JP2020170902A - 光送受信機、偏波変動モニタ方法、および通信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】発生頻度の低い偏波変動または高速な偏波変動を効率よくモニタする。【解決手段】光送受信機は、受信器、計算部、解析部と備える。受信器は、第１の偏波信号および第２の偏波信号を含む偏波多重光信号を受信し、偏波多重光信号の電界を表す受信電界情報を出力する。計算部は、受信電界情報に基づいて、第１の偏波信号と第２の偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を表す変動モニタ値を計算する。解析部は、変動モニタ値が所定の閾値を超えたときに、受信電界情報に基づいて偏波多重光信号を伝搬する光伝送路の状態を解析する。【選択図】図２

Description

本発明は、光送受信機、並びに偏波変動をモニタする方法およびプログラムに係わる。

近年、大容量かつ長距離伝送を実現するための技術として、コヒーレント受信およびデジタル信号処理を活用した光送受信技術が実用化されている。コヒーレント受信は、局発光を用いて受信光信号を表す電界情報を生成する。デジタル信号処理は、コヒーレント受信により生成される電界情報に基づいて復調処理を行い、各シンボルを識別する。また、デジタル信号処理は、光ファイバ伝送路で発生する波形歪を補償することができる。

大容量伝送を実現するための他の技術として、偏波多重が実用化されている。偏波多重においては、互いに直交する１組の偏波を利用して光信号が伝送される。ただし、光ファイバ伝送路において様々な要因により光信号の偏波状態の変動が発生し得る。そして、偏波状態の変動が発生すると、偏波多重光信号の品質が劣化する。このため、偏波多重光信号を伝送する光送受信機は、偏波状態の変動をモニタする機能およびその変動を補償する機能を備えることが好ましい。なお、以下の記載では、光信号の偏波状態の変動または光伝送路の偏波状態の変動を「偏波変動」と呼ぶことがある。

なお、光伝送路の偏波状態に依存する特性を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。偏波変動による影響を補償する偏波変動補償装置が提案されている（例えば、特許文献２）。リアルタイムコヒーレント受信器において光ファイバ伝送による影響を検出する方法が提案されている（例えば、非特許文献１）。

特開２０１４−０２７４６７号公報 特開２０１１−２２３１８５号公報

F. Boitier et al, "Proactive Fiber Damage Detection in Real-time Coherent Receiver," ECOC2017 Th.2.F.1

光ファイバ伝送路内では、様々な性質の光信号の偏波状態の変動が発生し得る。ここで、温度変化または経年変化などに起因して偏波の状態がゆっくりと変化する場合は、光送受信機は、容易にその偏波変動をモニタして補償できる。ところが、高速な偏波変動（すなわち、光ファイバ伝送路の偏波の状態が瞬時的に変化する現象）は、発生頻度が低く、それを補足することは難しい。また、高速な偏波変動をモニタするためには、高速な処理回路が必要であり、回路規模および／または消費電力の増大が懸念される。なお、高速な偏波変動は、例えば、落雷、強風、地面の振動等により発生することがある。

本発明の１つの側面に係わる目的は、発生頻度の低い偏波変動または高速な偏波変動を効率よくモニタする構成および方法を提供することである。

本発明の１つの態様の光送受信機は、第１の偏波信号および第２の偏波信号を含む偏波多重光信号を受信し、前記偏波多重光信号の電界を表す受信電界情報を出力する受信器と、前記受信電界情報に基づいて、前記第１の偏波信号と前記第２の偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を表す変動モニタ値を計算する計算部と、前記変動モニタ値が所定の閾値を超えたときに、前記受信電界情報に基づいて前記偏波多重光信号を伝搬する光伝送路の状態を解析する解析部と、を備える。

上述の態様によれば、発生頻度の低い偏波変動または高速な偏波変動を効率よくモニタできる。

光伝送システムの一例を示す図である。 光送受信機に実装される受信部の一例を示す図である。 適応等化部の構成例を示す図である。 受信シンボルを識別する方法の一例を示す図である。 変動モニタ値を計算する方法のバリエーションを示す図である。 高速偏波変動を解析する方法の一例を示す図である。 偏波変動解析部の機能の一例を示す図である。 変動モニタの回路構成の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係わる光送受信機の一例を示す図である。 適応等化部の処理の一例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係わる光送受信機が使用される光伝送システムの一例を示す。この光伝送システムにおいては、光送受信機１（１ａ）と光送受信機１（１ｂ）との間で双方向に光信号が伝送される。

各光送受信機１は、送信部２および受信部３を備える。送信部２は、入力データから偏波多重光信号を生成する。偏波多重光信号は、互いに直交する１組の偏波（Ｘ偏波およびＹ偏波）を使用して２つの光信号を伝送する。以下の記載では、偏波多重光信号に多重化される２つの光信号を「Ｘ偏波信号」および「Ｙ偏波信号」と呼ぶことがある。そして、この偏波多重光信号は、光ファイバ伝送路４を介して伝搬される。すなわち、光送受信機１ａにより生成される偏波多重光信号は、光ファイバ伝送路４を介して光送受信機１ｂに伝搬される。同様に、光送受信機１ｂにより生成される偏波多重光信号は、光ファイバ伝送路４を介して光送受信機１ａに伝搬される。受信部３は、対向ノードから送信される偏波多重光信号を受信してデータを再生する。

上記構成の光伝送システムにおいて、各光送受信機１は、光ファイバ伝送路４の状態をモニタして解析する機能を備える。具体的には、光送受信機１は、光ファイバ伝送路４の偏波変動をモニタして解析する機能を備える。

図２は、光送受信機１に実装される受信部３の一例を示す。受信部３は、この実施例では、コヒーレント受信器１１、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１２、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）１３を備える。なお、受信部３は、図２に示していない他の回路または機能を備えていてもよい。

