer that inputs an X-polarized signal and a Y-polarized signal.
  • the MIMO equalizer 281 updates the tap coefficient of the FIR filter (hxx, hxy, hyx, hyy in FIG. 11) by the following equation (1) described in Patent Document 2 to obtain an X-polarized complex signal.
  • the polarization fluctuation of the above is compensated, and the polarization separation of the X polarization signal and the Y polarization signal is performed.
  • the polarization fluctuation rate estimated by the estimation calculation unit 260 or 261 is input to the selection unit 290.
  • the selection unit 290 holds a table in which the polarization fluctuation rate and the value of ⁇ used in the equation (1) are associated with each other.
  • ⁇ (step size parameter) is a value that defines the magnitude of the update step of the coefficient of the FIR filter.
  • the step size parameter ⁇ may be a predetermined value or a value determined based on the fluctuation rate of the polarization state.
  • the selection unit 290 of the present embodiment selects the optimum value of the step size parameter ⁇ from the table based on the estimated value of the polarization fluctuation rate, and outputs the optimum value to the MIMO equalizer 281.
  • the MIMO equalizer 281 calculates the polarization separation of the X-polarized signal and the Y-polarized signal according to the equation (1) based on the value of ⁇ input from the selection unit 290.
  • the calculation of the FIR filter coefficient in the MIMO equalizer 281 can be performed by the calculation by the CPU or DSP or by the hardware logic.
  • Decreasing ⁇ enables more accurate polarization separation and reduces demodulation error, but decreases polarization tracking speed. On the contrary, if ⁇ is increased, the accuracy of polarization separation decreases and the demodulation error increases, but the polarization tracking speed improves. In this embodiment, the demodulation error is minimized by selecting an appropriate ⁇ according to the estimated polarization fluctuation rate of the transmission line.
  • the monitor signal acquired by the monitor signal acquisition unit 250 from the amplifier 240 is a signal corresponding to the intensity fluctuation of the optical signal. Therefore, the estimation calculation unit 260 or 261 can estimate the polarization fluctuation rate regardless of the modulation method and quality of the optical signal, or whether or not the optical signal can be demodulated. Further, the response of the photoelectric converter 230 and the amplifier 240 is sufficiently high with respect to the polarization fluctuation speed that can occur in the optical transmission line 30, and the intensity fluctuation of the polarization-separated optical signal is reflected in the monitor signal. ing.
  • the polarization fluctuation estimation unit 203 can estimate the polarization fluctuation speed of the polarization multiplex optical signal without depending on the operating speed of the adaptive equalizer.
  • the selection unit 290 can provide the MIMO equalizer 281 with a more preferable step size parameter ⁇ .
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the optical transmission system 2 according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the optical transmission system 2 includes an optical transmitter 10, an optical receiver 20, an optical transmission line 30, and a relay station 40.
  • the relay station 40 relays the polarization multiplex optical signal propagating in the optical transmission line 30.
  • the polarization multiplex optical signal propagates from the optical transmitter 10 to the optical receiver 20.
  • the relay station 40 is a relay station installed on land or in the sea.
  • a plurality of relay stations 40 may be arranged between the optical transmitter 10 and the optical receiver 20.
  • a relay station 40 is installed every several tens of kilometers.
  • the relay station 40 is an example of a configuration of a repeater.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of the relay station 40.
  • the relay station 40 includes a relay device 400 and a monitor circuit 403.
  • the relay device 400 uses an optical amplifier or an optical filter to amplify and shape the waveform of the polarized multiple optical signal propagating in the optical transmission line 30.
  • Coupler 401 is an optical branching device.
  • the coupler 401 branches the polarization multiplex optical signal input from the optical transmission line 30, one is output to the relay circuit 402, and the other is output to the monitor circuit 403.
  • the relay circuit 402 amplifies the polarized light multiplex optical signal and shapes the waveform using an optical amplifier or an optical filter, and outputs the polarized light multiplex optical signal processed by these to the optical transmission line 30 in the next relay section. do.
  • the monitor circuit 403 acquires a signal obtained by photoelectrically converting the polarization multiplex optical signal as a monitor signal, and outputs the signal obtained by analog-digital conversion of the monitor signal to the relay circuit 402.
  • the relay circuit 402 superimposes the monitor signal input from the monitor circuit 403 on the optical signal of the monitoring line of the optical transmission system 2 (hereinafter, referred to as “monitoring light”) and sends it to the optical transmission line 30.
  • the monitoring light is transmitted to the optical receiver 20 via the optical transmission line.
  • the optical receiver 20 that has received the monitoring light relays based on the monitor signal extracted from the monitoring light received from the relay station 40 by using the functions of the estimation calculation units 260 and 261 described in the previous embodiments.
  • the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal received by the station 40 can be estimated.
  • FIGS. 14 to 16 are block diagrams showing monitor circuits 403A to 403C, which are configuration examples of the monitor circuit 403, respectively.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration example of the monitor circuit 403A.
  • the monitor circuit 403A includes a LO210, an optical mixer 220, a photoelectric converter 230, an amplifier 240, and a monitor signal acquisition unit 250, which are included in the polarization fluctuation estimation unit 201 shown in FIG.
  • the polarization multiplex optical signal branched by the coupler 401 is input to the monitor circuit 403A.
  • the procedure in which the monitor signal based on the polarization multiplex optical signal is output to the monitor signal acquisition unit 250 and the monitor signal acquisition unit 250 outputs the monitor signal as a digital signal is the same as that in the second embodiment. ..
  • the monitor signal acquisition unit 250 outputs the monitor signal converted into a digital signal to the relay circuit 402.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a configuration example of the monitor circuit 403B.
  • the monitor circuit 403B includes a PBS 411, a photoelectric converter 412, an amplifier 413, and a monitor signal acquisition unit 250.
  • PBS411 the polarization multiplex optical signal branched by the coupler 401 is separated into two optical signals, an X polarization optical signal and a Y polarization optical signal whose polarization planes are orthogonal to each other.
  • the two separated optical signals are input to the photoelectric converter 412, respectively, and converted into an analog signal.
  • the photoelectric converter 412 is, for example, a photodiode.
  • the amplifier 413 amplifies the analog signal corresponding to the X-polarized optical signal and the analog signal corresponding to the Y-polarized optical signal, respectively. Similar to the second embodiment, when the amplifier 413 is operated by the ALC, the monitor signal corresponding to the gain G of each of the two amplifier circuits included in the amplifier 413 is input to the monitor signal acquisition unit 250. The monitor signal acquisition unit 250 outputs the monitor signal converted into a digital signal to the relay circuit 402.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a configuration example of the monitor circuit 403C.
  • the monitor circuit 403C includes a PBS 411, a photoelectric converter 414, an amplifier 415, and a monitor signal acquisition unit 250.
  • the PBS 411 outputs only an optical signal having either X-polarized light or Y-polarized light whose planes of polarization are orthogonal to each other to the photoelectric converter 414.
  • a polarizing plate may be used instead of PBS411. Even if a polarizing plate is used, only an optical signal having either X-polarized light or Y-polarized light can be output to the photoelectric converter 414.
  • the photoelectric converter 414 is, for example, a photodiode.
  • the amplifier 415 amplifies the analog signal with the photoelectric converter 414.
  • the monitor signal corresponding to the gain G of the amplifier circuit included in the amplifier 413 is input to the monitor signal acquisition unit 250.
  • the monitor signal acquisition unit 250 outputs the monitor signal converted into a digital signal to the relay circuit 402.
  • the monitor circuits 403A-403C described with reference to FIGS. 14 to 16 generate a digital signal including information on the polarization fluctuation rate based on the polarization multiplex optical signal propagating in the optical transmission line 30.
  • the relay station 40 transmits this digital signal to the optical receiver 20 using the monitoring line.
  • the optical transmission system 2 in which the relay station 40 includes any of the monitor circuits 403A to 403C can estimate the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal input to the relay station 40.
  • the optical transmitter 10 includes the estimation calculation unit 260 or 261
  • the relay station 40 may transmit the monitoring light to the optical transmitter 10.
  • the polarization fluctuation rate can be estimated even in the optical transmitter 10.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a configuration example of the relay station 40A, which is a modification of the relay station 40.
  • the relay station 40A includes an estimation calculation unit 404 in addition to the relay device 400 and the monitor circuit 403.
  • the monitor circuit 403 included in the relay station 40A outputs a signal obtained by analog-digital conversion of the monitor signal to the estimation calculation unit 404.
  • the estimation calculation unit 404 estimates the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal input to the relay station 40A based on the monitor signal input from the monitor circuit.
  • the relay circuit 402 superimposes the monitor signal input from the estimation calculation unit 404 on the monitoring light of the optical transmission system 2 and sends it to the optical transmission line 30.
  • the optical receiver 20 that has received the monitoring light can obtain the polarization fluctuation speed from the monitoring light received from the relay station 40.
  • the relay stations 40 and 40A described above estimate the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal by using the same procedure as the procedure including the estimation calculation unit 260 or 261 described in the second to fourth embodiments. You may. Further, the relay station 40 or the optical receiver 20 that has received the monitoring light on which the polarization fluctuation speed is superimposed may estimate the abnormal state of the transmission line by using the procedure described in the fifth embodiment.
