WO2014189107A1 - 信号処理方法、検波方法および検波装置 - Google Patents

信号処理方法、検波方法および検波装置 Download PDF

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polarization
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菊池　和朗
ジ イヨン セット
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国立大学法人東京大学
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    • H04B10/6165—Estimation of the phase of the received optical signal, phase error estimation or phase error correction

Definitions

  • the present invention relates to a signal processing method, a detection method, and a detection apparatus.
  • Non-Patent Document 1 proposes a linear sampling system as an optical sampling system.
  • Non-Patent Document 1 describes that a constellation diagram is generated using interference with a sampling pulse.
  • Non-Patent Document 2 describes dual channel linear optical sampling. In Non-Patent Document 2, dual channel linear optical sampling delayed by one symbol is used. In Non-Patent Document 2, differential phase shift keying (DPSK: Differential Phase Shift Keying) is observed by this system.
  • DPSK Differential Phase Shift Keying
  • Patent Document 1 describes a digital coherent receiver.
  • the polarization state of a polarization multiplexed optical signal is optimized.
  • Patent Document 1 describes that this optimization can reduce the load and stability of digital signal processing by a digital signal processor.
  • a constellation diagram may be used to measure a dual-polarization phase-shift keying (DP-PSK) signal.
  • DP-PSK dual-polarization phase-shift keying
  • it may be required to enable reception of the DP-PSK signal even if the receiver operates at a low speed.
  • the present inventors examined obtaining a constellation diagram of a DP-PSK signal even for a receiver operating at a low speed.
  • the present invention Obtaining a plurality of Stokes parameters relating to a polarization defined as an X component and a Y component, respectively, of an X polarization and a Y polarization included in a dual polarization phase shift keying (DP-PSK) signal;
  • the coordinates defined by the Stokes parameters are coordinates (0, 1, 0), (0, 0, 1), (0, -1, 0) and (0, 0, -1).
  • Obtaining a two-dimensional constellation diagram by orthogonally projecting onto a plane containing A signal processing method is provided.
  • a Stokes parameter acquisition unit that acquires a plurality of Stokes parameters relating to polarizations that are respectively defined as an x component and a y component included in the DP-PSK signal;
  • the coordinates defined by the Stokes parameters are coordinates (0, 1, 0), (0, 0, 1), (0, -1, 0) and (0, 0, -1).
  • a constellation diagram of a DP-PSK signal can be obtained even when a receiver operating at a low speed is used.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a detection device 100 according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the detection device 100, and the configuration of the detection device 100 is not limited to that shown in FIG.
  • the detection device 100 includes a Stokes parameter acquisition unit 104 and a constellation diagram acquisition unit 116.
  • the Stokes parameter acquisition unit 104 acquires a plurality of Stokes parameters related to polarization.
  • the polarization is defined with an X polarization and a Y polarization included in a dual polarization phase shift keying (DP-PSK) signal as an x component and a y component, respectively.
  • the constellation diagram acquisition unit 116 acquires a two-dimensional constellation diagram.
  • the constellation diagram according to the present embodiment has coordinates (0, 1, 0), (0, 0, 1), (0, -1, 0) defined in the Poincare sphere coordinate system. ) And (0, 0, ⁇ 1).
  • the detection device 100 includes a Stokes parameter acquisition unit 104 and a constellation diagram acquisition unit 116.
  • the Stokes parameter acquisition unit 104 includes a coherent receiver 106, a sampling pulse generator 108, an analog / digital converter (ADC) 110, and a Stokes vector conversion unit 114.
  • the Stokes vector conversion unit 114 and the constellation diagram acquisition unit 116 are included in a digital signal processor (DSP) 112.
  • DSP digital signal processor
  • the detector 100 further includes an optical filter 102.
  • a dual-polarization phase-shift keying (DP-PSK) signal is input to the coherent receiver 106 and the sampling pulse generator 108 via the optical filter 102.
  • the DP-PSK signal includes X polarization and Y polarization. These X polarization and Y polarization are orthogonal to each other.
  • the phase is modulated in each of the X polarization and the Y polarization. In this case, the phase is modulated independently for the X polarization and the Y polarization.
  • the X polarization and the Y polarization of the DP-PSK signal have the same intensity.
  • the X polarization and Y polarization of the DP-PSK signal are emitted from the same light source (for example, a laser light source).
  • the phase of the DP-PSK signal in the X polarization and the Y polarization can be applied to 2 N phases (N ⁇ 1).
  • binary data can be placed on each of the X polarization and the Y polarization of the DP-PSK signal.
  • DP-PSK signals include dual-polarization quadrature phase-shift keying (DP-QPSK) signals, dual-polarization phase-shift keying (DP-BPSK) signals, and dual-polarization phase-shift keying (DP-BPSK).
  • DP-QPSK dual-polarization quadrature phase-shift keying
  • DP-BPSK dual-polarization phase-shift keying
  • DP-BPSK dual-polarization phase-shift keying
  • DP-A Polarization Binary Phase-Shift Keying (Dual-Polarization 8 Phase-Shift Keying) signal or a dual-polarization 8-phase shift keying (DP-8PSK) signal is included.
  • the DP-QPSK signal may have a transmission rate of 100 Gbit / sec or more.
  • the phase in the X polarization is modulated to take two states of “0” and “1” in binary on the IQ plane, and the phase in the Y polarization is also Modulation is performed so that two states of “0” and “1” are binary in the IQ plane.
  • the phase in the X-polarized wave is modulated to take four states of “00”, “01”, “10”, and “11” in the IQ plane, The phase of the wave is also modulated to take four states of “00”, “01”, “10”, and “11” in binary on the IQ plane.
  • phase in the X polarization is binary on the IQ plane “000”, “001”, “010”, “011”, “100”, “101”, “110”, and “111”.
