JP5891099B2 - 光位相モニタ回路、光受信機、光送受信システム - Google Patents

Description

本発明は、光多値変調信号の非線形位相雑音をモニタする光位相モニタ回路に関する。

近年、ディジタルコヒーレント受信器を用いた光多値変調方式が研究され、実用化が進められている。光多値変調方式は、光の位相や振幅を利用して大容量の情報を伝送できるようにする技術であり、４値以上の位相変調方式（ＰＳＫ：Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、直交振幅変調方式（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、振幅位相変調方式（ＡＰＳＫ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）など、異なる多値数の変調方式が検討されている。

光多値変調信号を光ファイバ伝送路に通すと、波長分散（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）や偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）などといった信号波形の劣化が生じる。これらの波形劣化は、伝送におけるビット誤りを増大させる要因となり、通信の妨げとなる。しかし、受信側において、光補償器やディジタル信号処理技術による補償回路などを用いることにより、これらを補償することができる。

信号波形の劣化の１つとして、位相雑音が挙げられる。位相雑音は、線形位相雑音（ＡＳＥ光雑音、レーザ線幅による位相雑音など）と非線形位相雑音の２種類に分けられる。非線形位相雑音は、非線形光学効果によって引き起こされ、光デバイスやディジタル信号処理回路を用いても補償することが困難である。非線形光学効果は、伝送される光信号自身の光強度もしくは隣接する光信号の光強度に応じて屈折率が変化する現象であり、これによって伝送される光信号の光位相が変化し、非線形位相雑音として現れ、波形が劣化する。特に、波長多重の長距離伝送においては、隣接光チャネル間のクロストークの影響（ＸＰＭ：Ｃｒｏｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を受けてしまうため、受信感度が劣化し、伝送距離が大きく制限される。

下記特許文献１に記載されている技術では、光多値変調信号をコヒーレント受信して位相同期した後の電界データを信号点配置上に表示し、その表示上の分布に基づき、光信号の振幅方向の標準偏差、位相方向の標準偏差の比を基準として非線形位相雑音をモニタしている。

特開２００９−１９８３６４号公報

上記特許文献１に記載されている技術では、非線形位相雑音と線形位相雑音を分離せずに信号点配置表示上でモニタしているため、非線形位相雑音を精密にモニタリングすることが困難である。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされてものであり、光ファイバ伝送路を通過して劣化した光多値変調信号の位相雑音から非線形位相雑音を抽出し、光多値変調信号の非線形位相雑音をモニタすることを目的とする。

本発明に係る光位相モニタ回路は、光多値変調信号をコヒーレント受信して得られる電気データからデータ位相変調成分を消去して位相誤差を抽出し、位相誤差またはデータ位相変調成分を持たない位相誤差を位相成分とする電界データを周波数領域に変換する際に取得した位相または電界のスペクトルの形状の変化を検出して、光多値変調信号の非線形位相雑音をモニタする。

本発明に係る光位相モニタ回路によれば、光多値変調信号の非線形位相雑音を精密にモニタすることができる。

実施形態１に係る光位相モニタ回路３６０を備えた光受信機１０の構成図である。 光位相モニタ回路３６０の構成例を示すブロック図である。 光位相モニタ回路３６０の第２構成例を示すブロック図である。 光位相モニタ回路３６０の第３構成例を示すブロック図である。 光位相モニタ回路３６０の第４構成例を示すブロック図である。 光多値変調信号が偏波多重の光多値変調信号である場合における、光受信機１０の構成図である。 １２８Ｇｂｉｔ／ｓ ＰＭ−ＱＰＳＫ（偏波多重４値位相変調）光信号の伝送シミュレーション結果を示すグラフである。 図７の光伝送シミュレーションにおいて、図２に示す光位相モニタ回路３６０を用いて得られる、４倍の位相誤差のスペクトルである。 図７の光伝送シミュレーションにおいて、図３に示す光位相モニタ回路３６０を用いて得られる、４乗されてデータ変調の位相成分が消えた電界データのスペクトルである。 図７の光伝送シミュレーション条件において、図２に示す光位相モニタ回路３６０の動作をシミュレーションした結果である。 図７の光伝送シミュレーション条件において、図３に示す光位相モニタ回路３６０の動作をシミュレーションした結果である。 光多値変調信号が単一偏波の光多値変調信号である場合における、位相推定部３４０とデータ復元部３５０を備えていない光受信機１０の構成例を示す図である。 光多値変調信号が偏波多重の光多値変調信号である場合における、位相推定部３４０とデータ復元部３５０を備えていない光受信機１０の構成例を示す図である。 実施形態２に係る光位相モニタ回路３６０を備えた光受信機１０の構成図である。 実施形態２における光位相モニタ回路３６０の構成例を示す図である。 実施形態２における光位相モニタ回路３６０の第２構成例を示す図である。 光多値変調信号が偏波多重の多値変調信号である場合における、光受信機１０の構成図である。 光多値変調信号が単一偏波の光多値変調信号である場合における、データ復元部３５０を備えていない光受信機１０の構成例を示す図である。 光多値変調信号が偏波多重の光多値変調信号である場合における、データ復元部３５０を備えていない光受信機１０の構成例を示す図である。 実施形態３に係る光送受信システム２００の構成図である。 光多値変調信号が単一偏波である場合における光送信機４０の構成図である。 光多値変調信号が偏波多重である場合における光送信機４０の構成図である。 光送受信システム２００の初期化手順を説明するフローチャートである。 光送信機制御部５０と光受信機制御部２０が備えるルックアップテーブルＴ１とルックアップテーブルＴ２の構成を示す図である。 光送受信システム２００が障害から回復する手順を説明するフローチャートである。 実施形態４に係る光送受信システム２００の構成図である。

＜実施の形態１：機器構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係る光位相モニタ回路３６０を備えた光受信機１０の構成図である。光多値変調信号は、単一偏波のＭ値の位相変調信号、Ｍ値の直交振幅位相変調信号、Ｍ値の振幅位相変調信号のいずれであってもよい。Ｍは２以上の整数であるものとする。光受信機１０は、コヒーレント光検出部１１０、ディジタル信号処理部１２０を備える。光受信機１０は光受信機制御部２０と接続しており、光受信機制御部２０は制御ネットワーク３０と接続している。

コヒーレント検出部１１０は、光多値変調信号をコヒーレント受信して電界データに変換する機能部であり、光周波数混合器２１０、局発光源２２０、光電検出器２３０ａおよび２３０ｂ、アナログ・ディジタル変換器２４０ａおよび２４０ｂを備える。

