JP5896841B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

この発明は、光通信システムに関し、特にコヒーレント光通信システムにおける参照信号の符号化技術に関するものである。

一般に、大容量光伝送を実現するためには、光信号対雑音電力限界の克服や、高密度波長多重化が課題となっている。
光信号電力対雑音電力限界の克服技術としては、従来のオンオフキーイング（ＯＯＫ：Ｏｎ−Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ）に対して、２値位相偏移変調（ＢＰＳＫ：Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）や４値ＰＳＫ（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）が用いられる。

また、高密度波長多重化の具体例としては、直交する２つの偏波成分Ｘ／Ｙに独立の信号を割り当てる偏波多重によって、１シンボル当たりの伝送ビット数を２倍に増やす技術や、ＱＰＳＫや１６値直交振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のように、信号多重度を上げて、１シンボル当たりの伝送ビット数を増やす技術が知られている。

ＱＰＳＫや１６ＱＡＭにおいては、光送信器において、同位相軸（Ｉ軸：Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ軸）および直交位相軸（Ｑ軸：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ軸）に対し、信号を割り当てて伝送する。
さらに、これらの光変調信号を、同期検波システムにデジタル信号処理を組み合わせて受信するデジタルコヒーレント光通信システムが注目されている（たとえば、非特許文献１、非特許文献２参照）。

上記非特許文献１および非特許文献２に記載のデジタルコヒーレント光通信システムにおいては、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固定的、半固定的および適応的な線形等化とが用いられている。
これにより、伝送路で生じる波長分散および偏波モード分散（ＰＭＤ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）などに起因した線形な波形歪みに対し、優れた等化特性や優れた雑音耐力を実現している。

一方、上記デジタルコヒーレント光通信システムにおいては、受信部で搬送波位相のオフセット補償を行う技術として、Ｍ乗法（Ｍ：ＰＳＫの位相数を示す自然数）（たとえば、非特許文献３参照）や、仮判定型アルゴリズム（たとえば、特許文献１参照）が用いられてきた。

しかしながら、非特許文献３および特許文献１に記載の搬送波位相オフセット補償技術では、雑音や波形歪みが大きい条件において、搬送波位相復元時に角度「Ｎ×２π／Ｍ」（Ｎ：自然数）の位相スリップが生じるので、大規模連続誤りが生じる可能性がある。

そこで、従来から、位相スリップを防ぐための技術として、差動符号化および差動復号化が一般的に利用されてきた。
一方、差動符号化および差動復号化を用いずに、位相スリップを回避する技術も検討されている（たとえば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

特許文献２では、コヒーレント光受信器の搬送波位相推定において、シンボル間の推定搬送波位相の遷移が正または負の閾値を超えることを条件に、周期カウント（サイクルカウント）値を増減させ、周期カウント値に基づき正確に搬送波位相を推定する技術が開示されている。

また、特許文献３では、コヒーレント光通信において、送信側で主信号の合間に参照信号（パイロット信号）を挿入して、受信側で参照信号から搬送波位相を推定しておき、データ信号のうち位相変動が大きいシンボルについては、参照信号に基づく搬送波位相を線形補間して搬送波位相とすることにより、搬送波位相の推定確度を保証することが開示されている。

さらに、特許文献４では、コヒーレント光通信において、送信側で主信号の合間に参照信号（ＳＹＮＣバースト）を挿入し、位相スリップにより発生し得る連続誤りは、誤り訂正により救済することが開示されている。
また、時系列順および時系列逆順の両方向データ復号を重ね合わせ照合し、その後、各方向で復号される同一シンボルの復号結果に不整合があるか否かを判定することにより、位相スリップの発生を検知し、誤り訂正で認識して訂正することも開示されている。

米国特許出願公開第２０１１／０２１７０４３号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２４５７６６号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０２７４４４２号明細書 米国特許第７５２２８４１号明細書

Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｆｏｒｕｍ，"１００Ｇ Ｕｌｔｒａ Ｌｏｎｇ Ｈａｕｌ ＤＷＤＭ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ"，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｉｆｏｒｕｍ．ｃｏｍ／ｐｕｂｌｉｃ／ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／ＯＩＦ−ＦＤ−１００Ｇ−ＤＷＤＭ−０１．０．ｐｄｆ，Ｊｕｎｅ ２００９． Ｓｅｂ Ｊ． Ｓａｖｏｒｙ，"Ｄｉｇｉｔａｌ Ｆｉｌｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ"，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１６， ｎｏ．２， ｐｐ．８０４−８１７，２００８． Ａｎｄｒｅｗ Ｊ．Ｖｉｔｅｒｂｉ ａｎｄ Ａｕｄｒｅｙ Ｍ．Ｖｉｔｅｒｂｉ"Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＳＫ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐｈａｓｅ ｗｉｔｈ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｂｕｒｓｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ"，Ｔｒａｎｓ Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．ＩＴ−２９，ｎｏ．４，ｐｐ．５４３−５５１，１９８３．

従来の光通信システムでは、位相スリップを防ぐために、差動符号化および差動復号化を用いた場合には、伝送路での１シンボル誤りが伝搬することから、ほぼ２シンボル誤りになって符号誤り率を劣化させるので、特に符号誤り率の高い領域においては、誤り伝搬により雑音耐力が損なわれるという課題があった。

一方、特許文献２に記載のように、位相スリップを回避するために、周期カウント値に基づいて搬送波位相を推定する場合には、位相スリップの検出確度が不十分であり、見逃した位相スリップによる大規模連続誤りが不可避になるという課題があった。

また、特許文献３および特許文献４に記載のように、参照信号に基づき搬送波位相を線形補間すること、または送信側で主信号の合間に参照信号を挿入することによって、誤り訂正を行う場合には、完全既知の参照信号を挿入する必要があるので、冗長度を増加させて伝送速度を高速化する必要があるという課題があった。
さらに、特許文献４に記載の技術では、誤り訂正の連続誤り耐性を高めるために、誤り訂正符号の符号化則に制約が加わるので、ランダム誤りに対する耐性が低下するとう課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、差動符号化および差動復号化を不要とすることにより、参照信号を得るための冗長度の増加を軽減しつつ、位相スリップを検出して補償し、雑音耐力の改善を実現した光通信システムを得ることを目的とする。

この発明に係る光通信システムは、光信号を送信する送信部と、送信部からの光信号を伝送する伝送部と、伝送部を介した光信号を受信する受信部と、により構成された光通信システムであって、送信部は、送信される主信号に含まれる情報ビット列の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき符号化し、受信部は、送信部における参照信号符号化則に基づき、送信部により符号化された情報ビット列の一部を復号することにより参照信号として取り扱い、送信部、伝送部および受信部における主信号に対する透過特性に起因した通信品質変化を、参照信号を用いて補償するものである。

この発明によれば、たとえば特許文献３および特許文献４のように既知信号を主信号に挿入する場合に比べて、同じ量の参照信号を得るための冗長度を小さく抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る光通信システムを示す機能ブロック図である。 従来システムのビット割り付け動作を比較例として示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるビット割り付け動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるビット割り付け動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態３によるビット割り付け動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるビット割り付け動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態５に係る光通信システムを示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態６に係る光通信システムを示す機能ブロック図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１に係る光通信システムについて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態１〜６は、この発明を具体化する際の一例であって、この発明をそれら具体例の範囲内に限定するものではない。

図１はこの発明の実施の形態１に係る光通信システムを示す機能ブロック図である。
図１において、光通信システムは、送信部１０と、伝送部２０を介して送信部１０に接続された受信部３０と、を備えている。

送信部１０は、外部通信装置（図示せず）からの入力データから送信ビット列を生成する送信ビット列生成部１１と、送信ビット列に参照ビット列を挿入する参照ビット列挿入部１２と、送信信号（光信号）を伝送部２０に導入する信号送信部１３と、により構成されている。