  • the phase in the Y polarization is also binary in the IQ plane as “000”, “001”, “010”, “011”, “100”, “101”, Modulation is performed so as to take eight states of “110” and “111”.
  • the DP-PSK signal passes through the optical filter 102 as described above.
  • the optical filter 102 functions as a filter that removes noise from the DP-PSK signal.
  • the CNR Carrier-to-noise ratio
  • the Stokes parameter acquisition unit 104 acquires the Stokes parameters related to the input DP-PSK signal.
  • Stokes parameters are obtained from the DP-PSK signal by linear sampling.
  • the details of linear sampling are as follows. First, a part of the DP-PSK signal that has passed through the optical filter 102 is input to the sampling pulse generator 108.
  • the sampling pulse generator 108 extracts the symbol rate T of the DP-PSK signal.
  • the sampling pulse generator 108 divides the symbol rate T by n (where n is a sufficiently large positive integer) to generate a sampling light pulse having a sampling frequency 1 / (nT).
  • the generated sampling light pulse is output to the coherent receiver 106.
  • the coherent receiver 106 has a built-in polarization beam splitter (PBS).
  • PBS polarization beam splitter
  • the coherent receiver 106 separates the X polarization and the Y polarization of the DP-PSK signal using PBS.
  • the coherent receiver 106 linearly detects each of the X-polarized wave and the Y-polarized wave of the DP-PSK signal by using the sampling light pulse from the sampling light pulse generator 108 as a local oscillation (LO). .
  • the coherent receiver 106 then outputs electrical signals I x and Q x for the X-polarized I channel and Y channel and electrical signals I y and Q y for the Y-polarized I channel and Y channel.
  • the electrical signals I x , Q x , I y and Q y output from the coherent receiver 106 are input to the ADC 110.
  • the ADC 110 performs analog-to-digital conversion on the electrical signals I x , Q x , I y and Q y .
  • the signal analog-digital converted in the ADC 110 is output to the DSP 112.
  • the Stokes vector conversion unit 114 converts the X-polarized component E x (k) and the Y polarization in the DP-PSK signal from the electric signals I x , Q x , I y, and Q y analog-digital converted in the ADC 110.
  • a wave component E y (k) is obtained (where k represents the number of samples).
  • the Stokes vector conversion unit 114 calculates the Stokes parameters S 1 , S 2, and S 3 from E x (k) and E y (k) using the following equations (1) to (3).
  • ⁇ (k) arg (E x (k) / E y (k)).
  • Stokes parameters S 1 , S 2, and S 3 indicate the polarization state (SOP: State of Polarization) of the DP-PSK signal input to the detector 100.
  • SOP State of Polarization
  • the SOP indicated by the Stokes parameters S 1 , S 2 and S 3 is displayed in the Poincare sphere coordinate system.
  • the SOP displayed in the Poincare sphere coordinate system will be described with reference to FIG.
  • FIG. 2A is a diagram for explaining the SOP displayed on the Poincare sphere coordinate system in DP-BPSK.
  • the axes S 1 , S 2 and S 3 are orthogonal to each other.
  • the Poincare sphere PS is schematically shown by a broken line.
  • the plane S indicated by hatching in FIG. 2A has coordinates (0, 1, 0), (0, 0, 1), (0, -1, 0) and (0, 0, -1). ).
  • the phase differences that can be taken by X-polarized light and Y-polarized light in DP-BPSK are 0 and ⁇ . When the phase difference is 0, the center a is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center a is + 45 ° linearly polarized light.
  • the center b is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center b is ⁇ 45 ° linearly polarized light.
  • FIG. 2B is a diagram for explaining the SOP displayed on the Poincare sphere coordinate system in DP-QPSK.
  • the axes S 1 , S 2 and S 3 are orthogonal to each other.
  • Poincare sphere PS is typically shown with the broken line.
  • the plane S indicated by hatching in FIG. 2B has coordinates (0, 1, 0), (0, 0, 1), (0, -1, 0) and (0, 0, -1). ).
  • the phase differences that can be taken by the X polarization and the Y polarization in DP-QPSK are 0, ⁇ / 2, ⁇ , and 3 ⁇ / 2.
  • the center a is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center a is + 45 ° linearly polarized light.
  • the center b is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center b is clockwise circularly polarized light.
  • the center c is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center c is ⁇ 45 ° linearly polarized light.
  • the center d is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center d is counterclockwise circularly polarized light.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the SOP displayed in the Poincare sphere coordinate system in DP-8PSK.
  • the axes S 1 , S 2 and S 3 are orthogonal to each other.
  • the Poincare sphere PS is schematically shown by a broken line.
  • the plane S indicated by hatching in FIG. 3 includes coordinates (0, 1, 0), (0, 0, 1), (0, -1, 0) and (0, 0, -1). It is a plane.
  • the phase differences that can be taken by X polarization and Y polarization in DP-8PSK are 0, ⁇ / 4, ⁇ / 2, 3 ⁇ / 4, ⁇ , 5 ⁇ / 4, 3 ⁇ / 2, and 7 ⁇ / 4.
  • the center a is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center a is + 45 ° linearly polarized light.
  • the center b is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center b is elliptically polarized light.
  • the center c is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center c is clockwise circularly polarized light.
  • the center d is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center d is elliptically polarized light.
  • the center e is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center e is ⁇ 45 ° linearly polarized light.
  • the center f is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center f is elliptically polarized light.
  • the center g is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center g is counterclockwise circularly polarized light.
  • the center h is taken in the Poincare sphere PS as shown in FIG.
  • the SOP at the center h is elliptically polarized light.
  • the SOP relating to the DP-PSK signal is calculated by equations (1) to (3) and displayed as coordinates in the Poincare sphere coordinate system.
