JP5826702B2 - デジタルコヒーレント受信機およびデジタルコヒーレント受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、光信号をデジタルコヒーレント方式を用いて受信処理を行うデジタルコヒーレント受信機およびデジタルコヒーレント受信方法に関する。

100 Ｇbps/chを超える光信号伝送を実現するために、コヒーレント光通信技術とデジタル信号処理技術とを組み合わせたデジタルコヒーレント技術が用いられる。デジタルコヒーレント技術を用いた伝送方式では、送信側で位相変調した光信号を出力し、受信側でコヒーレントレシーバを用いたコヒーレント検波技術により高感度に電気信号として出力し、それをＡＤ（Analog to Digital)コンバータでデジタル信号に変換した後に、デジタル信号処理により伝送路で歪んだ受信波形をデジタル領域で補償する（非特許文献１）。そのため、波形の歪みの補正が簡易な構成で行うことができるため、大容量かつ高速な伝送システムが実現可能である。また、送信側で偏波多重された光信号を、受信側でデジタル信号処理により偏波分離することが可能なため、デジタルコヒーレント伝送方式では、一般的に偏波多重された光信号を用いている。

S. J. Savory, "Digital filters for coherent optical receivers, "Optics Express, vol.16, no.2, pp.804-814, 2008. 濱岡福太郎，関剛志，松田俊哉，那賀明，織田一弘，"デジタルコヒーレント方式における偏波状態変動耐力の評価"，信学技報，OCS2010-100 ，2010． 濱岡福太郎，関剛志，松田俊哉，那賀明，織田一弘，"デジタルコヒーレント方式における偏波状態変動時のデジタル信号処理追従性"，電子情報通信学会総合大会，B-10-63 ，2012． Calvin C. K. Chan,"Optical Performance Monitoring: Advanced Techniques for Next-Generation Photonic Networks," Academic Press, p.287, 2010. ITU-T Manual, "Optical fibres, cables and systems, " pp.142-145, 2009.

デジタルコヒーレント伝送では一般的に偏波多重信号を扱うため、デジタル信号処理による偏波分離は重要な技術であり、伝送路中の偏波状態ＳＯＰ(State of Polarization）の変動に対する受信耐力の評価が重要な課題となっている。ＳＯＰ変動耐力について、rad/μs オーダの速度でＳＯＰ変動が生じる場合、デジタル信号処理の追従性が低下し、ＢＥＲ（Bit Error Rate）が急激に悪化することが知られている（非特許文献２）。

また、デジタルコヒーレント伝送では一般的に、デジタル信号処理装置の適応等化器として、図９に示すようなＦＩＲ（Finite Impulse Response ）フィルタのタップ係数ｈをＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）を用いて適応制御することで、偏波分離や波形歪みの補償を実現している（非特許文献１）。例えば、偏波多重信号の適応等化を行う場合は、ＣＭＡにおいて下式によりタップ係数を更新している。
ｈ_xx(n+1) ＝ｈ_xx(n)＋με_x(n)ｘ_out(n)・ｘ_in ^*(n)
ｈ_xy(n+1) ＝ｈ_xy(n)＋με_x(n)ｘ_out(n)・ｙ_in ^*(n)
ｈ_yx(n+1) ＝ｈ_yx(n)＋με_y(n)ｙ_out(n)・ｘ_in ^*(n)
ｈ_yy(n+1) ＝ｈ_yy(n)＋με_y(n)ｙ_out(n)・ｙ_in ^*(n)
ここで、μはステップサイズパラメータ、ε_x(n)、ε_y(n) は誤差評価関数、ｘ_in ^*(n) 、ｙ_in ^*(n)はＦＩＲフィルタ入力の複素共役、ｘ_out(n)、ｙ_out(n)はそれぞれＦＩＲフィルタ出力を示す。

このタップ係数の適応制御時において、デジタル信号処理の追従性を決定するのがステップサイズパラメータμである。ステップサイズパラメータμが大きくなると、デジタル信号処理の追従性が向上して高速なＳＯＰ変動に対する受信耐力が向上するが、ＢＥＲが悪化することが知られている（非特許文献３）。

従来のデジタル信号処理装置では、ステップサイズパラメータμは固定値を用いているが、設定した値の大きさによっては上記の特性によりＢＥＲ（伝送品質）が劣化してしまう。