ディジタル信号処理部１２０は、コヒーレント光検出部１１０で変換された電界データを信号処理する機能部であり、タイミング抽出部３１０、分散補償部３２０、周波数推定部３３０、位相推定部３４０、データ復元部３５０、光位相モニタ回路３６０を備える。

光受信機１０に入力された光多値変調信号は、コヒーレント光検出部１１０に入力される。コヒーレント光検出部１１０に入力された光信号は、光周波数混合器２１０に入力される。光周波数混合器２１０は、局発光源２２０の無変調（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光とコヒーレント光検出部１１０が受信した光信号を、光周波数混合する。光周波数混合器２１０は、Ｉ相成分の光信号とＱ相の光信号を出力し、それぞれ光電検出器２３０ａと２３０ｂに入力される。光電検出器２３０ａと２３０ｂに入力された光信号はそれぞれＩ相成分の電気信号とＱ相成分の電気信号に変換され、アナログ・ディジタル変換器２４０ａと２４０ｂにそれぞれ入力される。アナログ・ディジタル変換器２４０ａと２４０ｂに入力された電気信号は、それぞれディジタル電気信号として出力され、Ｉ＋ｊＱのように記述される電界データに変換される。この電界データはディジタル信号処理部１２０に入力される。

ディジタル信号処理部１２０に入力された電界データは、タイミング抽出部３１０に入力される。タイミング抽出部３１０は、周波数領域におけるバンドパスフィルタ処理などによってタイミング抽出処理を実施する。タイミング抽出部３１０からの出力は分散補償部３２０に入力される。分散補償部３２０は、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタなどを用いた波長分散補償処理を実施する。分散補償部３２０からの出力は周波数推定部３３０に入力される。周波数推定部３３０は、周波数領域における周波数オフセット成分抽出などの周波数オフセット補償処理を実施する。周波数推定部３３０からの出力は２分岐され、位相推定部３４０と光位相モニタ回路３６０にそれぞれ入力される。位相推定部３４０は、ＶＶＡ（Ｖｉｔｅｒｂｉ ＆ Ｖｉｔｅｒｂｉ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）、判定指向（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔｅｄ）などの位相推定アルゴリズムを用いて、位相誤差の検出と補償を実施する。光位相モニタ回路３６０は、非線形位相雑音をモニタする。光位相モニタ回路３６０からの出力は、光受信機制御部２０に入力される。光受信機制御部２０は、光受信機１０が受信する光信号の入力光パワー、多値数、変調速度、変調方式などの設定を変更し、制御ネットワーク３０を介してそのための制御情報を送受信する。位相推定部３４０からの出力はデータ復元部３５０に入力される。データ復元部３５０は、入力された信号をディジタルデータへ復元する。データ復元部３５０は、出力データ信号Ｏ１、Ｏ２を出力する。このとき、データ復元部３５０は差動符号化処理を実施してもよいし、しなくともよい。

図２は、光位相モニタ回路３６０の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、光位相モニタ回路３６０は、リサンプル部４１０、べき乗乗算器４２０、位相検出器４３０、周波数領域変換器４４０、非線形位相計測部４５０、を備える。本実施形態１における「位相誤差検出部」は、リサンプル部４１０、べき乗乗算器４２０、位相検出器４３０がこれに相当する。

光位相モニタ回路３６０に入力された電界データは、リサンプル部４１０に入力される。リサンプル部４１０は、波形補間などによるリサンプル処理を実施する。リサンプル部４１０からの出力はべき乗乗算器４２０に入力される。

べき乗乗算器４２０は、リサンプルされた電界データをべき乗処理する。これにより、変調データの位相成分が消え、位相成分にはべき乗分の位相誤差だけが残る。べき乗乗算器４２０からの出力は位相検出器４３０に入力される。べき乗処理は、リサンプルされた電界データの振幅値毎に応じてそれぞれ実施する必要がある。

位相検出器４３０は、べき乗されてデータ変調の位相成分が消えた電界データの位相成分、すなわちべき乗分の倍数の位相誤差を検出する。位相検出器４３０からの出力は周波数領域変換器４４０に入力される。周波数領域変換器４４０は、入力された信号を高速フーリエ変換などによって周波数領域に変換し、べき乗分の倍数の位相誤差のスペクトルを出力する。このとき、周波数領域変換器４４０の対象とするサンプル数はあらかじめ固定的に設定してもよいし、自由に設定変更できるようにしてもよい。周波数領域変換器４４０からの出力は非線形位相計測部４５０に入力され、スペクトル幅または分散または標準偏差を計測し、光多値変調信号の非線形位相雑音をモニタする。これにより、スペクトル形状の変化を検出することができる。モニタした非線形位相雑音は、光受信機制御部２０に入力される。

図３は、光位相モニタ回路３６０の第２構成例を示すブロック図である。図３に示す光位相モニタ回路３６０は、リサンプル部４１０、べき乗乗算器４２０、周波数領域変換器４４０、非線形位相計測部４５０を備える。以下では図２と異なる部分を中心に説明する。

べき乗乗算器４２０からの出力である、データ変調の位相成分が消えた電界データは、周波数領域変換器４４０に入力される。周波数領域変換器４４０は、べき乗されてデータ変調の位相成分が消えた電界データを高速フーリエ変換などによって周波数領域に変換し、べき乗されてデータ変調の位相成分が消えた電界データのスペクトルを出力する。このとき、周波数領域変換器４４０の対象とするサンプル数はあらかじめ固定的に設定してもよいし、自由に設定変更できるようにしてもよい。周波数領域変換器４４０からの出力は非線形位相計測部４５０に入力され、スペクトル幅または分散または標準偏差を計測し、光多値変調信号の非線形位相雑音をモニタする。これにより、スペクトル形状の変化を検出することができる。モニタした非線形位相雑音量は、光受信機制御部２０に入力される。

図４は、光位相モニタ回路３６０の第３構成例を示すブロック図である。図４に示す光位相モニタ回路３６０は、リサンプル部４１０、べき乗乗算器４２０、位相検出器４３０、除算器４６０、周波数領域変換器４４０、非線形位相計測部４５０を備える。以下では図２と異なる部分を中心に説明する。

位相検出器４３０からの出力であるべき乗分の倍数の位相誤差は除算器４６０に入力される。除算器４６０は、べき乗分の倍数の位相誤差を除算し、位相誤差を検出する。除算器４６０からの出力は周波数領域変換器４４０に入力される。以下の構成は図２と同様である。

図５は、光位相モニタ回路３６０の第４構成例を示すブロック図である。図５に示す光位相モニタ回路３６０は、リサンプル部４１０、べき乗乗算器４２０、位相検出器４３０、除算器４６０、電界再生器４７０、周波数領域変換器４４０、非線形位相計測部４５０を備える。以下では図２と異なる部分を中心に説明する。