  • the constellation diagram acquisition unit 116 orthogonally projects the coordinates on the plane S. Thereby, a constellation diagram displayed two-dimensionally with respect to the DP-PSK signal is obtained.
  • the detection device 100 may further include a signal quality calculation unit 118 and a display unit 120, as shown in FIG.
  • the signal quality calculation unit 118 acquires the Q value of the two-dimensional constellation diagram acquired by the constellation diagram acquisition unit 116.
  • the constellation diagram acquisition unit 116 outputs a signal including information on the two-dimensional constellation diagram to the signal quality calculation unit 118.
  • the signal quality calculation unit 118 analyzes the signal output from the constellation diagram acquisition unit 116 and acquires the Q value of the two-dimensional constellation diagram.
  • the signal quality calculation unit 118 outputs a signal including the Q value to the display unit 120.
  • the display unit 120 displays the Q value output from the signal quality calculation unit 118.
  • the display unit 120 may be a liquid crystal display, for example. Thereby, the user of the detection apparatus 100 can confirm the Q value of the DP-PSK signal detected by the detection apparatus 100.
  • the Q value is a value indicating the quality of the signal. For example, when Q> 6 is satisfied, the signal error rate of the signal is 10 ⁇ 9 or less.
  • the signal quality calculation unit 118 may calculate the code error rate from the Q value. In this case, the signal quality calculation unit 118 may output a signal including a code error rate to the display unit 120 together with a signal including a Q value. The display unit 120 may display the code error rate together with the Q value.
  • the two-dimensional constellation diagram obtained in this embodiment is obtained from the Stokes parameters related to the X polarization and Y polarization of the DP-PSK signal.
  • the Stokes parameter can be calculated without being affected by the noise of the phase of the DP-PSK signal. For this reason, the detector 100 can acquire a two-dimensional constellation diagram without being affected by the noise of the DP-PSK signal.
  • the constellation parameter is calculated via the Stokes parameter, a two-dimensional constellation diagram can be acquired regardless of the symbol rate and the sampling rate.
  • the detection apparatus 100 uses the DP-PSK signal.
  • the QPSK signal can be detected.
  • FIG. 4 shows simulation results for the DP-QPSK signal.
  • the DP-PSK signal is a DP-QPSK signal.
  • the CNR of light output from the optical filter 102 was assumed to be 15 dB.
  • the number of samples was 2 16.
  • the diagrams on the left side of FIGS. 4A to 4C show the simulation results of the constellation diagram.
  • the right diagrams in FIGS. 4A to 4C show histograms of constellation points in the x direction of the constellation diagram.
  • FIG. 4A shows a simulation result regarding the constellation diagram obtained by the signal processing method according to the present embodiment.
  • the histogram of constellation points is distributed substantially in a Gaussian shape as shown in the right diagram of FIG.
  • FIG. 4B shows a simulation result related to a constellation diagram obtained by linear sampling without calculating the DP-QPSK Stokes parameter. Comparing FIGS. 4A and 4B, in the constellation diagram in FIG. 4B, the diffusion of the phase of the constellation points appears remarkably (the left diagram in FIG. 4B). This is based on the phase noise of the DP-QPSK signal. Further, the spread of the histogram of the constellation diagram in FIG. 4B is larger than the spread of the histogram of the constellation diagram in FIG. 4A (right diagrams in FIGS. 4A and 4B). From this, it can be said that the signal processing method in FIG. 4A can reduce the influence of the DP-QPSK signal due to the phase noise as compared with the signal processing method in FIG.
  • FIG. 4 (c) shows a simulation result related to a constellation diagram obtained by linear sampling without calculating the DP-QPSK Stokes parameters.
  • the constellation diagram is acquired under ideal conditions where there is no DP-QPSK phase noise.
  • the dispersion of the constellation diagram in FIG. 4A is 3 dB or more with respect to the constellation diagram in FIG.
  • FIG. 4 (c) shows the result under ideal conditions where DP-QPSK phase noise does not exist
  • FIG. 4 (a) shows that DP-QPSK phase noise exists. It is the result in the condition. Therefore, it can be said that the signal processing method in FIG. 4A can obtain a result similar to the constellation diagram under ideal conditions even under the condition where DP-QPSK phase noise exists. .
  • Example 2 The signal processing method according to the present embodiment was experimented with an actual optical system. Specifically, the optical system shown in FIG. 1 was assembled. More specifically, a 100 Gbit / sec DP-QPSK signal was used as the DP-PSK signal.
  • the coherent receiver 106 an Optical Hybrid Dual Polarization (DP) -25Gbaud was used.
  • the ADC 110 8-ch A / D 50 MS / s (Mega Samples Per Second) was used. Between the coherent receiver 106 and the ADC 110, a BPD (Balanced Photo Diode) is provided for each of the signals I x , Q x , I y , and Q y .
  • As the sampling pulse generator 108 a 50 MHz MLFL (Mode-locked Fiber Laser) was used. The sampling pulse generator 108 not only sends sampling light pulses to the coherent receiver, but also sends a clock to the ADC 110.
  • FIG. 5 shows the experimental results regarding the constellation diagram obtained by the above-described optical system according to this example.
  • the left side of the figure shows the raw data of the experiment results.
  • data of a predetermined value (threshold value) or more is extracted from the raw data.
  • the signal rate used for the DP-QPSK signal in this embodiment is 100 Gbit / sec. Such a high rate signal could be clearly observed according to the present embodiment.