本発明は、ステップサイズパラメータをＳＯＰ変動速度に応じて適応制御することにより、ＳＯＰ変動が生じる等の伝送路状態が変化した際にも、伝送品質が劣化することなく受信信号を復調することができるデジタルコヒーレント受信機およびデジタルコヒーレント受信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、伝送路から入力する偏波多重された光信号を偏波分離してコヒーレント検波し、電気信号を出力するコヒーレントレシーバと、電気信号をアナログ−デジタル変換し、デジタル信号ｓ０を出力するＡＤコンバータと、デジタル信号ｓ０を入力し、デジタル信号処理により復調するデジタル信号処理部とを備えたデジタルコヒーレント受信機において、デジタル信号処理部は、適応等化制御によりデジタル信号ｓ０の波形歪みを補償する適応等化器と、適応等化器のタップ係数からデジタル信号ｓ０の偏波状態ＳＯＰを表現するストークス・パラメータを計算し、ストークス・パラメータを用いて任意の時間間隔におけるＳＯＰ変動速度ω０を計算して出力するＳＯＰ変動速度計算機と、ＳＯＰ変動速度ω０に応じて、適応等化器のタップ係数を更新する際に乗じるステップサイズパラメータμ０を適応制御して適応等化器に設定するステップサイズパラメータ制御処理部と、適応等化器から出力される適応等化されたデジタル信号を入力し、周波数オフセットおよび位相オフセットを補償する周波数／位相オフセット補償器と、周波数オフセットおよび位相オフセットが補償されたデジタル信号を入力し、シンボル列として出力する復調器と、シンボル列を入力し、シンボル列の誤り訂正を行う誤り訂正器とを備える。

第１の発明のデジタルコヒーレント受信機において、ステップサイズパラメータ制御処理部は、０でない定数をＡ，Ｂとしたときに、ＳＯＰ変動速度ωとステップサイズパラメータμの関係式μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂを用いて、ＳＯＰ変動速度計算機から出力されるＳＯＰ変動速度ω０におけるテップサイズパラメータμ０を決定する。

第１の発明のデジタルコヒーレント受信機において、デジタル信号ｓ０を入力し、２つのＳＯＰ変動速度ω１，ω２で時間変動する偏波回転行列を作用させて得られる２つのＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を出力するＳＯＰ変動エミュレータと、ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を適応等化器に入力し、適応等化器から出力される信号を周波数／位相オフセット補償器に入力し、周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、２つのＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２に対してそれぞれＱ値が最大となる２つの最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を探し出して出力するループ制御部と、ＳＯＰ変動エミュレータから出力されるＳＯＰ変動速度ω１，ω２と、ループ制御部から出力される最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を用いて、関係式（μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂ）の定数ＡおよびＢを決定し、ステップサイズパラメータ制御処理部に設定する関係式定数計算機とを備える。

第１の発明のデジタルコヒーレント受信機において、デジタル信号ｓ０を入力し、ＳＯＰ変動速度ω１で時間変動する偏波回転行列を作用させて得られるＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を出力するＳＯＰ変動エミュレータと、デジタル信号ｓ０とＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を適応等化器に入力し、適応等化器から出力される信号を周波数／位相オフセット補償器に入力し、周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、デジタル信号ｓ０とＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１に対してそれぞれＱ値が最大となる２つの最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を探し出して出力するループ制御部と、ＳＯＰ変動速度計算機から出力されるデジタル信号ｓ０のＳＯＰ変動速度ω０と、ＳＯＰ変動エミュレータから出力されるＳＯＰ変動速度ω１と、ループ制御部から出力される最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を用いて、関係式の定数ＡおよびＢを決定し、ステップサイズパラメータ制御処理部に設定する関係式定数計算機とを備える。

第１の発明のデジタルコヒーレント受信機において、伝送路に配置される偏波コントローラを介してデジタル信号ｓ０から生成される任意のＳＯＰ変動速度ω２のＳＯＰ変動デジタル信号ｓ２がコヒーレントレシーバに入力される構成であり、ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ２を入力し、ＳＯＰ変動速度ω１で時間変動する偏波回転行列を作用させて得られるＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を出力するＳＯＰ変動エミュレータと、ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を適応等化器に入力し、適応等化器から出力される信号を周波数／位相オフセット補償器に入力し、周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２に対してそれぞれＱ値が最大となる２つの最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を探し出して出力するループ制御部と、ＳＯＰ変動速度計算機から出力されるデジタル信号ｓ２のＳＯＰ変動速度ω２と、ＳＯＰ変動エミュレータから出力されるＳＯＰ変動速度ω１と、ループ制御部から出力される最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を用いて、関係式の定数ＡおよびＢを決定し、ステップサイズパラメータ制御処理部に設定する関係式定数計算機とを備える。

第１の発明のデジタルコヒーレント受信機において、伝送路に配置される偏波コントローラを介してデジタル信号ｓ０から生成される任意のＳＯＰ変動速度ω１，ω２のＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２がコヒーレントレシーバに入力される構成であり、ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を適応等化器に入力し、適応等化器から出力される信号を周波数／位相オフセット補償器に入力し、周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２に対してそれぞれＱ値が最大となる２つの最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を探し出して出力するループ制御部と、ＳＯＰ変動速度計算機から出力されるＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２のＳＯＰ変動速度ω１，ω２と、ループ制御部から出力される最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を用いて、関係式の定数ＡおよびＢを決定し、ステップサイズパラメータ制御処理部に設定する関係式定数計算機とを備える。

