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WO2014141430A1 - 光伝送装置および光伝送方法 - Google Patents

光伝送装置および光伝送方法 Download PDF

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WO2014141430A1
WO2014141430A1 PCT/JP2013/057174 JP2013057174W WO2014141430A1 WO 2014141430 A1 WO2014141430 A1 WO 2014141430A1 JP 2013057174 W JP2013057174 W JP 2013057174W WO 2014141430 A1 WO2014141430 A1 WO 2014141430A1
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WO
WIPO (PCT)
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optical
modulation
unit
signal
optical transmission
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/057174
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English (en)
French (fr)
Inventor
吉田　剛
杉原　隆嗣
崇文 藤森
聖史 斧原
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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Priority to US14/770,560 priority patent/US20160006538A1/en
Priority to EP13877492.2A priority patent/EP2975786B1/en
Priority to CN201380074566.2A priority patent/CN105191181B/zh
Priority to PCT/JP2013/080815 priority patent/WO2014141536A1/ja
Priority to JP2015505230A priority patent/JP6120945B2/ja
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    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/01—Equalisers

Definitions

  • the present invention relates to an optical transmission device and an optical transmission method, and more particularly to an optical transmission device and an optical transmission method using a digital coherent method.
  • on-off keying has been used as a technique for overcoming the limitations of optical signal-to-noise power.
  • binary phase-shift keying Binary Phase-Shift Keying: BPSK
  • quaternary PSK Quadratternary Phase-Shift Keying: QPSK
  • transmission signals are allocated to the same phase axis (In-Phase axis: I axis) and quadrature phase axis (Quadrature-Phase axis: Q axis) in the optical transmitter.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 attention has been paid to a digital coherent system as a transmission system of these optical modulation signals (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).
  • these optical modulation signals are received by combining the synchronous detection system and digital signal processing.
  • linear photoelectric conversion by synchronous detection and linear equalization by digital signal processing are performed.
  • Linear equalization includes fixed linear equalization, semi-fixed linear equalization, and adaptive linear equalization.
  • linear waveform distortion caused by chromatic dispersion, polarization mode dispersion (PMD), or the like occurs.
  • PMD polarization mode dispersion
  • Non-Patent Documents 1 and 2 the polarization multiplexing QPSK system has been mainly used (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).
  • Non-Patent Documents 1 and 2 have a problem that the influence of waveform distortion due to the nonlinear optical effect cannot be reduced, and the signal quality is greatly impaired.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and has a non-linear tolerance equal to or better than that of the polarization multiplexing BPSK system.
  • An object of the present invention is to obtain an optical transmission device and an optical transmission method capable of separating waves.
  • the present invention is an optical transmission device having an optical transmission unit and an optical reception unit, wherein the optical transmission unit has a plurality of modulation rules, and switches the modulation rules to generate an optical signal.
  • a signal is multiplexed into orthogonal polarization and transmitted, and the optical receiver unit interferes the received optical signal with local oscillation light, and converts the optical signal into an electric signal, and a coherent detection unit
  • the optical transmission device includes a polarization separation unit that separates the electric signal into polarization, and a differential detection unit that performs differential detection of the polarization-separated electric signal.
  • the present invention is an optical transmission device having an optical transmission unit and an optical reception unit, wherein the optical transmission unit has a plurality of modulation rules, and switches the modulation rules to generate an optical signal.
  • a signal is multiplexed into orthogonal polarization and transmitted, and the optical receiver unit interferes the received optical signal with local oscillation light, and converts the optical signal into an electric signal, and a coherent detection unit
  • the optical transmission apparatus includes a polarization separation unit that separates the electric signal into polarization and a differential detection unit that performs differential detection on the polarization-separated electric signal, it is equal to or more than the polarization multiplexing BPSK method.
  • the signal that is polarization-multiplexed at the transmitter can be normally polarized at the receiver.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical transmission apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the modulation rule of the optical transmission apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the some modulation rule of the optical transmission apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows switching of the modulation rule concerning Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram which shows the structure of the optical transmission part of the optical transmission apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. It is a block diagram which shows the structure of the data converter of the optical transmission part concerning Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the relationship between the modulation rule and optical signal of the data conversion part concerning Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an optical transmission system using the optical transmission method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the optical transmission system according to the first embodiment includes an optical transmission unit 100 that transmits an optical signal, an optical transmission unit 200 that includes an optical fiber and transmits an optical signal, and an optical signal. It is comprised with the optical receiver 300 which receives.
  • the optical transmission apparatus according to the present embodiment includes at least one of the optical transmission unit 100 and the optical reception unit 300.
  • the optical receiving unit 300 includes a coherent detection unit 301, a polarization separation unit 302, a differential detection unit 303, and a ⁇ / 4 phase rotation unit 304.
  • the optical transmission unit 100 generates two optical signals by combining a plurality of modulation rules, multiplexes these optical signals into orthogonal polarizations (vertical polarization, horizontal polarization), and polarization multiplexing ⁇ / 4 shift A differential BPSK signal is generated.
  • the optical transmission unit 100 outputs the polarization multiplexed ⁇ / 4 shift differential BPSK signal to the optical transmission unit 200.
  • FIG. 2 An example of the modulation rule of the ⁇ / 4 shift differential BPSK signal is shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the I axis
  • the vertical axis indicates the Q axis
  • t indicates time
  • m is an integer.
  • the modulation rule switches the phase of an optical signal by ⁇ / 4 between one symbol.
  • the reason for shifting the phase of the optical signal by ⁇ / 4 is to suppress waveform distortion caused by the nonlinear optical effect generated in the optical fiber constituting the optical transmission unit 200.
  • FIG. 3 is a diagram showing a plurality of modulation rules in the first embodiment.
  • Rule A is the modulation rule shown in FIG.
  • Rule B is an example of a modulation rule in which the phase of Rule A is shifted by ⁇ / 2.
  • a plurality of modulation rules are prepared, and the plurality of modulation rules are periodically switched and used for each polarization (vertical polarization, horizontal polarization).
  • FIG. 4 shows an example of a switching method between Rule A and Rule B.
  • the horizontal polarization is X-pol.
  • the vertical polarization is Y-pol. And X-pol.
  • Rule A and Rule B are alternately repeated at the switching period 2P.
  • the first modulation rule is Rule A. X-pol.
  • Rule B and Rule A are alternately repeated at the switching cycle 2P.
  • Y-pol the switching cycle 2P
  • Rule A and Rule B are alternately repeated at the switching period 2P.