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Abstract

　二重偏波位相偏移変調（ＤＰ－ＰＳＫ）信号に含まれるＸ偏波およびＹ偏波をそれぞれｘ成分およびｙ成分として規定される偏波に関する複数のストークスパラメータを取得する工程と、ポアンカレ球座標系において、前記各ストークスパラメータが規定する座標を、座標（０，１，０）、（０，０，１）、（０，－１，０）および（０，０，－１）を含む平面に正射影することで２次元コンステレーションダイアグラムを取得する工程と、を含む信号処理方法が提供される。

Description

信号処理方法、検波方法および検波装置
　本発明は、信号処理方法、検波方法および検波装置に関する。
　現在、種々の光サンプリングシステムが提案されている。非特許文献１では、光サンプリングシステムとして線形サンプリングシステムが提案されている。非特許文献１では、サンプリングパルスとの干渉を用いてコンステレーションダイアグラムが生成されることが記載されている。非特許文献２には、デュアルチャネル線形光サンプリングについて記載されている。非特許文献２では、１シンボル遅れたデュアルチャネル線形光サンプリングが用いられている。非特許文献２では、このシステムにより、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）が観測される。
　その他の例として、特許文献１には、デジタルコヒーレント受信装置が記載されている。特許文献１では、偏波多重光信号の偏波状態が最適化されている。特許文献１には、この最適化により、デジタルシグナルプロセッサによるデジタル信号処理の負荷の低減および安定性を向上させることができると記載されている。
特開２０１２－２３８９４１号公報
C. Dorrer, C.R. Doerr, and I. Kang, "Measurement of eye diagram and constellation diagrams of optical sources using linear optics and waveguide technology," J. Lightwave Technol., vol.23, pp.178-186, Jan. 2005. K. Okamoto and F. Ito, "Ultrafast measurement of optical DPSK signals using 1-symbol delayed dual-channel linear optical sampling," IEEE Photon. Technol. Lett., vol.20, pp.948-950, 2008.
　二重偏波位相偏移変調（ＤＰ－ＰＳＫ：Ｄｕａｌ－Ｐｏｌａｒｉａｔｉｏｎ　Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）信号の測定には、コンステレーションダイアグラム（Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ　ｄｉａｇｒａｍ）が用いられることがある。そしてＤＰ－ＰＳＫ信号のコンステレーションダイアグラムの取得には、低い速度で動作する受信器であっても、ＤＰ－ＰＳＫ信号の受信を可能にすることが求められることがある。本発明者らは、低い速度で動作する受信器であっても、ＤＰ－ＰＳＫ信号のコンステレーションダイアグラムを取得することを検討した。
　本発明によれば、
　二重偏波位相偏移変調（ＤＰ－ＰＳＫ）信号に含まれるＸ偏波およびＹ偏波をそれぞれｘ成分およびｙ成分として規定される偏波に関する複数のストークスパラメータを取得する工程と、
　ポアンカレ球座標系において、前記各ストークスパラメータが規定する座標を、座標（０，１，０）、（０，０，１）、（０，－１，０）および（０，０，－１）を含む平面に正射影することで２次元コンステレーションダイアグラムを取得する工程と、
を含む信号処理方法が提供される。
　本発明によれば、
　ＤＰ－ＰＳＫ信号に含まれるＸ偏波およびＹ偏波をそれぞれｘ成分およびｙ成分として規定される偏波に関する複数のストークスパラメータを取得するストークスパラメータ取得部と、
　ポアンカレ球座標系において、前記各ストークスパラメータが規定する座標を、座標（０，１，０）、（０，０，１）、（０，－１，０）および（０，０，－１）を含む平面に正射影することで２次元コンステレーションダイアグラムを取得するコンステレーションダイアグラム取得部と、
を備える検波装置が提供される。
　本発明によれば、低い速度で動作する受信器が用いられても、ＤＰ－ＰＳＫ信号のコンステレーションダイアグラムを取得することができる。
　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
実施の形態における検波装置の概要図である。 ＤＰ－ＰＳＫにおけるポアンカレ球座標系に表示される位相状態を説明するための図である。 ＤＰ－ＰＳＫにおけるポアンカレ球座標系に表示される位相状態を説明するための図である。 コンステレーションダイアグラムのシミュレーション結果を示す図である。 コンステレーションダイアグラムの実験結果を示す図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべて図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
　図１は、実施の形態における検波装置１００の概要図である。図１は検波装置１００を示す概要図であり、検波装置１００の構成は図１に示されるものに限られない。検波装置１００は、図１に示されるように、ストークスパラメータ取得部１０４と、コンステレーションダイアグラム取得部１１６と、を備えている。ストークスパラメータ取得部１０４は、偏波に関する複数のストークスパラメータを取得するものである。本実施形態における当該偏波は、二重偏波位相偏移変調（ＤＰ－ＰＳＫ）信号に含まれるＸ偏波およびＹ偏波をそれぞれｘ成分およびｙ成分として規定されている。コンステレーションダイアグラム取得部１１６は、２次元コンステレーションダイアグラム（Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ　ｄｉａｇｒａｍ）を取得するものである。本実施形態における当該コンステレーションダイアグラムは、ポアンカレ球座標系において、上記各ストークスパラメータが規定する座標を、座標（０，１，０）、（０，０，１）、（０，－１，０）および（０，０，－１）を含む平面に正射影することで取得される。