第１の発明のデジタルコヒーレント受信機において、伝送路に配置される偏波コントローラを介してデジタル信号ｓ０から生成される任意のＳＯＰ変動速度ω１のＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１と、デジタル信号ｓ０がコヒーレントレシーバに入力される構成であり、デジタル信号ｓ０とＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を適応等化器に入力し、適応等化器から出力される信号を周波数／位相オフセット補償器に入力し、周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、デジタル信号ｓ０とＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１に対してそれぞれＱ値が最大となる２つの最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を探し出して出力するループ制御部と、ＳＯＰ変動速度計算機から出力されるデジタル信号ｓ０のＳＯＰ変動速度ω０およびＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１のＳＯＰ変動速度ω１と、ループ制御部から出力される最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を用いて、関係式の定数ＡおよびＢを決定し、ステップサイズパラメータ制御処理部に設定する関係式定数計算機とを備える。

第１の発明のデジタルコヒーレント受信機において、ループ制御部は、周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差から計算されるＱ値を用いる代わりに、復調器から出力されるシンボル列とデジタル信号またはＳＯＰ変動デジタル信号に設定されるテストパターンを照合して計算されるシンボル列のＢＥＲが最小となる２つの最適ステップサイズパラメータを探し出して出力する構成である。

第１の発明のデジタルコヒーレント受信機において、ループ制御部は、周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差から計算されるＱ値を用いる代わりに、誤り訂正器から出力される誤り訂正数を用いて計算されるＢＥＲが最小となる２つの最適ステップサイズパラメータを探し出して出力する構成である。

第１の発明のデジタルコヒーレント受信機において、関係式定数計算機は、２つの最適ステップサイズパラメータを決めるＱ値またはＢＥＲのオーダが変化した場合、または、Ｑ値またはＢＥＲが予め設定した閾値を超えて変化した場合に、関係式の定数ＡおよびＢを再決定する構成である。

第２の発明は、伝送路から入力する偏波多重された光信号を入力するコヒーレントレシーバで、当該光信号を偏波分離し、コヒーレント検波して電気信号を出力し、電気信号を入力するＡＤコンバータで、電気信号をアナログ−デジタル変換してデジタル信号ｓ０を出力し、デジタル信号ｓ０を入力するデジタル信号処理部で、デジタル信号ｓ０をデジタル信号処理して復調するデジタルコヒーレント受信方法において、デジタル信号処理部は、デジタル信号ｓ０を入力する適用等化器で、適応等化制御により波形歪みを補償し、ＳＯＰ変動速度計算機で、適応等化器のタップ係数からデジタル信号ｓ０の偏波状態ＳＯＰを表現するストークス・パラメータを計算し、任意の時間間隔におけるＳＯＰ変動速度をストークス・パラメータを用いて計算し、ステップサイズパラメータ制御処理部で、ＳＯＰ変動速度計算機から出力されるＳＯＰ変動速度に応じて、適応等化器のタップ係数を更新する際に乗じるステップサイズパラメータを適応制御して適応等化器に設定し、適応等化器から出力される適応等化されたデジタル信号を周波数／位相オフセット補償器に入力し、周波数オフセットおよび位相オフセットを補償し、周波数オフセットおよび位相オフセットが補償されたデジタル信号を復調器に入力し、シンボル列として出力し、シンボル列を誤り訂正器に入力し、シンボル列の誤り訂正を行う。

第２の発明のデジタルコヒーレント受信方法において、ステップサイズパラメータ制御処理部は、０でない定数をＡ，Ｂとしたときに、ＳＯＰ変動速度ωとステップサイズパラメータμの関係式μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂを用いて、ＳＯＰ変動速度計算機から出力されるＳＯＰ変動速度ωにおけるステップサイズパラメータμを決定する。

本発明は、ＳＯＰ変動速度に応じてステップサイズパラメータを適応制御することにより、伝送路状態が変化した際にも、伝送品質が劣化することなく光信号を復調することができる。

デジタルコヒーレント送受信システムの構成例を示す図である。 デジタル信号処理部２３０の実施例１の構成を示す図である。 ＳＯＰ変動速度と最適ステップサイズパラメータの関係を示す図である。 デジタル信号処理部２３０の実施例２の構成を示す図である。 デジタル信号処理部２３０の実施例３の構成を示す図である。 デジタル信号処理部２３０の実施例４の構成を示す図である。 デジタル信号処理部２３０の実施例５の構成を示す図である。 デジタル信号処理部２３０の実施例６の構成を示す図である。 ＦＩＲフィルタの構成を示す図である。