  • FIG. 18 is a block diagram showing a configuration example of an optical transmission system 3 as a modification of the seventh embodiment of the present invention.
  • the optical transmission system 3 includes an optical transmitter 10, an optical receiver 20, an optical transmission line 30, a relay station 40, and a management device 50.
  • the management device 50 is a communication device or server directly or indirectly connected to the optical transmitter 10, the optical receiver 20, or the relay station 40.
  • the management device 50 has a function of managing the optical transmission system 3 and a function of the estimation calculation unit 260 or 261.
  • the relay station 40 transmits the monitor signal output by the monitor circuit 403 to the management device 50.
  • the management device 50 or the relay station 40 may control the relay circuit 402 so that the signal output by the monitor circuit 403 is transmitted by the monitoring light of the optical transmission system 3.
  • the monitor signal output by the monitor circuit 403 is sent to the management device 50 via the optical transmitter 10 or the optical receiver 20.
  • the management device 50 can estimate the amount of polarization fluctuation in a specific relay section by collecting the monitor signals output by the monitor circuits 403 of each of the plurality of relay stations 40.
  • the management device 50 receives the estimation result of the polarization fluctuation amount from the relay station 40A. Then, the management device 50 can estimate the cause of the abnormality in the relay section of the optical transmission system 3 based on the estimation result of the polarization fluctuation amount received from one or more relay stations 40 or 40A.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of the polarization fluctuation estimation device 500 of the eighth embodiment.
  • the polarization fluctuation estimation device 500 includes a polarization separator 501, a photoelectric converter 502, and an estimation unit 503.
  • the polarization separator 501 generates a single polarization optical signal from the input polarization multiplex optical signal.
  • the photoelectric converter 502 converts the optical signal generated by the polarization separator 501 into an electric signal. Therefore, an electric signal corresponding to the amplitude of the polarized light signal output from the polarized wave separator 501 is input to the estimation unit 503.
  • the estimation unit 503 estimates the polarization fluctuation rate of the polarization-multiplexed optical signal based on the electric signal.
  • the polarization separator 501 is also called a polarization separator.
  • a polarizing plate or PBS may be used as the polarization separator 501.
  • the photoelectric converter 502 is also called a photoelectric conversion means.
  • the estimation unit 503 is also called an estimation means.
  • the operation procedure of the polarization fluctuation estimation device 500 can also be described as the flowchart of FIG. That is, the polarization separator 501 generates a single polarization optical signal from the polarization multiplex optical signal (step S21 in FIG. 20).
  • the photoelectric converter 502 converts a unipolarized optical signal into an electric signal (step S22).
  • the estimation unit 503 estimates the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal according to the electric signal (step S23).
  • the polarization fluctuation estimation device 500 having such a configuration can estimate the polarization fluctuation speed with high accuracy based on the monitor signal. The reason is that the intensity of the optical signal separated into X-polarized light and Y-polarized light by the polarization separator 501 changes based on the polarization variation of the polarized multiplex optical signal, so that the intensity variation of the separated optical signal. This is because the polarization fluctuation rate can be estimated from. Further, since the response speed of the photoelectric converter 502 is higher than the general polarization fluctuation speed of the polarization multiplex optical signal in the optical transmission system, it affects the estimation of the polarization fluctuation speed based on the intensity fluctuation of the optical signal. Because there isn't.
  • the functions and procedures described in the above embodiments may be realized by executing the program by the CPU or DSP included in the estimation calculation unit 260, 261, 404 or the estimation unit 504.
  • the program is recorded on a tangible and non-transitory recording medium.
  • a semiconductor memory or a fixed magnetic disk device is used as the recording medium, but the recording medium is not limited thereto.
  • the CPU may be provided at another location in the polarization variation estimation unit of each embodiment.
  • Polarization separation means that generates a single polarization optical signal from the input polarization multiplex optical signal, A photoelectric conversion means for converting the generated optical signal into an electric signal, and An estimation means for estimating the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal according to the electric signal, and A polarization fluctuation estimation device including.
  • Appendix 2 The polarization fluctuation estimation device according to Appendix 1, further comprising an analog-to-digital conversion means for converting an analog signal input to the estimation means into a digital signal.
  • An optical mixing means for outputting a beat light signal of the optical signal and local light generated by the polarization separating means is provided.
  • the photoelectric conversion means converts the beat light signal into the electric signal.
  • the polarization fluctuation estimation device according to Appendix 1 or 2.
  • the estimation means makes the estimation according to the amplitude of the amplified electric signal.
  • the polarization fluctuation estimation device according to any one of Supplementary note 1 to 3.
  • the gain of the amplification means is controlled so that the amplitude of the amplified electric signal is constant.
  • the estimation means performs the estimation according to the gain.
  • Appendix 6 The polarization fluctuation estimation device according to Appendix 4 or 5, wherein the estimation means performs the estimation according to a frequency spectrum based on the amplitude of the electric signal.
  • the estimation means performs the estimation by applying the electric signal corresponding to the polarization multiplex optical signal to a model created by machine learning of the electric signal corresponding to a known polarization fluctuation rate.
  • the polarization fluctuation estimation device according to any one of Supplementary note 1 to 6.
  • the estimation means applies the electric signal corresponding to the polarized light multiplex optical signal to a model created by machine learning of the electric signal corresponding to a normal state and an abnormal state of a known optical transmission line.
  • the polarization fluctuation estimation device according to any one of Appendix 1 to 8, which estimates an abnormality in an optical transmission line.
  • Polarization separation means that generates a single polarization optical signal from the input polarization multiplex optical signal, photoelectric conversion means that converts the generated optical signal into an electric signal, and conversion of the electric signal into a digital signal.
  • An analog-to-digital conversion means a relay means including, and a relay means.
  • a communication means including an estimation means for estimating the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal according to an electric signal output from the analog-to-digital conversion means, and a communication means.
  • An optical transmission system that is connected so that it can communicate.
  • Appendix 11 The optical transmission system according to Appendix 10, wherein the communication means is an optical transmitter that is a source of the polarized multiplex optical signal.
  • Appendix 12 The optical transmission system according to Appendix 10, wherein the communication means is an optical receiver to which the polarized light multiplex optical signal is transmitted.
  • a management device comprising an estimation means to perform.
  • Appendix 15 The management device according to Appendix 14, which estimates an abnormality in a transmission path of the polarization multiplex optical signal according to each of the electric signals notified from the plurality of relay means.
  • Appendix 17 The polarization variation estimation method according to Appendix 16, which comprises a procedure for converting the electric signal into a digital signal.
  • Appendix 21 The polarization fluctuation estimation method according to Appendix 19 or 20, wherein the estimation is performed according to a frequency spectrum based on the amplitude of the electric signal.
  • the estimation is carried out by applying the electric signal corresponding to the polarization multiplex optical signal to a model created by machine learning of the electric signal corresponding to a known polarization fluctuation rate.
  • the polarization fluctuation estimation method according to any one item.
  • Appendix 26 The optical transmission method according to Appendix 25, wherein the estimation is performed by an optical transmitter that is a source of the polarization multiplexing optical signal.
  • Appendix 28 The optical transmission method according to Appendix 25, wherein the estimation is performed by the management device of the optical transmission system.
  • Appendix 30 The control method of a management device according to Appendix 29, which estimates an abnormality in a transmission path of the polarization multiplex optical signal according to each of the electric signals notified from a plurality of relay means.
  • Polarization variation estimation is a procedure for estimating the polarization fluctuation rate of the polarization multiplex optical signal according to the electrical signal converted from the single polarization optical signal generated from the input polarization multiplex optical signal.