受信部３０は、伝送部２０を介した送信信号を受信する信号受信部３１と、受信信号（光信号）から参照ビット列を解析する参照ビット列解析部３２と、解析された参照ビット列を受信するビット列受信部３３と、により構成されている。

なお、ここでは、変調対象として、偏波多重ＱＰＳＫ（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Ｄｕａｌ−Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ＱＰＳＫ）信号の場合を想定するが、適用先の変調に制限を加えるものではなく、ＤＰ−ＢＰＳＫ信号、ＤＰ−１６ＱＡＭ信号、その他の信号に対しても容易に拡張可能である。

ＤＰ−ＱＰＳＫ信号は、直交するＸ／Ｙ偏波と、Ｉ／Ｑ位相からなる４つのレーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）とを有する。
なお、ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱの４レーンによる表現は一般的であり、ＤＰ−ＢＰＳＫは、その一部、単一偏波信号もその一部、ＤＰ−１６ＱＡＭは、Ｉ／Ｑにそれぞれ２ビットを割り当てた拡張と考えればよい。

以下、図２に示す従来動作と比較しつつ、図３を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１に係る光通信システムの動作について説明する。
図２は従来システムのビット割り付け動作を比較例として示す説明図であり、既知信号を参照信号として挿入する場合のビット割り付け動作を示している。

図３はこの発明の実施の形態１によるビット割り付け動作を示す説明図であり、情報ビット列を参照信号符号化して受信側で復号化することにより参照信号とする場合のビット割り付け動作を示している。

図２、図３において、横軸は時間軸（タイムスロット）に対応し、縦軸は上記ＤＰ−ＱＰＳＫ信号の４つのレーンに対応する。
図２、図３の縦軸において、４つのレーンは、ＸＩレーン１０１、ＸＱレーン１０２、ＹＩレーン１０３およびＹＱレーン１０４からなる。

図２の横軸においては、既知ビット２０１、２０２、２０３、２０４と、各既知ビット２０１〜２０４に続いて配置された情報ビット２１１、２１２、２１３、２１４と、がビット割り付けされている。

一方、図３の横軸においては、参照信号符号化フレーム３００（参照信号符号化のフレーム）として、参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２と、参照信号符号化された冗長ビット３１１、３１２と、参照信号符号化されていない情報ビット３２１、３２２、３２３、３２４と、がビット割り付けされている。

参照信号符号化されていない情報ビット３２１、３２２は、参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２の各々に続いて配置され、参照信号符号化されていない情報ビット３２３、３２４は、参照信号符号化された冗長ビット３１１、３１２の各々に続いて配置されている。

図１において、まず、送信ビット列生成部１１は、外部通信装置からの入力データに基づき、伝送路側の４つのレーンにビット列を割り付ける。このとき、必要に応じて、たとえば誤り訂正符号化系列、またはフレーム同期系列などを挿入することも想定される。
送信ビット列生成部１１から生成された送信ビット列は、参照ビット列挿入部１２に入力される。

続いて、参照ビット列挿入部１２は、送信ビット列生成部１１から入力される送信ビット列に対して、図３のように参照ビット列を挿入し、参照ビット列挿入後の送信ビット列を、信号送信部１３に入力する。
この発明の実施の形態１の特徴は、送信部１０内の参照ビット列挿入部１２によるビット割り付け動作（図３）と、受信部３０内の参照ビット列解析部３２による復号および解析処理動作と、にある。

従来のビット割り付け動作では、図２に示すように、情報ビット２１１〜２１４に対して、単純に既知ビット２０１〜２０４を、たとえば「０、１」の交互パターンとして追加挿入している。図２の例では、１０タイムスロットに１タイムスロットの割合で、既知ビット２０１〜２０４を追加挿入しており、その冗長度は１０％である。これにより、伝送路側の伝送速度は１．１倍に増大してしまう。

既知ビット２０１〜２０４の挿入は、特に、無線通信において盛んに行われてきたが、無線通信では冗長度の増加を嫌わず、１００％の冗長度であっても許容されてきた。
しかし、光通信システムにおいては、光分岐多重装置による帯域狭窄化による伝送品質劣化が激しくなる点、および、アナログ／デジタル変換器などのハードウェア動作速度を高速化させる必要性がある点などに鑑みて、極力小さい冗長度で伝送することが望まれおり、冗長度の増加を抑圧することが要求されている。

そこで、図３に示すように、この発明の実施の形態１によるビット割り付け動作では、参照ビットとして、単純に既知信号（図２内の既知ビット２０１〜２０４）を挿入することはせずに、参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２と、参照信号符号化された冗長ビット３１１、３１２とにより、参照ビット列が構成される。

さらに、参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２と、参照信号符号化された冗長ビット３１１、３１２と、参照信号符号化されていない情報ビット３２１〜３２４とにより、参照信号符号化フレーム３００が構成される。

なお、参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２は、参照ビット列挿入部１２において、ビット挿入されるのではなく、送信ビット列生成部１１から入力されたビットをそのまま用いるか、または、何らかの符号変換を行うのみであり、冗長ビットが挿入されるわけではない。

一方、参照信号符号化された冗長ビット３１１、３１２は、参照ビット列挿入部１２において、送信ビット列生成部１１から入力されるビット列のうち、特定のビットを選択して参照信号符号化したものであり、参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２を保護する目的で、冗長ビットとして追加挿入されるものである。

これにより、図３に示した動作例によれば、参照ビット列挿入による冗長度が、従来システム（図２）の半分に抑制される。
すなわち、図３のビット割り付け動作は、１０タイムスロットに１タイムスロットの情報ビットを、参照信号の符号化率（＝１／２）で符号化したことに相当するので、全体の冗長度は「５．２６％」であり、従来動作（図２）における冗長度（＝１０％）のほぼ半分に相当する。これにより、伝送路側の伝送速度は、従来の伝送速度（１．１倍）よりも低い「１．０５２６倍」に抑制される。

なお、参照ビット列挿入部１２における参照信号符号化としては、たとえば誤り訂正符号や、時空符号を用いることが可能である。
また、追加挿入する冗長ビットについては、一部に既知信号を用いることにより、さらに信頼度を高めることも可能である。

このようにして、参照ビット列挿入部１２は、送信ビット列生成部１１から入力されるビット列に対して参照ビット列の挿入処理を行い、参照ビット列挿入後の４レーンの送信ビット列を信号送信部１３に入力する。

以下、信号送信部１３は、参照ビット列挿入部１２から入力された４レーンのビット列に基づき、ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を生成して伝送部２０に入力する。なお、信号送信部１３の具体的構成については、前述の非特許文献１に記載されているので、ここでは詳述を省略する。

伝送部２０は、信号送信部１３から入力されたＤＰ−ＱＰＳＫ信号を伝送して、受信部３０内の信号受信部３１に入力する。
このとき、伝送部２０には、通常、伝送媒体として、光ファイバ、光増幅器や合分波器などが用いられており、伝送過程において雑音の重畳や波形歪みが生じる。

受信部３０において、信号受信部３１は、伝送部２０から入力されたＤＰ−ＱＰＳＫ信号を受信し、参照ビット列挿入部１２で生成された４レーンの送信ビット列を復元し、復元後の信号を参照ビット列解析部３２に入力する。なお、ＤＰ−ＱＰＳＫ信号受信の具体的構成および処理内容については、前述の非特許文献１、非特許文献２に記載されているので、ここでは詳述を省略する。

参照ビット列解析部３２に入力される４レーンのビット列の中には、伝送部２０で重畳された雑音や波形歪みの影響により、誤りが含まれることが一般的である。また、前述の位相スリップが生じている可能性がある。

位相スリップに関しては、信号受信部３１におけるデジタル信号処理の実装形態に依存して、搬送波位相推定をＸ偏波とＹ偏波とで同期して行う場合には、位相スリップもＸ偏波とＹ偏波とで同期して生じる。
一方、搬送波位相推定をＸ偏波とＹ偏波とで独立に行う場合には、位相スリップもＸ偏波とＹ偏波とで独立に生じる。