図１は、デジタルコヒーレント送受信システムの構成例を示す。
図１において、デジタルコヒーレント送受信システムは、偏波多重された光信号を送信する送信機１００と、伝送路を介して伝送された光信号を受信して復調するデジタルコヒーレント受信機２００から構成される。デジタルコヒーレント受信機２００では、伝送路からの光信号とローカル光源３０１からのローカル光をコヒーレントレシーバ２１０に入力し、コヒーレント検波技術により高感度に光電気変換した電気信号を出力し、それをＡＤコンバータ２２０でデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部２３０でデジタル信号処理により伝送路で歪んだ受信波形をデジタル領域で補償して復調する。

デジタル信号処理部２３０は、デジタル信号のＳＯＰ変動速度に応じて適応等化器のステップサイズパラメータを適応制御することで、伝送路状態が変化した際にも、伝送品質が劣化することなく光信号を復調することができる。以下、デジタル信号処理部２３０の詳細な実施例構成について説明する。

図２は、デジタル信号処理部２３０の実施例１の構成を示す。
図２において、適応等化器２３１は、入力するデジタル信号ｓ０の波形歪みを適応等化制御によって補償し、適応等化されたデジタル信号の周波数オフセットおよび位相オフセットを周波数／位相オフセット補償器２３２で補償する。復調器２３３は、周波数／位相オフセット補償器２３２から出力されるオフセット補償されたデジタル信号をシンボル列として出力し、誤り訂正器２３４でこのシンボル列のビット誤りを訂正する。

ＳＯＰ変動速度計算機２３５は、適応等化器２３１で更新されるタップ係数を用いてデジタルｓ０のＳＯＰ変動速度を計算する。非特許文献４によると、光信号の偏波状態を表現するストークス・パラメータは、以下の式により計算できる。
Ｓ₁ ＝ cos(2φ)cos(2ψ)
Ｓ₂ ＝ sin(2φ)cos(2ψ)
Ｓ₃ ＝ sin(2φ)
ここで、φおよびψはｘ偏波について、
φ_x ＝tan^-1(｜ｈ_xy(f)｜/｜ｈ_xx(f)｜),
ψ_x ＝tan^-1(Im｛ｈ_xy(f)/ｈ_xx(f)｝/Re｛ｈ_xy(f)/ｈ_xx(f)｝)
で表される。これは、ｙ偏波についても同様に適用できる。

ある時刻t₁からt₂におけるΔｔ＝t₂−t₁秒後の偏波状態変動量Δθは、ストークス・ベクトル
Ｓ(t₁)＝[S₁(t₁), S₂(t₁), S₃(t₁)]
Ｓ(t₂)＝[S₁(t₂), S₂(t₂), S₃(t₂)]
の内積で計算できるため、ＳＯＰ変動速度ωは、
ω＝Δθ/Δt ＝cos^-1(S(t₁)・S(t₂)/(｜S(t₁)｜｜S(t₂)｜))/Δt
となる。

ステップサイズパラメータ制御処理部２３６は、ＳＯＰ変動速度計算機２３５から出力されるデジタル信号ｓ０のＳＯＰ変動速度ω０に応じて、適応等化器２３１のタップ係数を更新する際に乗じるステップサイズパラメータμ０を適応制御する。

図３は、ＳＯＰ変動速度と最適ステップサイズパラメータの関係を示す。
図３において、点●は、あるＳＯＰ変動速度でＳＯＰ変動が生じている受信信号に、デジタル信号処理を適用した際にＢＥＲ（Bit Error Rate）が最小となる最適ステップサイズパラメータの計算値を示している。この最適ステップサイズパラメータμとＳＯＰ変動速度ωの関係式は、
μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂ
で近似できる。ここで、ＡおよびＢは０でない定数である。この関係式を用いることで、デジタル信号ｓ０のＳＯＰ変動速度ω０に対応するステップサイズパラメータμ０を決定することが可能となる。

以下、関係式における定数Ａ，Ｂを適応的に決めるためのデジタル信号処理部２３０の実施例構成について説明する。

図４は、デジタル信号処理部２３０の実施例２の構成を示す。
図４において、実施例２のデジタル信号処理部２３０は、図２に示すデジタル信号処理部２３０の基本構成に、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７、ループ制御部２３８および関係式定数計算機２３９を加え、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７で生成する任意の２つのＳＯＰ変動速度ω１，ω２に対応する２つの最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を探し出し、関係式の定数Ａ，Ｂを決定する構成である。

ＳＯＰ変動エミュレータ２３７は、デジタル信号ｓ０を入力し、任意の２つのＳＯＰ変動速度ω１，ω２で時間変動する偏波回転行列を作用させてＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を出力する。例えば、非特許文献２に記載のように、以下の時間変動する回転行列Ｔ(t) をデジタル信号ｓ０に作用して、ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を生成する。