  • the first modulation rule is Rule B. Y-pol.
  • Rule A and Rule B are alternately repeated at the switching cycle 2P.
  • the switching timing is shifted by a half cycle (by P).
  • the reason why the combinations (1) to (4) of the modulation rules are switched is to avoid abnormal convergence in the polarization separation unit 302 in the reception unit 300.
  • the combinations (1) to (4) of the modulation rules are switched at the period P in the example of FIG. That is, in the example of FIG. 4, for each period P, (1), (4), (3), (2), (1), (4), (3), (2),.
  • the combination of modulation rules has been switched.
  • the combination of modulation rules is preferably switched in units of about several thousand to several hundred thousand symbols depending on the relationship with the convergence time of polarization separation processing (that is, section P in FIG. Set to several hundred thousand symbols.) Although it is easy to set the period of switching the modulation rule combination in units of OTU (Optical Transport Unit) frames, switching may be performed in longer units or shorter units. Further, the switching cycle of the combination of modulation rules may not be a single interval, but may be a cycle including a plurality of length intervals.
  • the optical transmission unit 100 multiplexes optical signals generated by switching a plurality of modulation rules into orthogonal polarizations to generate a polarization multiplexed ⁇ / 4 shift differential BPSK signal, and performs optical transmission. Output to the unit 200.
  • the optical transmission unit 200 transmits an optical signal (polarization multiplexed ⁇ / 4 shift differential BPSK signal) input from the optical transmission unit 100 and outputs the optical signal to the optical reception unit 300.
  • the carrier phase is shifted by ⁇ / 4 in units of one symbol. Therefore, even when waveform distortion due to the nonlinear optical effect occurs in the optical fiber constituting the optical transmission unit 200, the waveform distortion can be suppressed.
  • the optical signal input from the optical transmitter 200 is first input to the coherent detector 301.
  • the coherent detection unit 301 includes local oscillation light.
  • the coherent detection unit 301 performs coherent detection in which the optical signal input from the optical transmission unit 200 is mixed and interfered with the local oscillation light to perform optical / electrical conversion.
  • the coherent detection unit 301 outputs an electrical signal obtained by the coherent detection to the polarization separation unit 302.
  • the electric signal is in a state where signals of two polarizations and I / Q axis are mixed.
  • an electric signal in a state where signals of two polarizations and I / Q axis are mixed is input from the coherent detection unit 301.
  • the polarization separation unit 302 separates the electrical signal into two polarizations using electrical processing.
  • the polarization separation unit 302 outputs the electric signal after polarization separation to the differential detection unit 303.
  • CMA is used as an electrical process for separating into two polarized waves.
  • the electric signal output from the polarization separation unit 302 is in a state where I / Q axis signals are mixed.
  • the optical transmitter 100 switches the combination of two modulation rules (Rule A and Rule B) having an optical phase different by ⁇ / 2 as shown in FIG. If the switching timing is sufficiently high compared to the response speed of CMA, there will be no polarization convergence misconvergence. If the CMA response speed is about 100 kHz or less, the modulation rule combinations may be switched at a period of about OTU4 frames (1 microsecond).
  • the differential detection unit 303 an electric signal after polarization separation is input from the polarization separation unit 302, and differential detection is performed on each of them.
  • the electrical signal input from the polarization separation unit 302 is in a state in which I / Q axis signals are mixed.
  • the differential detection unit 303 performs differential detection on the electric signal by performing electrical processing on the current complex electric field amplitude E (i) and the complex conjugate E * (i ⁇ 1) of the complex electric field amplitude one symbol before. This is done by taking the product of When data is identified by restoring the carrier phase, the m-th power method is generally used.
  • the m-th power method is a method in which when the number of phases of a modulation signal is m, the modulation component is removed by raising the complex electric field amplitude to the power m, and only the error component is extracted. Is required.
  • differential detection data can be identified by performing the same processing regardless of the number of phases by placing information on the phase difference between the preceding and following symbols. In differential detection, it is also possible to efficiently suppress a phase change having a positive correlation between the preceding and succeeding symbols.
  • the differential detection unit 303 outputs the electrical signal after differential detection to the ⁇ / 4 phase rotation unit 304. Since the optical transmitter 100 sets the phase difference between one symbol to ⁇ / 4 or + 3 ⁇ / 4, the phase after differential detection is ⁇ / 4 or + 3 ⁇ / 4.
  • ⁇ / 4 phase rotation unit 304 an electric signal after differential detection is input from the differential detection unit 303.
  • the ⁇ / 4 phase rotation unit 304 rotates the electrical signal by ⁇ / 4 phase (counterclockwise).
  • the ⁇ / 4 phase rotation unit 304 outputs the electrical signal after the ⁇ / 4 phase rotation to the outside (not shown).
  • the electric signal after the ⁇ / 4 phase rotation has a phase of 0 or ⁇ and takes a binary value on the I axis, so that it is possible to identify the code with the Q axis as a boundary.
  • the resistance to the fiber nonlinear optical effect is obtained by performing a ⁇ / 4 shift between one symbol as in the shift rules (Rule A, Rule B). Can be increased. Also, as shown in FIG. 4, a plurality of modulation rules are prepared, and these modulation rules are periodically switched for each polarization (vertical polarization, horizontal polarization), so that differential BPSK and It has equivalent signal detection sensitivity and can suppress the occurrence of polarization convergence misconvergence. Therefore, the transmission distance of the digital coherent optical transmission system can be expanded.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the optical transmission unit 100 according to the present embodiment.
  • the optical transmission unit 100 of the present embodiment includes a light source 101, a phase modulation unit 102, a pulse carver 103, a data conversion unit 104, and a polarization multiplexing I / Q modulation unit. 105 and a bit interleave unit 106.
  • the optical transmission unit 100 generates a polarization multiplexed binary phase modulation signal by combining the phase modulation performed by the phase modulation unit 102 and the data modulation performed by the polarization multiplexing I / Q modulation unit 105, and outputs it as an optical transmission signal. To do.
  • unmodulated light is generated and output to the phase modulation unit 102.
  • the phase modulation unit 102 receives unmodulated light from the light source 101.
  • the phase modulation unit 102 phase-modulates the unmodulated light with a clock electric signal.
  • the amplitude of the clock electric signal is set to a value at which the phase modulation depth becomes ⁇ / 4.
  • the phase modulation unit 102 outputs the modulated optical signal to the pulse carver 103.
  • the modulated optical signal is input from the phase modulation unit 102.