位相検出器４３０からの出力であるべき乗分の倍数の位相誤差は除算器４６０に入力される。除算器４６０は、べき乗分の倍数の位相誤差を除算し、位相誤差を検出する。除算器４６０からの出力は電界再生器４７０に入力され、データ変調の位相成分を持たない位相誤差を位相成分とする電界データに再生される。電界再生器４７０からの出力は周波数領域変換器４４０に入力される。以下の構成は図２と同様である。

ここまでは、非線形位相雑音量のモニタについて述べたが、光位相モニタ回路３６０内の周波数領域変換器４４０が対象とするサンプル数を増やすことにより、送信機側および受信機側のレーザの線幅をモニタすることもできる。後述する実施形態においても同様である。

図６は、光多値変調信号が偏波多重信号である場合における、光受信機１０の構成図である。図６に示す光受信機１０は、光多値変調信号を偏波毎に処理する機能部を備える点が、図１とは異なる。以下、図１と異なる点を中心に説明する。

コヒーレント光検出部１１０は、偏波分離器２５０、光周波数混合器２１０ａおよび２１０ｂ、局発光源２２０、光電検出器２３０ａおよび２３０ｂ、光電検出器２３０ｃおよび２３０ｄ、アナログ・ディジタル変換器２４０ａおよび２４０ｂ、アナログ・ディジタル変換器２４０ｃおよび２４０ｄを備える。

ディジタル信号処理部１２０は、タイミング抽出部３１０、分散補償部３２０、偏波分離部３７０、周波数推定部３３０、位相推定部３４０、データ復元部３５０、光位相モニタ回路３６０ａおよび３６０ｂを備える。

図６の光受信機１０に入力された光多値変調信号は、コヒーレント検出部１１０に入力される。コヒーレント光検出部１１０に入力された光多値変調信号は、偏波分離器２５０に入力される。偏波分離器２５０は、光多値変調信号から直交する２つの偏波成分を抽出し、光周波数混合器２１０ａと２１０ｂへそれぞれ出力する。光周波数混合器２１０ａはＴＥ偏波におけるＩ相成分の光信号とＱ相の光信号を出力し、これらはそれぞれ光電検出器２３０ａと２３０ｂに入力される。光周波数混合器２１０ｂはＴＭ偏波におけるＩ相成分の光信号とＱ相の光信号を出力し、これらはそれぞれ光電検出器２３０ｃと２３０ｄに入力される。光電検出器２３０ａと２３０ｂに入力された光信号は、それぞれＴＥ偏波におけるＩ相成分の電気信号とＱ相成分の電気信号に変換され、アナログ・ディジタル変換器２４０ａと２４０ｂにそれぞれ入力される。光電検出器２３０ｃと２３０ｄに入力された光信号は、それぞれＴＭ偏波におけるＩ相成分の電気信号とＱ相成分の電気信号に変換され、アナログ・ディジタル変換器２４０ｃと２４０ｄにそれぞれ入力される。アナログ・ディジタル変換器２４０ａと２４０ｂに入力された電気信号は、それぞれディジタル電気信号に変換され、Ｉ＋ｊＱのように記述される電界データに変換される。アナログ・ディジタル変換器２４０ｃと２４０ｄに入力された電気信号は、それぞれディジタル電気信号に変換され、Ｉ＋ｊＱのように記述される電界データに変換される。これらの各偏波における電界データはディジタル信号処理部１２０に入力される。

ディジタル信号処理部１２０に入力された電界データは、タイミング抽出部３１０、分散補償部３２０、周波数推定部３３０を介して偏波分離部３７０に入力される。偏波分離部３７０は、ＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）、ＭＭＡ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）などの偏波分離アルゴリズムを用いて、偏波多重信号の偏波を分離し、伝送路で生じたＰＭＤ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：偏波モード分散）を補償する。偏波分離部３７０からの出力は２分岐され、データ復元部３５０と光位相モニタ回路３６０ａおよび３６０ｂに入力される。データ復元部３５０は、各偏波信号をディジタルデータへ復元し、出力データ信号Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４を出力する。光位相モニタ回路３６０ａはＴＥ偏波の非線形位相雑音をモニタし、光位相モニタ回路３６０ｂはＴＭ偏波の非線形位相雑音をモニタする。光位相モニタ回路３６０ａおよび３６０ｂからの出力は、光受信機制御部２０に入力される。光位相モニタ回路３６０ａと３６０ｂは、図２〜図５いずれの構成のものでもよい。

＜実施の形態１：光位相モニタ回路３６０の動作原理と評価結果＞
図７は、１２８Ｇｂｉｔ／ｓ ＰＭ−ＱＰＳＫ（偏波多重４値位相変調）光信号の伝送シミュレーション結果を示すグラフである。縦軸はビット誤り率（ＢＥＲ：Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）、横軸はチャネル毎の入力光パワー（Ｌａｕｎｃｈｅｄ Ｐｏｗｅｒ）である。ＰＭ−ＱＰＳＫ光信号を中心に、１００ＧＨｚ間隔で１０Ｇｂｉｔ／ｓの光強度変調信号を、右隣に８波、左隣に８波を配置した、計１７波の波長多重伝送を前提条件とした。１０Ｇｂｉｔ／ｓの光強度変調信号の偏波状態は偏波角π／４の直線偏波にしているため、図７においてＴＥ偏波およびＴＭ偏波ともにほぼ均一の非線形光学効果の影響を受けている。光ファイバ伝送路は６スパンのＤＳＦ５０ｋｍであり、伝送距離は計３００ｋｍである。また、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）は、１７ｄＢで固定にしている。

図７に示す結果によれば、１波あたりの入力パワーが−１２ｄＢｍあたりからＢＥＲが劣化し始め、−１０ｄＢｍから急峻に劣化していく様子がわかる。これは、−１０ｄＢｍから非線形光学効果が出始め、非線形位相雑音が発生するためである。

図８は、図７の光伝送シミュレーションにおいて、図２に示す光位相モニタ回路３６０を用いて、４倍の位相誤差をＦＦＴで周波数領域に変換して得られる、４倍の位相誤差のスペクトルである。縦軸はスペクトルパワー、横軸は周波数である。本シミュレーションでは、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波ともにほぼ均一の非線形光学効果の影響を受けているため、ＴＥ偏波についてのみ４倍の位相誤差スペクトルを取り上げる。