ここで、α(t) は回転角、φ(t) は位相角である。また、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７におけるＳＯＰ変動速度ω１，ω２は、任意の時間間隔におけるα(t) およびφ(t) の変化量を用いて計算される。

ループ制御部２３８は、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７から出力されるＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を適応等化器２３１に入力し、適応等化器２３１から出力される信号を周波数／位相オフセット補償器２３２に入力し、周波数／位相オフセット補償器２３３から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し（非特許文献５）、Ｑ値が最大となる最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を探し出す。

関係式定数計算機２３９は、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７からＳＯＰ変動速度ω１，ω２を入力し、ループ制御部２３８から最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を入力し、関係式μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂに代入して定数ＡおよびＢを決定し、ステップサイズパラメータ制御処理部２３６に設定する。

図５は、デジタル信号処理部２３０の実施例３の構成を示す。
図５において、実施例３のデジタル信号処理部２３０は、図２に示すデジタル信号処理部２３０の基本構成に、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７、ループ制御部２３８および関係式定数計算機２３９を加え、デジタル信号ｓ０のＳＯＰ変動速度ω０と、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７で生成する任意のＳＯＰ変動速度ω１に対応する２つの最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を探し出し、関係式の定数Ａ，Ｂを決定する構成である。

ＳＯＰ変動エミュレータ２３７は、デジタル信号ｓ０を入力し、任意のＳＯＰ変動速度ω１で時間変動する偏波回転行列を作用させてＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を出力する。一方、デジタル信号ｓ０のＳＯＰ変動速度ω０は、適応等化器２３１から出力されるタップ係数に基づいてＳＯＰ変動速度計算機２３５で計算される。

ループ制御部２３８は、デジタル信号ｓ０と、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７から出力されるＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を適応等化器２３１に入力し、適応等化器２３１から出力される信号を周波数／位相オフセット補償器に入力し、周波数／位相オフセット補償器２３３から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、Ｑ値が最大となる最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を探し出す。

関係式定数計算機２３９は、ＳＯＰ変動速度計算機２３５から出力されるＳＯＰ変動速度ω０と、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７からＳＯＰ変動速度ω１を入力し、ループ制御部２３８から最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を入力し、関係式μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂに代入して定数ＡおよびＢを決定し、ステップサイズパラメータ制御処理部２３６に設定する。

なお、デジタル信号ｓ０に対応するＳＯＰ変動速度ω０および最適ステップサイズパラメータμ０に代えて、伝送路に配置される偏波コントローラ（図１の３０２）を介して生成される任意のＳＯＰ変動速度ω２のＳＯＰ変動デジタル信号ｓ２を用い、対応する最適ステップサイズパラメータμ２を探し出す構成であってもよい。この場合、関係式定数計算機２３９は、ＳＯＰ変動速度計算機２３５から出力されるＳＯＰ変動速度ω２と、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７からＳＯＰ変動速度ω１を入力し、ループ制御部２３８から最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を入力し、関係式μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂに代入して定数ＡおよびＢを決定し、ステップサイズパラメータ制御処理部２３６に設定する。

図６は、デジタル信号処理部２３０の実施例４の構成を示す。
図６において、実施例４のデジタル信号処理部２３０は、図２に示すデジタル信号処理部２３０の基本構成に、ループ制御部２３８および関係式定数計算機２３９を加え、伝送路に配置される偏波コントローラ（図１の３０２）を介して生成される任意のＳＯＰ変動速度ω１，ω２のＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２に対応する２つの最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を探し出し、関係式の定数Ａ，Ｂを決定する構成である。

ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２のＳＯＰ変動速度ω１，ω２は、適応等化器２３１から出力されるタップ係数に基づいてＳＯＰ変動速度計算機２３５で計算される。

ループ制御部２３８は、デジタル信号ｓ１，ｓ２を適応等化器２３１に入力し、適応等化器２３１から出力される信号を周波数／位相オフセット補償器に入力し、周波数／位相オフセット補償器２３３から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、Ｑ値が最大となる最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を探し出す。

関係式定数計算機２３９は、ＳＯＰ変動速度計算機２３５から出力されるＳＯＰ変動速度ω１，ω２と、ループ制御部２３８から最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を入力し、関係式μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂに代入して定数ＡおよびＢを決定し、ステップサイズパラメータ制御処理部２３６に設定する。

なお、入力するＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２の一方（例えばｓ２）は、ＳＯＰ変動速度ω０のデジタル信号ｓ０であってもよい。この場合、関係式定数計算機２３９は、ＳＯＰ変動速度計算機２３５から出力されるＳＯＰ変動速度ω０，ω１と、ループ制御部２３８から最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を入力し、関係式μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂに代入して定数ＡおよびＢを決定し、ステップサイズパラメータ制御処理部２３６に設定する。