  • the pulse carver 103 pulse-modulates the optical signal with a clock electric signal.
  • the pulse cover 103 outputs the pulse-modulated optical signal to the polarization multiplexing I / Q modulator 105.
  • the data conversion unit 104 In the data conversion unit 104, two (X / Y) data series are input from outside (not shown).
  • the data conversion unit 104 can control two orthogonal phases (I axis and Q axis).
  • the data conversion unit 104 generates four series (XI, XQ, YI, YQ) data series based on the two series (X / Y) data series input from the outside.
  • the data conversion unit 104 outputs the generated data series (electric signal) to the polarization multiplexing I / Q modulation unit 105.
  • FIG. 6 is a specific configuration example of the data conversion unit 104.
  • the data conversion unit 104 includes an X inversion control unit 401, an X differential encoding unit 402, an X duplication unit 403, an XI inversion control unit 404, an XQ inversion control unit 405, a Y inversion control unit 501, and a Y differential encoding unit 502. , A Y duplication unit 503, a YI inversion control unit 504, and a YQ inversion control unit 505.
  • the X inversion control unit 401 data X is input from outside (not shown).
  • the X inversion control unit 401 performs inversion control (inversion processing or through) on the data X according to the timing.
  • the X inversion control unit 401 outputs the data after the inversion control to the X differential encoding unit 402.
  • the X differential encoding unit 402 performs an exclusive OR of the data input from the X inversion control unit 401 and the output data held internally for one clock.
  • the X differential encoding unit 402 outputs an exclusive OR operation result to the X duplicating unit 403.
  • the X duplicating unit 403 duplicates the data input from the X differential encoding unit 402 and outputs the data to the XI inversion control unit 404 and the XQ inversion control 405.
  • the XI inversion control unit 404 performs inversion control (inversion processing or through) on the data input from the X replication unit 403 according to the timing.
  • the XQ inversion control unit 405 performs inversion control (inversion processing or through) on the data input from the X replication unit 403 according to the timing.
  • Y inversion control unit 501 data Y is input from outside (not shown).
  • the Y inversion control unit 501 performs inversion control (inversion processing or through) on the data Y according to the timing.
  • the Y inversion control unit 501 outputs the data after the inversion control to the Y differential encoding unit 502.
  • an exclusive OR is performed between the data input from the Y inversion control unit 501 and the output data held internally for one clock.
  • the Y differential encoding unit 502 outputs an exclusive OR operation result to the Y duplicating unit 503.
  • the Y duplicating unit 503 duplicates the data input from the Y differential encoding unit 502 and outputs the data to the YI inversion control unit 504 and the YQ inversion control 505.
  • the YI inversion control unit 504 performs inversion control (inversion processing or through) on the data input from the Y duplication unit 503 according to the timing.
  • the YQ inversion control unit 505 performs inversion control (inversion processing or through) on the data input from the Y duplication unit 503 according to the timing.
  • the data conversion unit 104 generates four data series (XI, XQ, YI, YQ) based on the two data series (X / Y) input from the outside.
  • the four data series (XI, XQ, YI, YQ) are input to the polarization multiplexing I / Q modulation unit 105.
  • an optical signal is input from the pulse carver 103.
  • electric signals of the XI lane, the XQ lane, the YI lane, and the YQ lane are input from the data conversion unit 104.
  • the optical signal from the pulse carver 103 is data-modulated with these electric signals.
  • the polarization multiplexing I / Q modulation unit 105 performs I / Q modulation for X polarization on the optical signal from the pulse carver 103 by using the electric signal of the XI lane and the electric signal of the XQ lane.
  • the Y-polarized I / Q modulation is performed using the YI lane electrical signal and the YQ lane electrical signal.
  • the polarization multiplexing I / Q modulator 105 orthogonally multiplexes each of the X polarization component and the Y polarization component.
  • the polarization multiplexing I / Q modulation unit 105 outputs the optical signal subjected to orthogonal polarization multiplexing to the bit interleaving unit 106.
  • the bit interleaving unit 106 adds an arbitrary delay difference of about half of one symbol between the X polarization component and the Y polarization component of the optical signal input from the polarization multiplexing I / Q modulation unit 105.
  • the bit interleave unit 106 outputs the optical signal with the delay difference added to the outside (for example, the optical transmission unit 200).
  • phase modulation in the phase modulation unit 102 illustrates phase modulation in the phase modulation unit 102, signal point arrangement in the data conversion unit 104 (only data modulation), an XI inversion control unit 404, an XQ inversion control unit 405, a YI inversion control unit 504, and a YQ inversion control unit 505.
  • 2 shows an example of the relationship between the inversion control method (I inversion, Q inversion) and the signal point arrangement (with phase modulation) finally generated.
  • phase modulation unit 102 performs ⁇ / 4 phase switching for each symbol.
  • the polarization multiplexing I / Q modulation unit 105 can control two orthogonal phases (I axis / Q axis), and switches the modulation rule of data modulation in symbol units. In the example of FIG. 7, the modulation rule is switched every two symbols.
  • the signal points shown in the row of “signal point arrangement (data modulation only)” are separately generated for the Y polarization.
  • phase modulation unit 102 that performs phase modulation
  • polarization multiplexing I / Q modulation unit 105 that performs data modulation
  • data conversion unit 104 that performs conversion, and hierarchically combining phase modulation, data modulation, and data conversion
  • the modulation rules have a hierarchical structure, and each layer has a plurality of modulation rules. Also, the modulation rule switching timing (switching cycle) may be different for each layer.
  • the modulation rule may be individually set for any of polarization, lane, and frame, or may be individually set for all of the polarization, lane, and frame. That is, it is allowed to have different modulation rules depending on the polarization, lane, and frame.
  • the modulation rule switching timing may be set individually for either polarization, lane, or frame, or may be set individually for all of polarization, lane, and frame. Good. That is, it is allowed to have different switching periods depending on the polarization, the lane, and the frame.
  • the pulsed modulation in the pulse carver 103 and the addition of the delay difference between orthogonal polarizations in the bit interleave unit 106 are additional functions for further reducing waveform distortion due to the fiber nonlinear optical effect, and are indispensable elements for the present embodiment. is not. Therefore, the pulse carver 103 and the bit interleave unit 106 are not necessarily provided.
  • the specific configuration of the optical transmission unit that artificially generates a polarization multiplexed ⁇ / 4 shift differential BPSK optical signal by a combination of phase modulation and data modulation is shown. It was also shown that XI, XQ, YI, and YQ 4-lane data for data modulation can be generated by combining modulation rule switching by differential encoding, duplication, and inversion control of data.