１波あたりの入力パワー−１４ｄＢｍおよび−１２ｄＢｍの場合においては、直流およびシンボルレート付近でピークが立ち上がっている。しかし、１波あたりの入力パワーを高くしていくと、直流およびシンボルレート付近でスペクトル幅が現れ始め、１波あたりの入力パワー−６ｄＢｍの場合においてはスペクトル幅が広がっていく。これは、直流およびシンボルレート付近を中心に、非線形位相雑音のスペクトルが発生し、１波あたりの入力パワーが高くなるにつれて非線形位相雑音のスペクトルが全体に広がっていくためである。

図９は、図７の光伝送シミュレーションにおいて、図３に示す光位相モニタ回路３６０を用いて、４乗されてデータ変調の位相成分が消えた電界データをＦＦＴで周波数領域に変換して得られる、４乗されてデータ変調の位相成分が消えた電界データのスペクトルである。縦軸はスペクトルパワー、横軸は周波数である。本シミュレーションでは、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波ともにほぼ均一の非線形光学効果の影響を受けているため、ＴＥ偏波についてのみ４乗されてデータ変調の位相成分が消えた電界データのスペクトルを取り上げる。

１波あたりの入力パワー−１４ｄＢｍおよび−１２ｄＢｍの場合においては、直流およびシンボルレート付近でピークが立ち上がっている。しかし、１波あたりの入力パワーを高くしていくと、直流およびシンボルレート付近でスペクトル幅が現れ始め、１波あたりの入力パワー−６ｄＢｍの場合においてはスペクトル幅が広がっていく。これは、直流およびシンボルレート付近を中心に、非線形位相雑音のスペクトルが発生し、１波あたりの入力パワーが高くなるにつれて非線形位相雑音のスペクトルが全体に広がっていくためである。

図１０は、図７の光伝送シミュレーション条件において、図２に示す光位相モニタ回路３６０の動作をシミュレーションした結果である。縦軸は非線形位相計測部４５０が算出した非線形位相雑音のスペクトルの標準偏差、横軸はチャネル毎の入力パワーである。図１０の結果によれば、１波あたりの入力パワーが−１２ｄＢｍから−１０ｄＢｍに上がる際に非線形位相雑音のスペクトルの標準偏差が急峻に上がり、さらに１波あたりの入力パワーを上げると−８ｄＢを変曲点として非線形位相雑音のスペクトルの標準偏差が低下する様子が見られる。図１１も同様の結果が見られる。

図４〜図５に示した光位相モニタ回路３６０は、Ｍ倍の位相誤差をＭ値で除算して得られる位相誤差をＦＦＴで周波数領域に変換するものであるが、これらについても図１０〜図１１と同様のシミュレーション結果が得られたため、説明は省略する。

図１０〜図１１に示す結果によれば、非線形位相雑音のスペクトル幅の標準偏差がある入力パワーを皮切りに、急峻に変化することが分かる。

＜実施の形態１：光受信機１０の変形例＞
以上の説明では、光位相モニタ回路３６０および位相推定部３４０とデータ復元部３５０によるデータ受信機能を備えた光受信機１０の構成について述べてきたが、データ受信機能を備えておらず、光位相モニタ回路３６０のみを備えた光受信機１０の構成においても、以上と同様の構成を採用することもできる。

図１２は、光多値変調信号が単一偏波の光位相変調信号である場合における、位相推定部３４０とデータ復元部３５０を備えていない光受信機１０の構成例を示す図である。

図１３は、光多値変調信号が偏波多重の光位相変調信号である場合における、位相推定部３４０とデータ復元部３５０を備えていない光受信機１０の構成例を示す図である。

＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る光位相モニタ回路３６０において、周波数領域変換部４４０は、べき乗されてデータ変調の位相成分が消えた電界データまたはその位相成分をスペクトルに変換し、非線形位相計測部４５０は、そのスペクトルからスペクトル幅または分散または標準偏差を計測し、光多値変調信号の非線形位相雑音をモニタする。

＜実施の形態２＞
図１４は、本発明の実施形態２に係る光位相モニタ回路３６０を備えた光受信機１０の構成図である。図１４に示す光受信機１０は、ディジタル信号処理部１２０の構成が実施形態１とは異なる。

なお本実施形態２において、光多値変調信号は、単一偏波のＭ値の位相変調信号、Ｍ値の直交振幅位相変調信号、Ｍ値の振幅位相変調信号のいずれであってもよい。Ｍは２以上の整数であるものとする。周波数推定部３３０からの出力は位相推定部３４０に入力される。位相推定部３４０は、ＶＶＡ（Ｖｉｔｅｒｂｉ ＆ Ｖｉｔｅｒｂｉ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）、判定指向（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔｅｄ）などの位相推定アルゴリズムを用いて、位相誤差の検出と補償を実施する。位相推定部３４０からの出力は２分岐され、データ復元部３５０と光位相モニタ回路３６０に入力される。

図１５は、本実施形態２における光位相モニタ回路３６０の構成例を示す図である。図１５に示す光位相モニタ回路３６０は、位相誤差検出器４８０、周波数領域変換器４４０、非線形位相計測部４５０を備える。本実施形態２における「位相誤差検出部」は、位相誤差検出器４８０がこれに相当する。

光位相モニタ回路３６０に入力された電界データは、位相誤差検出器４８０に入力される。位相誤差検出器４８０は、光ファイバ伝送路に通す前の光多値変調信号の電界データをコンスタレーション上に配置したときの信号点配置をあらかじめ保持しており、これと入力された電界データを比較することにより、位相推定部３４０が補償しきれなかった位相誤差を検出する。位相誤差検出器４８０からの出力は周波数領域変換器４４０に入力される。以下の構成は図２と同様である。

図１６は、本実施形態２における光位相モニタ回路３６０の第２構成例を示す図である。図１６に示す光位相モニタ回路３６０は、位相誤差検出器４８０、電界再生器４７０、周波数領域変換器４４０、非線形位相計測部４５０を備える。

位相誤差検出部４８０からの出力は電界再生器４７０に入力され、位相推定部３４０が補償し切れなかった位相誤差を位相成分とする電界データに再生される。電界再生器４７０からの出力は周波数領域変換器４４０に入力される。以下の構成は図３と同様である。

図１７は、光多値変調信号が偏波多重信号である場合における、光受信機１０の構成図である。図１７に示す光受信機１０は、光多値変調信号を偏波毎に処理する機能部を備える点が、図１４とは異なる。以下、図１４と異なる点を中心に説明する。

コヒーレント光検出部１１０は、偏波分離器２５０、光周波数混合器２１０ａおよび２１０ｂ、局発光源２２０、光電検出器２３０ａおよび２３０ｂ、光電検出器２３０ｃおよび２３０ｄ、アナログ・ディジタル変換器２４０ａおよび２４０ｂ、アナログ・ディジタル変換器２４０ｃおよび２４０ｄを備える。