参照ビット列解析部３２は、信号受信部３１から入力される復元後の４レーンのビット列から、参照信号符号化フレーム３００（図３参照）を同期抽出する。
また、参照ビット列解析部３２は、参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２と、参照信号符号化された冗長ビット３１１、３１２とを抽出し、参照ビット列挿入部１２において施した参照信号符号化則に基づき復号化する。

このとき、各ビット３０１、３０２、３１１、３１２の復号化処理において、尤度の高くなる符号の組合せが見つかって「復号に成功した」と判定されれば、位相スリップが起きていないことが推察される。

一方、尤度の高くなる符号の組合せが見つからない場合には、参照信号符号化フレーム３００内において位相スリップが生じている可能性がある。なお、符号構成によっては、参照信号符号化フレーム３００の全体に位相スリップが生じている場合であっても、位相スリップを検出できる可能性がある。

ＤＰ−ＱＰＳＫ（偏波多重ＱＰＳＫ）においては、各偏波において、＋９０度、１８０度、−９０度の位相スリップが生じる可能性がある。
たとえば、＋９０度スリップ時には、Ｉ−ｃｈとＱ−ｃｈとのレーン入れ替わりが生じるとともに、Ｑ−ｃｈの論理極性反転が生じる。

また、１８０度スリップ時には、レーン入れ替わりは生じないが、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの両方に論理極性反転が生じる。
さらに、−９０度スリップ時には、Ｉ−ｃｈとＱ−ｃｈとのレーン入れ替わりが生じるとともに、Ｉ−ｃｈの論理極性反転が生じる。

上記位相スリップによるレーン入れ替わり、または論理極性反転は、位相スリップの値が決まれば確定的に生じる。
したがって、参照ビット列解析部３２での復号化における符号探索を、位相スリップによるレーン入れ替わりと論理極性反転とを考慮して行うことにより、さらに簡易に、かつ高確率に復号することが可能である。

参照ビット列解析部３２における復号化に成功した場合には、参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２、および参照信号符号化された冗長ビット３１１、３１２は、従来の既知信号と同様に、すべて参照信号として用いることが可能である。

または、参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２を「参照ビット」として復号した結果と、参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２を「主信号」として復号した結果との対比に基づき、たとえば、相関値の高い位相スリップの状態を推定することも可能である。

同様に、参照信号符号化された冗長ビット３１１、３１２を「参照信号」として復号した結果と、参照信号符号化された冗長ビット３１１、３１２を「主信号」として復号した結果との対比も、位相スリップの状態の推定に適用可能である。
このように、参照ビット列解析部３２において「位相スリップ」がほぼ補償され、残存する誤りの多くは「ランダム誤り」である受信ビット列が、ビット列受信部３３に入力される。

ビット列受信部３３は、参照ビット列解析部３２から入力される受信ビット列に対し、送信部１０内の送信ビット列生成部１１とは逆の過程により、外部通信装置に対して受信ビット列を入力するためのビット割り付け動作を行う。

たとえば、誤り訂正復号による復号化により残存するランダム誤りを訂正すること、またはフレーム同期パターンを除去することも想定される。
こうして、受信部３０のビット列受信部３３から生成されたビット列は、外部通信装置に入力される。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１、図３）に係る光通信システムは、光信号を送信する送信部１０と、送信部１０からの光信号を伝送する伝送部２０と、伝送部２０を介した光信号を受信する受信部３０と、により構成され、送信部１０は、送信される主信号に含まれる情報ビット列の一部（３０１、３０２）を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき符号化する。

受信部３０は、送信部１０における参照信号符号化則に基づき、送信部１０により符号化された情報ビット列の一部を復号することにより参照信号として取り扱い、送信部１０、伝送部２０および受信部３０における主信号に対する透過特性に起因した通信品質変化を、参照信号を用いて補償する。特に、通信品質変化に含まれる位相スリップを検出および補償する。

具体的には、送信部１０は、情報ビット列の一部を符号化するための参照ビット列挿入部１２を有し、受信部３０は、情報ビット列の一部を復号するとともに、参照信号を用いて通信品質変化を補償するための参照ビット列解析部３２を有する。

送信部１０において、参照信号符号化則に基づき符号化される情報ビット列の一部は、偏波多重直交位相変調における直交偏波成分Ｘ／Ｙ、直交位相成分Ｉ／Ｑに基づく４つの主信号データレーンＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ（ＸＩレーン１０１、ＸＱレーン１０２、ＹＩレーン１０３、ＹＱレーン１０４）のそれぞれに均等に割り付けられる。
また、参照信号符号化則に基づき符号化される情報ビット列の一部は、４つの主信号データレーンＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱに対し、同一タイムスロットに割り付けられる。

このように、送信部１０内の参照ビット列挿入部１２においては、主信号の情報ビット列の一部を参照信号符号化して送信し、参照信号符号化された情報ビット列の一部を、参照ビットを伝送したかのように扱うことを可能にする。
一方、受信部３０内の参照ビット列解析部３２においては、参照信号符号化された情報ビットの一部を参照信号復号化し、復号化した情報ビットの一部を既知の参照信号のように取り扱うことにより、位相スリップを検出および補償する。

これにより、従来システムのような差動符号化および差動復号化を用いずに、位相スリップによる伝送品質劣化を回避することができ、主信号に参照ビット列（図２内の既知ビット信号）を挿入する場合と比べて、同じ量の参照信号を得るための冗長度が小さく抑制されるので、冗長度の増加を軽減することができ、伝送品質を向上させることができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図３）では、４つのレーン１０１〜１０４の各々に対し、参照信号符号化されていない情報ビット３２１〜３２４の前に、同時に参照信号符号化された情報ビット３０１、３０２と、参照信号符号化された冗長ビット３１１、３１２とを挿入したが、図４のように、ＸＩレーン１０１およびＸＱレーン１０２の参照信号符号化されていない情報ビット４２１〜４２４と、ＹＩレーン１０３、ＹＱレーン１０４の参照信号符号化されていない情報ビット４２３〜４２７とを、互いに半周期分（５タイムスロット）だけシフトさせて、各情報ビット４２１〜４２７の前に、参照信号符号化された情報ビット４０１〜４０４と、参照信号符号化された冗長ビット４１１〜４１４とを挿入してもよい。

図４はこの発明の実施の形態２によるビット割り付け動作を示す説明図であり、前述（図３）と同様に、横軸は時間軸（タイムスロット）に対応し、縦軸はＤＰ−ＱＰＳＫ信号の４つのレーンに対応する。
図４は図３の変形例であり、情報ビット列を参照信号符号化して受信側で復号化することにより、参照信号とする場合のビット割り付け動作を示している。

なお、この発明の実施の形態２に係る光通信システムの構成は、図１と同様であり、送信部１０内の参照ビット列挿入部１２および受信部３０内の参照ビット列解析部３２の動作のみが前述と異なる。

この発明の実施の形態２によるビット割り付け動作では、図４のように、参照信号符号化された情報ビット４０１、４０２、４０３、４０４と、参照信号符号化された冗長ビット４１１、４１２、４１３、４１４とにより、参照ビット列が構成される。

さらに、参照信号符号化された情報ビット４０１〜４０４および参照信号符号化された冗長ビット４１１〜４１４からなる参照ビット列と、参照信号符号化されていない情報ビット４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６、４２７とにより、参照信号符号化フレーム４００が構成される。

この発明の実施の形態２においては、図４に示すように、４つのレーン１０１〜１０４のうちのＸ偏波とＹ偏波とで、参照信号として用いる参照信号符号化された情報ビット４０１〜４０４と、参照信号符号化された冗長ビット４１１〜４１４とを、各偏波における参照信号周期（１０タイムスロット）に対して、半周期分（５タイムスロット）だけずらしている点が、前述の実施の形態１と異なる。