　本実施形態における検波装置１００の詳細について説明する。検波装置１００は、図１に示されるように、ストークスパラメータ取得部１０４と、コンステレーションダイアグラム取得部１１６と、を備えている。ストークスパラメータ取得部１０４は、コヒーレント受信器１０６と、サンプリングパルス発生器１０８と、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１１０と、ストークスベクトル変換部１１４と、を含んでいる。ストークスベクトル変換部１１４およびコンステレーションダイアグラム取得部１１６は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１１２に含まれている。検波装置１００は、図１に示されるように、光フィルタ１０２をさらに備えている。
　検波装置１００の動作について説明する。検波装置１００では、二重偏波位相偏移変調（ＤＰ－ＰＳＫ：Ｄｕａｌ－Ｐｏｌａｒｉａｔｉｏｎ　Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）信号が光フィルタ１０２を介してコヒーレント受信器１０６およびサンプリングパルス発生器１０８に入力される。ＤＰ－ＰＳＫ信号は、Ｘ偏波およびＹ偏波を含んでいる。そしてこれらＸ偏波およびＹ偏波は、互いに直行している。ＤＰ－ＰＳＫ信号では、Ｘ偏波およびＹ偏波それぞれにおいて、位相が変調されている。この場合において位相の変調は、Ｘ偏波およびＹ偏波において独立になされている。本実施形態において、ＤＰ－ＰＳＫ信号のＸ偏波およびＹ偏波は、互いに等しい強度を有している。ＤＰ－ＰＳＫ信号のＸ偏波およびＹ偏波は同一の光源（例えば、レーザ光源）から出射される。本実施形態において、ＤＰ－ＰＳＫ信号のＸ偏波およびＹ偏波における位相は、２Ｎ位相（Ｎ≧１）に適用させることができる。Ｘ偏波およびＹ偏波における位相が２Ｎ位相となる場合、ＤＰ－ＰＳＫ信号のＸ偏波およびＹ偏波のそれぞれにバイナリデータを乗せることができる。
　ＤＰ－ＰＳＫ信号の具体例には、二重偏波四位相偏移変調（ＤＰ－ＱＰＳＫ：Ｄｕａｌ－Ｐｏｌａｒｉａｔｉｏｎ　Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）信号、二重偏波二位相偏移変調（ＤＰ－ＢＰＳＫ：Ｄｕａｌ－Ｐｏｌａｒｉａｔｉｏｎ　Ｂｉｎａｒｙ　Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）信号または二重偏波八位相偏移変調（ＤＰ－８ＰＳＫ：Ｄｕａｌ－Ｐｏｌａｒｉａｔｉｏｎ　８　Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）信号が含まれる。本実施形態において、ＤＰ－ＱＰＳＫ信号は、１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上の伝送レートを有していてもよい。ＤＰ－ＢＰＳＫ信号においては、Ｘ偏波における位相は、ＩＱ平面においてバイナリ（ｂｉｎａｒｙ）で「０」および「１」の２つの状態をとるように変調されているとともに、Ｙ偏波における位相も、ＩＱ平面においてバイナリで「０」および「１」の２つの状態をとるように変調されている。ＤＰ－ＱＰＳＫ信号においては、Ｘ偏波における位相は、ＩＱ平面においてバイナリで「００」、「０１」、「１０」および「１１」の４つの状態をとるように変調されているとともに、Ｙ偏波における位相も、ＩＱ平面においてバイナリで「００」、「０１」、「１０」および「１１」の４つの状態をとるように変調されている。ＤＰ－８ＰＳＫ信号においては、Ｘ偏波における位相は、ＩＱ平面においてバイナリで「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」、「１００」、「１０１」、「１１０」および「１１１」の８つの状態をとるように変調されているとともに、Ｙ偏波における位相も、ＩＱ平面においてバイナリで「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」、「１００」、「１０１」、「１１０」および「１１１」の８つの状態をとるように変調されている。
　検波装置１００において、ＤＰ－ＰＳＫ信号は、上述したように、光フィルタ１０２を通過する。光フィルタ１０２は、ＤＰ－ＰＳＫ信号の雑音を除去するフィルタとして機能する。これにより、ＤＰ－ＰＳＫ信号のＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅ　ｒａｔｉｏ）が改善されることになる。
　検波装置１００では、ストークスパラメータ取得部１０４が、入力されたＤＰ－ＰＳＫ信号に関するストークスパラメータを取得する。検波装置１００では、線形サンプリングにより、ＤＰ－ＰＳＫ信号からストークスパラメータが得られる。
　線形サンプリングの詳細は、以下のとおりである。まず、光フィルタ１０２を通過したＤＰ－ＰＳＫ信号の一部が、サンプリングパルス発生器１０８に入力される。サンプリングパルス発生器１０８は、ＤＰ－ＰＳＫ信号のシンボルレートＴを抽出する。そしてサンプリングパルス発生器１０８は、シンボルレートＴをｎ（ただし、ｎは十分に大きい正の整数である。）で分周し、サンプリング周波数１／（ｎＴ）のサンプリング光パルスを発生させる。発生したサンプリング光パルスは、コヒーレント受信器１０６に出力される。
　光フィルタ１０２を通過したＤＰ－ＰＳＫ信号の残りの一部は、コヒーレント受信器１０６に入力される。コヒーレント受信器１０６は、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を内蔵している。コヒーレント受信器１０６は、ＰＢＳを用いて、ＤＰ－ＰＳＫ信号のＸ偏波およびＹ偏波を分離する。そしてコヒーレント受信器１０６は、サンプリング光パルス発生器１０８からのサンプリング光パルスを局部発振（ＬＯ：Ｌｏｃａｌ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）として用いて、ＤＰ－ＰＳＫ信号のＸ偏波およびＹ偏波のそれぞれを線形に検波する。その後コヒーレント受信器１０６は、Ｘ偏波のＩチャネルおよびＹチャネルに関する電気信号ＩｘおよびＱｘと、Ｙ偏波のＩチャネルおよびＹチャネルに関する電気信号ＩｙおよびＱｙと、を出力する。