  • the optical transmission system according to the present invention is useful for a long-distance optical transmission system using a digital coherent system.

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Abstract

　光送信部１００と光受信部２００とを有する光伝送装置であって、光送信部１００は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信し、光受信部２００は、受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、当該光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部３０１と、当該電気信号を偏波分離する偏波分離部３０２と、偏波分離した電気信号の差動検波を行う差動検波部３０３と、差動検波した電気信号をπ／４位相回転させるπ／４位相回転部３０４とを備えている。

Description

光伝送装置および光伝送方法
　この発明は光伝送装置および光伝送方法に関し、特に、デジタルコヒーレント方式を用いた光伝送装置および光伝送方法に関する。
　大容量光伝送のためには、光信号対雑音電力の限界の克服や高密度波長の多重化が課題である。
　光信号対雑音電力の限界を克服する技術として、従来は、オンオフキーイング（Ｏｎ－Ｏｆｆ　Ｋｅｙｉｎｇ：ＯＯＫ）が用いられていた。しかしながら、近年では、２値位相偏移変調（Ｂｉｎａｒｙ　Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）、または、４値ＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ　Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）が用いられている。
　高密度波長の多重化の実現のための技術としては、偏波多重方式（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いて、１シンボル当たりの伝送ビット数を２倍に増やす方式が知られている。偏波多重方式においては、直交する２つの偏波成分（垂直偏波、水平偏波）に、独立の送信信号をそれぞれ割り当てる。
　また、別の方式として、ＱＰＳＫや１６値直交振幅変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）のように、信号点を増やして、１シンボル当たりの伝送ビット数を増やす方式が知られている。ＱＰＳＫおよび１６ＱＡＭにおいては、光送信器において、同位相軸（Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ軸：Ｉ軸）と、直交位相軸（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ－Ｐｈａｓｅ軸：Ｑ軸）とに、送信信号を割り当てる。
　また、これらの光変調信号の伝送方式として、デジタルコヒーレント方式が注目されている（例えば、非特許文献１、２参照）。デジタルコヒーレント方式においては、同期検波方式とデジタル信号処理とを組み合わせて、これらの光変調信号を受信する。この方式では、同期検波による線形な光電気変換と、デジタル信号処理による線形等化とを行う。線形等化には、固定的線形等化、半固定的な線形等化、および、適応的な線形等化がある。一般に、伝送路では、波長分散および偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ－Ｍｏｄｅ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）等に起因する線形な波形歪みが発生する。デジタルコヒーレント方式においては、上述したように、光電気変換と線形等化とを行うため、当該波長歪みの影響を低減でき、優れた等化特性および優れた雑音耐力を実現できる。
　従来、デジタルコヒーレント方式では、主に、偏波多重ＱＰＳＫ方式が用いられてきた（例えば、非特許文献１、２参照）。
Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ　Ｆｏｒｕｍ，「１００Ｇ　Ｕｌｔｒａ　Ｌｏｎｇ　Ｈａｕｌ　ＤＷＤＭ　Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　Ｄｏｃｕｍｅｎｔ」，２００９年６月 Ｅ. Ｙａｍａｚａｋｉ、外２７名，「Ｆａｓｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ 100－Ｇｂｉｔ/ｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ｏｖｅｒ ＯＴＮ ｕｓｉｎｇ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＤＳＰ」, Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ, ２０１１年７月４日， ｖｏｌ. １９, ｎｏ. １４, ｐ. １３１７９―１３１８４ Ｃ. Ｂ. Ｐａｐａｄｉａｓ,「Ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ　ｏｆ　ｕｎｄｅｓｉｒａｂｌｅ　ｇｌｏｂａｌ　ｍｉｎｉｍａ　ｏｆ　ｇｏｄａｒｄ　ｅｑｕａｌｉｚｅｒｓ」，１９９７年， ｉｎ Ｐｒｏｃ. ＩＣＡＳＳＰ ５, ｐ．３９４１－３９４４
　しかしながら、特に３０００ｋｍを超えるような長距離伝送では、ファイバ中に、非線形光学効果による波形歪みが生じる。上記の非特許文献１、２の方法においては、非線形光学効果による波形歪みの影響を低減することができず、信号品質が大きく損なわれるという問題点があった。
　上記非線形光学効果による波形歪みの影響は、変調方式として偏波多重２値位相変調方式を用いた場合には、低減される。その場合には、伝送距離を拡大することができる。しかしながら、偏波多重２値位相変調方式において、一般的な包絡線一定化規範（ＣＭＡ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｍｏｄｕｌｕｓ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）に基づく適応フィルタによる偏波分離方式を用いると、偏波分離が正常に行えなくなるという問題点があった（例えば、非特許文献３参照）。
　この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであって、偏波多重ＢＰＳＫ方式と同等以上の非線形耐力を備え、送信部で偏波多重化された信号を受信部で正常に偏波分離できる、光伝送装置および光伝送方法を得ることを目的とする。
　この発明は、光送信部と光受信部とを有する光伝送装置であって、前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信し、前記光受信部は、受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離部と、偏波分離した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部とを備えた光伝送装置である。