図４〜図６に示す実施例では、ループ制御部２３８は、周波数／位相オフセット補償器２３３から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、Ｑ値が最大となる最適ステップサイズパラメータを探し出す構成であったが、実施例５では復調器から出力されるシンボル列のＢＥＲが最小となる最適ステップサイズパラメータを探し出す構成を示す。

図７は、デジタル信号処理部２３０の実施例５の構成を示す。ここでは、図５に示す実施例３の構成に適用した例を示すが、実施例２または実施例４の構成にも同様に適用することができる。

図７において、ループ制御部２３８は、デジタル信号ｓ０およびＳＯＰ変動エミュレータ２３７から出力されるＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を適応等化器２３１に入力し、適応等化器２３１から出力される信号を周波数／位相オフセット補償器２３２に入力し、周波数／位相オフセット補償器２３２から出力される信号を復調器２３３に入力し、復調器から出力されるシンボル列と、デジタル信号ｓ０およびＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１に設定されるテストパターンを照合してシンボル列のＢＥＲを計算し、当該ＢＥＲが最小となる２つの最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を探し出して出力する。

ここで、デジタル信号ｓ０のテストパターンは図１に示す送信機１００で設定され、ＳＯＰ変動エミュレータ２３７はそのテストパターンを有するＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を出力する。また、偏波コントローラ（図１の３０２）を用いる構成では、送信機１００で設定されるデジタル信号ｓ０のテストパターンがそのままＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２のテストパターンとなる。

図４〜図６に示す実施例では、ループ制御部２３８は、周波数／位相オフセット補償器２３３から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、Ｑ値が最大となる最適ステップサイズパラメータを探し出す構成であったが、実施例６では誤り訂正器２３４の誤り訂正数を用いて計算されるＢＥＲが最小となる最適ステップサイズパラメータを探し出す構成を示す。

図８は、デジタル信号処理部２３０の実施例６の構成を示す。ここでは、図５に示す実施例３の構成に適用した例を示すが、実施例２または実施例４の構成にも同様に適用することができる。

図８において、ループ制御部２３８は、デジタル信号ｓ０およびＳＯＰ変動エミュレータ２３７から出力されるＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を適応等化器２３１に入力し、適応等化器２３１から出力される信号を周波数／位相オフセット補償器２３２に入力し、周波数／位相オフセット補償器２３２から出力される信号を復調器２３３に入力し、復調器から出力されるシンボル列を誤り訂正器２３４に入力し、誤り訂正器２３４の誤り訂正数を用いて計算されるＢＥＲが最小となる最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を探し出して出力する。

図４〜図８に示す各実施例において、関係式定数計算機２３９は、２つの最適ステップサイズパラメータを決めるＱ値またはＢＥＲのオーダが変化した場合、または、Ｑ値またはＢＥＲが予め設定した閾値を超えて変化した場合に、関係式μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂの定数ＡおよびＢを再決定する構成としてもよい。これにより、伝送路の状態変化により関係式が成り立たなくなってしまった場合にも、定数ＡおよびＢを再決定することにより、ステップサイズパラメータ制御処理部２３６において最適なステップサイズパラメータを適応制御することができる。

１００ 送信機
２００ デジタルコヒーレント受信機
２１０ コヒーレントレシーバ
２２０ ＡＤコンバータ
２３０ デジタル信号処理部
２３１ 適応等化器
２３２ 周波数／位相オフセット補償器
２３３ 復調器
２３４ 誤り訂正器
２３５ ＳＯＰ変動速度計算機
２３６ ステップサイズパラメータ制御処理部
２３７ ＳＯＰ変動エミュレータ
２３８ ループ制御部
２３９ 関係式定数計算機
３０１ ローカル光源
３０２ 偏波コントローラ

Claims (13)