ディジタル信号処理部１２０は、タイミング抽出部３１０、分散補償部３２０、偏波分離部３７０、周波数推定部３３０、位相推定部３４０、データ復元部３５０、光位相モニタ回路３６０ａおよび３６０ｂを備える。

図１７の光受信機１０に入力された光多値変調信号は、コヒーレント検出部１１０に入力される。コヒーレント光検出部１１０に入力された光多値変調信号は、偏波分離器２５０に入力される。偏波分離器２５０は、光多値変調信号から直交する２つの偏波成分を抽出し、光周波数混合器２１０ａと２１０ｂへそれぞれ出力する。光周波数混合器２１０ａはＴＥ偏波におけるＩ相成分の光信号とＱ相の光信号を出力し、これらはそれぞれ光電検出器２３０ａと２３０ｂに入力される。光周波数混合器２１０ｂはＴＭ偏波におけるＩ相成分の光信号とＱ相の光信号を出力し、これらはそれぞれ光電検出器２３０ｃと２３０ｄに入力される。光電検出器２３０ａと２３０ｂに入力された光信号は、それぞれＴＥ偏波におけるＩ相成分の電気信号とＱ相成分の電気信号に変換され、アナログ・ディジタル変換器２４０ａと２４０ｂにそれぞれ入力される。光電検出器２３０ｃと２３０ｄに入力された光信号は、それぞれＴＭ偏波におけるＩ相成分の電気信号とＱ相成分の電気信号に変換され、アナログ・ディジタル変換器２４０ｃと２４０ｄにそれぞれ入力される。アナログ・ディジタル変換器２４０ａと２４０ｂに入力された電気信号は、それぞれディジタル電気信号に変換され、Ｉ＋ｊＱのように記述される電界データに変換される。アナログ・ディジタル変換器２４０ｃと２４０ｄに入力された電気信号は、それぞれディジタル電気信号に変換され、Ｉ＋ｊＱのように記述される電界データに変換される。これらの各偏波における電界データはディジタル信号処理部１２０に入力される。

ディジタル信号処理部１２０に入力された電界データは、タイミング抽出部３１０、分散補償部３２０、周波数推定部３３０を介して偏波分離部３７０に入力される。偏波分離部３７０は、ＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）、ＭＭＡ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）などの偏波分離アルゴリズムを用いて、偏波多重信号の偏波を分離し、伝送路で生じたＰＭＤ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：偏波モード分散）を補償する。偏波分離部３７０からの出力は２分岐され、データ復元部３５０と光位相モニタ回路３６０ａおよび３６０ｂに入力される。データ復元部３５０は、各偏波信号をディジタルデータへ復元し、出力データ信号Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４を出力する。光位相モニタ回路３６０ａはＴＥ偏波の非線形位相雑音をモニタし、光位相モニタ回路３６０ｂはＴＭ偏波の非線形位相雑音をモニタする。光位相モニタ回路３６０ａおよび３６０ｂからの出力は、光受信機制御部２０に入力される。光位相モニタ回路３６０ａと３６０ｂは、図１５〜図１６いずれの構成のものでもよい。

＜実施の形態２：光受信機１０の変形例＞
以上の説明では、光位相モニタ回路３６０およびデータ復元部３５０によるデータ受信機能を備えた光受信機１０の構成について述べてきたが、データ受信機能を備えておらず、光位相モニタ回路３６０のみを備えた光受信機１０の構成においても、以上と同様の構成を採用することもできる。

図１８は、光多値変調信号が単一偏波の光位相変調信号である場合における、データ復元部３５０を備えていない光受信機１０の構成例を示す図である。

図１９は、光多値変調信号が偏波多重の光位相変調信号である場合における、データ復元部３５０を備えていない光受信機１０の構成例を示す図である。

＜実施の形態２：まとめ＞
以上のように、本実施形態２に係る光位相モニタ回路３６０は、位相推定部３４０が光多値変調信号の位相を推定および補償した後の電界データを受け取り、位相推定部３４０が補償しきれなかった位相誤差またはその位相誤差を位相成分とする電界データをスペクトルに変換し、非線形位相計測部４５０は、そのスペクトルからスペクトル幅または分散または標準偏差を計測し、非線形位相雑音をモニタする。

＜実施の形態３＞
図２０は、本発明の実施形態３に係る光送受信システム２００の構成図である。光送受信システム２００は、光受信機１０、光送信機４０、光中継機７０、光受信機制御部２０、光送信機制御部５０、光中継機制御部８０、光ファイバ伝送路６０、制御ネットワーク３０を有する。光受信機１０は、実施形態１〜２いずれかで説明したものである。光送信機４０は、光送信機制御部５０からの指示にしたがって、入力パワー、多値数、変調速度、変調方式を変更する機能を備えている。光ファイバ伝送路６０は、光送信機４０と光受信機１０を接続する光経路である。光中継機７０は、光ファイバ伝送路６０の後に接続され、光中継機制御部８０からの指示にしたがって、入力パワーを変更する機能を備えている。制御ネットワーク３０は、光受信機制御部２０と光中継機制御部８０、光送信機制御部５０の間で制御情報を送受信する通信ネットワークである。

図２１は、光多値変調信号が単一偏波である場合における光送信機４０の構成図である。図２１に示す光送信機４０は、可変多値変調速度信号発生器４０１、レーザ光源２６０、光変調器２７０、可変光パワー減衰器２８０を備える。可変多値変調速度信号発生器４０１と可変光パワー減衰器２８０は、制御ネットワーク３０を介して光送信機制御部５０と接続している。

レーザ光源２６０から発生した無変調（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光は、光変調器２７０に入力される。可変多値変調速度信号発生器４０１は、これと並行して、データ信号Ｉ１を光変調器２７０に入力する。光変調器２７０は、データ信号Ｉ１に基づきＣＷ光を変調し、光変調信号を出力する。光変調器２７０からの出力は可変光パワー減衰器２８０に入力される。可変光パワー減衰器２８０は、光変調信号の光パワーを、光送信機制御部５０から受信した制御情報が指定する光送信パワー値に設定する。可変光パワー減衰器２８０からの出力は、光ファイバ伝送路６０に入力され、光ファイバ伝送路の出力は光中継機７０に入力される。