　この発明は、光送信部と光受信部とを有する光伝送装置であって、前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信し、前記光受信部は、受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離部と、偏波分離した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部とを備えた光伝送装置であるため、偏波多重ＢＰＳＫ方式と同等以上の非線形耐力を備え、送信部で偏波多重化された信号を受信部で正常に偏波分離できる。
この発明の実施の形態１にかかる光伝送装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかる光伝送装置の変調規則を示す図である。 この発明の実施の形態１にかかる光伝送装置の複数の変調規則を示す図である。 この発明の実施の形態１にかかる変調規則の切り替えを示す図である。 この発明の実施の形態２にかかる光伝送装置の光送信部の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２にかかる光送信部のデータ変換部の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２にかかるデータ変換部の変調規則と光信号との関係を示す図である。
　以下に、この発明にかかる光伝送装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、この発明を具体化する際の一形態であって、この発明をその範囲内に限定するためのものではない。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る光伝送方法を用いた光伝送システムの一例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る光伝送システムは、光信号を送信する光送信部１００と、光ファイバから構成され、光信号を伝送する光伝送部２００と、光信号を受信する光受信部３００とで構成される。本実施の形態の光伝送装置は、光送信部１００および光受信部３００の少なくともいずれか一方を備えている。光受信部３００は、コヒーレント検波部３０１と、偏波分離部３０２と、差動検波部３０３と、π／４位相回転部３０４とで構成される。
　以下、本実施の形態にかかる光伝送装置の動作を説明する。
　光送信部１００は、複数の変調規則を組み合わせて２つの光信号を生成し、それらの光信号を直交偏波（垂直偏波、水平偏波）に多重化して、偏波多重π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号を生成する。光送信部１００は、当該偏波多重π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号を、光伝送部２００に出力する。
　π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号の変調規則の一例を図２に示す。図２において、横軸はＩ軸を、縦軸はＱ軸を、ｔは時間を示し、ｍは整数である。差動ＢＰＳＫ信号が、１シンボル単位で、π／４ずつ位相回転（ここでは時計回り）する。ｔ＝８ｍのときの位相と、ｔ＝８ｍ＋１のときの位相とを比較すると、ｔ＝８ｍ＋１のときの位相が、ｔ＝８ｍのときの位相よりも、π／４だけ、時計回りに回転していることがわかる。１シンボルでπ／４回転するので、８シンボルでは、８×（π／４）＝２π回転して、もとの位相の位置に戻る。これを繰り返す。１シンボル間で生じる位相差は、－π／４もしくは＋３π／４である。
　このように、本実施の形態では、変調規則が、光信号を、１シンボル間で、π／４の位相切替を行う。光信号の位相をπ／４ずつずらす理由は、光伝送部２００を構成する光ファイバ内に生じる非線形光学効果に起因する波形歪みを抑圧するためである。
　図３は、本実施の形態１における、複数の変調規則を示す図である。図３において、Ｒｕｌｅ　Ａは、図２に示した変調規則である。Ｒｕｌｅ　Ｂは、Ｒｕｌｅ　Ａの位相をπ／２ずらした変調規則の一例である。このように、本実施の形態では、複数の変調規則を用意しておき、偏波（垂直偏波、水平偏波）ごとに、それらの複数の変調規則を周期的に切り替えて用いる。
　図４は、Ｒｕｌｅ　ＡとＲｕｌｅ　Ｂとの切替方法の一例を示したものである。図４では、直交２偏波のうちの、水平偏波をＸ－ｐｏｌ．とし、垂直偏波をＹ－ｐｏｌ．とする。Ｘ－ｐｏｌ．では、切替周期２Ｐで、Ｒｕｌｅ　ＡとＲｕｌｅ　Ｂとを交互に繰り返している。図４の例では、Ｘ－ｐｏｌ．の最初の変調規則は、Ｒｕｌｅ　Ａである。Ｘ－ｐｏｌ．では、その後は、切替周期２Ｐで、Ｒｕｌｅ　ＢとＲｕｌｅ　Ａとを交互に繰り返す。また、Ｙ－ｐｏｌ．では、切替周期２Ｐで、Ｒｕｌｅ　ＡとＲｕｌｅ　Ｂとを交互に繰り返している。図４の例では、Ｙ－ｐｏｌ．の最初の変調規則は、Ｒｕｌｅ　Ｂである。Ｙ－ｐｏｌ．では、その後は、切替周期２Ｐで、Ｒｕｌｅ　ＡとＲｕｌｅ　Ｂとを交互に繰り返す。ただし、図４を見て分かるように、Ｘ－ｐｏｌ．とＹ－ｐｏｌ．とでは、切替タイミングが、半周期（Ｐ分だけ）ずれている。
　従って、図４の例では、直交２偏波（垂直偏波、水平偏波）で、Ｒｕｌｅ　ＡとＲｕｌｅ　Ｂとのすべての組み合わせが出現する。すなわち、以下の４通りの組み合わせがある。
　（１）Ｘ－ｐｏｌ．がＲｕｌｅ　Ａ，Ｙ－ｐｏｌ．がＲｕｌｅ　Ｂ
　（２）Ｘ－ｐｏｌ．がＲｕｌｅ　Ａ，Ｙ－ｐｏｌ．がＲｕｌｅ　Ａ
　（３）Ｘ－ｐｏｌ．がＲｕｌｅ　Ｂ，Ｙ－ｐｏｌ．がＲｕｌｅ　Ａ
　（４）Ｘ－ｐｏｌ．がＲｕｌｅ　Ｂ，Ｙ－ｐｏｌ．がＲｕｌｅ　Ｂ
　また、組み合わせ（１）～（４）が出現する確率は、それぞれ、１／４である。従って、図４は、直交２偏波ですべての組み合わせが存在し、各組み合わせが生じる確率が等しくなる例を示している。しかしながら、この場合に限らず、必ずしもすべての組み合わせを含まなければならないわけではない。
　変調規則の組み合わせ（１）～（４）を切り替える理由は、受信部３００における偏波分離部３０２における異常収束を避けるためである。
　変調規則の組み合わせ（１）～（４）は、図４の例では、周期Ｐで切り替えられている。すなわち、図４の例では、周期Ｐごとに、（１）、（４）、（３）、（２）、（１）、（４）、（３）、（２）、・・・の順に、変調規則の組み合わせが切り替えられている。変調規則の組み合わせの切り替えは、偏波分離処理の収束時間との関係により、数１０００～数１０万シンボル程度の単位で切り替えるのが好適である（すなわち、図４の区間Ｐを、数１０００～数１０万シンボルに設定する。）。変調規則の組み合わせの切り替えの周期を、ＯＴＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｕｎｉｔ）フレーム単位とするのが簡易であるが、より長い単位、あるいは、より短い単位で、切り替えてもよい。また、変調規則の組み合わせの切り替え周期は、単一の区間だけを含むのではなく、複数の長さの区間を含む周期であってもよい。
　また、図４の例では、変調規則は、Ｒｕｌｅ　ＡとＲｕｌｅ　Ｂの２つであるが、この場合に限らず、変調規則は３つ以上あってもよい。変調規則を３つにする場合には、例えば、１シンボル単位の位相回転量を３π／４として、１シンボル間で生じる位相差を－３π／４もしくはπ／４とする規則をＲｕｌｅ　Ｃとして、Ｒｕｌｅ　ＡおよびＲｕｌｅ　Ｂと組み合わせる。
　以上説明したように、光送信部１００は、複数の変調規則を切り替えて生成した光信号を、直交偏波に多重化して、偏波多重π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号を生成し、光伝送部２００に出力する。