この発明の実施の形態２の特徴は、前述の実施の形態１と同様に、送信部１０内の参照ビット列挿入部１２によるビット割り付け動作（図４）と、受信部３０内の参照ビット列解析部３２による復号および解析処理動作と、にある。
この場合、送信部１０内の参照ビット列挿入部１２は、図４の特徴を有する参照信号符号化処理を行う。

上記特徴により、前述の実施の形態１と同じ冗長度で、時間軸上で見たときの参照信号の頻度を、見かけ上２倍にすることが可能である。
または、仮に参照信号周期を２倍（２０タイムスロット）に設定した場合でも、参照信号の頻度を、見かけ上同一（１倍）に保つことが可能である。

また、前述のように、信号受信部３１におけるデジタル信号処理の実装形態に依存して、搬送波位相推定をＸ偏波とＹ偏波とで同期して行う場合には、位相スリップもＸ偏波とＹ偏波とで同期して生じる。
一方、搬送波位相推定をＸ偏波とＹ偏波とで独立に行う場合には、位相スリップもＸ偏波とＹ偏波とで独立に生じる。

上記搬送波位相推定をＸ偏波とＹ偏波とで同期して行う場合、参照ビット列解析部３２は、Ｘ偏波とＹ偏波とで同期して位相スリップを検出および補償することが可能である。
一方、搬送波位相推定をＸ偏波とＹ偏波とで独立に場合、参照ビット列解析部３２は、Ｘ偏波とＹ偏波とで独立に位相スリップを検出および補償する必要がある。

搬送波位相推定をＸ偏波とＹ偏波とで同期して行う場合、特に参照信号符号化の冗長度を半分にできる可能性がある。
すなわち、１つのタイムスロットにおいて、Ｘ偏波またはＹ偏波の一方の信号を参照し、その参照結果を他方の偏波に適用することにより、参照信号周期を２倍としても、参照信号の頻度を同一に保つことができる。

さらに、参照信号符号化のさらなる変形として、Ｉ−ｃｈとＱ−ｃｈとの参照信号符号化タイムスロットをも、別タイムスロットとすることが可能であることは言うまでもない。

以上のように、この発明の実施の形態２（図１、図４）に係る光通信システムによれば、送信部１０において、参照信号符号化則に基づき符号化される情報ビット列の一部は、４つの主信号データレーンＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ（ＸＩレーン１０１、ＸＱレーン１０２、ＹＩレーン１０３、ＹＱレーン１０４）のうちの２つの主信号データレーンＸＩ、ＸＱに対しては、参照信号符号化された情報ビット４０１、４０２、参照信号符号化された冗長ビット４１１、４１２のように、第１のタイムスロットに割り付けられる。

また、他の２つの主信号データレーンＹＩ、ＹＱに対しては、参照信号符号化された情報ビット４０３、４０４、参照信号符号化された冗長ビット４１３、４１４のように、第１のタイムスロットとは異なる第２の同一タイムスロットに割り付けられる。

または、送信部１０において、参照信号符号化則に基づき符号化される情報ビット列の一部は、４つの主信号データレーンＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱの各々に対して、異なるタイムスロットに割り付けられる。

これにより、前述の実施の形態１と同様に、送信部１０においては、主信号の情報ビット列の一部を参照信号符号化して送信し、参照信号符号化された情報ビット列の一部を、参照ビットを伝送したかのように扱うことを可能とし、受信部３０においては、復号化した情報ビットの一部を既知の参照信号のように取り扱うことにより、位相スリップを検出および補償することができる。

したがって、従来システムのような差動符号化および差動復号化を用いずに、位相スリップによる伝送品質劣化を回避することができ、主信号に参照ビット列（図２内の既知ビット信号）を挿入する場合と比べて、同じ量の参照信号を得るための冗長度が小さく抑制されるので、冗長度の増加を軽減することができ、伝送品質を向上させることができる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態１（図３）では、変調対象が偏波多重ＱＰＳＫ（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Ｄｕａｌ−Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ＱＰＳＫ）信号の場合を示したが、図５のように、ＤＰ−１６ＱＡＭ信号の場合であっても、同様に適用可能である。

図５はこの発明の実施の形態３によるビット割り付け動作を示す説明図である。
なお、この発明の実施の形態３に係る光通信システムの構成は、図１と同様であり、送信部１０内の参照ビット列挿入部１２および受信部３０内の参照ビット列解析部３２の動作のみが前述と異なる。

また、ここでは、変調信号としてＤＰ−１６ＱＡＭ信号を適用した場合を想定するが、これに限らず、さらに多値度の高いＱＡＭに対しても、同様の形態を適用することが可能である。

図５において、縦軸は４つのレーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）をＤＰ−１６ＱＡＭに拡張した状態を示しており、各レーンは、それぞれ２ビット情報を有する。
縦軸においては、ＸＩ０レーン１１１、ＸＱ０レーン１１２、ＹＩ０レーン１１３およびＹＱ０レーン１１４と、ＸＩ１レーン１２１、ＸＱ１レーン１２２、ＹＩ１レーン１２３およびＹＱ１レーン１２４と、が示されている。

ここで、各レーン１１１〜１１４の「０」は、各レーンのＭＳＢ（Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）を示し、各レーン１２１〜１２４の「１」は、各レーンのＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）を示している。

また、図５の横軸において、参照信号符号化フレーム５００は、参照信号符号化された情報ビット５０１、５０２と、参照信号符号化された冗長ビット５１１、５１２と、参照信号符号化されていない情報ビット５２１、５２２、５２３、５２４と、からなる。

参照信号符号化されていない情報ビット５２１、５２２は、参照信号符号化された情報ビット５０１、５０２の各々に続いて配置され、参照信号符号化されていない情報ビット５２３、５２４は、参照信号符号化された冗長ビット５１１、５１２の各々に続いて配置されている。

この発明の実施の形態３によるビット割り付け動作では、図５のように、参照信号符号化された情報ビット５０１、５０２と、参照信号符号化された冗長ビット５１１、５１２とにより、参照ビット列が構成される。

さらに、参照信号符号化された情報ビット５０１、５０２と、参照信号符号化された冗長ビット５１１、５１２と、参照信号符号化されていない情報ビット５２１〜５２４とにより、参照信号符号化フレーム５００が構成される。

この発明の実施の形態３においては、図５に示すように、４レーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）をそれぞれ２ビット表現して拡張し、参照信号として用いる参照信号符号化された情報ビット５０１、５０２の数と、参照信号符号化された冗長ビット５１１、５１２の数とを、それぞれ２倍に増加させている。
上記特徴により、前述の実施の形態１と同じ冗長度で、参照信号のビット数を２倍にすることが可能である。

以上のように、この発明の実施の形態３（図１、図５）によれば、前述と同様に、送信部１０においては、主信号の情報ビット列の一部を参照信号符号化して送信し、参照信号符号化された情報ビット列の一部を、参照ビットを伝送したかのように扱うことを可能とし、受信部３０においては、復号化した情報ビットの一部を既知の参照信号のように取り扱うことにより、位相スリップを検出および補償することができる。

したがって、従来システムのような差動符号化および差動復号化を用いずに、位相スリップによる伝送品質劣化を回避することができ、主信号に参照ビット列（図２内の既知ビット信号）を挿入する場合と比べて、同じ量の参照信号を得るための冗長度が小さく抑制されるので、冗長度の増加を軽減することができ、伝送品質を向上させることができる。

実施の形態４．
なお、上記実施の形態３（図５）では、各レーン１０１〜１０４、１１１〜１１４に対し、参照信号符号化された情報ビット５０１、５０２を挿入したが、図６のように、上半分の各レーン１０１〜１０４に対しては、参照信号符号化された情報ビット６０１、６０２を挿入し、下半分の各レーン１１１〜１１４に対しては、各情報ビット６０１、６０２と同じタイミングで参照信号符号化された冗長ビット６１３、６１４を挿入してもよい。