コヒーレント受信器１１には、受信光および局発光が入力される。受信光は、対向ノードから送信され、光ファイバ伝送路４を介して伝搬され、受信部３に入力される。この実施例では、受信光は、対向ノードにおいて生成される偏波多重光信号を含む。局発光は、不図示の局発光源により生成される。局発光の光周波数は、受信光の光周波数（即ち、偏波多重光信号の搬送波周波数）とほぼ同じである。

コヒーレント受信器１１は、９０度光ハイブリッド回路および受光回路を含む。９０度光ハイブリッド回路は、受信光を互いに直交する偏波光に分離する。以下の記載では、９０度光ハイブリッド回路により得られる互いに直交する偏波を「Ｈ偏波」及び「Ｖ偏波」と呼ぶことがある。また、９０度光ハイブリッド回路は、局発光を利用して、各偏波光をＩ（同相）成分とＱ（直交）成分とに分離する。そして、受光回路は、各光成分を電気信号に変換する。よって、コヒーレント受信器１１は、受信光のＨＩ成分、ＨＱ成分、ＶＩ成分、ＶＱ成分を表す電気信号を生成する。すなわち、コヒーレント受信器１１により、受信光を表す電界情報が生成される。

ＡＤＣ１２は、コヒーレント受信器１１により生成される各電界情報信号をそれぞれデジタル信号に変換する。なお、ＡＤＣ１２は、各電界情報信号をそれぞれ並列化して出力してもよい。

ＤＳＰ１３は、ＡＤＣ１２から出力されるデジタル信号（すなわち、受信光を表す電界情報）からデータを再生する。また、ＤＳＰ１３は、受信光を表す電界情報に基づいて、光ファイバ伝送路４の状態をモニタする機能を備える。なお、ＤＳＰ１３は、例えば、ロジック回路およびラッチ回路などを含むデジタル回路で実現される。ただし、ＤＳＰ１３は、プロセッサおよびメモリを含むプロセッサシステムで実現してもよい。この場合、プロセッサは、メモリに格納された通信プログラムを実行することにより、データを再生する機能および／または光ファイバ伝送路４の状態をモニタする機能を提供してもよい。或いは、ＤＳＰ１３は、デジタル回路およびプロセッサシステムにより実現してもよい。

ＤＳＰ１３は、図２に示すように、分散補償部２１、適応等化部２２、周波数・位相同期部２３ｘ、２３ｙ、データ再生部２４、識別部３１ｘ、３１ｙ、クロストーク計算部３２、平均化部３３を備える。なお、ＤＳＰ１３は、図２に示していない他の機能を備えていてもよい。

分散補償部２１は、光ファイバ伝送路４の分散（たとえば、波長分散）を補償する。なお、分散補償部２１は、例えば、ＦＩＲフィルタ等のデジタルフィルタで実現される。この場合、このデジタルフィルタのタップ係数は、光ファイバ伝送路４の長さおよび材質などに基づいて設計される固定値であってもよい。

適応等化部２２は、分散補償部２１の出力信号を等化する。すなわち、適応等化部２２は、分散が補償された電界情報（ＨＩ、ＨＱ、ＶＩ、ＶＱ）を等化する。このとき、適応等化部２２は、偏波多重光信号のＸ偏波成分とＹ偏波成分とを分離する。すなわち、適応等化部２２は、偏波多重光信号からＸ偏波信号およびＹ偏波信号を抽出する。

適応等化部２２は、例えば、図３（ａ）に示すように、複数のＦＩＲフィルタを含むバタフライ型デジタルフィルタ回路により実現される。この例では、適応等化部２２は、４個のＦＩＲフィルタ２２ａ〜２２ｄを備える。Ｈ偏波成分を表す信号Ｅ_h(n)は、ＦＩＲフィルタ２２ａ、２２ｃに入力される。また、Ｖ偏波成分を表す信号Ｅ_v(n)は、ＦＩＲフィルタ２２ｂ、２２ｄに入力される。そして、ＦＩＲフィルタ２２ａの出力信号にＦＩＲフィルタ２２ｂの出力信号を加算することでＸ偏波信号Ｅ_x(n)が得られる。同様に、ＦＩＲフィルタ２２ｄの出力信号にＦＩＲフィルタ２２ｃの出力信号を加算することでＹ偏波信号Ｅ_y(n)が得られる。

図３（ｂ）は、バタフライ型デジタルフィルタ回路を構成する各ＦＩＲフィルタの一例を示す。この実施例では、ＦＩＲフィルタは、入力信号を保持するタップ回路Ｔ、入力信号または対応するタップ回路Ｔに保持されている信号にタップ係数ｗを乗算する乗算器、および各乗算器の出力信号の総和を計算する総和回路（Σ）５１を備える。また、タップ係数ｗ₀〜ｗ_N-1は、係数更新部５２により更新される。係数更新部５２は、適応等化部２２の出力信号を利用するフィードバック制御でタップ係数ｗ₀〜ｗ_N-1を更新する。一例としては、図３（ａ）に示す出力信号Ｅ_x(n)に基づいてＦＩＲフィルタ２２ａ、２２ｂのタップ係数が更新され、出力信号Ｅ_y(n)に基づいてＦＩＲフィルタ２２ｃ、２２ｄのタップ係数が更新される。

各ＦＩＲフィルタのタップ係数は適応的に調整される。例えば、光ファイバ伝送路４の状態が変化し、適応等化部２２の出力信号の波形が変化すると、その波形変化に応じて各ＦＩＲフィルタのタップ係数が適応的に調整される。一例としては、適応等化部２２の出力信号の振幅が所定の目標値に近づくように、各ＦＩＲフィルタのタップ係数が適応的に調整される。

このように、適応等化部２２を構成する各ＦＩＲフィルタのタップ係数は、光ファイバ伝送路４の状態に応じて適応的に調整される。よって、各ＦＩＲフィルタのタップ係数に基づいて、光ファイバ伝送路４の状態をモニタすることが可能である。なお、ＦＩＲフィルタのタップ係数に基づいて光ファイバ伝送路の偏波状態を計算する方法は、例えば、上述した文献Boitier et alに記載されている。