　光伝送部２００では、光送信部１００から入力される光信号（偏波多重π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号）を伝送し、光受信部３００に出力する。π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号では、上述したように、搬送波位相を、１シンボル単位で、π／４ずつずらしている。そのため、光伝送部２００を構成する光ファイバ中で非線形光学効果に起因する波形歪みが生じた場合においても、当該波形歪みが抑圧できる。
　光受信部３００では、光伝送部２００から入力される光信号が、まず、コヒーレント検波部３０１に入力される。
　コヒーレント検波部３０１は、内部に局部発振光を備えている。コヒーレント検波部３０１は、光伝送部２００から入力された光信号を当該局部発振光と混合干渉させて、光／電気変換する、コヒーレント検波を行う。コヒーレント検波部３０１は、コヒーレント検波で得られた電気信号を、偏波分離部３０２に出力する。なお、当該電気信号は、２偏波かつＩ／Ｑ軸の信号が混合された状態にある。
　偏波分離部３０２では、コヒーレント検波部３０１から、２偏波かつＩ／Ｑ軸の信号が混合された状態の電気信号が入力される。偏波分離部３０２では、電気的処理を用いて、当該電気信号を２偏波に分離する。偏波分離部３０２は、偏波分離後の電気信号を差動検波部３０３に出力する。なお、２偏波に分離するための電気的処理として、例えばＣＭＡが用いられる。なお、偏波分離部３０２から出力される当該電気信号は、Ｉ／Ｑ軸の信号が混合された状態にある。
　通常、ＣＭＡを用いて出力信号の包絡線を一定化することで、偏波多重ＢＰＳＫ信号を偏波分離しようとすると、包絡線が一定になったとしても、偏波間干渉が残る誤収束が起こりうる。これは、ＢＰＳＫの信号点配置に回転対称性がないことが理由である。信号点がＩ軸／Ｑ軸に均一に配置されておらずＩ軸のみにしかないため、実際は直交偏波信号であるのにも関わらず、直交位相の信号とみなしてＣＭＡが引き込んでしまうことによる。
　本実施の形態では、光送信部１００が、図３に示した、光位相がπ／２異なる２つの変調規則（Ｒｕｌｅ　ＡとＲｕｌｅ　Ｂ）の組み合わせを切り替える。切替のタイミングが、ＣＭＡの応答速度に比べて十分高速であれば、偏波分離の誤収束は生じない。仮に、ＣＭＡの応答速度が１００ｋＨｚ以下程度である場合には、ＯＴＵ４のフレーム（１マイクロ秒）程度の周期で、変調規則の組み合わせを切り替えればよい。
　差動検波部３０３では、偏波分離部３０２から、偏波分離後の電気信号が入力され、それぞれに対して差動検波を行う。偏波分離部３０２から入力される電気信号は、Ｉ／Ｑ軸の信号が混合された状態にある。差動検波部３０３は、当該電気信号に対する差動検波を、電気的処理により、現在の複素電界振幅Ｅ（ｉ）と、１シンボル前の複素電界振幅の複素共役Ｅ＊（ｉ－１）との積をとることで行う。搬送波位相を復元してデータ識別する際には、一般にｍ乗法が用いられる。ｍ乗法は、変調信号の位相数がｍ値である場合、複素電界振幅をｍ乗することで変調成分を除去して誤差成分のみを抽出する方式であり、変調信号の位相数に応じた固有の処理が必要である。一方、差動検波では、前後のシンボルの位相差に情報を載せておくことで、位相数によらず同一の処理を行うことでデータ識別が可能になる。また、差動検波では、前後のシンボルで正相関のある位相変化を効率的に抑圧することも可能である。差動検波部３０３は、差動検波後の電気信号を、π／４位相回転部３０４に出力する。光送信部１００で、１シンボル間の位相差を－π／４もしくは＋３π／４にしているため、差動検波後の位相は－π／４もしくは＋３π／４になる。
　π／４位相回転部３０４では、差動検波部３０３から、差動検波後の電気信号が入力される。π／４位相回転部３０４は、当該電気信号を、π／４位相回転（反時計回り）させる。π／４位相回転部３０４は、当該π／４位相回転後の電気信号を、図示しない外部に出力する。当該π／４位相回転後の電気信号は、位相０もしくはπとなり、Ｉ軸上で２値をとるため、Ｑ軸を境界に符号識別することが可能である。
　以上のように、本実施の形態では、図２及び図３に示す変速規則（Ｒｕｌｅ　Ａ，Ｒｕｌｅ　Ｂ）のように、１シンボル間でπ／４シフトを行うことで、ファイバ非線形光学効果に対する耐力を高めることができる。また、図４に示すように、複数の変調規則を用意しておき、それらの変調規則を、偏波（垂直偏波、水平偏波）ごとに、周期的に切り替えることで、差動ＢＰＳＫと同等の信号検出感度を有し、かつ、偏波分離の誤収束の発生を抑えることができる。そのため、デジタルコヒーレント光伝送システムの伝送可能距離を拡大することができる。
　実施の形態２．
　本実施の形態では、上記の実施の形態１で示した光送信部１００の構成の一例について説明する。図５は、本実施の形態に係る光送信部１００の構成を示す図である。図５に示すように、本実施の形態の光送信部１００は、光源１０１と、位相変調部１０２と、パルスカーバ（ｐｕｌｓｅ　ｃａｒｖｅｒ）１０３と、データ変換部１０４と、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５と、ビットインタリーブ（ｂｉｔ　ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）部１０６とで構成される。
　以下、本実施の形態にかかる光送信部１００の動作を説明する。光送信部１００は、位相変調部１０２が行う位相変調と偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５が行うデータ変調とを組み合わせて、偏波多重２値位相変調信号を生成し、光送信信号として出力する。
　まず、光源１０１では、無変調光が生成され、位相変調部１０２に出力される。
　位相変調部１０２は、光源１０１から、無変調光が入力される。位相変調部１０２は、当該無変調光をクロック電気信号で位相変調する。このとき、クロック電気信号の振幅を、位相変調の深さがπ／４になる値に設定する。位相変調部１０２は、変調後の光信号を、パルスカーバ１０３に出力する。
　パルスカーバ１０３では、位相変調部１０２から、変調後の光信号が入力される。パルスカーバ１０３は、当該光信号を、クロック電気信号でパルス化変調する。パルスカーバ１０３は、パルス化変調した当該光信号を、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５に出力する。
　データ変換部１０４では、図示しない外部から、２系統（Ｘ／Ｙ）のデータ系列が入力される。データ変換部１０４は、直交２位相（Ｉ軸、Ｑ軸）の制御が可能である。データ変換部１０４は、外部から入力された２系統（Ｘ／Ｙ）のデータ系列に基づき、４系列（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）のデータ系列を生成する。データ変換部１０４は、生成したデータ系列（電気信号）を、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５に出力する。
　図６は、データ変換部１０４の具体的構成例である。データ変換部１０４は、Ｘ反転制御部４０１、Ｘ差動符号化部４０２、Ｘ複製部４０３、ＸＩ反転制御部４０４、ＸＱ反転制御部４０５、Ｙ反転制御部５０１、Ｙ差動符号化部５０２、Ｙ複製部５０３、ＹＩ反転制御部５０４、ＹＱ反転制御部５０５で構成される。
　以下、データ変換部１０４の動作の詳細を、図６を用いて説明する。
　Ｘ反転制御部４０１では、図示しない外部から、データＸが入力される。Ｘ反転制御部４０１は、当該データＸに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。Ｘ反転制御部４０１は、反転制御後のデータを、Ｘ差動符号化部４０２に出力する。