  • Optical transmission system 10 Optical transmitter 20, 21 Optical receiver 30 Optical transmission line 40, 40A Relay station 50 Management device 200-203 Polarization fluctuation estimation unit 210 Local oscillator 220 Optical mixer 221 PBS 222 90 degree optical hybrid circuit 230 photoelectric converter 240 amplifier 241 amplifier circuit 242 variable gain amplifier circuit 243 gain control circuit 250 monitor signal acquisition unit 260, 261 estimation calculation unit 280 demodulator 281 MIMO equalizer 290 selection unit 400 relay device 401 Coupler 402 Relay circuit 403, 403A, 403B, 403C Monitor circuit 404 Estimating calculation unit 411 PBS 412 Photoelectric converter 413 Amplifier 414 Photoelectric converter 415 Amplifier 500 Polarization fluctuation estimation device 501 Polarization separator 502 Photoelectric converter 503 Estimator 800 Polarization separation / signal converter 810 Optical front end

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Abstract

受信信号の品質に依存せず高い精度で偏波変動速度を推定するために、偏波変動推定装置は、入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離部と、生成された光信号を電気信号に変換する光電変換部と、当該電気信号に応じて、偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定部と、を備える。

Description

偏波変動推定装置及び偏波変動推定方法
　本発明は偏波変動推定装置及び偏波変動推定方法に関し、特に、光伝送システムにおける偏波の変動速度を推定するための装置、方法及びプログラムに関する。
　近年の伝送速度が１００Ｇｂｐｓ（Giga bit per second）を超える大容量基幹系光伝送システムでは、偏波多重デジタルコヒーレント方式が用いられる。偏波多重デジタルコヒーレント方式では、光送信機はＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等で変調された２つの光信号を偏波多重して、偏波多重光信号を生成する。光受信機では、受信した偏波多重光信号をコヒーレントレシーバが検波することにより、偏波多重光信号が電気信号であるアナログ信号に変換される。コヒーレントレシーバの後段に位置するアナログデジタル変換器（Analog to Digital Converter、以下「ADC」という。）は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された受信信号は、デジタル信号処理により復調される。
　偏波多重デジタルコヒーレント方式の光受信機は、偏波多重光信号を、コヒーレントレシーバとデジタル信号処理との組み合わせによって各偏波の信号へ分離する。ここで、光伝送路が偏波多重光信号に与える偏波状態の変動は、デジタル信号処理による偏波分離性能に大きく影響する。従って、伝送路を伝搬した偏波多重光信号の偏波変動速度を正確に推定できることが、光伝送システムの性能確保や故障検知の上では好ましい。
　本発明に関連して、特許文献１は、コヒーレント方式の光受信機における光信号のパワーモニタに関して記載している。また、特許文献２は、偏波多重された光信号の偏波状態の推定に関して記載している。
特開２０１９－０７１６７９号公報 特開２０１８－１７４４１３号公報
　一般的な偏波多重デジタルコヒーレント方式では、偏波ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter、以下「PBS」という。）によって偏波多重された光信号の光学的な偏波分離が行われ、その後、デジタル信号処理によって精密な偏波分離が行われる。特許文献２は、有限インパルス応答（Finite Impulse Response、以下「FIR」という。）フィルタを用いた適応等化器を用いて精密な偏波分離を行う一般的なデジタル信号処理の手順について記載している。具体的には、特許文献２は、偏波多重された光信号の偏波状態を、適応等化器のフィルタ係数から推定する手法を提案している。しかし、特許文献２に記載された手順には、以下の課題がある。
　第１の課題は、受信信号の品質が低く受信信号を復調できない場合は、特許文献２に記載された手順は偏波変動速度を算出できないことである。なぜならば、特許文献２に記載された手順は、適応等化器による受信信号の復調が可能であることを前提とするからである。また、特許文献２に記載された手順は、受信信号の変調方式やシンボルレートが既知でない場合も受信信号を復調できないため、このような場合も偏波変動速度を算出できない。
　第２の課題は、特許文献２に記載された手順の性能が適応等化器の偏波追従性能に依存することである。例えば、光信号の偏波変動速度が適応等化器を用いて復調可能な速度を超える場合には、特許文献２に記載された手順ではＦＩＲフィルタのタップ係数を適切に設定することができない。このような場合には特許文献２の手順は適用できないため、偏波変動速度を推定できない。
　このように、特許文献２に記載された偏波変動速度の測定手順には、受信信号の品質の影響や適応等化器の偏波変動への追従能力の制限によって、常に高い精度で偏波変動速度を推定することが困難であるという課題がある。また、特許文献１は、このような課題を解決するための手段を開示していない。
（発明の目的）
　本発明は、受信信号の品質に依存せず高い精度で偏波変動速度を推定するための技術を提供することを目的とする。
　本発明の偏波変動推定装置は、入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段と、を備える。
　本発明の偏波変動推定方法は、入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、生成された前記光信号を電気信号に変換し、前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、手順を含む。
　本発明の偏波変動推定装置のプログラムは、入力された偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号から変換された電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う手順を実行させる。
　本発明の偏波変動推定装置、偏波変動推定方法及び偏波変動推定装置のプログラムは、受信信号の品質に依存せず高い精度で偏波変動速度を推定することを可能とする。
光伝送システム１の構成例を示すブロック図である。 偏波変動推定部２００の構成例を示すブロック図である。 光ミキサ２２０の構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態の偏波変動推定部２０１の構成例を示すブロック図である。 増幅器２４０の構成例を示すブロック図である。 モニタ信号の波形を時間領域から周波数領域に変換する例を示す図である。 第４の実施形態の偏波変動推定部２０２の構成例を示すブロック図である。 機械学習における学習フェーズを説明する図である。 機械学習における運用フェーズを説明する図である。 第６の実施形態の光受信機２１の構成例を示す図である。 ＭＩＭＯ等化器２８１の構成例を示す図である。 第７の実施形態の光伝送システム２の構成例を示すブロック図である。 中継局４０の構成例を示すブロック図である。 モニタ回路４０３Ａの構成例を示すブロック図である。 モニタ回路４０３Ｂの構成例を示すブロック図である。 モニタ回路４０３Ｃの構成例を示すブロック図である。 中継局４０Ａの構成例を示すブロック図である。 第７の実施形態の変形例の光伝送システム３の構成例を示すブロック図である。 第８の実施形態の偏波変動推定装置５００の構成例を示すブロック図である。 偏波変動推定装置５００の動作例を示すフローチャートである。
　本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。図中に示された矢印は信号の向きあるいは処理の順序を例示するものであり、これらの限定を意図しない。実施形態及び図面では既出の要素には同一の参照符号を付して、重複する説明は省略する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の光伝送システム１の構成例を示すブロック図である。光伝送システム１は、光送信機１０、光受信機２０及び光伝送路３０を備える。光送信機１０は、入力された伝送データをＸ偏波、Ｙ偏波それぞれの同相（Inphase、以下「I」という。）成分、直交（Quadrature、以下「Q」という。）成分に変換し、XI、XQ、YI、YQそれぞれの電気信号を用いて光変調器を駆動する。さらに、光送信機１０は、変調された光信号を偏波合成することで、偏波多重光信号を生成する。変調方式は、光搬送波に対する位相変調又は強度変調である。生成された偏波多重光信号は光伝送路３０に送出される。
　光伝送路３０は光ファイバであり、光受信機２０は光伝送路３０を伝搬した偏波多重光信号を受信する。光受信機２０は偏波変動推定部２００及び、アナログデジタル変換器（ADC）２７０、復調部２８０を備える。ＡＤＣ２７０は、偏波変動推定部２００に含まれていてもよい。
　図２は、偏波変動推定部２００の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定部２００は、偏波分離・信号変換部８００、モニタ信号取得部２５０及び推定演算部２６０を備える。偏波分離・信号変換部８００は光フロントエンド８１０及び増幅器２４０を備える。光フロントエンド８１０は、光伝送路３０から受信した偏波多重光信号をコヒーレント検波して電気信号に変換する。増幅器２４０は、光フロントエンド８１０が生成した電気信号を増幅して出力する。