図６はこの発明の実施の形態４によるビット割り付け動作を示す説明図である。
なお、この発明の実施の形態４に係る光通信システムの構成は、図１と同様であり、送信部１０内の参照ビット列挿入部１２および受信部３０内の参照ビット列解析部３２の動作のみが前述と異なる。

また、ここでは、変調信号としてＤＰ−１６ＱＡＭ信号を適用した場合を想定するが、これに限らず、さらに多値度の高いＱＡＭに対しても、同様の形態を適用することが可能である。

図６において、参照信号符号化フレーム６００は、参照信号符号化された情報ビット６０１、６０２と、参照信号符号化された冗長ビット６１１、６１２、６１３、６１４と、参照信号符号化されていない情報ビット６２１、６２２、６２３、６２４とからなる。

この発明の実施の形態４によるビット割り付け動作では、図６のように、参照信号符号化された情報ビット６０１、６０２、６０３、６０４と、参照信号符号化された冗長ビット６１１、６１２，６１３、６１４とにより、参照ビット列が構成される。

さらに、参照信号符号化された情報ビット６０１、６０２、参照信号符号化された冗長ビット６１１〜６１４と、参照信号符号化されていない情報ビット６２１〜６２４とにより、参照信号符号化フレーム６００が構成される。

この発明の実施の形態４においては、図６に示すように、下半分のレーン（ＸＩ１、ＸＱ１、ＹＩ１、ＹＱ１）のビットとして、参照信号符号化された冗長ビット６１３、６１４を割り付けることにより、参照信号符号化の符号化率を１／４としている。
上記特徴により、前述の実施の形態３（図５）と比べて、冗長度が約１．５倍に増加するものの、参照信号の復号成功確率をさらに向上させることが可能である。

なお、上記実施の形態１〜４（図３〜図６）で示したビット割り付け動作は、それぞれ一例に過ぎず、参照信号符号化対象のビット割り付け動作は、ほぼ無限に存在することは言うまでもない。

以上のように、この発明の実施の形態４によれば、前述と同様に、送信部１０においては、主信号の情報ビット列の一部を参照信号符号化して送信し、参照信号符号化された情報ビット列の一部を、参照ビットを伝送したかのように扱うことを可能とし、受信部３０においては、復号化した情報ビットの一部を既知の参照信号のように取り扱うことにより、位相スリップを検出および補償することができる。

したがって、従来システムのような差動符号化および差動復号化を用いずに、位相スリップによる伝送品質劣化を回避することができ、主信号に参照ビット列（図２内の既知ビット信号）を挿入する場合と比べて、同じ量の参照信号を得るための冗長度が小さく抑制されるので、冗長度の増加を軽減することができ、伝送品質を向上させることができる。

実施の形態５．
なお、上記実施の形態１〜４（図１）では、光信号の誤り訂正について具体的に言及しなかったが、図７のように、誤り訂正符号化を行う送信部１１００と、伝送部１２００と、誤り訂正復号化を行う受信部１３００とにより、光通信システムを構成してもよい。

図７はこの発明の実施の形態５に係る光通信システムを示す機能ブロック構成である。
図７において、光通信システムを構成する送信部１１００は、主信号誤り訂正符号化部１１０１と、参照信号符号化部１１０２と、送信端信号処理部１１０３と、光変調部１１０４と、により構成されている。

また、受信部１３００は、光復調部１３０１と、受信端信号処理部１３０２と、参照信号フレーム同期部１３０３と、主信号バッファ部１３０４と、主信号搬送波位相推定部１３０５と、参照信号搬送波位相推定部１３０６と、参照信号尤度生成部１３０７と、参照信号復号化部１３０８と、主信号尤度生成部１３０９と、主信号フレーム同期部１３１０と、主信号誤り訂正復号化部１３１１と、により構成されている。

送信部１１００内の光変調部１１０４から出射された光信号は、伝送部１２００を介して、受信部１３００内の光復調部１３０１に入力され、受信部１３００において処理される。
この発明の実施の形態５の特徴は、送信部１１００内の参照信号符号化部１１０２によるビット割り付け動作と、受信部１３００内の参照信号復号化部１３０８による復号動作および主信号搬送波位相推定部１３０５による位相スリップを検出および補償動作と、にある。

以下、図７に示したこの発明の実施の形態５に係る光通信システムの動作について説明する。
まず、送信部１１００において、主信号誤り訂正符号化部１１０１は、外部通信装置から入力されるビット系列を、たとえば低密度パリティ検査符号のような誤り訂正符号で符号化し、誤り訂正符号化されたビット系列を参照信号符号化部１１０２に入力する。

参照信号符号化部１１０２は、主信号誤り訂正符号化部１１０１から入力される誤り訂正符号化されたビット系列を、前述の実施の形態１〜４で述べたように参照信号符号化して、参照信号符号化されたビット系列を送信端信号処理部１１０３に入力する。

送信端信号処理部１１０３は、参照信号符号化部１１０２から入力される参照信号符号化されたビット系列に対し、デジタル信号処理により波形整形（帯域補償や波長分散補償など）を行い、デジタル信号処理後の電気信号を光変調部１１０４に入力する。

光変調部１１０４は、送信端信号処理部１１０３から入力されるデジタル信号処理後の電気信号に基づき、光信号を生成して伝送部１２００に入力する。
なお、光信号の具体的な生成方法については、前述の非特許文献１、非特許文献２に記載されているので、ここでは詳述を省略する。

伝送部１２００は、光変調部１１０４から入力する光信号を伝送し、受信部１３００内の光復調部１３０１に入力する。
このとき、伝送部１２００には、通常、伝送媒体として光ファイバ、光増幅器や合分波器などが用いられており、伝送過程において雑音の重畳や波形歪みが生じる。

光復調部１３０１は、伝送部１２００から入力される光信号を、局部発振光信号と混合してコヒーレント検波し、さらに電気信号に変換した後に標本化および量子化し、主信号として受信端信号処理部１３０２に入力する。

受信端信号処理部１３０２は、送信部１１００、伝送部１２００および光復調部１３０１において生じた波形歪みをデジタル信号処理により補償し、波形歪み補償後の主信号を参照信号フレーム同期部１３０３に入力する。

参照信号フレーム同期部１３０３は、受信端信号処理部１３０２から入力される波形歪補償後の主信号に基づき、参照信号符号化フレームの同期を確保し、参照信号フレーム同期された主信号を、主信号バッファ部１３０４および参照信号搬送波位相推定部１３０６に入力する。

参照信号搬送波位相推定部１３０６は、公知のＭ乗法や仮判定法に基づき、参照信号フレーム同期部１３０３から入力されるフレーム同期された主信号の搬送波位相を推定し、搬送波位相推定後の参照信号を参照信号尤度生成部１３０７に入力する。

参照信号尤度生成部１３０７は、参照信号搬送波位相推定部１３０６から入力される搬送波位相推定後の参照信号の尤度を計算し、尤度情報を参照信号復号化部１３０８に入力する。

参照信号復号化部１３０８は、参照信号尤度生成部１３０７から入力される尤度情報と、送信部１１００内の参照信号符号化部１１０２での符号化則とに基づき、参照信号復号化を行い、復号結果を主信号搬送波位相推定部１３０５に入力する。なお、復号化の詳細については、前述の実施の形態１で述べた通りである。

主信号バッファ部１３０４は、参照信号フレーム同期部１３０３から入力される参照信号フレーム同期された主信号を、参照信号が復号されるまでの期間にわたって保持し、参照信号が復号された時点で主信号搬送波位相推定部１３０５に入力する。

主信号搬送波位相推定部１３０５は、主信号バッファ部１３０４から入力される参照信号フレーム同期された主信号と、参照信号復号化部１３０８から入力される参照信号の復号結果とに基づき、位相スリップを検出および補償しつつ搬送波位相を推定し、搬送波位相推定した主信号を主信号尤度生成部１３０９に入力する。