　コヒーレント受信器１０６から出力された電気信号Ｉｘ、Ｑｘ、ＩｙおよびＱｙはＡＤＣ１１０に入力される。ＡＤＣ１１０は、電気信号Ｉｘ、Ｑｘ、ＩｙおよびＱｙをアナログ－デジタル変換する。ＡＤＣ１１０においてアナログ－デジタル変換された信号は、ＤＳＰ１１２に出力される。
　ＤＳＰ１１２では、ストークスベクトル変換部１１４が、ＡＤＣ１１０においてアナログ－デジタル変換された電気信号Ｉｘ、Ｑｘ、ＩｙおよびＱｙからＤＰ－ＰＳＫ信号におけるＸ偏波の成分Ｅｘ（ｋ）およびＹ偏波の成分Ｅｙ（ｋ）を得る（ただし、ｋはサンプルの数を示す。）。そしてストークスベクトル変換部１１４は、以下の式（１）から（３）を用いて、Ｅｘ（ｋ）およびＥｙ（ｋ）から、ストークスパラメータＳ１、Ｓ２およびＳ３を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ただし、θ（ｋ）＝ａｒｇ（Ｅｘ（ｋ）／Ｅｙ（ｋ））である。
　ストークスパラメータＳ１、Ｓ２およびＳ３は、検波装置１００に入力されたＤＰ－ＰＳＫ信号の偏波状態（ＳＯＰ：Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を示している。ストークスパラメータＳ１、Ｓ２およびＳ３によって示されるＳＯＰは、ポアンカレ球座標系に表示される。ポアンカレ球座標系に表示されるＳＯＰについて、図２を用いて説明する。
　図２（ａ）は、ＤＰ－ＢＰＳＫにおけるポアンカレ球座標系に表示されるＳＯＰを説明するための図である。ポアンカレ球座標系において、軸Ｓ１、Ｓ２およびＳ３は、互いに直行している。図２（ａ）では、ポアンカレ球ＰＳが破線で模式的に示されている。また図２（ａ）においてハッチで表示されている平面Ｓは、座標（０，１，０）、（０，０，１）、（０，－１，０）および（０，０，－１）を含む平面である。ＤＰ－ＢＰＳＫにおけるＸ偏波およびＹ偏波がとり得る位相差は、０およびπとなる。位相差０では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図２（ａ）に示されるようにセンターａがとられる。センターａにおけるＳＯＰは、＋４５°の直線偏光となる。一方位相差πでは、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図２（ａ）に示されるようにセンターｂがとられる。センターｂにおけるＳＯＰは、－４５°の直線偏光となる。
　図２（ｂ）は、ＤＰ－ＱＰＳＫにおけるポアンカレ球座標系に表示されるＳＯＰを説明するための図である。ポアンカレ球座標系において、軸Ｓ１、Ｓ２およびＳ３は、互いに直行している。図２（ｂ）では、ポアンカレ球ＰＳが破線で模式的に示されている。また図２（ｂ）においてハッチで表示されている平面Ｓは、座標（０，１，０）、（０，０，１）、（０，－１，０）および（０，０，－１）を含む平面である。ＤＰ－ＱＰＳＫにおけるＸ偏波およびＹ偏波がとり得る位相差は、０、π／２、πおよび３π／２となる。位相差０では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図２（ｂ）に示されるようにセンターａがとられる。センターａにおけるＳＯＰは、＋４５°の直線偏光となる。位相差π／２では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図２（ｂ）に示されるようにセンターｂがとられる。センターｂにおけるＳＯＰは、右回り円偏光となる。位相差πでは、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図２（ｂ）に示されるようにセンターｃがとられる。センターｃにおけるＳＯＰは、－４５°の直線偏光となる。最後に位相差３π／２では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図２（ｂ）に示されるようにセンターｄがとられる。センターｄにおけるＳＯＰは、左回り円偏光となる。
　図３は、ＤＰ－８ＰＳＫにおけるポアンカレ球座標系に表示されるＳＯＰを説明するための図である。ポアンカレ球座標系において、軸Ｓ１、Ｓ２およびＳ３は、互いに直行している。図３では、ポアンカレ球ＰＳが破線で模式的に示されている。また図３においてハッチで表示されている平面Ｓは、座標（０，１，０）、（０，０，１）、（０，－１，０）および（０，０，－１）を含む平面である。ＤＰ－８ＰＳＫにおけるＸ偏波およびＹ偏波がとり得る位相差は、０、π／４、π／２、３π／４、π、５π／４、３π／２、および７π／４となる。位相差０では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図３に示されるようにセンターａがとられる。センターａにおけるＳＯＰは、＋４５°の直線偏光となる。位相差π／４では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図３に示されるようにセンターｂがとられる。センターｂにおけるＳＯＰは、楕円偏光となる。位相差π／２では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図３に示されるようにセンターｃがとられる。センターｃにおけるＳＯＰは、右回り円偏光となる。位相差３π／４では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図３に示されるようにセンターｄがとられる。センターｄにおけるＳＯＰは、楕円偏光となる。位相差πでは、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図３に示されるようにセンターｅがとられる。センターｅにおけるＳＯＰは、－４５°の直線偏光となる。位相差５π／４では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図３に示されるようにセンターｆがとられる。センターｆにおけるＳＯＰは、楕円偏光となる。位相差３π／２では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図３に示されるようにセンターｇがとられる。センターｇにおけるＳＯＰは、左回り円偏光となる。最後に位相差７π／４では、ポアンカレ球ＰＳにおいて、図３に示されるようにセンターｈがとられる。センターｈにおけるＳＯＰは、楕円偏光となる。