　光フロントエンド８１０は、局部発振器（Local Oscillator、以下「LO」という。）２１０、光ミキサ２２０及び光電変換器２３０を備える。ＬＯ２１０は例えば半導体レーザであり、受信された光信号と同一又は近接した波長の光である局部発振光（以下、「LO光」という。）を生成する。
　図３は、光ミキサ２２０の構成例を示すブロック図である。光ミキサ２２０は、ＰＢＳ２２１及び９０度光ハイブリッド回路２２２を備える。ＰＢＳ２２１は、偏波多重光信号を偏波面が直交する２つの光信号に分離する。直交するそれぞれの偏波はＸ偏波、Ｙ偏波と呼ばれる。分離された２つの光信号は、９０度光ハイブリッド回路２２２においてＬＯ光と混合される。９０度光ハイブリッド回路２２２は、Ｘ偏波の光信号とＬＯ光とのビート光信号、及び、Ｙ偏波の光信号とＬＯ光とのビート光信号を出力する。本実施形態では、９０度光ハイブリッド回路２２２は、ＸＩ信号、ＹＩ信号、ＸＱ信号、ＹＱ信号を出力する。ＸＩ信号は、Ｘ偏波の光信号に含まれる同相信号である。ＸＱ信号は、Ｘ偏波の光信号に含まれる、位相がＩ信号と直交する直交信号である。ＹＩ信号は、Ｙ偏波の光信号に含まれる同相信号である。ＹＱ信号は、Ｙ偏波の光信号に含まれる直交信号である。偏波多重光信号の偏波を分離する手順及び９０度光ハイブリッド回路がＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号を生成する手順はよく知られているため、詳細な説明は省略する。
　光電変換器２３０、増幅器２４０及びＡＤＣ２７０は、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号のそれぞれについて独立に動作する。光電変換器２３０は、９０度光ハイブリッド回路２２０から出力されたビート光信号を、アナログ電気信号（以下、「アナログ信号」という。）に変換する。光電変換器２３０は、例えばフォトダイオードである。光電変換器２３０から出力された４つのアナログ信号の振幅は、それぞれ、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の振幅に比例する。アナログ信号は、増幅器２４０へ出力される。
　増幅器２４０は、光電変換器２３０から入力されたＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号に対応するそれぞれのアナログ信号を増幅して、ＡＤＣ２７０へ出力する。ＡＤＣ２７０はアナログデジタル変換器であり、増幅器２４０で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号は、後段の復調部２８０に入力される。
　上述のように、偏波変動推定部２００は、ＡＤＣ２７０をさらに含んでもよい。また、偏波変動推定部２００は、ＬＯ２１０を含まなくともよい。偏波変動推定部２００は、偏波変動推定装置の一形態である。
　光伝送路３０に加わる外的な圧力や光伝送路３０の周囲温度の変動等の原因により、偏波多重光信号の偏波面は回転する。このため、光送信機１０において偏波多重された際の偏波多重光信号の偏波面は、光ミキサ２２０においてコヒーレント検波される際のＸ偏波及びＹ偏波の偏波面と必ずしも一致しない。その結果、光ミキサ２２０から出力されるＸＩ信号及びＸＱ信号にはＹ偏波の成分が混在し、ＹＩ信号及びＹＱ信号にはＸ偏波の成分が混在する。復調部２８０は、混在している偏波の成分をデジタル信号処理により分離する。復調部２８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いたデジタル信号処理により、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号に含まれる混在した偏波成分を分離し、伝送されたデータを復調する。
　一方、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の振幅を示すアナログ信号は、光電変換器２３０の出力から分岐されてモニタ信号取得部２５０へ入力される。モニタ信号取得部２５０へ入力される信号を、以下では「モニタ信号」と呼ぶ。モニタ信号取得部２５０はアナログデジタル変換器を含む電気回路であり、入力されたモニタ信号の振幅をデジタル信号に変換して推定演算部２６０へ出力する。推定演算部２６０はＣＰＵ又はＤＳＰを備える電気回路であり、モニタ信号取得部２５０から入力されたデジタル信号に応じて、偏波多重光信号の偏波変動速度を推定し、推定された偏波変動速度を出力する。
　光送信機１０、光受信機２０及び光伝送路３０で用いられるデバイスや光ファイバには、光学的特性の偏波依存性や電気デバイスの個体ばらつきに起因する特性変動が、偏波依存損失（Polarization Dependent Loss、以下、「PDL」という。）として現れる。ＰＤＬは偏波多重光信号に偏波間のレベル差を生じさせる。ＰＤＬが存在しない場合には、光ミキサ２２０から出力される各信号の出力レベルは偏波の変動による影響を受けない。しかし、ＰＤＬが存在する場合には、光信号の偏波に応じて光信号に含まれる偏波成分の割合が変化する。その結果、偏波多重光信号の伝搬中の偏波変動に応じて光ミキサ２２０の出力信号に混在する偏波成分が変動する。すなわち、光ミキサ２２０から出力されるＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の振幅は、いずれも、偏波変動に追従して変動する。従って、光ミキサ２２０から出力されるＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の少なくとも１つの振幅の変動（すなわち時間的な波形）を監視することにより、伝搬中の偏波変動速度を推定することができる。偏波変動速度の推定結果は復調部２８０に入力され、偏波多重光信号の精密な偏波分離処理に用いられる。具体的な偏波分離処理の例は後の実施形態で説明する。
　本実施形態の偏波変動推定部２００は、光信号の種類や状態に依存することなく、光信号の偏波変動速度を高い精度で推定できる。その第１の理由は、光電変換器２３０から取得されるモニタ信号は光信号の強度変動に応じた信号であるため、光信号の変調方式、品質、あるいは光信号の復調の可否に関わらず偏波変動速度を推定できるからである。また、第２の理由は、光伝送路の起こりうる偏波変動速度に対して、光電変換器２３０の応答は充分に高速であり、偏波変動速度の推定は光電変換器２３０の応答速度の影響を受けないからである。
　なお、偏波変動推定部２００は、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号のいずれか１つの振幅のみに基づいて偏波変動速度を推定してもよい。この場合、偏波変動推定部２００の回路規模や計算量を低減できる。また、偏波変動推定部２００は、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の２つ以上の振幅に基づいて偏波変動を推定してもよい。推定の演算に用いる複数の振幅に平均化等の統計処理を行うことによって、雑音の影響を低減できる。何個の振幅を用いるかは、回路規模及び計算時間と、求められる推定の精度とに応じて決定してもよい。
　また、光電変換器２３０の出力がモニタ信号取得部２５０に入力される場合は、増幅器２４０は偏波変動推定部２００の外部に配置されてもよい。さらに、増幅器２４０が利得一定となるように制御される場合は、増幅器２４０の出力をモニタ信号としてもよい。
　（第２の実施形態）
　図４は、第２の実施形態の偏波変動推定部２０１の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定部２０１は、第1の実施形態の偏波変動推定部２００に代えて用いられる。偏波変動推定部２０１が備える増幅器２４０は４個の増幅回路２４１を含む。増幅回路２４１は、それぞれ、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号を増幅する。偏波変動推定部２０１が備える推定演算部２６０は、増幅回路２４１の利得に応じて偏波多重光信号の偏波変動速度を推定する。
　図５は、図４に示した増幅器２４０の構成例を示すブロック図である。増幅器２４０に含まれる４個の増幅回路２４１の構成は同一である。増幅回路２４１は可変利得増幅回路２４２及び利得制御回路２４３を備える。利得制御回路２４３は、可変利得増幅回路２４２で増幅された信号の振幅に応じて可変利得増幅回路２４２の利得を調整する。本実施形態では、利得制御回路２４３は、可変利得増幅回路２４２の出力の振幅Ａ１が一定となる制御を行う（Automatic Level Control、以下「ALC」という）。具体的には、利得制御回路２４３は、可変利得増幅回路２４２から出力される信号の振幅が一定値Ａ１となるように、可変利得増幅回路２４２の利得Ｇを制御する。振幅Ａ１は、ＡＤＣ２７０への入力レベルが好適な範囲となるように定められてもよい。利得制御回路２４３は、可変利得増幅回路２４２の出力信号の振幅Ａ１となる利得Ｇを示す信号を可変利得増幅回路２４２へ出力する。ここで、光電変換器２３０から可変利得増幅回路２４２に入力される信号の振幅をＡ０、可変利得増幅回路２４２の利得をＧ、可変利得増幅回路２４２から出力される信号の振幅をＡ１とすると、Ａ０×Ｇ＝Ａ１である。
　偏波変動推定部２０１は、第１の実施形態の偏波変動推定部２００と比較して、増幅回路２４１の利得を示す信号がモニタ信号として用いられる点が相違する。すなわち、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の可変利得増幅回路２４２におけるそれぞれの利得Ｇを示す信号が、モニタ信号として、対応する利得制御回路２４３の出力から分岐されてモニタ信号取得部２５０へ入力される。モニタ信号取得部２５０はアナログデジタル変換器を含む電気回路であり、入力されたモニタ信号がアナログ信号である場合には、当該アナログ信号に含まれる利得Ｇをデジタル信号に変換して推定演算部２６０へ出力する。モニタ信号の振幅が利得Ｇと対応する場合には、モニタ信号取得部２５０は、モニタ信号の振幅をデジタル信号に変換する。
　可変利得増幅回路２４２の出力信号の振幅はＡ１である。従って、可変利得増幅回路２４２がＡＬＣで動作する場合は、光電変換器２３０から出力されるＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号のそれぞれの振幅Ａ０は、Ａ１／Ｇとして容易に求められる。第1の実施形態では光電変換器２３０の出力をモニタ信号として用いることで偏波変動速度を推定した。しかし、本実施形態のように利得Ｇをモニタ信号として用いても、推定演算部２６０は、容易な換算により第1の実施形態と同様の手順で偏波変動速度を推定できる。
　また、光ファイバ伝送路における偏波多重光信号の偏波変動速度は一般的に数百ｋＨｚ以下であり、可変利得増幅回路２４２及び利得制御回路２４３のフィードバックループの応答速度は数ＭＨｚである。従って、モニタ信号に含まれる利得Ｇの時間的な変動は偏波多重光信号の偏波変動に追従できる。その結果、推定演算部２６０は、モニタ信号取得部２５０から出力されたデジタル信号に基づいて、モニタ信号から得られる偏波多重光信号の偏波回転速度を推定できる。