周波数・位相同期部２３ｘは、適応等化部２２から出力されるＸ偏波信号の周波数オフセットを補償する。周波数オフセットは、偏波多重光信号の搬送波周波数と局発光の周波数との差分を表す。また、周波数・位相同期部２３ｘは、光ファイバ伝送路４で生じる位相回転を補償する。すなわち、周波数・位相同期部２３ｘは、シンボル毎に、Ｘ偏波信号の受信電界情報Ｒｘを計算する。受信電界情報Ｒｘは、対向ノードの送信部２によりＸ偏波を使用して送信されたシンボルの位相および振幅を表す。

周波数・位相同期部２３ｙは、適応等化部２２から出力されるＹ偏波信号の周波数オフセットを補償する。また、周波数・位相同期部２３ｙは、光ファイバ伝送路４で生じる位相回転を補償する。すなわち、周波数・位相同期部２３ｙは、シンボル毎に、Ｙ偏波信号の受信電界情報Ｒｙを計算する。受信電界情報Ｒｙは、対向ノードの送信部２によりＹ偏波を使用して送信されたシンボルの位相および振幅を表す。

データ再生部２４は、受信電界情報Ｒｘに基づいてＸ偏波信号の各シンボルを識別することにより、Ｘ偏波を使用して対向ノードから送信されたデータを再生する。また、データ再生部２４は、受信電界情報Ｒｙに基づいてＹ偏波信号の各シンボルを識別することにより、Ｙ偏波を使用して対向ノードから送信されたデータを再生する。なお、データ再生部２４は、再生したデータの誤りを訂正する機能を備えていてもよい。

分散補償部２１、適応等化部２２、周波数・位相同期部２３ｘ、２３ｙ、データ再生部２４は、ＤＳＰ１３のクロックに同期して動作する。よって、このクロックが偏波多重光信号のシンボルレートと比較して低速であるときは、ＤＳＰ１３は、並列処理でデータを再生してもよい。この場合、ＡＤＣ１２は、並列化された電界情報信号を出力し、分散補償部２１、適応等化部２２、周波数・位相同期部２３ｘ、２３ｙ、データ再生部２４は、並列処理でデータを再生する。

識別部３１ｘは、受信電界情報Ｒｘに基づいて対応するシンボルを識別する。例えば、変調方式が１６ＱＡＭであるときは、データは、図４に示すコンスタレーションに基づいて送信される。このとき、データは、４ビット毎に対応するシンボルＳ１〜Ｓ１６に割り当てられて送信される。そして、識別部３１ｘは、Ｉ−Ｑ平面上で受信電界情報Ｒｘの最も近くに位置するシンボルを特定することにより、受信電界情報Ｒｘに対応するシンボルを識別する。図４に示す例では、識別部３１ｘは、シンボルＳ４を用いてデータが送信されたと判定する。なお、各シンボルＳ１〜Ｓ１６の位相および振幅は既知であるものとする。

同様に、識別部３１ｙは、受信電界情報Ｒｙに基づいて対応するシンボルを識別する。図４に示す例では、識別部３１ｙは、シンボルＳ１５を用いてデータが送信されたと判定する。

クロストーク計算部３２は、例えばシンボル毎に、Ｘ偏波信号とＹ偏波信号との間のクロストークを計算する。すなわち、クロストーク計算部３２は、Ｘ偏波信号とＹ偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を計算する。そして、クロストーク計算部３２、（１）式を使用して変動モニタ値ＸＴを計算する。なお、変動モニタ値ＸＴは、Ｘ偏波信号とＹ偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を表す。

Ｓｘは、受信電界情報Ｒｘに基づいて識別されたシンボルの電界情報を表す。Ｓｙは、受信電界情報Ｒｙに基づいて識別されたシンボルの電界情報を表す。

（１）式の右辺の分子の第１項は、Ｙ偏波信号からＸ偏波信号へ漏れ込む信号成分の量を表す。図４に示す例では、「Rx−Sx」は、Ｉ−Ｑ平面上でのＲｘとＳ４との間の距離に相当し、Ｓｙは、例えば、シンボルＳｙの振幅（即ち、Ｉ−Ｑ平面の原点とＳ１５との間の距離）に相当する。また、（１）式の右辺の分子の第２項は、Ｘ偏波信号からＹ偏波信号へ漏れ込む信号成分の量を表す。図４に示す例では、「Ry−Sy」は、Ｉ−Ｑ平面上でのＲｙとＳ１５との間の距離に相当し、Ｓｘは、例えば、シンボルＳｘの振幅（即ち、Ｉ−Ｑ平面の原点とＳ４との間の距離）に相当する。

平均化部３３は、クロストーク計算部３２により計算される変動モニタ値ＸＴの平均を計算する。平均化は、時間領域で行われる。一例としては、平均化部３３は、数シンボル〜数１０シンボルに対して平均化を行う。なお、平均化部３３は、変動モニタ値ＸＴの誤差を抑制するために設けられるものであり、必須の構成要素ではない。よって、変動モニタ値ＸＴは、クロストーク計算部３２により計算される値を表してもよいし、平均化部３３により平均化された値を表してもよい。

変動モニタ値ＸＴは、上述したように、Ｘ偏波信号とＹ偏波信号との間のクロストークの大きさ（即ち、Ｘ偏波信号とＹ偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量）を表す。ここで、分散補償部２１が分散を精度よく補償でき、周波数・位相同期部２３ｘ、２３ｙが周波数オフセットおよび位相回転を精度よく補償できるものとする。この場合、光ファイバ伝送路４の状態が安定しているときは、（１）式において「Rx−Sx」及び「Rx−Sx」がそれぞれ小さくなり、変動モニタ値ＸＴも小さくなると考えられる。