1. 伝送路から入力する偏波多重された光信号を偏波分離してコヒーレント検波し、電気信号を出力するコヒーレントレシーバと、
   前記電気信号をアナログ−デジタル変換し、デジタル信号ｓ０を出力するＡＤコンバータと、
   前記デジタル信号ｓ０を入力し、デジタル信号処理により復調するデジタル信号処理部と
   を備えたデジタルコヒーレント受信機において、
   前記デジタル信号処理部は、
   適応等化制御により前記デジタル信号ｓ０の波形歪みを補償する適応等化器と、
   前記適応等化器のタップ係数から前記デジタル信号ｓ０の偏波状態ＳＯＰを表現するストークス・パラメータを計算し、ストークス・パラメータを用いて任意の時間間隔におけるＳＯＰ変動速度ω０を計算して出力するＳＯＰ変動速度計算機と、
   前記ＳＯＰ変動速度ω０に応じて、前記適応等化器のタップ係数を更新する際に乗じるステップサイズパラメータμ０を適応制御して前記適応等化器に設定するステップサイズパラメータ制御処理部と、
   前記適応等化器から出力される適応等化されたデジタル信号を入力し、周波数オフセットおよび位相オフセットを補償する周波数／位相オフセット補償器と、
   前記周波数オフセットおよび位相オフセットが補償されたデジタル信号を入力し、シンボル列として出力する復調器と、
   前記シンボル列を入力し、前記シンボル列の誤り訂正を行う誤り訂正器と
   を備えたことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
2. 請求項１に記載のデジタルコヒーレント受信機において、
   前記ステップサイズパラメータ制御処理部は、０でない定数をＡ，Ｂとしたときに、ＳＯＰ変動速度ωとステップサイズパラメータμの関係式μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂを用いて、前記ＳＯＰ変動速度計算機から出力されるＳＯＰ変動速度ω０におけるテップサイズパラメータμ０を決定する
   ことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
3. 請求項２に記載のデジタルコヒーレント受信機において、
   前記デジタル信号ｓ０を入力し、２つのＳＯＰ変動速度ω１，ω２で時間変動する偏波回転行列を作用させて得られる２つのＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を出力するＳＯＰ変動エミュレータと、
   前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を前記適応等化器に入力し、前記適応等化器から出力される信号を前記周波数／位相オフセット補償器に入力し、前記周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、前記２つのＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２に対してそれぞれＱ値が最大となる２つの最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を探し出して出力するループ制御部と、
   前記ＳＯＰ変動エミュレータから出力される前記ＳＯＰ変動速度ω１，ω２と、前記ループ制御部から出力される前記最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を用いて、前記関係式の定数ＡおよびＢを決定し、前記ステップサイズパラメータ制御処理部に設定する関係式定数計算機と
   を備えたことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
4. 請求項２に記載のデジタルコヒーレント受信機において、
   前記デジタル信号ｓ０を入力し、ＳＯＰ変動速度ω１で時間変動する偏波回転行列を作用させて得られるＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を出力するＳＯＰ変動エミュレータと、
   前記デジタル信号ｓ０と前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を前記適応等化器に入力し、前記適応等化器から出力される信号を前記周波数／位相オフセット補償器に入力し、前記周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、前記デジタル信号ｓ０と前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１に対してそれぞれＱ値が最大となる２つの最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を探し出して出力するループ制御部と、
   前記ＳＯＰ変動速度計算機から出力される前記デジタル信号ｓ０のＳＯＰ変動速度ω０と、前記ＳＯＰ変動エミュレータから出力されるＳＯＰ変動速度ω１と、前記ループ制御部から出力される前記最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を用いて、前記関係式の定数ＡおよびＢを決定し、前記ステップサイズパラメータ制御処理部に設定する関係式定数計算機と
   を備えたことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
5. 請求項２に記載のデジタルコヒーレント受信機において、
   前記伝送路に配置される偏波コントローラを介して前記デジタル信号ｓ０から生成される任意のＳＯＰ変動速度ω２のＳＯＰ変動デジタル信号ｓ２が前記コヒーレントレシーバに入力される構成であり、
   前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ２を入力し、ＳＯＰ変動速度ω１で時間変動する偏波回転行列を作用させて得られるＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を出力するＳＯＰ変動エミュレータと、
   前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を前記適応等化器に入力し、前記適応等化器から出力される信号を前記周波数／位相オフセット補償器に入力し、前記周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２に対してそれぞれＱ値が最大となる２つの最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を探し出して出力するループ制御部と、
   前記ＳＯＰ変動速度計算機から出力される前記デジタル信号ｓ２のＳＯＰ変動速度ω２と、前記ＳＯＰ変動エミュレータから出力されるＳＯＰ変動速度ω１と、前記ループ制御部から出力される前記最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を用いて、前記関係式の定数ＡおよびＢを決定し、前記ステップサイズパラメータ制御処理部に設定する関係式定数計算機と
   を備えたことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
6. 請求項２に記載のデジタルコヒーレント受信機において、