　以上説明したように、本実施形態の偏波変動推定部２０１は、可変利得増幅回路２４２の利得Ｇを示す信号をモニタ信号として用いる。４個の増幅回路２４１がいずれもＡＬＣで動作する場合は、光電変換器２３０の４個の出力信号に代えて利得Ｇを示す４個の信号をモニタ信号として用いることができる。また、利得制御回路２４３が可変利得増幅回路２４２に通知する利得を外部へ出力する端子を備える場合には、その端子を使用して容易にモニタ信号をモニタ信号取得部２５０へ出力できる。
　さらに、本実施形態の偏波変動推定部２０１は、光信号の種類や状態に依存することなく、光信号の偏波変動速度を推定できる。その第１の理由は、増幅器２４０から取得するモニタ信号は光信号の強度変動に対応する利得Ｇを示す信号であるため、光信号の変調方式や品質に依存せずに偏波変動速度を推定できるからである。その第２の理由は、光伝送路において起こりうる偏波変動速度に対して、光電変換器２３０の応答及び増幅器２４０の応答は充分に高速であり、偏波変動速度の推定は光電変換器２３０及び増幅器２４０の応答速度の影響を受けないからである。
　（第３の実施形態）
　第１及び第２の実施形態において、モニタ信号の振幅の時間的な変動の波形を時間領域から周波数領域に変換すると、光伝送路３０における偏波多重光信号の偏波変動を含む周波数応答が得られる。図６は、モニタ信号の波形を時間領域から周波数領域に変換する例を示す図である。図６の縦軸は振幅、横軸は時間又は周波数を示す。具体的には、推定演算部２６０は、モニタ信号の振幅の時間的な変動（図６の左側の波形例）をデジタル演算によってフーリエ変換し、得られた周波数スペクトル（図６の右側の波形例）に基づいて、偏波変動速度を推定してもよい。なお、図６の波形は時間領域から周波数領域への変換の概念を示すためのものであり、実際の波形を示すものではない。
　光フロントエンド８１０が備える光電変換器２３０から出力されるアナログ信号の振幅の変動速度及びＡＬＣ制御された可変利得増幅回路２４２の利得Ｇの変動速度は、いずれも、偏波分離された光信号の強度がＰＤＬによって変動する速度を含む。このため、モニタ信号の振幅の変動を周波数領域で解析することによってモニタ信号の変動速度の解析が容易になり、より短時間で光信号の偏波変動速度を推定できる。
　（第３の実施形態の変形例）
　また、推定演算部２６０は、モニタ信号の周波数スペクトルに平滑化を行ってもよい。周波数スペクトルの平滑化は、例えば、モニタ信号の周波数スペクトルを算出する際のバンドパスフィルタの帯域幅（resolution）の拡大によって行われてもよい。また、算出された周波数スペクトルに対して、時間的な統計処理（平均化等）を行ってもよい。これらの処理により、推定された偏波変動速度に含まれる雑音の影響を低減し、精度を向上させることができる。
　あるいは、推定演算部２６０は、モニタ信号に対して時間領域で平滑化を行ってもよい。例えば、推定演算部２６０は、フーリエ変換する前のモニタ信号を、バンドパスフィルタやローパスフィルタを通過させてもよい。
　（第４の実施形態）
　本実施形態では偏波変動速度の推定に機械学習を適用した例を説明する。図７は、本実施形態の偏波変動推定部２０２の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定部２０２は、既述の偏波変動推定部２０１と比較して、モニタ信号記憶部２５１を備えるとともに、推定演算部２６０に代えて推定演算部２６１を備える。偏波変動推定部２０２の外部には測定装置６００が配置される。測定装置６００は、光伝送路３０の偏波変動速度の実測値を出力可能な、一般的な測定器である。
　モニタ信号記憶部２５１は、モニタ信号取得部２５０が生成する、デジタル信号化されたモニタ信号を記憶する。特に、記憶されるモニタ信号に対応する偏波多重光信号の偏波変動速度が既知である場合に、モニタ信号記憶部２５１は、当該既知の偏波変動速度とその偏波変動速度に対応するモニタ信号とを対応付けて記憶する。測定装置６００は、偏波変動速度の実測値を既知の偏波変動速度としてモニタ信号記憶部２５１に通知する。モニタ信号記憶部２５１は、測定装置６００から通知された既知の偏波変動速度を、モニタ信号取得部２５０から入力されたモニタ信号と対応付けて記憶する。モニタ信号記憶部２５１は、測定装置６００から偏波変動速度の実測値を取得した後に、当該実測値に対応するモニタ信号をモニタ信号取得部２５０から取得してもよい。また、１つの偏波変動速度の実測値に対して、対応するモニタ信号が複数記憶されてもよい。記憶されたモニタ信号及び偏波変動速度は、以下で説明する機械学習機能の学習フェーズにおいて使用される。
　推定演算部２６１は、既述の推定演算部２６０の機能を、機械学習機能により実現する。機械学習機能は、学習フェーズ及び運用フェーズの２つの動作モードを含む。学習フェーズでは、偏波変動速度を推定するためのモデルが作成される。運用フェーズでは、作成されたモデルを用いて、受信された偏波多重光信号の偏波変動速度が推定される。機械学習機能は、推定演算部２６１のハードウエア、推定演算部２６１において実行可能なプログラム、又はこれらの組み合わせにより実現できる。機械学習には、時間領域のデータ（時間的な波形）および周波数領域のデータ（スペクトル）のいずれの形態のモニタ信号を用いてもよい。
　図８及び図９は、機械学習における学習フェーズ及び運用フェーズの手順をそれぞれ説明するフローチャートである。学習フェーズにおいては、モニタ信号記憶部２５１は、偏波変動速度が既知（例えばＶ１）である、デジタル信号化されたモニタ信号を記憶する（図８のステップＳ０１）。記憶されるモニタ信号は、偏波変動速度が既知の伝送路に偏波多重光信号を伝搬させることで作成されてもよい。既知の偏波変動速度Ｖ１は、測定装置６００からモニタ信号記憶部２５１へ通知される。推定演算部２６１は、学習に必要となるモニタ信号に加えて当該モニタ信号に対応する既知の偏波変動速度Ｖ１を、モニタ信号記憶部２５１に記憶されたモニタ信号及び偏波変動速度から取得する。推定演算部２６１は、取得したモニタ信号及びそれに対応する既知の偏波変動速度Ｖ１を機械学習機能に入力する（ステップＳ０２）。機械学習機能は、入力されたモニタ信号から偏波変動速度の出力がＶ１となるモデルを作成する（ステップＳ０３）。推定演算部２６１は、作成された学習モデルを記憶する。機械学習機能は、偏波変動速度が互いに異なる複数のモニタ信号のデータの特徴を定量的に表現した特徴量を抽出することで、偏波変動速度を分類するモデルを作成する。
　運用フェーズにおいては、運用中の偏波多重光信号のモニタ信号が機械学習機能に入力される（図９のステップＳ１１）。運用フェーズでは、学習フェーズと同一の形態（すなわち、時間的な波形又はスペクトル）のモニタ信号が機械学習機能に入力される。機械学習機能は、学習フェーズで作成された学習モデルを入力データに適用し、偏波変動速度を推定して出力する（ステップＳ１２）。
　本実施形態の偏波変動推定部２０２は、第２の実施形態で説明した偏波変動推定部２０１と同様に、モニタ信号に基づいて偏波変動速度を推定する。このため、偏波変動推定部２０２は、受信信号の品質に依存することなく、受信信号の偏波変動速度を高い精度で推定できる。
　さらに、偏波変動推定部２０２は、機械学習機能の学習フェーズにおいて、測定装置６００によって測定された偏波変動速度及び対応するモニタ信号に基づいてモデルを作成する。そして、偏波変動推定部２０２は、機械学習機能の運用フェーズにおいて、このモデルを用いた機械学習機能によって、受信された偏波多重光信号のモニタ信号に基づいて偏波変動速度を推定する。このような構成を備える偏波変動推定部２０２による偏波変動の推定手順は、第１乃至第３の実施形態の手順、及び、一般的な測定装置６００のみを用いた場合と比較して、受信信号の偏波変動速度をより高い精度で推定することができる、という効果を奏する。
　（第５の実施形態）
　第１乃至第４の実施形態では、偏波多重光信号の偏波変動速度の推定手順について説明した。本実施形態では、機械学習を用いた光伝送路３０の異常の推定について説明する。
　予め、光伝送路３０が正常状態にあるときのモニタ信号、及び、光伝送路３０が異常状態にあるときのモニタ信号が、学習データとして、光伝送路３０の状態と対応付けられてモニタ信号記憶部２５１に記憶される。光伝送路３０の状態には、正常状態及び内容の異なる複数の異常状態が含まれる。モニタ信号は、光伝送路３０の１つの状態に対して複数用意されてもよい。光伝送路３０の異常状態としては、光伝送路３０への振動や圧力の増加、周囲温度の上昇等が挙げられる。さらに、例えば、光伝送路３０と接続された光送信機、光中継器又は光受信機のそれぞれが備える光デバイスの故障も異常状態に含まれてもよい。正常状態及び異常状態における学習データは、光伝送路や通信機器の状態が既知である場合に収集できる。
　本実施形態では、機械学習機能は、学習フェーズにおいて、モニタ信号記憶部２５１に記憶されたモニタ信号及び当該モニタ信号に対応する光伝送路３０の状態を用いて、光伝送路３０の状態を推定するモデルを作成する。そして、機械学習機能は、運用フェーズにおいて、運用中の偏波多重光信号に応じたモニタ信号にモデルを適用する。すなわち、機械学習機能は、学習フェーズにおいて正常状態及び異常状態の学習データの特徴を定量的に表現した特徴量を抽出することで、正常な伝送路や異常な伝送路の状態を分類するモデルを作成する。そして、機械学習機能は、運用フェーズにおいて、運用中の偏波多重光信号のモニタ信号に対して作成されたモデルを適用し、その適用結果に基づいて伝送路の状態を推定する。
　第４及び第５の実施形態で説明した機械学習機能を含む構成は、本願の他の実施形態に適用されてもよい。例えば、光受信機２０は、機械学習機能を用いて偏波多重光信号の偏波変動速度を推定し、また、光伝送システム１の異常を推定することができる。なお、第４及び第５の実施形態において、モニタ信号記憶部２５１は、シミュレーションによって任意の偏波変動速度に対応するモニタ信号をデジタル信号として生成し、生成されたモニタ信号を記憶してもよい。また、推定演算部２６１は、他の装置が備える機械学習機能によって作成された学習モデルを記憶し、そのモデルに基づいて偏波変動速度及び光伝送路の異常を推定してもよい。
　（第１乃至第５の実施形態の他の変形例）
　推定演算部２６０及び２６１は、機械学習機能を用いず、推定された偏波変動速度の特異な値の発生をトリガとして光伝送路の異常を検出してもよい。特異な値の発生のトリガは、例えば、モニタ信号の振幅の瞬時値の閾値超過、モニタ信号の周波数スペクトルにおける所定の周波数以上の帯域のパワーの変動、あるいは所定の周波数帯域内のパワーの変動である。