光ファイバ伝送路４の状態（ここでは、偏波の状態）が変化すると、適応等化部２２はその変化を補償する。このとき、適応等化部２２が備えるデジタルフィルタのタップ係数が調整される。ただし、高速の偏波変動が発生すると、適応等化部２２のタップ係数が適切に調整されるまでの期間、（１）式の「Rx−Sx」及び／又は「Rx−Sx」が瞬時的に大きくなり、変動モニタ値ＸＴも大きくなる。

このように、光ファイバ伝送路４において高速の偏波変動が発生すると、変動モニタ値ＸＴが大きくなる。よって、変動モニタ値ＸＴを計算することにより、高速の偏波変動の検知することが可能である。ただし、偏波変動以外の要因に起因して変動モニタ値ＸＴが大きくなることもある。したがって、変動モニタ値ＸＴが所定の閾値より大きくなったときは、ＤＳＰ１３は、光ファイバ伝送路４において高速の偏波変動が発生した可能性があると判定する。

そして、高速の偏波変動が発生した可能性があると判定されたときは、解析部４０が起動される。解析部４０は、後述するように、受信電界情報に基づいて光ファイバ伝送路４の状態を解析する。

次に、変動モニタ値を計算する方法のバリエーションを示す。図５（ａ）〜図５（ｂ）に示す例では、パイロットシンボルのみを使用して偏波間のクロストークが計算される。パイロットシンボルは、所定の時間間隔で送信信号に挿入される。ここで、図５（ａ）において、Ｐはパイロットシンボルを表し、Ｄはデータシンボルを表す。また、データシンボルと比較して、各パイロットシンボルの多値数は小さいものとする。例えば、データシンボルの変調方式が１６ＱＡＭであるときに、パイロットシンボルの変調方式はＱＰＳＫである。多値数は、各シンボルに割り当てられるビットの数を表す。なお、多くのケースにおいて、パイロット信号の変調方式は予め決められている。

このように、多値数の小さいシンボルを利用して変動モニタ値を得る場合、計算量が削減される。例えば、識別部３１ｘ、３１ｙの計算量が削減される。また、予め決められた変調方式のシンボルを利用して変動モニタ値を得る場合、計算回路の構成が簡単になる。例えば、データシンボルを用いて変動モニタ値を計算する構成において、複数の変調方式の中から動的に選択される変調方式でデータが伝送される場合は、識別部３１ｘ、３１ｙの構成が複雑になる。

図５（ｃ）に示す例では、識別部３１ｘ、３１ｙは、受信電界情報Ｒｘ、Ｒｙにより表される受信シンボルがそれぞれどの象限に属するのかを判定する。そして、クロストーク計算部３２は、受信電界情報Ｒｘ、Ｒｙおよび識別部３１ｘ、３１ｙの判定結果に基づいて変動モニタ値を計算する。

図６は、高速偏波変動を解析する方法の一例を示す。この例では、光送受信機１は、高速偏波変動を解析するために、変動モニタ３０、データキャプチャメモリ４１、比較部４２、偏波変動解析部４３を備える。なお、変動モニタ３０は、図２に示す識別部３１ｘ、３１ｙ、クロストーク計算部３２、平均化部３３に相当する。また、データキャプチャメモリ４１、比較部４２、偏波変動解析部４３は、図２に示す解析部４０に相当する。

変動モニタ３０は、光送受信機１が受信する偏波多重光信号を表す電界情報に基づいて上述した変動モニタ値を計算する。なお、図６では省略されているが、好ましくは、ＡＤＣ１２と変動モニタ３０との間に図２に示す分散補償部２１、適応等化部２２、周波数・位相同期部２３ｘ、２３ｙが設けられる。

データキャプチャメモリ４１は、光送受信機１が受信する偏波多重光信号を表す電界情報（ＨＩ成分、ＨＱ成分、ＶＩ成分、ＶＱ成分）を時系列に保存する。ただし、データキャプチャメモリ４１において、最も古い電界情報から順番に、新たに生成される電界情報により上書きされる。すなわち、データキャプチャメモリ４１は、最新の受信電界情報を所定量だけ保存する。なお、データキャプチャメモリ４１は、偏波変動解析部４３が高速偏波変動を解析するために必要な量の受信電界情報を保存するものとする。

比較部４２は、常時、変動モニタ３０により生成される最新の変動モニタ値と所定の閾値とを比較する。そして、変動モニタ値が閾値より大きい状態が検出されると、比較部４２は、キャプチャ指示を生成してデータキャプチャメモリ４１に与える。キャプチャ指示が生成されると、その時点でデータキャプチャメモリ４１に保存されていた電界情報がキャプチャされる。そして、データキャプチャメモリ４１によりキャプチャされた電界情報は、偏波変動解析部４３に転送される。

なお、比較部４２において使用される閾値を大きくすると、キャプチャ指示が生成されにくくなる。すなわち、閾値が大き過ぎると、光ファイバ伝送路４で高速偏波変動が発生しても、データキャプチャメモリ４１により電界情報がキャプチャされないことがある。反対に、閾値を小さくすると、キャプチャ指示が生成されやすくなる。すなわち、閾値が小さすぎると、光ファイバ伝送路４で高速偏波変動が発生していないにもかかわらず、データキャプチャメモリ４１により電界情報がキャプチャされることがある。よって、閾値は、例えば、「どの程度の偏波変動が発生したときに、その偏波変動を解析するのか」に応じて設計することが好ましい。

偏波変動解析部４３は、データキャプチャメモリ４１によりキャプチャされた電界情報に基づいて、光ファイバ伝送路４の偏波変動を解析する。偏波変動解析部４３は、特に限定されるものではないが、公知の技術を利用して実現してもよい。例えば、偏波変動解析部４３は、受信電界情報を等化するためのデジタルフィルタを備え、そのデジタルフィルタのタップ係数を利用して偏波状態を表すパラメータを計算する。この場合、偏波変動解析部４３は、図２に示す適応等化部と同等の機能を備え、その適応等化部のＦＩＲフィルタのタップ係数ベクトルに対してJones to Stokes変換を実行することで、偏波状態を表すパラメータｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３を計算し、偏波状態を表すパラメータの変化によって偏波の変動を算出してもよい。なお、ＦＩＲフィルタのタップ係数ベクトルに基づいてパラメータｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３を計算する方法は、例えば、上述した文献Boitier et alに記載されている。