主信号尤度生成部１３０９は、主信号搬送波位相推定部１３０５により搬送波位相が推定された主信号の尤度を計算し、主信号の尤度情報を主信号フレーム同期部１３１０に入力する。

主信号フレーム同期部１３１０は、主信号尤度生成部１３０９から入力される主信号の尤度情報に基づき、主信号フレームの同期を確保し、主信号フレーム同期された主信号の尤度情報を主信号誤り訂正復号化部１３１１に入力する。

主信号誤り訂正復号化部１３１１は、主信号フレーム同期部１３１０から入力される主信号フレーム同期された主信号の尤度情報と、送信部１１００内の主信号誤り訂正符号化部１１０１で施した誤り訂正符号化則とに基づき、誤り訂正復号化を行い、復号結果を外部通信装置に入力する。

このとき、主信号誤り訂正復号化部１３１１による誤り訂正復号化は、参照信号符号化における冗長ビットを無視して行われる。
また、主信号フレーム同期部１３１０は、参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットを除去する機能を有していてもよい。
なお、この発明の実施の形態５（図７）におけるビット割り付け動作は、前述の実施の形態１〜４（図３〜図６）と同様に行われる。

以上のように、この発明の実施の形態５（図７）に係る光通信システムは、光信号を送信する送信部１１００と、送信部１１００からの光信号を伝送する伝送部１２００と、伝送部１２００を介した光信号を受信する受信部１３００と、により構成され、送信部１１００は、光変調部１１０４を有し、送信される主信号に含まれる情報ビット列の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき符号化するとともに、光変調部１１０４を介して光信号に変換して送信する。

受信部１３００は、光復調部１３０１を有し、伝送部１２００を介して受信される光信号のコヒーレント検波を行うとともに、光復調部１３０１での復調処理において有限通りの位相スリップが残留した信号に対し、位相スリップに起因した主信号データレーン入れ替わりおよび論理極性反転を事前情報として用い、送信部１１００において符号化された情報ビット列の一部を高精度に復号することにより、参照信号として取り扱い、送信部１１００、伝送部１２００および受信部１３００における主信号に対する透過特性に起因した通信品質変化を、参照信号を用いて補償する。特に、通信品質変化に含まれる位相スリップを検出および補償する。

具体的には、送信部１１００は、情報ビット列の一部を符号化するための参照信号符号化部１１０２を有し、受信部１３００は、符号化された情報ビット列の一部を復号するための参照信号復号化部１３０８と、参照信号を用いて通信品質変化を補償するための主信号搬送波位相推定部１３０５と、を有する。

また、参照信号符号化部１１０２は、参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットを情報ビット列に割り付け、参照信号復号化部１３０８は、冗長ビットを復号する。

また、送信部１１００は、主信号誤り訂正符号化部１１０１を有し、参照信号符号化則に基づく符号化における参照ビット列の挿入前に、主信号誤り訂正符号化部１１０１により主信号の誤り訂正符号化を行う。
一方、受信部１３００は、主信号誤り訂正復号化部１３１１を有し、参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットの除去後に、主信号誤り訂正復号化部１３１１により主信号の誤り訂正復号化を行う。

さらに具体的には、送信部１１００は、外部通信装置から入力されるデータに基づき、主信号の誤り訂正符号化を行う主信号誤り訂正符号化部１１０１と、主信号の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき参照信号符号化する参照信号符号化部１１０２と、主信号を誤り訂正符号化しかつ参照信号符号化した信号に対応する光信号を生成する光変調部１１０４と、を備えている。

また、受信部１３００は、伝送部１２００から入力される光信号をコヒーレント検波した後に、アナログ／デジタル変換により離散化および標本化した主信号を生成する光復調部１３０１と、光復調部１３０１を介した主信号から参照信号フレームの同期をとる参照信号フレーム同期部１３０３と、参照信号フレーム同期部１３０３を介した主信号を一時保持する主信号バッファ部１３０４と、参照信号フレーム同期部１３０３を介した主信号から、参照信号復号のための搬送波位相を推定する参照信号搬送波位相推定部１３０６と、参照信号搬送波位相推定部１３０６により搬送波位相が推定された参照信号の尤度情報を生成する参照信号尤度生成部１３０７と、参照信号の尤度情報に基づき、参照信号を復号する参照信号復号化部１３０８と、主信号バッファ部１３０４内の主信号についての搬送波位相を推定するとともに、主信号の搬送波位相の推定結果と参照信号の復号結果とに基づき、主信号の位相スリップを検出および補償する主信号搬送波位相推定部１３０５と、主信号搬送波位相推定部１３０５により位相スリップが検出および補償された主信号の尤度情報を生成する主信号尤度生成部１３０９と、主信号の尤度情報に基づき、主信号のフレーム同期を行う主信号フレーム同期部１３１０と、主信号フレーム同期部１３１０によりフレーム同期された主信号の尤度情報に基づき、主信号の誤り訂正復号を行う主信号誤り訂正復号化部１３１１と、を備えている。

なお、送信部１１００において、参照信号符号化則に基づき符号化される情報ビット列の一部は、主信号誤り訂正符号化部１１０１により符号化されていてもよい。
また、参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットの一部は既知信号であってもよい。
さらに、受信部１３００は、冗長ビットをも参照信号として用いることができる。

これにより、前述と同様に、送信部１１００においては、主信号の情報ビット列の一部を参照信号符号化して送信し、参照信号符号化された情報ビット列の一部を、参照ビットを伝送したかのように扱うことを可能とし、受信部１３００においては、復号化した情報ビットの一部を既知の参照信号のように取り扱うことにより、位相スリップを検出および補償することができる。

したがって、従来システムのような差動符号化および差動復号化を用いずに、位相スリップによる伝送品質劣化を回避することができ、主信号に参照ビット列（図２内の既知ビット信号）を挿入する場合と比べて、同じ量の参照信号を得るための冗長度が小さく抑制されるので、冗長度の増加を軽減することができ、伝送品質を向上させることができる。

実施の形態６．
なお、上記実施の形態５（図７）では、受信部１３００において参照信号搬送波位相推定部１３０６を用いたが、図８のように、受信部１３００Ａにおいて、主信号位相補償部１３１２を用いるとともに、主信号搬送波位相推定部１３０５Ａの挿入位置を変えてもよい。

図８はこの発明の実施の形態６に係る光通信システムを示す機能ブロック構成であり、前述（図７参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。

図８において、受信部１３００Ａは、光復調部１３０１と、受信端信号処理部１３０２Ａと、主信号搬送波位相推定部１３０５Ａと、参照信号フレーム同期部１３０３Ａと、主信号バッファ部１３０４Ａと、主信号位相補償部１３１２と、参照信号尤度生成部１３０７Ａと、参照信号復号化部１３０８Ａと、主信号尤度生成部１３０９Ａと、主信号フレーム同期部１３１０と、主信号誤り訂正復号化部１３１１と、により構成されている。

この場合、受信部１３００Ａにおいて、前述（図７参照）の参照信号搬送波位相推定部１３０６に代えて、主信号位相補償部１３１２が設けられるとともに、主信号搬送波位相推定部１３０５Ａが、参照信号フレーム同期部１３０３Ａの入力側に挿入されている。

また、受信端信号処理部１３０２Ａ、参照信号フレーム同期部１３０３Ａ、主信号バッファ部１３０４Ａ、参照信号尤度生成部１３０７Ａ、参照信号復号化部１３０８Ａおよび主信号尤度生成部１３０９Ａに関しては、接続関係または処理動作が前述（図７）と異なる。

この発明の実施の形態６の特徴は、送信部１１００内の参照信号符号化部１１０２によるビット割り付け動作と、受信部１３００Ａ内の主信号搬送波位相推定部１３０５Ａによる位相推定後の参照信号復号化部１３０８Ａによる復号動作および主信号位相補償部１３１２による位相スリップを検出および補償動作と、にある。