　第１乃至第５の実施形態では、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号に対応する４個のモニタ信号が推定演算部２６０又は２６１に入力される。推定演算部２６０及び２６１は、これらのモニタ信号を適宜選択して偏波変動速度又は異常状態を推定してもよい。例えば、推定演算部２６０及び２６１は、入力されたそれぞれのモニタ信号から推定された偏波変動速度の平均値を求めて出力してもよい。推定演算部２６０及び２６１は、１個のモニタ信号又は偏波（Ｘ、Ｙ）及び位相（Ｉ、Ｑ）に基づいて組み合わされた２個乃至４個のモニタ信号を推定に用いてもよい。このようなモニタ信号の選択は、偏波変動速度及び異常推定の精度の改善に用いられる。また、第５の実施形態において、推定演算部２６０及び２６１は、入力されたそれぞれのモニタ信号から推定される異常状態をすべて出力してもよい。
　（第６の実施形態）
　図１０は、第６の実施形態の光受信機２１の構成例を示す図である。光受信機２１は、偏波変動推定部２０３、ＡＤＣ２７０及び復調部２８０を備える。ＡＤＣ２７０は、偏波変動推定部２０３に含まれてもよい。偏波変動推定部２０３は選択部２９０を備え、復調部２８０はＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）等化器２８１を備える。選択部２９０は、推定演算部２６０又は２６１が推定した偏波変動速度の推定値に基づいてＭＩＭＯ等化器２８１で使用されるステップサイズパラメータμを選択する。ＭＩＭＯ等化器２８１は、ＡＤＣ２７０においてデジタル信号に変換されたＸ偏波信号（ＸＩ信号及びＸＱ信号）とＹ偏波信号（ＹＩ信号及びＹＱ信号）とに含まれる、不要な偏波成分をステップサイズパラメータμに基づいて除去する。ＭＩＭＯ等化器２８１は、このようにして精密に偏波分離されたＸ偏波信号及びＹ偏波信号を、復調部２８０における次の処理の入力へ提供する。
　図１１は、ＭＩＭＯ等化器２８１の構成例を示す図である。ＭＩＭＯ等化器２８１は、Ｘ偏波信号及びＹ偏波信号を入力とする適応等化器である。ＭＩＭＯ等化器２８１は、ＦＩＲフィルタのタップ係数（図１１のｈxx、ｈxy、ｈyx、ｈyy）を、特許文献２に記載された以下の（１）式により更新することで、Ｘ偏波複素信号の偏波変動を補償し、Ｘ偏波信号及びＹ偏波信号の偏波分離を行う。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

　推定演算部２６０又は２６１において推定された偏波変動速度は選択部２９０に入力される。選択部２９０は偏波変動速度と（１）式で用いられるμの値とを対応付けたテーブルを保持する。μ（ステップサイズパラメータ）は、ＦＩＲフィルタの係数の更新ステップの大きさを規定する値である。ステップサイズパラメータμは、予め定められた値であってもよいし、偏波状態の変動速度に基づいて定められる値であってもよい。本実施形態の選択部２９０は、偏波変動速度の推定値に基づいて、ステップサイズパラメータμの最適値をテーブルから選択し、ＭＩＭＯ等化器２８１へ出力する。ＭＩＭＯ等化器２８１は、選択部２９０から入力されたμの値に基づいて（１）式によって、Ｘ偏波信号及びＹ偏波信号の偏波分離の演算を行う。ＭＩＭＯ等化器２８１におけるＦＩＲフィルタ係数の演算は、ＣＰＵ又はＤＳＰによる演算又はハードウエアロジックで行うことができる。
　μを小さくするとより高精度な偏波分離が可能となり復調誤差が減少するが、偏波追従速度は低下する。逆にμを大きくすると偏波分離の精度が低下し復調誤差が増加するが偏波追従速度は向上する。本実施例では推定した伝送路の偏波変動速度に応じた適切なμを選択することで、復調誤差を最小化する。
　本実施形態の偏波変動推定部２０３においても、モニタ信号取得部２５０が増幅器２４０から取得するモニタ信号は光信号の強度変動に応じた信号である。このため、推定演算部２６０又は２６１は、光信号の変調方式、品質、あるいは光信号の復調の可否に関わらず偏波変動速度を推定できる。また、光伝送路３０において起こりうる偏波変動速度に対して、光電変換器２３０及び増幅器２４０の応答は充分に高速であり、モニタ信号には偏波分離された光信号の強度変動が反映されている。従って、偏波変動推定部２０３は適応等化器の動作速度に依存することなく偏波多重光信号の偏波変動速度を推定できる。その結果、選択部２９０は、より好ましいステップサイズパラメータμをＭＩＭＯ等化器２８１に提供できる。
　（第７の実施形態）
　図１２は、本発明の第７の実施形態の光伝送システム２の構成例を示すブロック図である。光伝送システム２は、光送信機１０、光受信機２０、光伝送路３０及び中継局４０を備える。中継局４０は光伝送路３０を伝搬する偏波多重光信号を中継する。偏波多重光信号は、光送信機１０から光受信機２０へ伝搬する。中継局４０は、陸上又は海中に設置された中継局である。光送信機１０と光受信機２０との間に、複数の中継局４０が配置されていてもよい。一般的な偏波多重光信号の伝送システムでは、数十ｋｍ毎に中継局４０が設置される。中継局４０は、中継器の一構成例である。
　図１３は、中継局４０の構成例を示すブロック図である。中継局４０は、中継装置４００及びモニタ回路４０３を備える。中継装置４００は、光増幅器や光フィルタを用いて、光伝送路３０を伝搬した偏波多重光信号の増幅や波形整形を行う。
　カプラ４０１は光分岐デバイスである。カプラ４０１は光伝送路３０から入力された偏波多重光信号を分岐して、一方を中継回路４０２へ出力し、他方をモニタ回路４０３へ出力する。中継回路４０２は、光増幅器や光フィルタを用いて偏波多重光信号の増幅や波形整形を行い、これらの処理が行われた偏波多重光信号を次の中継区間の光伝送路３０へ出力する。
　モニタ回路４０３は、偏波多重光信号を光電変換した信号をモニタ信号として取得し、モニタ信号をアナログデジタル変換した信号を中継回路４０２へ出力する。中継回路４０２は、モニタ回路４０３から入力されたモニタ信号を、光伝送システム２の監視回線の光信号（以下、「監視光」という。）に重畳して光伝送路３０へ送出する。監視光は、光伝送路を介して光受信機２０に送信される。監視光を受信した光受信機２０は、これまでの実施形態で説明した推定演算部２６０及び２６１の機能を用いて、中継局４０から受信した監視光から抽出されたモニタ信号に基づいて、中継局４０が受信する偏波多重光信号の偏波変動速度を推定できる。
　図１４－図１６は、それぞれ、モニタ回路４０３の構成例であるモニタ回路４０３Ａ－４０３Ｃを示すブロック図である。
　図１４は、モニタ回路４０３Ａの構成例を示すブロック図である。モニタ回路４０３Ａは、図４に示した偏波変動推定部２０１に含まれる、ＬＯ２１０、光ミキサ２２０、光電変換器２３０、増幅器２４０及びモニタ信号取得部２５０を備える。モニタ回路４０３Ａには、カプラ４０１で分岐された偏波多重光信号が入力される。モニタ回路４０３Ａにおいて、偏波多重光信号に基づくモニタ信号がモニタ信号取得部２５０へ出力され、モニタ信号取得部２５０がモニタ信号をデジタル信号として出力する手順は、第２の実施形態と同様である。モニタ信号取得部２５０は、デジタル信号に変換されたモニタ信号を中継回路４０２へ出力する。
　図１５は、モニタ回路４０３Ｂの構成例を示すブロック図である。モニタ回路４０３Ｂは、ＰＢＳ４１１、光電変換器４１２、増幅器４１３及びモニタ信号取得部２５０を備える。カプラ４０１で分岐された偏波多重光信号は、ＰＢＳ４１１において、偏波面が直交するＸ偏波光信号とＹ偏波光信号との２つの光信号に分離される。分離された２つの光信号は、それぞれ光電変換器４１２に入力され、アナログ信号に変換される。光電変換器４１２は例えばフォトダイオードである。増幅器４１３は、Ｘ偏波光信号に対応するアナログ信号及びＹ偏波光信号に対応するアナログ信号をそれぞれ増幅する。第２の実施形態と同様に、増幅器４１３がＡＬＣによって動作する場合には、モニタ信号取得部２５０には増幅器４１３が備える２つの増幅回路のそれぞれの利得Ｇに対応するモニタ信号が入力される。モニタ信号取得部２５０は、デジタル信号に変換されたモニタ信号を中継回路４０２へ出力する。
　図１６は、モニタ回路４０３Ｃの構成例を示すブロック図である。モニタ回路４０３Ｃは、ＰＢＳ４１１、光電変換器４１４、増幅器４１５及びモニタ信号取得部２５０を備える。ＰＢＳ４１１は、偏波面が直交するＸ偏波とＹ偏波とのいずれかの偏波の光信号のみを光電変換器４１４へ出力する。モニタ回路４０３Ｃにおいては、ＰＢＳ４１１に代えて偏光板が用いられてもよい。偏光板を用いても、Ｘ偏波とＹ偏波とのいずれかの偏波の光信号のみを光電変換器４１４へ出力できる。光電変換器４１４は例えばフォトダイオードである。増幅器４１５は、光電変換器４１４でアナログ信号を増幅する。増幅器４１５がＡＬＣによって動作する場合には、モニタ信号取得部２５０には増幅器４１３が備える増幅回路の利得Ｇに対応するモニタ信号が入力される。モニタ信号取得部２５０は、デジタル信号に変換されたモニタ信号を中継回路４０２へ出力する。
　図１４－図１６で説明したモニタ回路４０３Ａ－４０３Ｃは、光伝送路３０を伝搬した偏波多重光信号に基づいて、その偏波変動速度の情報を含むデジタル信号を生成する。中継局４０は、このデジタル信号を、監視回線を用いて光受信機２０に送信する。その結果、中継局４０がモニタ回路４０３Ａ－４０３Ｃのいずれかを備える光伝送システム２は、中継局４０に入力される偏波多重光信号の偏波変動速度を推定できる。なお、光送信機１０が推定演算部２６０又は２６１を備える場合には、中継局４０は監視光を光送信機１０へ送信してもよい。これにより、光送信機１０においても偏波変動速度の推定が可能となる。
　（第７の実施形態の第１の変形例）
　図１７は、中継局４０の変形例である中継局４０Ａの構成例を示すブロック図である。中継局４０Ａは、中継装置４００及びモニタ回路４０３に加えて、推定演算部４０４を備える。中継局４０Ａが備えるモニタ回路４０３は、モニタ信号をアナログデジタル変換した信号を推定演算部４０４へ出力する。推定演算部４０４は、モニタ回路から入力されたモニタ信号に基づいて中継局４０Ａに入力される偏波多重光信号の偏波変動速度を推定する。
　中継回路４０２は、推定演算部４０４から入力されたモニタ信号を、光伝送システム２の監視光に重畳して光伝送路３０へ送出する。監視光を受信した光受信機２０は、中継局４０から受信した監視光から偏波変動速度を得ることができる。
　以上説明した中継局４０及び４０Ａは、第２乃至第４の実施形態で説明した推定演算部２６０又は２６１を含む手順と同様の手順を用いて偏波多重光信号の偏波変動速度を推定してもよい。また、中継局４０又は偏波変動速度が重畳された監視光を受信した光受信機２０は、第５の実施形態で説明した手順を用いて伝送路の異常状態の推定を行ってもよい。
　（第７の実施形態の第２の変形例）
　図１８は、本発明の第７の実施形態の変形例の光伝送システム３の構成例を示すブロック図である。光伝送システム３は、光送信機１０、光受信機２０、光伝送路３０、中継局４０及び管理装置５０を備える。管理装置５０は、光送信機１０、光受信機２０又は中継局４０に直接または間接に接続された通信装置又はサーバである。管理装置５０は光伝送システム３を管理する機能及び推定演算部２６０又は２６１の機能を備える。