ただし、偏波変動解析部４３による処理結果はデータ再生において使用されないので、偏波変動解析部４３は、必ずしもリアルタイム処理を行う必要はない。よって、偏波変動解析部４３は、データキャプチャメモリ４１によりキャプチャされた電界情報を利用してゆっくりと偏波状態を解析してもよい。この場合、偏波変動解析部４３は、演算速度の遅いプロセッサで実現され得る。

図７は、偏波変動解析部４３の機能の一例を示す。偏波変動解析部４３は、分散補償部４３ａ、適応等化部４３ｂ、偏波状態計算部４３ｃを含む。ここで、分散補償部４３ａおよび適応等化部４３ｂの機能は、それぞれ分散補償部２１および適応等化部２２と実質的に同じである。すなわち、分散補償部４３ａは、光ファイバ伝送路４の分散（例えば、波長分散）を補償する。また、適応等化部４３ｂは、分散補償部４３ａの出力信号を等化すると共に、偏波多重光信号からＸ偏波信号およびＹ偏波信号を抽出する。

適応等化部４３ｂは、例えば、図３（ａ）に示すバタフライ型デジタルフィルタ回路を備える。また、各ＦＩＲフィルタのタップ係数は、フィードバック制御で更新される。そして、偏波状態計算部４３ｃは、適応等化部４３ｂのタップ係数を利用して光ファイバ伝送路４の偏波状態を計算する。

このように、適応等化部４３ｂの機能は、適応等化部２２と実質的に同じである。よって、適応等化部２２のタップ係数を利用して光ファイバ伝送路４の偏波状態を計算することも可能である。ただし、高速偏波変動をモニタするためには、入力信号の変化に対する適応等化部２２の追従性を高くする必要がある。ところが、適応等化部２２の追従性を高くすると、主信号（すなわち、データ再生部２４に導かれる信号）の特性が劣化してしまう。このため、光ファイバ伝送路４の偏波が安定しているときは、適応等化部２２の追従性が高い状態は好ましくない。

そこで、光送受信機１は、高速偏波変動をモニタするために偏波変動解析部４３を備える。そして、適応等化部４３ｂは、入力信号の変化に対して十分に高い追従性で等化処理を行う。この構成により、主信号の特性を劣化させることなく、高速偏波変動を精度よくモニタできる。

なお、偏波変動解析部４３は、上述したように、データキャプチャメモリ４１によりキャプチャされた電界情報を利用して偏波状態を計算する。したがって、データキャプチャメモリ４１から適応等化部４３ｂに低速で電界情報を与える構成とすれば、入力信号の変化に対する適応等化部４３ｂの追従性を容易に高くすることができる。すなわち、偏波変動解析部４３の処理速度が高くなくても、精度よく高速偏波変動がモニタされる。

また、本発明の実施形態に係る偏波変動モニタ方法においては、変動モニタ値が閾値を超えたときに受信電界情報がキャプチャされる。そして、偏波変動解析部４３は、キャプチャされた受信電界情報に基づいて光ファイバ伝送路４の偏波変動を計算する。即ち、偏波変動解析部４３は、変動モニタ値が閾値を超えたときに光ファイバ伝送路４の偏波変動を計算する。

ここで、変動モニタ値は、図２を参照しながら説明したように、光ファイバ伝送路４の状態が瞬時的に変化したときに大きくなると考えられる。よって、変動モニタ値が閾値を超えるタイミングを監視することにより、光ファイバ伝送路４の状態が瞬時的に変化する現象を検知できる。すなわち、本発明の実施形態に係る偏波変動モニタ方法は、発生頻度の低い高速の偏波変動の発生を確実に検知できる。また、解析部４０は、偏波変動を常時解析するのではなく、変動モニタ値が閾値を超えたときにのみ偏波変動を解析するので、効率的な偏波解析が実現される。

なお、図２に示す分散補償部２１、適応等化部２２、周波数・位相同期部２３ｘ、２３ｙの処理能力は、ＤＳＰ１３のクロック周波数に依存する。ただし、ＤＳＰ１３のクロック周波数の高速化には限界がある。このため、この実施例では、ＡＤＣ１２からＤＳＰ１３に転送される電界情報信号は並列化されている。例えば、ＡＤＣ１２は、１２８ビットパラレルデータを出力する。

ＡＤＣ１２が並列化された電界情報信号を出力するときは、データキャプチャメモリ４１は、並列化された状態で電界情報信号を保存する。ただし、偏波変動を精度よく解析するためには、コヒーレント受信器１１から出力される受信電界情報を順番に使用する必要がある。よって、この場合、図６に示すように、データキャプチャメモリ４１と偏波変動解析部４３との間にパラレル／シリアル変換部４４が設けられる。パラレル／シリアル変換部４４は、データキャプチャメモリ４１から読み出されるパラレル形式の電界情報信号をシリアル形式の電界情報信号に変換する。そして、偏波変動解析部４３は、シリアル形式に変換された電界情報信号に対して適応等化演算を実行し、その演算により更新されるタップ係数等を利用して光ファイバ伝送路４の偏波状態を解析する。

ここで、偏波変動解析部４３による処理結果は、データ再生のためには使用されないので、偏波変動解析部４３は、必ずしもリアルタイム処理を行う必要はない。よって、偏波変動解析部４３は、その処理速度が偏波多重光信号のシンボルレートと比較して低速な場合であっても、コヒーレント受信器１１から出力される受信電界情報を順番に処理することができる。したがって、偏波変動解析部４３は、高速偏波変動を精度よく解析できる。