可変多値変調速度信号発生器４０１は、光多値変調信号の多値数や変調速度の設定を、光送信機制御部５０からの制御情報に基づき変更することができる。可変多値変調速度信号発生器４０１は、多値数や変調速度の設定を変更したら、光送信機制御部５０に対し、光受信機１０の設定変更をすべき旨の制御情報を送信する。光送信機制御部５０はその制御情報を受信すると、制御ネットワーク３０を通して、光受信機制御部２０にその制御情報を送信する。変調方式としては、位相変調方式、直交振幅位相変調方式、振幅位相変調方式のいずれかを採用してもよい。入力データ信号Ｉ１は、１つのデータ信号を２つに分離した信号であってもよいし、全く関係のない別々のデータであってもよい。光変調器２７０は、例えば、ＬＮ位相変調器、マッハツェンダ（ＭＺ：Ｍａｃｈ Ｚｅｎｄｅｒ）型変調器、ＭＺ型変調器２台を並列に構成した直交（ＩＱ）変調器であってよい。ｍ−ＰＳＫ、ｍ−ＱＡＭ、ｍ−ＡＰＳＫ（ｍは４以上）の伝送を想定している場合、ＩＱ変調器がふさわしい。

図２２は、光多値変調信号が偏波多重である場合における光送信機４０の構成図である。図２２に示す光送信機４０は、可変多値変調速度信号発生器４０１、レーザ光源２６０、光分岐器２９０、光変調器２７０ａおよび２７０ｂ、偏波多重器３００、可変光パワー減衰器２８０を備える。光変調器２７０ａと偏波多重器３００の間、および光変調器２７０ｂと偏波多重器３００の間は、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で接続されている。可変多値変調速度信号発生器４０１と可変光パワー減衰器２８０は、制御ネットワーク３０を介して光送信機制御部５０と接続している。

レーザ光源２６０から発生した無変調（ＣＷ、Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光は、光分岐器２９０に入力される。光分岐器２９０は、ＣＷ光を分岐し、それぞれ光変調器２７０ａと２７０ｂに入力する。光変調器２７０ａは、可変多値変調速度信号発生器４０１からのデータ信号Ｉ１にしたがって、ＣＷ光に変調をかける。光変調器２７０ｂは、可変多値変調速度信号発生器４０１からのデータ信号Ｉ２にしたがって、ＣＷ光に変調をかける。光変調器２７０ａと２７０ｂはそれぞれ光変調信号を出力する。入力データ信号Ｉ１、Ｉ２は、１つのデータ信号を２つに分離した信号であってもよいし、全く関係のない別々のデータであってもよい。入力データ信号Ｉ１、Ｉ２のビットレートは同一であっても、異なっていてもよい。

偏波多重器３００は、光変調器２７０ａによって変調された光変調信号と、光変調器２７０ｂによって変調された光変調信号とを互いに直交する偏波状態（例えば、ＴＥ偏波とＴＭ偏波）で合成し、偏波多重光信号を生成する。偏波多重器３００からの出力は可変光パワー減衰器２８０に入力される。

また、制御ネットワーク３０の代わりに、監視制御光信号（ＯＳＣ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ Ｃａｌｌ）で光ファイバ伝送路６０に入力し、光ファイバ伝送路６０からの監視制御光信号を、光検出部を備えた光受信機制御部２０と光中継機制御部８０、光送信機制御部５０の間で受信して、設定情報を取得してもよい。

＜実施の形態３：システム動作＞
図２３は、光送受信システム２００の初期化手順を説明するフローチャートである。本フローチャートは、光受信機１０をセットアップするとき、または障害から復帰させるときなど、光受信機１０を初期状態に設定するときに実施される。光送信機制御部５０と光受信機制御部２０は、後述するルックアップテーブルを備えているものとする。

ステップＳ５において、光送信機制御部５０と光受信機制御部２０は、光多値変調信号の多値数、変調速度、変調方式、偏波多重方式についての情報を、それぞれ光送信機４０と光受信機１０に設定する。

ステップＳ１０において、光送信機制御部５０と光受信機制御部２０は、光多値変調信号に対応した非線形位相の基準値を設定する。ステップＳ１５において、光送信機制御部５０と光受信機制御部２０は、入力光パワーの運用範囲を光送信機４０、光受信機１０に設定する。

ステップＳ２０において、光送信機制御部と光中継機制御部８０は、入力光パワーを光送信機１０、光中継機７０に設定する。

ステップＳ２５において、光受信機制御部２０は、光受信機１０の非線形位相（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）をモニタし、ルックアップテーブルＴ２へモニタ結果を格納する。モニタする対象は、スペクトル幅または標準偏差とする。

ステップＳ３０において、光受信機制御部２０は、非線形位相（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）は基準値と同程度であるか否かを判定する。同程度であれば、フローは終了となる。同程度でなければ、ステップＳ３５に進む。

ステップＳ３５において、光受信機制御部２０は、ステップＳ１５で設定した入力光パワーの運用範囲内で非線形位相（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）の測定が終了したか否かを判定する。終了していなければ、ステップ４０へ進み、光送信機制御部５０、光中継機制御部８０を介してまだ測定していない入力光パワーを光送信機４０、光中継機７０上に設定し、ステップＳ２０に戻って同様の処理を実施する。測定が終了していれば、ステップＳ４５に進む。

ステップＳ４５において、光受信機制御部２０は、ステップＳ１５で設定した測定範囲内において、非線形位相が基準値以下か否かを判定する。基準値以下のものがあれば基準値に一番近い非線形位相に相当する入力光パワーに設定し、フローは終了となる。基準値以下でなければ、ステップＳ５０へと進む。ステップＳ５０において、光受信機制御部２０は、光送信機制御部５０を介して光送信機４０の多値数、変調速度、変調方式、偏波多重方式を変更し、Ｔ１を更新した上で、ステップＳ５へ戻って同じフローを繰返す。以上で本フローチャートは終了する。

図２４は、光送信機制御部５０と光受信機制御部２０が備えるルックアップテーブル（ＬＵＴ：Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）Ｔ１とルックアップテーブルＴ２の構成を示す図である。以下、各テーブルについて説明する。

ルックアップテーブルＴ１は、光送信機４０が出力している光多値変調信号の多値数、変調速度、変調方式、偏波多重方式、入力光パワーの運用範囲、非線形位相の基準値を把握しておくためのテーブルである。光送信機制御部５０と光受信機制御部２０は、ステップＳ５、Ｓ５０などにおいて、光送信機制御部５０を介して光受信機１０が出力する光多値変調信号の上記各パラメータを変更するとき、ルックアップテーブルＴ１にその変更内容を記録する。

ルックアップテーブルＴ２は、光受信機１０が受信する光多値変調信号の入力光パワー、非線形位相の測定結果を、偏波毎に記録するためのテーブルである。光多値変調信号が単一偏波である場合は、非線形位相はＴＥ偏波に記録すればよい。ルックアップテーブルＴ２が記録している測定結果は、ステップＳ３０、Ｓ４５、などにおいて測定結果を参照する際に用いられる。

図２５は、光送受信システム２００が障害から回復する手順を説明するフローチャートである。図２５において、図２３で説明したフローチャートはあらかじめ実施済みであるものとする。