受信端信号処理部１３０２Ａは、デジタル信号処理により、送信部１１００、伝送部１２００および光復調部１３０１で生じた波形歪みを補償し、波形歪み補償後の主信号を主信号搬送波位相推定部１３０５Ａに入力する。

主信号搬送波位相推定部１３０５Ａは、受信端信号処理部１３０２Ａから入力される波形歪み補償後の主信号について、Ｍ乗法や仮判定法を用いて搬送波位相を推定し、搬送波位相が推定された主信号を参照信号フレーム同期部１３０３Ａに入力する。

参照信号フレーム同期部１３０３Ａは、主信号搬送波位相推定部１３０５Ａから入力される主信号に基づき、参照信号符号化フレームの同期を確保し、参照信号フレーム同期された主信号を主信号バッファ部１３０４Ａおよび参照信号尤度生成部１３０７Ａに入力する。

参照信号尤度生成部１３０７Ａは、参照信号フレーム同期部１３０３Ａから入力される参照信号フレーム同期された主信号に基づき、搬送波位相推定後の参照信号の尤度を計算し、尤度情報を参照信号復号化部１３０８Ａに入力する。

参照信号復号化部１３０８Ａは、参照信号尤度生成部１３０７Ａから入力される参照信号の尤度情報と、参照信号符号化部１１０２での符号化則とに基づき、参照信号復号化を行い、復号結果を主信号位相補償部１３１２に入力する。復号化の詳細については、前述の実施の形態１で述べた通りである。

主信号バッファ部１３０４Ａは、参照信号フレーム同期部１３０３Ａから入力される参照信号フレーム同期された主信号を、参照信号が復号されるまでの期間にわたって保持し、参照信号が復号された時点で主信号位相補償部１３１２に入力する。

主信号位相補償部１３１２は、主信号バッファ部１３０４Ａから入力される参照信号フレーム同期された主信号と、参照信号復号化部１３０８Ａから入力される参照信号復号結果とに基づき、位相スリップの検出および補償を行い、位相スリップ補償した主信号を主信号尤度生成部１３０９Ａに入力する。

このとき、変調対象が前述の実施の形態１、２のようにＤＰ−ＱＰＳＫ信号であれば、位相スリップ補償量は、０度、９０度、１８０度、−９０度のいずれかとすれば十分である。

主信号尤度生成部１３０９Ａは、主信号位相補償部１３１２から入力される位相スリップ補償された主信号の尤度を計算し、主信号の尤度情報を主信号フレーム同期部１３１０に入力する。
なお、この発明の実施の形態６（図８）におけるビット割り付け動作は、前述の実施の形態１〜４（図３〜図６）と同様に行われる。

以上のように、この発明の実施の形態６（図８）に係る光通信システムは、光信号を送信する送信部１１００と、送信部１１００からの光信号を伝送する伝送部１２００と、伝送部１２００を介した光信号を受信する受信部１３００Ａと、により構成され、送信部１１００は、光変調部１１０４を有し、送信される主信号に含まれる情報ビット列の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき符号化するとともに、光変調部１１０４を介して光信号に変換して送信する。

受信部１３００Ａは、伝送部１２００から入力される光信号をコヒーレント検波した後に、アナログ／デジタル変換により離散化および標本化した主信号を生成する光復調部１３０１と、光復調部１３０１を介した主信号および参照信号の双方の復号化に用いられる主信号搬送波位相を推定する主信号搬送波位相推定部１３０５Ａと、主信号搬送波位相推定部１３０５Ａを介した主信号から参照信号フレームの同期をとる参照信号フレーム同期部１３０３Ａと、参照信号フレーム同期部１３０３Ａを介した主信号を一時保持する主信号バッファ部１３０４Ａと、主信号搬送波位相推定部１３０５Ａにより主信号の搬送波位相が推定され、かつ参照信号フレーム同期部１３０３Ａにより参照信号フレーム同期された参照信号の尤度情報を生成する参照信号尤度生成部１３０７Ａと、参照信号の尤度情報に基づき、参照信号を復号する参照信号復号化部１３０８Ａと、主信号の搬送波位相の推定結果と参照信号の復号結果とに基づき、主信号の位相スリップを検出および補償する主信号位相補償部１３１２と、位相スリップが検出および補償された主信号の尤度情報を生成する主信号尤度生成部１３０９Ａと、主信号のフレーム同期を行う主信号フレーム同期部１３１０と、主信号フレーム同期部１３１０によりフレーム同期された主信号の尤度情報に基づき、主信号の誤り訂正復号を行う主信号誤り訂正復号化部１３１１と、を備えている。

これにより、前述と同様に、送信部１１００においては、主信号の情報ビット列の一部を参照信号符号化して送信し、参照信号符号化された情報ビット列の一部を、参照ビットを伝送したかのように扱うことを可能とし、受信部１３００Ａにおいては、復号化した情報ビットの一部を既知の参照信号のように取り扱うことにより、位相スリップを検出および補償することができる。

したがって、従来システムのような差動符号化および差動復号化を用いずに、位相スリップによる伝送品質劣化を回避することができ、主信号に参照ビット列（図２内の既知ビット信号）を挿入する場合と比べて、同じ量の参照信号を得るための冗長度が小さく抑制されるので、冗長度の増加を軽減することができ、伝送品質を向上させることができる。

以上のように、この発明に係る光通信システムは、コヒーレント光通信システムに有用であり、特に、符号誤り率の悪い光通信システムに適している。

１０、１１００ 送信部、１１ 送信ビット列生成部、１２ 参照ビット列挿入部、１３ 信号送信部、２０、１２００ 伝送部、３０、１３００、１３００Ａ 受信部、３１ 信号受信部、３２ 参照ビット列解析部、３３ ビット列受信部、１０１ ＸＩレーン、１０２ ＸＱレーン、１０３ ＹＩレーン、１０４ ＹＱレーン、１１１ ＸＩ０レーン、１１２ ＸＱ０レーン、１1３ ＹＩ０レーン、１１４ ＹＱ０レーン、１２１ ＸＩ１レーン、１２２ ＸＱ１レーン、１２３ ＹＩ１レーン、１２４ ＹＱ１レーン、３００、４００、５００、６００ 参照信号符号化フレーム、３０１、３０２、４０１〜４０４、５０１、５０２、６０１、６０２ 符号化された情報ビット、３１１、３１２、４１１〜４１４、５１１、５１２、６１１〜６１４ 符号化された冗長ビット、３２１〜３２４、４２１〜４２７、５２１〜５２４、６２１〜６２４ 符号化されていない情報ビット、１１０１ 主信号誤り訂正符号化部、１１０２ 参照信号符号化部、１１０３ 送信端信号処理部、１１０４ 光変調部、１３０１ 光復調部、１３０２、１３０２Ａ 受信端信号処理部、１３０３、１３０３Ａ 参照信号フレーム同期部、１３０４、１３０４Ａ 主信号バッファ部、１３０５、１３０５Ａ 主信号搬送波位相推定部、１３０６ 参照信号搬送波位相推定部、１３０７、１３０７Ａ 参照信号尤度生成部、１３０８、１３０８Ａ 参照信号復号化部、１３０９、１３０９Ａ 主信号尤度生成部、１３１０ 主信号フレーム同期部、１３１１ 主信号誤り訂正復号化部、１３１２ 主信号位相補償部。

Claims (17)