＜バリエーション＞
高速偏波変動の解析を実現するための構成として様々なバリエーションが考えられる。例えば、偏波変動解析部４３は、光送受信機１の外部に設けられてもよい。この場合、変動モニタ値が閾値を超えたときに、光送受信機１は、データキャプチャメモリ４１によりキャプチャされた電界情報を出力する。また、偏波変動解析部４３は、光送受信機１から出力される電界情報を利用して光ファイバ伝送路４の偏波の状態を解析する。偏波の状態を解析は、例えば、ソフトウェアプログラムにより実現される。

また、比較部４２および偏波変動解析部４３の機能をソフトウェアプログラムで実現してもよい。この場合、このソフトウェアプログラムは、変動モニタ値と閾値とを比較する比較機能、変動モニタ値が閾値を超えたときにデータキャプチャメモリ４１に保存されている電界情報を取得する取得機能、取得した電界情報を利用して偏波の状態を解析する解析機能を含む。

さらに、変動モニタ３０、比較部４２、および偏波変動解析部４３の機能をソフトウェアプログラムで実現してもよい。この場合、このソフトウェアプログラムは、上述した比較機能、取得機能、解析機能に加えて、変動モニタ値を計算する機能を含む。

他方、変動モニタ３０は、図８に示すように、デジタル回路で実現してもよい。この例では、識別部３１ｘは、受信電界情報ＲｘのＩ成分およびＱ成分をそれぞれ変調方式に応じて決まる複数の閾値と比較することにより、受信電界情報Ｒｘに対応するシンボルを識別してシンボル情報Ｓｘを得るようにしてもよい。同様に、識別部３１ｘは、受信電界情報ＲｙのＩ成分およびＱ成分をそれぞれ変調方式に応じて決まる複数の閾値と比較することにより、受信電界情報Ｒｙに対応するシンボルを識別してシンボル情報Ｓｙを得るようにしてもよい。

引算回路３２ａは、受信電界情報Ｒｘとシンボル情報Ｓｘとの差分を計算する。引算回路３２ｂは、受信電界情報Ｒｙとシンボル情報Ｓｙとの差分を計算する。割算回路３２ｃは、引算回路３２ａにより得られた差分をシンボル情報Ｓｙで除算する。割算回路３２ｄは、引算回路３２ｂにより得られた差分をシンボル情報Ｓｘで除算する。なお、割算回路３２ｃ、３２ｄは、それぞれ、シンボル情報Ｓｙ、Ｓｘの絶対値で除算を行ってもよい。絶対値回路３２ｅは、割算回路３２ｃの出力信号の絶対値を計算する。絶対値回路３２ｆは、割算回路３２ｄの出力信号の絶対値を計算する。加算回路３２ｇは、絶対値回路３２ｅの出力信号と絶対値回路３２ｆの出力信号とを足し合わせる。尚、加算回路３２ｇは、この加算結果を２で除算してもよい。そして、平均化部３３は、加算回路３２の出力信号の平均を計算する。

＜他の実施形態＞
図９は、本発明の他の実施形態に係わる光送受信機の一例を示す。なお、図９では、光信号を送信するための構成は省略されている。

他の実施形態においては、光送受信機１は、図９に示すように、コヒーレント受信器１１、ＡＤＣ１２、分散補償部２１、適応等化部２２、周波数・位相同期部２３、データ再生部２４、変動モニタ３０を備える。周波数・位相同期部２３は、図２に示す周波数・位相同期部２３ｘ、２３ｙに相当する。変動モニタ３０は、例えば、図２に示す識別部３１ｘ、３１ｙ、クロストーク計算部３２、平均化部３３により実現される。

適応等化部２２は、図１０に示すように、適応等化フィルタにより実現される。適応等化フィルタは、図３に示すように、４個のＦＩＲフィルタ（ｈｈ、ｈｖ、ｖｈ、ｖｖ）を含むバタフライ型フィルタ回路により実現される。各ＦＩＲフィルタのタップ係数は、適応等化部２２の出力信号を利用するフィードバック系により適応的に調整される。

適応等化フィルタには、光送受信機１の受信光（即ち、偏波多重光信号）の電界情報を表す信号ｒ_X,n、ｒ_Y,nが入力される。そして、適応等化フィルタは、ｒ_X,n、ｒ_Y,nに対してフィルタ演算を実行して信号ｓ_X,n、ｓ_Y,nを出力する。ここで、各ＦＩＲフィルタのタップ係数は、例えば（２）式により更新される。即ち、ＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）を利用する最急勾配降下法で各ＦＩＲフィルタのタップ係数が更新される。各ＦＩＲフィルタのタップ係数の更新は、特に限定されるものではなく、その他の公知の適応等化処理技術を利用して実現してもよい。

ｗ_nは、時刻ｎにおける適応等化フィルタの係数ベクトル（ｗ_hh、ｗ_hv、ｗ_vh、ｗ_vv）を表す。ｗ_hh、ｗ_hv、ｗ_vh、ｗ_vvは、図３に示す例では、それぞれＦＩＲフィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに与えられるタップ係数を表す。ｒ_nは、時刻ｎにおける適応等化フィルタの入力信号（ｒ_X,n、ｒ_Y,n）を表す。ｓ_nは、時刻ｎにおける適応等化フィルタの出力信号（ｓ_X,n、ｓ_Y,n）を表す。＊印は、複素共役を表す。μは、ステップサイズを表す。γは、目標信号振幅を表す。

この方法においては、図３（ｂ）に示す係数更新部５２は、出力信号の振幅がγに近づくように各ＦＩＲフィルタのタップ係数を更新する。ここで、適応等化部２２の入力信号の変化に対する追従性は、ステップサイズμに依存する。すなわち、ステップサイズμを大きくすると、入力振幅の変動に対する追従性が高くなる。ただし、ステップサイズμが大き過ぎると、雑音耐性が劣化してしまう。一方、ステップサイズμを小さくすると、雑音耐性が改善する。ところが、ステップサイズμが小さ過ぎると、入力振幅の変動に対する追従性が悪くなる。