ステップＳ５５において、光受信機制御部２０は、障害（光受信機１０におけるＢＥＲの劣化）を検出した場合は以下のステップを実施し、検出しなかった場合は本ステップで待機して障害検出を待ち受ける。光受信機１０の障害は、発生した時点で光受信機１０から光受信機制御部２０へ通知してもよいし、光受信機１０の運用開始後も光受信機制御部２０が光受信機１０におけるＢＥＲを常時モニタして検出するようにしてもよい。

ステップＳ６０において、光受信機制御部２０は、現時点の非線形位相（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）をモニタする。ステップＳ６５において、光受信機制御部２０は、現時点の非線形位相雑音量（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）とルックアップテーブルＴ１に記録されている非線形位相の基準値とを比較する。現時点の非線形位相雑音量（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）が、基準値と同程度であれば、ステップＳ１００に進む。同程度でなければ、ステップＳ７０へ進む。

ステップＳ７０において、光受信機制御部２０は、光送信機制御部５０、光中継機制御部８０を介して光送信機４０、光中継機７０の入力光パワーを基準値に近づくように変更し、ステップＳ７５において入力光パワーを光送信機４０、光中継機７０に設定する。

ステップＳ８０において、光受信機制御部２０は、入力光パワー変更後の非線形位相（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）をモニタする。ステップＳ８５において、光受信機制御部２０は、入力光パワー変更後の非線形位相（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）とルックアップテーブルＴ１に記録されている非線形位相の基準値とを比較する。入力光パワー変更後の非線形位相（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）が、基準値と同程度であれば、フローは終了となる。同程度でなければ、ステップＳ９０へ進む。

ステップＳ９０において、光受信機制御部２０は、入力光パワーの運用範囲内で非線形位相（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）の測定が終了したか否かを判定する。終了していなければ、ステップＳ７０へ戻り、光送信機制御部５０、光中継機制御部８０を介してまだ測定していない入力光パワーを光送信機４０、光中継機７０上に設定し、同様の処理を実施する。測定が終了していれば、ステップＳ９５に進む。

ステップＳ９５において、光受信機制御部２０は、入力光パワーの運用範囲内において、非線形位相が基準値以下か否かを判定する。基準値以下のものがあれば基準値に一番近い非線形位相に相当する入力光パワーに設定し、フローは終了となる。基準値以下でなければ、ステップＳ１００へと進む。ステップＳ１００において、光受信機制御部２０は、光送信機制御部５０を介して光送信機４０の多値数、変調速度、変調方式、偏波多重方式を変更し、ステップＳ１０５へ進み、図２３のＳ５〜と同等の処理を行う。以上で本フローチャートは終了する。

＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３に係る光送受信システム２００は、非線形位相をモニタすることにより、光送信機４０、光中継機７０、光受信機１０を運用することができる。

また、本実施形態３に係る光送受信システム２００は、ＢＥＲの劣化を検出するとその原因が非線形位相雑音によるものであるか否かを判定し、その原因に応じて適切な復帰処理を、自動的に実施することができる。すなわち、光受信機１０のＢＥＲが劣化したときは、復帰処理を自動的に実施することができるので、運用に係る負担を軽減することができる。

非線形位相雑音によって以上のような処理を実施できる理由は、変調方式や光送信機か入力光パワーにともなって非線形位相雑音信号の影響が顕著に変化するためである。そこで本発明では、非線形位相をモニタし、光多値変調信号の多値数、変調速度、入力光パワーなどをアダプティブに切り替えて障害自動回復に応用し、さらには光ファイバ伝送中の障害発生時の劣化要因を追究することとした。このように、非線形位相をモニタすることにより、様々な用途にこれを応用することができる点において、本発明は有用であると考えられる。

＜実施の形態４＞
図２６は、本発明の実施形態４に係る光送受信システム２００の構成図である。本実施形態４においては、波長多重光信号を送受信するものとする。図２６に示す光送受信システム２００は、波長多重光信号を送信する波長多重光送信機９０、波長多重光信号を受信する波長多重光受信機１００、光中継機７０、光受信機制御部２０、光中継機制御部８０、光送信機制御部５０、光ファイバ伝送路６０、制御ネットワーク３０を備える。

波長多重光送信機９０は、入力光パワー、多値数、変調速度、変調方式などを変更する機能を備えた光送信機４０−１、４０−２、・・・、４０−ｎ、光合波器５１０を備える。光合波器５１０は、各光送信機が出力する光多値変調信号を波長多重して出力する。波長多重光受信機８０は、光受信機１０−１、１０−２、・・・、１０−ｎ、光分波器５２０を備える。光分波器５２０は、波長多重光送信機９０が送信した波長多重光信号を分波して各光受信機に配分する。各光送信機および各光受信機は、これまでのいずれかの実施形態で説明したものと同様である。

光中継機７０は、光ファイバ伝送路６０の後に接続され、光中継機制御部８０からの指示にしたがって、入力パワーを変更する機能を備えている。それぞれ波長多重送信機９０が備える光送信機４０−１、４０−２、・・・、４０−ｎに該当する波長毎の光多値変調信号の入力パワーを個別に設定してもよい。

光送信機制御部５０と光受信機制御部２０は、それぞれ波長多重送信機９０が備える光送信機４０−１、４０−２、・・・、４０−ｎと、波長多重光受信機１００が備える光受信機１０−１、１０−２、・・・、１０−ｎに対して、制御ネットワーク３０を通して、設定変更のための制御情報を送受信する。各光送信機と各光受信機は、その制御情報にしたがって設定を変更する。

本実施形態４において、波長多重光送信機９０および波長多重光受信機１００の初期化手順、障害回復手順については、図２３と図２５で説明したフローチャートを各光送信機と各光受信機について個別に実施すればよい。

また、制御ネットワーク３０の代わりに、監視制御光信号（ＯＳＣ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ Ｃａｌｌ）で光ファイバ伝送路６０に入力し、光ファイバ伝送路６０からの監視制御光信号を、光検出部を備えた光受信機制御部２０と光中継機制御部８０、光送信機制御部５０の間で受信して、設定情報を取得してもよい。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることもできる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。