1. 光信号を送信する送信部と、前記送信部からの光信号を伝送する伝送部と、前記伝送部を介した光信号を受信する受信部と、により構成された光通信システムであって、
   前記送信部は、送信される主信号に含まれる情報ビット列の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき符号化し、
   前記受信部は、
   前記送信部における参照信号符号化則に基づき、前記送信部により符号化された前記情報ビット列の一部を復号することにより前記参照信号として取り扱い、
   前記送信部、前記伝送部および前記受信部における前記主信号に対する透過特性に起因した通信品質変化を、前記参照信号を用いて補償することを特徴とする光通信システム。
2. 前記受信部は、前記通信品質変化に含まれる位相スリップを検出および補償することを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記送信部は、前記情報ビット列の一部を符号化するための参照ビット列挿入部を有し、
   前記受信部は、前記情報ビット列の一部を復号するとともに、前記参照信号を用いて前記通信品質変化を補償するための参照ビット列解析部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光通信システム。
4. 光信号を送信する送信部と、前記送信部からの光信号を伝送する伝送部と、前記伝送部を介した光信号を受信する受信部と、により構成された光通信システムであって、
   前記送信部は、光変調部を有し、送信される主信号に含まれる情報ビット列の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき符号化するとともに、前記光変調部を介して光信号に変換して送信し、
   前記受信部は、光復調部を有し、前記伝送部を介して受信される前記光信号のコヒーレント検波を行うとともに、
   前記光復調部での復調処理において有限通りの位相スリップが残留した信号に対し、前記位相スリップに起因した主信号データレーン入れ替わりおよび論理極性反転を事前情報として用い、前記送信部において符号化された前記情報ビット列の一部を復号することにより、前記参照信号として取り扱い、
   前記送信部、前記伝送部および前記受信部における前記主信号に対する透過特性に起因した通信品質変化を、前記参照信号を用いて補償することを特徴とする光通信システム。
5. 前記受信部は、前記通信品質変化に含まれる前記位相スリップを検出および補償することを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
6. 前記送信部は、前記情報ビット列の一部を符号化するための参照信号符号化部を有し、
   前記受信部は、符号化された前記情報ビット列の一部を復号するための参照信号復号化部と、前記参照信号を用いて前記通信品質変化を補償するための主信号搬送波位相推定部と、を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光通信システム。
7. 前記参照信号符号化部は、前記参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットを前記情報ビット列に割り付け、
   前記参照信号復号化部は、前記冗長ビットを復号することを特徴とする請求項６に記載の光通信システム。
8. 前記送信部は、主信号誤り訂正符号化部を有し、前記参照信号符号化則に基づく符号化における参照ビット列の挿入前に、前記主信号誤り訂正符号化部により前記主信号の誤り訂正符号化を行い、
   前記受信部は、主信号誤り訂正復号化部を有し、前記参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットの除去後に、前記主信号誤り訂正復号化部により前記主信号の誤り訂正復号化を行うことを特徴とする請求項７に記載の光通信システム。
9. 前記送信部において、
   前記参照信号符号化則に基づき符号化される前記情報ビット列の一部は、
   前記主信号誤り訂正符号化部により符号化されていることを特徴とする請求項８に記載の光通信システム。
10. 前記参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットの一部は既知信号であることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の光通信システム。
11. 前記受信部は、前記冗長ビットをも前記参照信号として用いることを特徴とする請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載の光通信システム。
12. 前記送信部において、
    前記参照信号符号化則に基づき符号化される前記情報ビット列の一部は、
    偏波多重直交位相変調における直交偏波成分Ｘ／Ｙ、直交位相成分Ｉ／Ｑに基づく４つの主信号データレーンＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱのそれぞれに均等に割り付けられることを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の光通信システム。
13. 前記送信部において、
    前記参照信号符号化則に基づき符号化される前記情報ビット列の一部は、
    前記４つの主信号データレーンＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱに対し、同一タイムスロットに割り付けられることを特徴とする請求項１２に記載の光通信システム。
14. 前記送信部において、
    前記参照信号符号化則に基づき符号化される前記情報ビット列の一部は、
    前記４つの主信号データレーンＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱのうちの２つの主信号データレーンＸＩ、ＸＱに対しては、第１のタイムスロットに割り付けられ、
    他の２つの主信号データレーンＹＩ、ＹＱに対しては、前記第１のタイムスロットとは異なる第２の同一タイムスロットに割り付けられることを特徴とする請求項１２に記載の光通信システム。
15. 前記送信部において、
    前記参照信号符号化則に基づき符号化される前記情報ビット列の一部は、
    前記４つの主信号データレーンＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱの各々に対して、異なるタイムスロットに割り付けられることを特徴とする請求項１２に記載の光通信システム。
16. 光信号を送信する送信部と、前記送信部からの光信号を伝送する伝送部と、前記伝送部を介した光信号を受信する受信部と、により構成された光通信システムであって、
    前記送信部は、
    外部通信装置から入力されるデータに基づき、主信号の誤り訂正符号化を行う主信号誤り訂正符号化部と、
    前記主信号の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき参照信号符号化する参照信号符号化部と、
    前記主信号を誤り訂正符号化しかつ参照信号符号化した信号に対応する光信号を生成する光変調部と、を備え、
    前記受信部は、
    前記伝送部から入力される光信号をコヒーレント検波した後に、アナログ／デジタル変換により離散化および標本化した主信号を生成する光復調部と、
    前記光復調部を介した主信号から参照信号フレームの同期をとる参照信号フレーム同期部と、
    前記参照信号フレーム同期部を介した主信号を一時保持する主信号バッファ部と、
    前記参照信号フレーム同期部を介した主信号から、参照信号復号のための搬送波位相を推定する参照信号搬送波位相推定部と、
    前記参照信号搬送波位相推定部により搬送波位相が推定された参照信号の尤度情報を生成する参照信号尤度生成部と、
    前記参照信号の尤度情報に基づき、前記参照信号を復号する参照信号復号化部と、
    前記主信号バッファ部内の主信号についての搬送波位相を推定するとともに、前記主信号の搬送波位相の推定結果と前記参照信号の復号結果とに基づき、前記主信号の位相スリップを検出および補償する主信号搬送波位相推定部と、
    前記主信号搬送波位相推定部により位相スリップが検出および補償された主信号の尤度情報を生成する主信号尤度生成部と、
    前記主信号の尤度情報に基づき、前記主信号のフレーム同期を行う主信号フレーム同期部と、
    前記主信号フレーム同期部によりフレーム同期された前記主信号の尤度情報に基づき、前記主信号の誤り訂正復号を行う主信号誤り訂正復号化部と、
    を備えたことを特徴とする光通信システム。
17. 光信号を送信する送信部と、前記送信部からの光信号を伝送する伝送部と、前記伝送部を介した光信号を受信する受信部と、により構成された光通信システムであって、
    前記送信部は、
    外部通信装置から入力されるデータに基づき、主信号の誤り訂正符号化を行う主信号誤り訂正符号化部と、
    前記主信号の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき参照信号符号化する参照信号符号化部と、
    前記主信号を誤り訂正符号化しかつ参照信号符号化した信号に対応する光信号を生成する光変調部と、を備え、
    前記受信部は、
    前記伝送部から入力される光信号をコヒーレント検波した後に、アナログ／デジタル変換により離散化および標本化した主信号を生成する光復調部と、
    前記光復調部を介した主信号および前記参照信号の双方の復号化に用いられる主信号搬送波位相を推定する主信号搬送波位相推定部と、
    前記主信号搬送波位相推定部を介した主信号から参照信号フレームの同期をとる参照信号フレーム同期部と、
    前記参照信号フレーム同期部を介した主信号を一時保持する主信号バッファ部と、
    前記主信号搬送波位相推定部により前記主信号の搬送波位相が推定され、かつ前記参照信号フレーム同期部により参照信号フレーム同期された参照信号の尤度情報を生成する参照信号尤度生成部と、
    前記参照信号の尤度情報に基づき、前記参照信号を復号する参照信号復号化部と、
    前記主信号の搬送波位相の推定結果と前記参照信号の復号結果とに基づき、前記主信号の位相スリップを検出および補償する主信号位相補償部と、
    前記位相スリップが検出および補償された主信号の尤度情報を生成する主信号尤度生成部と、
    前記主信号のフレーム同期を行う主信号フレーム同期部と、
    前記主信号フレーム同期部によりフレーム同期された前記主信号の尤度情報に基づき、前記主信号の誤り訂正復号を行う主信号誤り訂正復号化部と、
    を備えたことを特徴とする光通信システム。

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