　光伝送システム３では、中継局４０は、モニタ回路４０３が出力するモニタ信号を、管理装置５０に送信する。管理装置５０又は中継局４０は、モニタ回路４０３が出力する信号が光伝送システム３の監視光によって伝送されるように、中継回路４０２を制御してもよい。この場合、モニタ回路４０３が出力するモニタ信号は、光送信機１０又は光受信機２０を経由して管理装置５０へ送られる。
　管理装置５０は、複数の中継局４０のそれぞれのモニタ回路４０３が出力するモニタ信号を収集することで、特定の中継区間の偏波変動量を推定できる。また、光伝送システム３が中継局４０Ａを含む場合には、管理装置５０は、中継局４０Ａから偏波変動量の推定結果を受信する。そして、管理装置５０は、１つ又は複数の中継局４０又は４０Ａから受信した偏波変動量の推定結果に基づいて、光伝送システム３の中継区間の異常の原因の推定を行うことができる。
　（第８の実施形態）
　図１９は、第８の実施形態の偏波変動推定装置５００の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定装置５００は、偏波分離器５０１、光電変換器５０２、推定部５０３を備える。偏波分離器５０１は、入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する。光電変換器５０２は、偏波分離器５０１において生成された光信号を電気信号に変換する。従って、推定部５０３には偏波分離器５０１から出力された偏波の光信号の振幅に対応する電気信号が入力される。推定部５０３は、当該電気信号に基づいて、偏波多重された光信号の偏波変動速度を推定する。偏波分離器５０１は、偏波分離手段とも呼ばれる。偏波推定装置５００においては、偏波分離器５０１として偏光板又はＰＢＳが用いられてもよい。光電変換器５０２は、光電変換手段とも呼ばれる。推定部５０３は、推定手段とも呼ばれる。
　また、偏波変動推定装置５００の動作手順は、図２０のフローチャートとしても記載できる。すなわち、偏波分離器５０１は、偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する（図２０のステップＳ２１）。光電変換器５０２は、単一偏波の光信号を電気信号に変換する（ステップＳ２２）。推定部５０３は、電気信号に応じて、偏波多重光信号の偏波変動速度を推定する（ステップＳ２３）。
　このような構成を備える偏波変動推定装置５００は、モニタ信号に基づいて、高い精度で偏波変動速度を推定できる。その理由は、偏波分離器５０１によってＸ偏波及びＹ偏波に分離された光信号の強度は偏波多重光信号の偏波変動に基づいて変化するため、分離された光信号の強度変動から偏波変動速度を推定できるからである。また、光電変換器５０２の応答速度は、光伝送システムにおける偏波多重光信号の一般的な偏波変動速度よりも高いため、光信号の強度変動に基づく偏波変動速度の推定に影響を与えないからである。
　以上の各実施形態に記載された機能及び手順は、推定演算部２６０、２６１、４０４又は推定部５０４が備えるＣＰＵ又はＤＳＰがプログラムを実行することにより実現されてもよい。プログラムは、有形であり、かつ一時的でない（tangible and non-transitory）記録媒体に記録される。記録媒体としては半導体メモリ又は固定磁気ディスク装置が用いられるが、これらには限定されない。ＣＰＵは各実施形態の偏波変動推定部内の他の場所に備えられてもよい。
　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
　（付記１）
　入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、
　生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
　前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段と、
を備える偏波変動推定装置。
　（付記２）
　前記推定手段に入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段をさらに備える、付記１に記載された偏波変動推定装置。
　（付記３）
　前記偏波分離手段で生成された前記光信号とローカル光とのビート光信号を出力する光混合手段を備え、
　前記光電変換手段は、前記ビート光信号を前記電気信号に変換する、
付記１又は２に記載された偏波変動推定装置。
　（付記４）
　前記電気信号を増幅する増幅手段をさらに備え、
　前記推定手段は、前記増幅された電気信号の振幅に応じて前記推定を行う、
付記１乃至３のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
　（付記５）
　前記増幅手段の利得は、前記増幅された電気信号の振幅が一定となるように制御され、
　前記推定手段は、前記利得に応じて前記推定を実施する、
付記４に記載された偏波変動推定装置。
　（付記６）
　前記推定手段は、前記電気信号の振幅に基づく周波数スペクトルに応じて前記推定を行う、付記４又は５に記載された偏波変動推定装置。
　（付記７）
　前記推定手段は、前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の偏波変動速度に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記推定を実施する、付記１乃至６のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
　（付記８）
　前記推定手段は、前記推定の結果に応じて、前記偏波多重光信号が伝搬した光伝送路の正常性を判断する、付記１乃至７のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
　（付記９）
　前記推定手段は、前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の光伝送路の正常状態及び異常状態に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記光伝送路の異常を推定する、付記１乃至８のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
　（付記１０）
　入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、を備える中継手段と、
　前記アナログデジタル変換手段から出力された電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段を備える通信手段と、
が通信可能に接続された光伝送システム。
　（付記１１）
　前記通信手段は前記偏波多重光信号の送信元の光送信機である、付記１０に記載された光伝送システム。
　（付記１２）
　前記通信手段は前記偏波多重光信号の送信先の光受信機である、付記１０に記載された光伝送システム。
　（付記１３）
　前記通信手段は、前記光伝送システムの管理装置である、付記１０に記載された光伝送システム。
　（付記１４）
　偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号の振幅に基づいて生成された電気信号を受信し、前記電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段を備える、管理装置。
　（付記１５）
　複数の中継手段から通知されたそれぞれの前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の伝送路の異常を推定する、付記１４に記載された管理装置。
　（付記１６）
　入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、
　前記単一偏波の光信号を電気信号に変換し、
　前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
偏波変動推定方法。
　（付記１７）
　前記電気信号をデジタル信号に変換する手順を含む、付記１６に記載された偏波変動推定方法。
　（付記１８）
　前記単一偏波の光信号とローカル光とのビート光信号を前記電気信号に変換する、
付記１６又は１７に記載された偏波変動推定方法。
　（付記１９）
　前記電気信号を増幅し、
　前記増幅された電気信号の振幅に応じて前記推定を行う、
付記１６乃至１８のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
　（付記２０）
　前記電気信号の増幅時の利得を前記増幅された電気信号の振幅が一定となるように制御し、
　前記利得に応じて前記推定を実施する、
付記１９に記載された偏波変動推定方法。
　（付記２１）
　前記電気信号の振幅に基づく周波数スペクトルに応じて前記推定を行う、付記１９又は２０に記載された偏波変動推定方法。
　（付記２２）
　前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の偏波変動速度に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記推定を実施する、付記１６乃至２１のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
　（付記２３）
　前記推定の結果に応じて、前記偏波多重光信号が伝搬した光伝送路の正常性を判断する、付記１６乃至２２のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
　（付記２４）
　前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の光伝送路の正常状態及び異常状態に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記光伝送路の異常を推定する、付記１６乃至２３のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
　（付記２５）
　入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、
　前記単一偏波の光信号を電気信号に変換し、
　前記電気信号をデジタル信号に変換し、
　前記デジタル信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
光伝送方法。
　（付記２６）
　前記偏波多重光信号の送信元の光送信機によって前記推定を行う、付記２５に記載された光伝送方法。
　（付記２７）
　前記偏波多重光信号の送信先の光受信機によって前記推定を行う、付記２５に記載された光伝送方法。
　（付記２８）
　光伝送システムの管理装置によって前記推定を行う、付記２５に記載された光伝送方法。
　（付記２９）
　偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号の振幅に基づいて生成された電気信号を受信し、