上記各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる

１０：光受信機、２０：光受信機制御部、３０：制御ネットワーク、４０：光送信機、５０：光送信機制御部、６０：光ファイバ伝送路、７０：光中継機、８０：光中継機制御部、９０：波長多重光送信機、１００：波長多重光受信機、１１０：コヒーレント光検出部、１２０：ディジタル信号処理部、２１０：光周波数混合器、２２０：局発光源、２３０：光電検出器、２４０：アナログ・ディジタル変換器、２５０：偏波分離器、２６０：レーザ光源、２７０：光変調器、２８０：可変光パワー減衰器、２９０：光分岐器、３００：偏波多重器、３１０：タイミング抽出部、３２０：分散補償部、３３０：周波数推定部、３４０：位相推定部、３５０：データ復元部、３６０：光位相モニタ回路、３７０：偏波分離部、４１０：リサンプル部、４２０：べき乗乗算器、４３０：位相検出器、４４０：周波数領域変換器、４５０：非線形位相計測部、４６０：除算器、４７０：電界再生器、４８０：位相誤差検出器、５１０：光合波器、５２０：光分波器。

Claims (15)

1. 光多値変調信号をモニタする光位相モニタ回路であって、
   前記光多値変調信号をコヒーレント受信して得られる電界データからデータ位相変調成分を消去して抽出する位相誤差または前記データ位相変調成分を持たない前記位相誤差を位相成分とする位相誤差電界データを検出する位相誤差検出部と、
   前記位相誤差または前記位相誤差電界データを周波数領域に変換する周波数領域変換部と、
   前記周波数領域変換部が前記位相誤差または前記位相誤差電界データを周波数領域に変換する際に取得した位相ないしは電界のスペクトルの形状の変化を検出して非線形位相をモニタする非線形位相モニタ部と、
   を備え、
   前記位相誤差検出部は、前記電界データをべき乗処理して前記データ位相変調成分を消去することにより前記位相誤差を抽出し、またはあらかじめ保持しているコンスタレーション配置と前記電界データとを比較することにより前記データ位相変調成分を持たない前記位相誤差を検出する
   ことを特徴とする光位相モニタ回路。
2. 前記非線形位相モニタ部は、
   前記周波数領域変換部が前記位相誤差または前記位相誤差電界データを周波数領域に変換する際に得られる前記位相ないしは電界のスペクトルのスペクトル幅を前記形状として計測することにより、非線形位相をモニタする
   ことを特徴とする請求項１記載の光位相モニタ回路。
3. 前記非線形位相モニタ部は、
   前記周波数領域変換部が前記データ位相変調成分を持たない位相ないしは電界データを周波数領域に変換する際に得られる前記位相ないしは電界のスペクトルの分散ないしは標準偏差を前記形状として計測することにより、非線形位相をモニタする
   ことを特徴とする請求項１記載の光位相モニタ回路。
4. 前記位相誤差または前記位相誤差電界データは、位相推定部入力前の電界データの位相誤差または位相誤差電界データであることを特徴とする請求項２または請求項３記載の光位相モニタ回路。
5. 前記位相誤差検出部は、
   前記位相推定部入力前の電界データをリサンプルするリサンプル部と、
   前記リサンプル部が取得した前記リサンプル後の電界データをべき乗するべき乗乗算部と、
   を備えることを特徴とする請求項４記載の光位相モニタ回路。
6. 前記位相誤差検出部は、
   前記べき乗乗算部が検出した前記べき乗後の電界データから検出した位相を除算する除算部を備える
   ことを特徴とする請求項５記載の光位相モニタ回路。
7. 前記位相誤差または前記位相誤差電界データは、位相推定部入力後の電界データの位相誤差または位相誤差電界データである
   ことを特徴とする請求項２または３記載の光位相モニタ回路。
8. 光多値変調信号をコヒーレント受信する光検出部と、
   請求項１記載の光位相モニタ回路と、
   を備え、
   前記光位相モニタ回路は、前記光検出部が受信した前記光多値変調信号をモニタする
   ことを特徴とする光受信機。
9. 光多値変調信号を送信する光送信機と、
   請求項８記載の光受信機と、
   前記光受信機が備える前記光位相モニタ回路が取得した前記非線形位相に基づき前記光受信機の設定を変更する光受信機制御部と、
   前記光受信機制御部の指示に応じて前記光送信機の設定を変更する光送信機制御部と、
   を備えることを特徴とする光送受信システム。
10. 前記光受信機制御部は、
    前記光受信機が受信する前記光多値変調信号の入力光パワーを変化させながら、前記光多値変調信号の非線形位相雑音量と前記入力光パワーとの間の対応関係をあらかじめ記録しておき、
    前記光受信機のビットエラー率が劣化したことを検出すると、前記光受信機が備える前記光位相モニタ回路が取得した前記非線形位相雑音量と前記あらかじめ記録しておいた前記非線形位相雑音量の間の差分を求め、
    前記差分が所定範囲内に収まっていない場合は、前記光受信機が受信する前記光多値変調信号の入力光パワーを変更する
    ことを特徴とする請求項９記載の光送受信システム。
11. 前記光受信機制御部は、
    前記差分が前記所定範囲内に収まっている場合は、前記光多値変調信号の多値数、変調速度、変調方式、偏派多重方式のうち少なくともいずれかを変更した上で、改めて前記記録を実施する
    ことを特徴とする請求項１０記載の光送受信システム。
12. 前記光受信機制御部は、
    前記光多値変調信号の偏波毎に前記記録を実施しておき、
    前記差分として、前記光受信機が備える前記光位相モニタ回路が取得した偏波毎の前記非線形位相雑音量と前記あらかじめ記録しておいた偏波毎の前記非線形位相雑音量の間の差分を求める
    ことを特徴とする請求項１０記載の光送受信システム。
13. 前記光送信機が送信した前記光多値変調信号の光パワーを変化させて前記光受信機に中継する光中継器を備えた
    ことを特徴とする請求項９記載の光送受信システム。
14. 前記光送信機を複数有する波長多重光送信機と、
    前記光受信機を複数有する波長多重光受信機と、
    を備え、
    前記複数の光送信機は、それぞれ異なる波長の前記光多値変調信号を送信し、
    前記波長多重光送信機は、
    各前記光送信機が送信する前記光多値変調信号を合波して波長多重光信号を出力する光合波部を備え、
    前記波長多重光受信機は、
    前記波長多重光信号を異なる波長の光信号に分波して各前記光多値変調信号を出力する光分波部を備え、
    各前記光受信機は、
    前記光分波部が分波した各前記光多値変調信号をそれぞれ受信する
    ことを特徴とする請求項９記載の光送受信システム。
15. 前記光受信機制御部は、前記光送信機制御部に対して、
    前記光送信機の光信号パワーを変更すべき旨の制御情報、前記光送信機が送信する前記光多値変調信号の多値数を変更すべき旨の制御情報、前記光送信機の変調速度を変更すべき旨の制御情報、または前記光送信機が偏波多重を実施すべきか否かを切り替える制御情報のうち少なくともいずれかである
    ことを特徴とする請求項９記載の光送受信システム。

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