　本実施形態では、ＤＰ－ＰＳＫ信号に関するＳＯＰが式（１）から（３）により算出され、ポアンカレ球座標系において座標として表示される。そしてコンステレーションダイアグラム取得部１１６は、当該座標を平面Ｓに正射影する。これにより、ＤＰ－ＰＳＫ信号に関して２次元に表示されたコンステレーションダイアグラムが得られる。
　本実施形態において、検波装置１００は、図１に示されるように、信号品質演算部１１８と、表示部１２０と、をさらに含んでいてもよい。信号品質演算部１１８は、コンステレーションダイアグラム取得部１１６が取得した２次元コンステレーションダイアグラムのＱ値を取得する。具体的には、コンステレーションダイアグラム取得部１１６は、２次元コンステレーションダイアグラムの情報を含む信号を信号品質演算部１１８に出力する。信号品質演算部１１８は、コンステレーションダイアグラム取得部１１６から出力された信号を解析して、２次元コンステレーションダイアグラムのＱ値を取得する。Ｑ値は、Ｑ＝ｓ／２σによって定義される値である（ただし、ｓは、２次元コンステレーションダイアグラムにおいて隣接するコンステレーションポイント間の距離である。σは、２次元コンステレーションダイアグラムのコンステレーションポイントにおける信号強度のガウス分布の標準偏差である。）。信号品質演算部１１８は、Ｑ値を含む信号を表示部１２０に出力する。表示部１２０は、信号品質演算部１１８から出力されたＱ値を表示する。表示部１２０は、例えば、液晶ディスプレイであってもよい。これにより、検波装置１００のユーザは、検波装置１００が検波したＤＰ－ＰＳＫ信号のＱ値を確認することができる。
　Ｑ値は、信号の品質を示す値である。例えば、Ｑ＞６が満たされている場合、信号の符号誤り率は、１０－９以下となる。本実施形態では、信号品質演算部１１８は、Ｑ値から符号誤り率を演算してもよい。この場合、信号品質演算部１１８は、Ｑ値を含む信号とともに符号誤り率を含む信号を表示部１２０に出力してもよい。そして表示部１２０は、Ｑ値とともに符号誤り率を表示してもよい。
　本実施形態において得られた２次元コンステレーションダイアグラムは、ＤＰ－ＰＳＫ信号のＸ偏波およびＹ偏波に関するストークスパラメータから得られている。ストークスパラメータは、ＤＰ－ＰＳＫ信号の位相のノイズの影響を受けることなく算出することができる。このため、検波装置１００は、ＤＰ－ＰＳＫ信号のノイズの影響を受けることなく、２次元コンステレーションダイアグラムを取得することができる。また本実施形態では、ストークスパラメータを介してコンステレーションパラメータが算出されているため、シンボルレートおよびサンプリングレートによらず、２次元コンステレーションダイアグラムを取得することができる。特に、ＤＰ－ＰＳＫ信号がＤＰ－ＱＰＳＫ信号であり、当該ＤＰ－ＱＰＳＫ信号が１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上の伝送レートを有している場合であっても、本実施形態の検波装置１００は、当該ＤＰ－ＱＰＳＫ信号を検波することができる。
（実施例１）
　本実施形態における信号処理方法について、シミュレーションにより解析した。図４は、ＤＰ―ＱＰＳＫ信号に関するシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、ＤＰ―ＰＳＫ信号は、ＤＰ―ＱＰＳＫ信号とした。光フィルタ１０２から出力される光のＣＮＲは、１５ｄＢと仮定した。サンプルの数は、２１６とした。図４（ａ）から（ｃ）における左側の図は、コンステレーションダイアグラムのシミュレーション結果を示す。一方図４（ａ）から（ｃ）における右側の図は、コンステレーションダイアグラムのｘ方向におけるコンステレーションポイントのヒストグラムを示す。
　図４（ａ）は、本実施形態における信号処理方法によって得られたコンステレーションダイアグラムに関するシミュレーション結果を示す。コンステレーションポイントのヒストグラムは、図４（ａ）の右図に示されるように、ほぼガウシアン状に分布している。一方図４（ｂ）は、ＤＰ－ＱＰＳＫのストークスパラメータを算出しないで線形サンプリングにより得られたコンステレーションダイアグラムに関するシミュレーション結果を示す。図４（ａ）と（ｂ）とを比較すると、図４（ｂ）におけるコンステレーションダイアグラムでは、コンステレーションポイントの位相の拡散が顕著に表れている（図４（ｂ）における左図）。これは、ＤＰ－ＱＰＳＫ信号の位相ノイズに基づくものである。また図４（ｂ）におけるコンステレーションダイアグラムのヒストグラムの広がりは、図４（ａ）におけるコンステレーションダイアグラムのヒストグラムの広がりよりも大きい（図４（ａ）および（ｂ）における右図）。このことから、図４（ａ）における信号処理方法によれば、図４（ｂ）における信号処理方法と比較して、ＤＰ－ＱＰＳＫ信号の位相ノイズによって受ける影響を小さくすることができるといえる。
　図４（ｃ）は、ＤＰ－ＱＰＳＫのストークスパラメータを算出しないで線形サンプリングにより得られたコンステレーションダイアグラムに関するシミュレーション結果を示す。ただし、図４（ｃ）では、ＤＰ－ＱＰＳＫの位相ノイズの存在しない理想的な条件でコンステレーションダイアグラムが取得されている。図４（ａ）および（ｃ）を比較すると、図４（ａ）におけるコンステレーションダイアグラムの分散は、図４（ｃ）におけるコンステレーションダイアグラムに対して３ｄＢ以上となる。この点、図４（ｃ）は、ＤＰ－ＱＰＳＫの位相ノイズの存在しない理想的な条件における結果であるのに対して、図４（ａ）は、ＤＰ－ＱＰＳＫの位相ノイズが存在している条件における結果である。このため、図４（ａ）における信号処理方法は、ＤＰ－ＱＰＳＫの位相ノイズが存在している条件であっても、理想的な条件におけるコンステレーションダイアグラムに類似した結果を得ることができるといえる。
（実施例２）