　前記電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
管理装置の制御方法。
　（付記３０）
　複数の中継手段から通知されたそれぞれの前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の伝送路の異常を推定する、付記２９に記載された管理装置の制御方法。
　（付記３１）
　入力された偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号から変換された電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う手順を偏波変動推定装置のコンピュータに実行させるための偏波変動推定装置のプログラムを記録した、記録媒体。
　以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、各実施形態は、海底ケーブルシステムに限らず、陸上の光伝送システムにも適用されうる。
　また、それぞれの実施形態に記載された構成は、必ずしも互いに排他的なものではない。本発明の作用及び効果は、上述の実施形態の全部又は一部を組み合わせた構成によって実現されてもよい。
　この出願は、２０２０年４月７日に出願された日本出願特願２０２０－０６９１３２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。
　１－３　光伝送システム
　１０　光送信機
　２０、２１　光受信機
　３０　光伝送路
　４０、４０Ａ　中継局
　５０　管理装置
　２００－２０３　偏波変動推定部
　２１０　局部発振器
　２２０　光ミキサ
　２２１　ＰＢＳ
　２２２　９０度光ハイブリッド回路
　２３０　光電変換器
　２４０　増幅器
　２４１　増幅回路
　２４２　可変利得増幅回路
　２４３　利得制御回路
　２５０　モニタ信号取得部
　２６０、２６１　推定演算部
　２８０　復調部
　２８１　ＭＩＭＯ等化器
　２９０　選択部
　４００　中継装置
　４０１　カプラ
　４０２　中継回路
　４０３、４０３Ａ、４０３Ｂ、４０３Ｃ　モニタ回路
　４０４　推定演算部
　４１１　ＰＢＳ
　４１２　光電変換器
　４１３　増幅器
　４１４　光電変換器
　４１５　増幅器
　５００　偏波変動推定装置
　５０１　偏波分離器
　５０２　光電変換器
　５０３　推定部
　８００　偏波分離・信号変換部
　８１０　光フロントエンド

Claims (31)

  1. 　入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、
    　生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
    　前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段と、
    を備える偏波変動推定装置。
  2. 　前記推定手段に入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段をさらに備える、請求項１に記載された偏波変動推定装置。
  3. 　前記偏波分離手段で生成された前記光信号とローカル光とのビート光信号を出力する光混合手段を備え、
    　前記光電変換手段は、前記ビート光信号を前記電気信号に変換する、
    請求項１又は２に記載された偏波変動推定装置。
  4. 　前記電気信号を増幅する増幅手段をさらに備え、
    　前記推定手段は、前記増幅された電気信号の振幅に応じて前記推定を行う、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
  5. 　前記増幅手段の利得は、前記増幅された電気信号の振幅が一定となるように制御され、
    　前記推定手段は、前記利得に応じて前記推定を実施する、
    請求項４に記載された偏波変動推定装置。
  6. 　前記推定手段は、前記電気信号の振幅に基づく周波数スペクトルに応じて前記推定を行う、請求項４又は５に記載された偏波変動推定装置。
  7. 　前記推定手段は、前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の偏波変動速度に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記推定を実施する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
  8. 　前記推定手段は、前記推定の結果に応じて、前記偏波多重光信号が伝搬した光伝送路の正常性を判断する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
  9. 　前記推定手段は、前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の光伝送路の正常状態及び異常状態に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記光伝送路の異常を推定する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
  10. 　入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、を備える中継手段と、
    　前記アナログデジタル変換手段から出力された電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段を備える通信手段と、
    が通信可能に接続された光伝送システム。
  11. 　前記通信手段は前記偏波多重光信号の送信元の光送信機である、請求項１０に記載された光伝送システム。
  12. 　前記通信手段は前記偏波多重光信号の送信先の光受信機である、請求項１０に記載された光伝送システム。
  13. 　前記通信手段は、前記光伝送システムの管理装置である、請求項１０に記載された光伝送システム。
  14. 　偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号の振幅に基づいて生成された電気信号を受信し、前記電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段を備える、管理装置。
  15. 　複数の中継手段から通知されたそれぞれの前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の伝送路の異常を推定する、請求項１４に記載された管理装置。
  16. 　入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、
    　前記単一偏波の光信号を電気信号に変換し、
    　前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
    偏波変動推定方法。
  17. 　前記電気信号をデジタル信号に変換する手順を含む、請求項１６に記載された偏波変動推定方法。
  18. 　前記単一偏波の光信号とローカル光とのビート光信号を前記電気信号に変換する、
    請求項１６又は１７に記載された偏波変動推定方法。
  19. 　前記電気信号を増幅し、
    　前記増幅された電気信号の振幅に応じて前記推定を行う、
    請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
  20. 　前記電気信号の増幅時の利得を前記増幅された電気信号の振幅が一定となるように制御し、
    　前記利得に応じて前記推定を実施する、
    請求項１９に記載された偏波変動推定方法。
  21. 　前記電気信号の振幅に基づく周波数スペクトルに応じて前記推定を行う、請求項１９又は２０に記載された偏波変動推定方法。
  22. 　前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の偏波変動速度に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記推定を実施する、請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
  23. 　前記推定の結果に応じて、前記偏波多重光信号が伝搬した光伝送路の正常性を判断する、請求項１６乃至２２のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
  24. 　前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の光伝送路の正常状態及び異常状態に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記光伝送路の異常を推定する、請求項１６乃至２３のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
  25. 　入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、
    　前記単一偏波の光信号を電気信号に変換し、
    　前記電気信号をデジタル信号に変換し、
    　前記デジタル信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
    光伝送方法。
  26. 　前記偏波多重光信号の送信元の光送信機によって前記推定を行う、請求項２５に記載された光伝送方法。
  27. 　前記偏波多重光信号の送信先の光受信機によって前記推定を行う、請求項２５に記載された光伝送方法。
  28. 　光伝送システムの管理装置によって前記推定を行う、請求項２５に記載された光伝送方法。
  29. 　偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号の振幅に基づいて生成された電気信号を受信し、
    　前記電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
    管理装置の制御方法。
  30. 　複数の中継手段から通知されたそれぞれの前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の伝送路の異常を推定する、請求項２９に記載された管理装置の制御方法。
  31. 　入力された偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号から変換された電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う手順を偏波変動推定装置のコンピュータに実行させるための偏波変動推定装置のプログラムを記録した、記録媒体。
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