   前記伝送路に配置される偏波コントローラを介して前記デジタル信号ｓ０から生成される任意のＳＯＰ変動速度ω１，ω２のＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２が前記コヒーレントレシーバに入力される構成であり、
   前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２を前記適応等化器に入力し、前記適応等化器から出力される信号を前記周波数／位相オフセット補償器に入力し、前記周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２に対してそれぞれＱ値が最大となる２つの最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を探し出して出力するループ制御部と、
   前記ＳＯＰ変動速度計算機から出力される前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１，ｓ２のＳＯＰ変動速度ω１，ω２と、前記ループ制御部から出力される前記最適ステップサイズパラメータμ１，μ２を用いて、前記関係式の定数ＡおよびＢを決定し、前記ステップサイズパラメータ制御処理部に設定する関係式定数計算機と
   を備えたことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
7. 請求項２に記載のデジタルコヒーレント受信機において、
   前記伝送路に配置される偏波コントローラを介して前記デジタル信号ｓ０から生成される任意のＳＯＰ変動速度ω１のＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１と、前記デジタル信号ｓ０が前記コヒーレントレシーバに入力される構成であり、
   前記デジタル信号ｓ０と前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１を前記適応等化器に入力し、前記適応等化器から出力される信号を前記周波数／位相オフセット補償器に入力し、前記周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差からＱ値を計算し、前記デジタル信号ｓ０と前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１に対してそれぞれＱ値が最大となる２つの最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を探し出して出力するループ制御部と、
   前記ＳＯＰ変動速度計算機から出力される前記デジタル信号ｓ０のＳＯＰ変動速度ω０および前記ＳＯＰ変動デジタル信号ｓ１のＳＯＰ変動速度ω１と、前記ループ制御部から出力される前記最適ステップサイズパラメータμ０，μ１を用いて、前記関係式の定数ＡおよびＢを決定し、前記ステップサイズパラメータ制御処理部に設定する関係式定数計算機と
   を備えたことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
8. 請求項３〜７のいずれかに記載のデジタルコヒーレント受信機において、
   前記ループ制御部は、前記周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差から計算されるＱ値を用いる代わりに、前記復調器から出力されるシンボル列と前記デジタル信号または前記ＳＯＰ変動デジタル信号に設定されるテストパターンを照合して計算されるシンボル列のＢＥＲが最小となる２つの最適ステップサイズパラメータを探し出して出力する構成である
   ことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
9. 請求項３〜７のいずれかに記載のデジタルコヒーレント受信機において、
   前記ループ制御部は、前記周波数／位相オフセット補償器から出力される信号の平均値と標準偏差から計算されるＱ値を用いる代わりに、前記誤り訂正器から出力される誤り訂正数を用いて計算されるＢＥＲが最小となる２つの最適ステップサイズパラメータを探し出して出力する構成である
   ことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
10. 請求項３〜７のいずれかに記載のデジタルコヒーレント受信機において、
    前記関係式定数計算機は、前記２つの最適ステップサイズパラメータを決める前記Ｑ値のオーダが変化した場合、または、前記Ｑ値が予め設定した閾値を超えて変化した場合に、前記関係式の定数ＡおよびＢを再決定する構成である
    ことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
11. 請求項８または請求項９に記載のデジタルコヒーレント受信機において、
    前記関係式定数計算機は、前記２つの最適ステップサイズパラメータを決める前記ＢＥＲのオーダが変化した場合、または、前記ＢＥＲが予め設定した閾値を超えて変化した場合に、前記関係式の定数ＡおよびＢを再決定する構成である
    ことを特徴とするデジタルコヒーレント受信機。
12. 伝送路から入力する偏波多重された光信号を入力するコヒーレントレシーバで、当該光信号を偏波分離し、コヒーレント検波して電気信号を出力し、
    前記電気信号を入力するＡＤコンバータで、前記電気信号をアナログ−デジタル変換してデジタル信号ｓ０を出力し、
    前記デジタル信号ｓ０を入力するデジタル信号処理部で、前記デジタル信号ｓ０をデジタル信号処理して復調するデジタルコヒーレント受信方法において、
    前記デジタル信号処理部は、
    前記デジタル信号ｓ０を入力する適用等化器で、適応等化制御により波形歪みを補償し、
    ＳＯＰ変動速度計算機で、前記適応等化器のタップ係数から前記デジタル信号ｓ０の偏波状態ＳＯＰを表現するストークス・パラメータを計算し、任意の時間間隔におけるＳＯＰ変動速度をストークス・パラメータを用いて計算し、
    ステップサイズパラメータ制御処理部で、前記ＳＯＰ変動速度計算機から出力されるＳＯＰ変動速度に応じて、前記適応等化器のタップ係数を更新する際に乗じるステップサイズパラメータを適応制御して前記適応等化器に設定し、
    前記適応等化器から出力される適応等化されたデジタル信号を周波数／位相オフセット補償器に入力し、周波数オフセットおよび位相オフセットを補償し、
    前記周波数オフセットおよび位相オフセットが補償されたデジタル信号を復調器に入力し、シンボル列として出力し、
    前記シンボル列を誤り訂正器に入力し、前記シンボル列の誤り訂正を行う
    ことを特徴とするデジタルコヒーレント受信方法。
13. 請求項１２に記載のデジタルコヒーレント受信方法において、
    前記ステップサイズパラメータ制御処理部は、０でない定数をＡ，Ｂとしたときに、ＳＯＰ変動速度ωとステップサイズパラメータμの関係式μ＝（Ａω)^1/2＋Ｂを用いて、前記ＳＯＰ変動速度計算機から出力されるＳＯＰ変動速度ωにおけるステップサイズパラメータμを決定する
    ことを特徴とするデジタルコヒーレント受信方法。

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