　本実施形態に係る信号処理方法を実際の光学系を組んで実験した。具体的には、図１に示した光学系を組んだ。より詳細には、ＤＰ－ＰＳＫ信号として、１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃのＤＰ－ＱＰＳＫ信号を用いた。コヒーレント受信器１０６として、Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｄｕａｌ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ（ＤＰ）－２５Ｇｂａｕｄを用いた。ＡＤＣ１１０として、８－ｃｈ　Ａ／Ｄ　５０ＭＳ／ｓ（Ｍｅｇａ　Ｓａｍｐｌｅｓ　Ｐｅｒ　Ｓｅｃｏｎｄ）を用いた。そしてコヒーレント受信器１０６とＡＤＣ１１０の間には、信号Ｉｘ，Ｑｘ，Ｉｙ，Ｑｙそれぞれに対してＢＰＤ（Ｂａｌａｎｃｅｄ　Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ）を設けた。サンプリングパルス発生器１０８として、５０ＭＨｚのＭＬＦＬ（Ｍｏｄｅ－ｌｏｃｋｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ｌａｓｅｒ）を用いた。サンプリングパルス発生器１０８は、サンプリング光パルスをコヒーレント受信器に送るだけでなく、ＡＤＣ１１０にクロックを送る。
　図５は、本実施例に係る上記した光学系により得られたコンステレーションダイアグラムに関する実験結果である。本図左側は、本実験結果の生データを示している。一方、本図右側は、上記生データの中で所定の値（閾値）以上のデータを抽出したものである。本図に示すように、本実施例では、ＤＰ－ＱＰＳＫ信号に由来する４つのパターンが明瞭に観測された。さらに本実施例でＤＰ－ＱＰＳＫ信号に用いた信号のレートは、１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃである。このように高いレートの信号も、本実施例によれば明瞭に観測することができた。
　この出願は、２０１３年５月２４日に出願された日本出願特願２０１３－１１０３６１号を基礎とする優先権、および２０１３年５月２７日に出願された日本出願特願２０１３－１１１２１９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (13)

  1. 　二重偏波位相偏移変調（ＤＰ－ＰＳＫ）信号に含まれるＸ偏波およびＹ偏波をそれぞれｘ成分およびｙ成分として規定される偏波に関する複数のストークスパラメータを取得する工程と、
    　ポアンカレ球座標系において、前記各ストークスパラメータが規定する座標を、座標（０，１，０）、（０，０，１）、（０，－１，０）および（０，０，－１）を含む平面に正射影することで２次元コンステレーションダイアグラムを取得する工程と、
    を含む信号処理方法。
  2. 　請求項１に記載の信号処理方法であって、
    　前記ＤＰ－ＰＳＫ信号は、二重偏波四位相偏移変調（ＤＰ－ＱＰＳＫ）信号である信号処理方法。
  3. 　請求項１に記載の信号処理方法であって、
    　前記ＤＰ－ＰＳＫ信号は、二重偏波二位相偏移変調（ＤＰ－ＢＰＳＫ）信号である信号処理方法。
  4. 　請求項１に記載の信号処理方法であって、
    　前記ＤＰ－ＰＳＫ信号は、二重偏波八位相偏移変調（ＤＰ－８ＰＳＫ）信号である信号処理方法。
  5. 　請求項２に記載の信号処理方法であって、
    　前記ＤＰ－ＱＰＳＫ信号は、１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上の伝送レートを有する信号処理方法。
  6. 　請求項１から５までのいずれか一項に記載の信号処理方法により取得された前記２次元コンステレーションダイアグラムのＱ値（ただし、Ｑ＝ｓ／２σである。ｓは、前記２次元コンステレーションダイアグラムにおいて隣接するコンステレーションポイント間の距離である。σは、前記２次元コンステレーションダイアグラムのコンステレーションポイントにおける信号強度のガウス分布の標準偏差である。）を取得する検波方法。
  7. 　ＤＰ－ＰＳＫ信号に含まれるＸ偏波およびＹ偏波をそれぞれｘ成分およびｙ成分として規定される偏波に関する複数のストークスパラメータを取得するストークスパラメータ取得部と、
    　ポアンカレ球座標系において、前記各ストークスパラメータが規定する座標を、座標（０，１，０）、（０，０，１）、（０，－１，０）および（０，０，－１）を含む平面に正射影することで２次元コンステレーションダイアグラムを取得するコンステレーションダイアグラム取得部と、
    を備える検波装置。
  8. 　請求項７に記載の検波装置であって、
    　前記ストークスパラメータ取得部は、
    　　前記ＤＰ－ＰＳＫ信号に含まれる前記Ｘ偏波および前記Ｙ偏波を分離して、前記Ｘ偏波および前記Ｙ偏波に対応する電気信号を出力するコヒーレント受信器と、
    　　前記コヒーレント受信器が出力した前記電気信号をアナログ－デジタル変換して出力するアナログデジタルコンバータと、
    　　前記アナログデジタルコンバータが出力した前記電気信号から前記ストークスパラメータを算出するデジタルシグナルプロセッサと、
    　を含む検波装置。
  9. 　請求項７または８に記載の検波装置であって、
    　前記ＤＰ－ＰＳＫ信号は、ＤＰ－ＱＰＳＫ信号である検波装置。
  10. 　請求項７または８に記載の検波装置であって、
    　前記ＤＰ－ＰＳＫ信号は、ＤＰ－ＢＰＳＫ信号である検波装置。
  11. 　請求項７または８に記載の検波装置であって、
    　前記ＤＰ－ＰＳＫ信号は、ＤＰ－８ＰＳＫ信号である検波装置。
  12. 　請求項９に記載の検波装置であって、
    　前記ＤＰ－ＱＰＳＫ信号は、１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上の伝送レートを有する検波装置。
  13. 　請求項７から１２までのいずれか一項に記載の検波装置であって、
    　コンステレーションダイアグラム取得部が取得した前記２次元コンステレーションダイアグラムのＱ値（ただし、Ｑ＝ｓ／２σである。ｓは、前記２次元コンステレーションダイアグラムにおいて隣接するコンステレーションポイント間の距離である。σは、前記２次元コンステレーションダイアグラムのコンステレーションポイントにおける信号強度のガウス分布の標準偏差である。）を取得する信号品質演算部をさらに有する検波装置。
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