　Ｘ差動符号化部４０２では、Ｘ反転制御部４０１から入力されるデータと、内部で１クロック保持しておいた出力データとの排他的論理和をとる。Ｘ差動符号化部４０２は、排他的論理和の演算結果を、Ｘ複製部４０３に出力する。
　Ｘ複製部４０３では、Ｘ差動符号化部４０２から入力されるデータを複製し、ＸＩ反転制御部４０４及びＸＱ反転制御４０５に出力する。
　ＸＩ反転制御部４０４では、Ｘ複製部４０３から入力されるデータに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。ＸＩ反転制御部４０４は、反転制御後のデータを、ＸＩレーンデータとして、外部（＝偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５）に出力する。
　ＸＱ反転制御部４０５では、Ｘ複製部４０３から入力されるデータに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。ＸＱ反転制御部４０５は、反転制御後のデータを、ＸＱレーンデータとして、外部（＝偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５）に出力する。
　Ｙ反転制御部５０１では、図示しない外部から、データＹが入力される。Ｙ反転制御部５０１は、当該データＹに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。Ｙ反転制御部５０１は、反転制御後のデータをＹ差動符号化部５０２に出力する。
　Ｙ差動符号化部５０２では、Ｙ反転制御部５０１から入力されるデータと、内部で１クロック保持しておいた出力データとの排他的論理和をとる。Ｙ差動符号化部５０２は、排他的論理和の演算結果を、Ｙ複製部５０３に出力する。
　Ｙ複製部５０３では、Ｙ差動符号化部５０２から入力されるデータを複製し、ＹＩ反転制御部５０４及びＹＱ反転制御５０５に出力する。
　ＹＩ反転制御部５０４では、Ｙ複製部５０３から入力されるデータに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。ＹＩ反転制御部５０４は、反転制御後のデータを、ＹＩレーンデータとして、外部（＝偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５）に出力する。
　ＹＱ反転制御部５０５では、Ｙ複製部５０３から入力されるデータに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。ＹＱ反転制御部５０５は、反転制御後のデータを、ＹＱレーンデータとして、外部（＝偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５）に出力する。
　こうして、データ変換部１０４は、外部から入力された２系統（Ｘ／Ｙ）のデータ系列に基づき、４系列（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）のデータ系列を生成する。４系列（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）のデータ系列は、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５に入力される。
　偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、パルスカーバ１０３から光信号が入力される。また、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、データ変換部１０４から、ＸＩレーン、ＸＱレーン、ＹＩレーン、および、ＹＱレーンの電気信号が入力される。偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、パルスカーバ１０３からの光信号を、これらの電気信号で、データ変調する。具体的には、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、パルスカーバ１０３からの光信号に対して、ＸＩレーンの電気信号とＸＱレーンの電気信号とでＸ偏波用のＩ／Ｑ変調を行い、ＹＩレーンの電気信号とＹＱレーンの電気信号とでＹ偏波用のＩ／Ｑ変調を行う。その後、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５は、Ｘ偏波成分とＹ偏波成分とのそれぞれを、直交偏波多重化する。偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５は、直交偏波多重化した光信号を、ビットインタリーブ部１０６に出力する。
　ビットインタリーブ部１０６では、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５から入力される光信号のＸ偏波成分とＹ偏波成分との間に、１シンボルの半分程度の任意の遅延差を付加する。ビットインタリーブ部１０６は、遅延差が付加された光信号を外部（例えば光伝送部２００）に出力する。
　図７は、位相変調部１０２における位相変調と、データ変換部１０４における信号点配置（データ変調のみ）、ＸＩ反転制御部４０４、ＸＱ反転制御部４０５、ＹＩ反転制御部５０４、ＹＱ反転制御部５０５における反転制御方法（Ｉ反転、Ｑ反転）、最終的に生成される信号点配置（位相変調有）の関係の一例を示したものである。
　一連の時間を８つの区間に区切り（ｔ＝８ｍ，８ｍ＋１，８ｍ＋２，・・・，８ｍ＋７）、位相変調部１０２における位相変調により、光信号の位相が０と－π／４を交互にとるものとする。ここでは、時間ｔ＝８ｍ、８ｍ＋２、８ｍ＋４、８ｍ＋６では、位相変調部１０２における位相変調が０であり、ｔ＝８ｍ＋１、８ｍ＋３、８ｍ＋５、８ｍ＋７における位相変調が－π／４であるものとした。このように、位相変調部１０２は、１シンボルごとに、π／４の位相切替を行う。
　一方、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、直交２位相（Ｉ軸／Ｑ軸）を制御可能であり、シンボル単位で、データ変調の変調規則を切り替える。図７の例では、２シンボルごとに、変調規則を切り替えている。偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、データ変調として、例えばＸ偏波において、図７の「信号点配置（データ変調のみ）」の行に示す信号点を別途生成する。すなわち、ｔ＝８ｍ、８ｍ＋１では、第一象限及び第三象限に信号点を配置する。ｔ＝８ｍ＋２、８ｍ＋３では、ｔ＝８ｍ、８ｍ＋１に対して－π／２位相回転させて第二象限及び第四象限に信号点を配置する。ｔ＝８ｍ＋４、８ｍ＋５では、ｔ＝８ｍ、８ｍ＋１に対してπ位相回転させて第一象限及び第三象限に信号点を配置する。ｔ＝８ｍ＋２、８ｍ＋３では、ｔ＝８ｍ、８ｍ＋１に対してπ／２位相回転させて第二象限及び第四象限に信号点を配置する。Ｙ偏波においても、同様に、「信号点配置（データ変調のみ）」の行に示す信号点を別途生成する。
　図７の「信号点配置（データ変調のみ）」の行に示す信号点に対し、位相変調を施して、０または－π／４の位相変調を行うと、図７の「信号点配置（位相変調有）」の行に示す信号点が生成される。これは、図３に示すＲｕｌｅ　Ａの変調規則に一致する。
　このように、本実施の形態においては、光送信部１００において、図５に示すように、位相変調を行う位相変調部１０２と、データ変調を行う偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５と、データ変換を行うデータ変換部１０４とを設けて、位相変調とデータ変調とデータ変換とを階層的に組み合わせることで、最終的に、図７の「信号点配置（位相変調有）」の行に示す信号点が生成される。