そこで、他の実施形態においては、光ファイバ伝送路４の偏波の状態に応じて上述のステップサイズμが決定される。ここで、光ファイバ伝送路４の偏波が変動すると、変動モニタ３０において計算される変動モニタ値も変化する。よって、ステップサイズμは、変動モニタ値に応じて調整される。

例えば、光ファイバ伝送路４において大きな偏波変動が発生したときは、Ｘ偏波信号およびＹ偏波信号の振幅のバランスが崩れ、変動モニタ値が大きくなる。この場合、適応等化部２２は、強いフィードバック制御で振幅変動を早急に目標振幅に近づけることが好ましい。すなわち、大きな偏波変動が発生したときは、ステップサイズμを大きくして適応等化フィルタのタップ係数の更新速度を高くすることが好ましい。

一方、光ファイバ伝送路４の偏波が安定しているときは、変動モニタ値は小さくなる。この場合、適応等化部２２は、雑音耐性を高くするために、弱いフィードバック制御で振幅変動をゆっくりと目標振幅に近づけることが好ましい。すなわち、偏波が安定しているときは、ステップサイズμを小さくして適応等化フィルタのタップ係数の更新速度を低くすることが好ましい。

よって、ステップサイズμは、例えば（３）式に示すように、変動モニタ値ＸＴに応じて動的に決定される。なお、調整係数は定数である。

μ＝固定値＋変動モニタ値ＸＴ×調整係数 （３）

ステップサイズμは、例えば、図３（ｂ）に示す係数更新部５２により計算される。この場合、変動モニタ３０により計算される変動モニタ値ＸＴが係数更新部５２に与えられる。そして、係数更新部５２は、（３）式に従ってステップサイズμを計算する。なお、ステップサイズμは、適応等化部２２の処理を制御する制御パラメータの一例である。

このように、他の実施形態においては、光ファイバ伝送路４の偏波の状態に応じて、適応等化部２２におけるフィルタ係数の更新速度が調整される。したがって、光ファイバ伝送路４の偏波の状態に応じて、偏波変動追従性能および雑音耐性がバランスよく実現される。

上述の実施例を含む実施形態に関し、さらに下記の付記を開示する。
（付記１）
第１の偏波信号および第２の偏波信号を含む偏波多重光信号を受信し、前記偏波多重光信号の電界を表す受信電界情報を出力する受信器と、
前記受信電界情報に基づいて、前記第１の偏波信号と前記第２の偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を表す変動モニタ値を計算する計算部と、
前記変動モニタ値が所定の閾値を超えたときに、前記受信電界情報に基づいて前記偏波多重光信号を伝搬する光伝送路の状態を解析する解析部と、
を備える光送受信機。
（付記２）
前記受信電界情報に基づいて、前記第１の偏波信号の電界を表す第１の受信電界情報および前記第２の偏波信号の電界を表す第２の受信電界情報を生成する適応等化部をさらに備え、
前記計算部は、前記第１の受信電界情報、前記第１の受信電界情報に対応するシンボルを識別することで得られる第１のシンボルの電界を表す第１のシンボル情報、前記第２の受信電界情報、および前記第２の受信電界情報に対応するシンボルを識別することで得られる第２のシンボルの電界を表す第２のシンボル情報に基づいて、前記変動モニタ値を計算する
ことを特徴とする付記１に記載の光送受信機。
（付記３）
前記計算部は、前記第１の受信電界情報と前記第１のシンボル情報との差分を前記第２のシンボル情報で除算することで得られる値と、前記第２の受信電界情報と前記第２のシンボル情報との差分を前記第１のシンボル情報で除算することで得られる値との和に基づいて前記変動モニタ値を計算する
ことを特徴とする付記２に記載の光送受信機。
（付記４）
前記変動モニタ値が前記閾値を超えたときに前記受信電界情報をキャプチャするキャプチャ部をさらに備え、
前記解析部は、前記キャプチャ部によりキャプチャされた受信電界情報に基づいて前記光伝送路の状態を解析する
ことを特徴とする付記１に記載の光送受信機。
（付記５）
前記キャプチャ部は、最新の受信電界情報を所定量だけ保存するメモリを含み、
前記解析部は、前記変動モニタ値が前記閾値を超えたときに、前記メモリに保存されている受信電界情報に基づいて前記光伝送路の状態を解析する
ことを特徴とする付記４に記載の光送受信機。
（付記６）
前記受信電界情報を保存するメモリと、
パレラル／シリアル変換部と、をさらに備え、
前記受信電界情報は、並列化された状態で前記メモリに保存され、
前記パレラル／シリアル変換部は、前記メモリから読み出される受信電界情報をシリアル形式に変換し、
前記解析部は、シリアル形式に変換された受信電界情報に基づいて前記光伝送路の状態を解析する
ことを特徴とする付記１に記載の光送受信機。
（付記７）
前記受信電界情報に基づいて、前記第１の偏波信号の電界を表す第１の受信電界情報および前記第２の偏波信号の電界を表す第２の受信電界情報を生成する適応等化部をさらに備え、
前記適応等化部の処理を制御する制御パラメータは、前記変動モニタ値に応じて変更される
ことを特徴とする付記１に記載の光送受信機。
（付記８）
前記制御パラメータは、前記適応等化部の入力信号の変化に対する追従性を表す
ことを特徴とする付記７に記載の光送受信機。
（付記９）
第１の偏波信号および第２の偏波信号を含む偏波多重光信号を受信し、
前記偏波多重光信号の電界を表す受信電界情報を生成し、
前記受信電界情報に基づいて、前記第１の偏波信号と前記第２の偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を表す変動モニタ値を計算し、
前記変動モニタ値が所定の閾値を超えたときに、前記受信電界情報に基づいて前記偏波多重光信号を伝搬する光伝送路の偏波状態の変動を解析する
ことを特徴とする偏波変動モニタ方法。
（付記１０）
第１の偏波信号および第２の偏波信号を含む偏波多重光信号を受信する光送受信機において、前記偏波多重光信号の電界を表す受信電界情報に基づいて計算される、前記第１の偏波信号と前記第２の偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を表す変動モニタ値と所定の閾値とを比較し、
前記変動モニタ値が前記閾値を超えたときに、前記受信電界情報に基づいて前記偏波多重光信号を伝搬する光伝送路の状態を解析する
処理をプロセッサに実行させる通信プログラム。
（付記１１）
第１の偏波信号および第２の偏波信号を含む偏波多重光信号を受信する光送受信機において使用される通信プログラムであって、
前記偏波多重光信号の電界を表す受信電界情報に基づいて、前記第１の偏波信号と前記第２の偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を表す変動モニタ値を計算し、
前記変動モニタ値が所定の閾値を超えたときに、前記受信電界情報に基づいて前記偏波多重光信号を伝搬する光伝送路の状態を解析する
処理を前記光送受信機に実装されるプロセッサに実行させる通信プログラム。

１ 光送受信機
２ 送信部
３ 受信部
４ 光ファイバ伝送路
１１ コヒーレント受信器
１２ アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）
１３ デジタル信号処理部（ＤＳＰ）
２１ 分散補償部
２２ 適応等化部
２３ｘ、２３ｙ 周波数・位相同期部
２４ データ再生部
３０ 変動モニタ
３１ｘ、３１ｙ 識別部
３２ クロストーク計算部
３３ 平均化部
４０ 解析部
４１ データキャプチャメモリ
４２ 比較部
４３ 偏波変動解析部
４３ａ 分散補償部
４３ｂ 適応等化部
４３ｃ 偏波状態計算部
５２ 係数更新部

Claims (9)

1. 第１の偏波信号および第２の偏波信号を含む偏波多重光信号を受信し、前記偏波多重光信号の電界を表す受信電界情報を出力する受信器と、
   前記受信電界情報に基づいて、前記第１の偏波信号と前記第２の偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を表す変動モニタ値を計算する計算部と、
   前記変動モニタ値が所定の閾値を超えたときに、前記受信電界情報に基づいて前記偏波多重光信号を伝搬する光伝送路の状態を解析する解析部と、
   を備える光送受信機。
2. 前記受信電界情報に基づいて、前記第１の偏波信号の電界を表す第１の受信電界情報および前記第２の偏波信号の電界を表す第２の受信電界情報を生成する適応等化部をさらに備え、
   前記計算部は、前記第１の受信電界情報、前記第１の受信電界情報に対応するシンボルを識別することで得られる第１のシンボルの電界を表す第１のシンボル情報、前記第２の受信電界情報、および前記第２の受信電界情報に対応するシンボルを識別することで得られる第２のシンボルの電界を表す第２のシンボル情報に基づいて、前記変動モニタ値を計算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送受信機。
3. 前記計算部は、前記第１の受信電界情報と前記第１のシンボル情報との差分を前記第２のシンボル情報で除算することで得られる値と、前記第２の受信電界情報と前記第２のシンボル情報との差分を前記第１のシンボル情報で除算することで得られる値との和に基づいて前記変動モニタ値を計算する
   ことを特徴とする請求項２に記載の光送受信機。
4. 前記変動モニタ値が前記閾値を超えたときに前記受信電界情報をキャプチャするキャプチャ部をさらに備え、
   前記解析部は、前記キャプチャ部によりキャプチャされた受信電界情報に基づいて前記光伝送路の状態を解析する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送受信機。
5. 前記キャプチャ部は、最新の受信電界情報を所定量だけ保存するメモリを含み、
   前記解析部は、前記変動モニタ値が前記閾値を超えたときに、前記メモリに保存されている受信電界情報に基づいて前記光伝送路の状態を解析する
   ことを特徴とする請求項４に記載の光送受信機。
6. 前記受信電界情報を保存するメモリと、
   パレラル／シリアル変換部と、をさらに備え、
   前記受信電界情報は、並列化された状態で前記メモリに保存され、
   前記パレラル／シリアル変換部は、前記メモリから読み出される受信電界情報をシリアル形式に変換し、
   前記解析部は、シリアル形式に変換された受信電界情報に基づいて前記光伝送路の状態を解析する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送受信機。
7. 前記受信電界情報に基づいて、前記第１の偏波信号の電界を表す第１の受信電界情報および前記第２の偏波信号の電界を表す第２の受信電界情報を生成する適応等化部をさらに備え、
   前記適応等化部の処理を制御する制御パラメータは、前記変動モニタ値に応じて変更される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送受信機。
8. 第１の偏波信号および第２の偏波信号を含む偏波多重光信号を受信し、
   前記偏波多重光信号の電界を表す受信電界情報を生成し、
   前記受信電界情報に基づいて、前記第１の偏波信号と前記第２の偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を表す変動モニタ値を計算し、
   前記変動モニタ値が所定の閾値を超えたときに、前記受信電界情報に基づいて前記偏波多重光信号を伝搬する光伝送路の偏波状態の変動を解析する
   ことを特徴とする偏波変動モニタ方法。
9. 第１の偏波信号および第２の偏波信号を含む偏波多重光信号を受信する光送受信機において、前記偏波多重光信号の電界を表す受信電界情報に基づいて計算される、前記第１の偏波信号と前記第２の偏波信号との間の信号成分の漏れ込み量を表す変動モニタ値と所定の閾値とを比較し、
   前記変動モニタ値が前記閾値を超えたときに、前記受信電界情報に基づいて前記偏波多重光信号を伝搬する光伝送路の状態を解析する
   処理をプロセッサに実行させる通信プログラム。

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