　ｔ＝８ｍにおいて、Ｉ軸反転及びＱ軸反転しないデータが出力されているものとすると、ｔ＝８ｍ＋４～８ｍ＋７においてはＩ軸反転を行う必要があり、ｔ＝８ｍ＋２～８ｍ＋５においてはＱ軸反転を行う必要がある。これらの反転制御をＸＩ反転制御部４０４、ＸＱ反転制御部４０５、ＹＩ反転制御部５０４、ＹＱ反転制御部５０５で行えばよい。このように、適宜、変調規則を切り替えることでπ／４単位で信号点配置を回転させることが可能になる。
　上記のように、本実施の形態においては、図７に示すように、変調規則が階層構造を有し、階層ごとに複数の変調規則を有している。また、変調規則の切り替えタイミング（切替周期）は、階層ごとに異なる値としてもよい。
　なお、変調規則は、偏波、レーン、フレームのいずれかで個別に設定してもよく、あるいは、偏波、レーン、フレームのすべてで個別に設定してもよい。すなわち、偏波や、レーンや、フレームに応じて異なる変調規則を有することを許容する。
　また、変調規則の切り替えタイミング（切替周期）は、偏波、レーン、フレームのいずれかで個別に設定してもよく、あるいは、偏波、レーン、および、フレームのすべてで個別に設定してもよい。すなわち、偏波や、レーンや、フレームに応じて異なる切替周期を有することを許容する。
　なお、パルスカーバ１０３におけるパルス化変調と、ビットインタリーブ部１０６における直交偏波間遅延差付加とは、ファイバ非線形光学効果による波形歪みをより低減する付加的な機能であり、本実施の形態に必須の要素ではない。従って、パルスカーバ１０３およびビットインタリーブ部１０６は、必ずしも、設ける必要はない。
　フレーム同期用パタンなど、ペイロード以外のデータを送受するタイミングでは、別途相応の変調規則に切り替えることも可能である。
　以上のように、本実施の形態では、位相変調およびデータ変調の組み合わせにより、偏波多重π／４シフト差動ＢＰＳＫ光信号を疑似的に生成する光送信部の具体的構成を示した。また、データの差動符号化、複製、反転制御による変調規則切り替えを組み合わせることで、データ変調のためのＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱの４レーンデータが生成できることを示した。
産業上の利用の可能性
　以上のように、本発明にかかる光伝送方式は、デジタルコヒーレント方式を用いた長距離光伝送システムに有用である。
　１００　光送信部、１０１　光源、１０２　位相変調部、１０３　パルスカーバ、１０４　データ変換部、１０５　偏波多重Ｉ／Ｑ変調部、１０６　ビットインタリーブ部、２００　光伝送部、３００　光受信部、３０１　コヒーレント検波部、３０２　偏波分離部、３０３　差動検波部、３０４　π／４位相回転部、４０１　Ｘ反転制御部、４０２　Ｘ差動符号化部、４０３　Ｘ複製部、４０４　ＸＩ反転制御部、４０５　ＸＱ反転制御部、５０１　Ｙ反転制御部、５０２　Ｙ差動符号化部、５０３　Ｙ複製部、５０４　ＹＩ反転制御部、５０５　ＹＱ反転制御部。

Claims (14)

  1. 　光送信部と光受信部とを有する光伝送装置であって、
    　前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信し、
    　前記光受信部は、
    　受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、
    　コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離部と、
    　偏波分離した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部と
    　を備えた
    　光伝送装置。
  2. 　光送信部を有する光伝送装置であって、
    　前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信する
    　光伝送装置。
  3. 　周期的に切り替えられる複数の変調規則を用いて生成されて直交偏波に多重化された光信号を受信する光受信部を有する光伝送装置であって、
    　前記光受信部は、
    　受信した前記光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、
    　コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離部と、
    　偏波分離した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部と
    　を備えた
    　光伝送装置。
  4. 　各前記変調規則は、前記光信号を１シンボルごとにπ／４ずつ位相回転する
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
  5. 　前記変調規則は前記直交偏波ごとに切り替えられる
    　請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
  6. 　前記光送信部は、
    　光源から入力される無変調光信号を位相変調する位相変調部と、
    　前記位相変調部から入力される光信号を、外部から入力されるデータ系列を用いて、データ変調するデータ変調部と
    　を備える
    　請求項１または２に記載の光伝送装置。
  7. 　前記位相変調部は、１シンボル間で、π／４の位相切替を行う
    　請求項６に記載の光伝送装置。
  8. 　前記データ変調部は、前記直交偏波ごとに、シンボル単位でデータ変調の変調規則を周期的に切り替える
    　請求項６または７に記載の光伝送装置。
  9. 　前記変調規則は、偏波、レーン、フレームのいずれかもしくはすべてで個別に設定可能である
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
  10. 　前記変調規則の切り替えタイミングは、偏波、レーン、フレームのいずれかもしくはすべてで個別に設定可能である
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
  11. 　前記変調規則は、階層構造を有し、階層ごとに複数の変調規則を有する
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
  12. 　前記変調規則の切り替えタイミングが、前記階層に応じて個別に設定される
    　請求項１１に記載の光伝送装置。
  13. 　前記データ変調部は、１系列の入力データに対して、差動符号化、データ複製、反転制御を組み合わせて２系列の出力データを生成し、前記２系列のデータで直交位相変調する
    　請求項６に記載の光伝送装置。
  14. 　光送信ステップと光受信ステップとを有する光伝送方法であって、
    　前記光送信ステップは、複数の変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して、送信光信号を生成し、
    　前記光受信ステップは、
    　外部から受信した受信光信号と局部発振光とを干渉させて前記受信光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波を行い、コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離し、偏波分離後の前記電気信号の差動検波を行う
    　光伝送方法。
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