光传输装置以及光传输方法与流程

本发明涉及采用数字相干方式的光传输装置以及光传输方法。

背景技术：

为了能够进行长距离大容量光传输，其课题是，克服光信号-噪声功率比的界限、实现高密度的波长复用以及克服光纤非线性光学效应。

首先，作为用于克服光信号-噪声功率比的界限的技术，目前采用开关键控(OOK：On-Off Keying)。但是，近年来采用了二进制相位偏移调制(BPSK：Binary Phase-Shift Keying)或四进制PSK(QPSK：Quaternary Phase-Shift Keying)。

接着，作为用于实现高密度波长复用的技术，已知采用偏振波复用方式(Polarization Multiplexing)使每1码元的传输比特数增至2倍的方式。在偏振波复用方式中，对正交的两个偏振波分量(垂直偏振波、水平偏振波)分别分配独立的发送信号。

另外，作为其它方式，已知有如上述的QPSK或16进制正交振幅调制(QAM：Quadrature Amplitude Modulation)那样地增加信号点来增加每1码元的传输比特数的方式。在QPSK以及16QAM中，利用光发送器对同相位轴(I轴：In-Phase轴)和正交相位轴(Q轴：Quadrature-Phase轴)分别分配发送信号。

另外，作为这些光调制信号的传输方式，关注数字相干方式(例如，参照非专利文献1、2)。数字相干方式是使同步检波方式与数字信号处理进行组合来接收这些光调制信号。在此方式中，进行基于同步检波的线性光电转换以及基于数字信号处理的线性均衡。这里，在线性均衡中，具有固定的线性均衡、半固定的线性均衡以及适应性的线性均衡。

一般情况下，在传输路径中，产生由于波长色散以及偏振波模式色散(PMD：Polarization-Mode Dispersion)等引起的线性波形失真。在数字相干方式中，因为如上所述地进行光电转换和线性均衡，所以，能够降低这样的波形失真的影响，能够实现良好的均衡特性以及良好的噪声耐力。此外，在数字相干方式中，如非专利文献1、 2所示，主要采用了偏振波复用QPSK方式。

接着，作为用于补偿由在光纤中产生的非线性光学效应引起的波形失真的技术，已知这样的数字逆传播法(例如，参照非专利文献3)：通过利用数字信号处理模拟光纤的逆方向传播来再现发送端的信号。另外，已知这样的光相位共轭法(例如，参照非专利文献4)：通过在传输路径的中央使光的相位反转来在接收端取消相位失真。

但是，在上述的补偿非线性光学效应的方式中，具有以下的课题：用于实现数字信号处理的电路规模庞大，或者需要用于在传输路径中央使光相位反转的装置。

因此，作为克服这些课题的方法，开发了并行地传输处于相位共轭关系的光的方式，备受关注(例如，参照专利文献1、非专利文献5)。在此方法中，通过发送侧的编码处理，利用例如正交偏振波X/Y的电场(EX、EY)传输相位共轭光的对(E，(E＊))利用数字相干方式进行接收，然后，通过合成在数字区域处于共轭关系的两个信号，取消在传输路径上产生的波形失真。这里，E表示复信号，(E＊)表示为E的复共轭。

此时，包含光纤非线性光学效应的波形失真通过扰动分析，近似地得到E作为δ、得到(E＊)作为-(δ＊)，在接收侧可通过进行EX+(EY＊)的处理，来去除扰动分量δ，并且仅恢复原信号E。此外，(EY＊)表示EY的复共轭。由此，可不需要庞大的信号处理电路或传输路径中央的光相位反转装置，并且提高对光纤非线性光学效应的耐性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2013/0136449号说明书

非专利文献

非专利文献1：Joe.Berthold及其他6人，“100G Ultra Long Haul DWDM Framework Document”，Optical Internetworking Forum，2009年6月

非专利文献2：E.Yamazaki及其他27人，“Fast optical channel recovery in field demonstration of 100-Gbit/s Ethernet over OTN using real-time DSP”，Optics Express，2011年7月4日，vol.19，no.14，pp.13179―13184

非专利文献3：X.Li及其他6人，“Electronic post-compensation of WDM transmission impairments using coherent detection and digital signal processing”，Optics Express，vol.16，no.2，pp.880-888，2008

非专利文献4：D.D.Marcenac及其他6人，“40Gbit/stransmission over 406km of NDSF using mid-span spectral inversion by four-wave-mixing in a 2mm long semiconductor optical amplifier”，Electronics Letters，vol.33，no.10，pp.879-880，1997

非专利文献5：X.Liu及其他4人，“Phase-conjugated twin waves for communication beyond the Kerr nonlinearity limit”，Nature Photonics，vol.7，pp.560-568

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，在现有技术中，具有以下这样的课题。

即，在上述的专利文献1、非专利文献5的方法中具有以下这样的问题：因为需要并行地传输处于相位共轭关系的光，所以，频率利用效率减半。

本发明是为了解决上述这样的课题而完成的，其目的是获得这样的光传输装置以及光传输方法：不用降低频率利用效率，就能够传输相位共轭信号对，在接收侧进行合成，抑制传输质量劣化。

解决问题的手段

关于本发明的光传输装置，在该光传输装置中，经由光传输部将光发送部和光接收部相互连接起来，光发送部具备：信号配置部，其根据从外部输入的多个系统的信号，生成多个系统的相位共轭信号对，将相位共轭信号对混合分散配置到正交偏振的电场中；以及光调制部，其将来自信号配置部的电信号转换为光信号，输出至光传输部，光接收部具备：光电转换部，其将在光传输部中传输的光信号转换为电信号；以及信号重构部，其合成来自光电转换部的混合分散配置的信号，重构原来的多个系统的信号。

本发明的光传输方法具有光发送步骤和光接收步骤，光发送步骤包括：信号配置步骤，根据从外部输入的多个系统的信号，生成多个系统的相位共轭信号对，将相位共轭信号对混合分散配置到正交偏振的电场中；以及光调制步骤，将在信号配置步骤中生成的电信号转换为光信号，光接收步骤包括：光电转换步骤，将所接收到的光信号转换为电信号；以及信号重构步骤，合成在光电转换步骤中转换的混合分散配置的电信号，重构原来的多个系统的信号。

发明的效果

根据本发明的光传输装置以及光传输方法，信号配置部(步骤)根据从外部输入的多个系统的信号，生成多个系统的相位共轭信号对，将相位共轭信号对混合分散配置到正交偏振的电场，信号重构部(步骤)合成混合分散配置的信号，重构原来的多个系统的信号。

因此，与传输单一系统的相位共轭信号对的情况相比，能够提高频率利用效率，并且与现有的偏振波复用信号相比能够抑制传输质量劣化。

即，不用降低频率利用效率，就能够传输相位共轭信号对，在接收侧进行合成，抑制传输质量劣化。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的光传输装置的结构框图。

图2是详细地示出图1所示的光发送部的结构框图。

图3是详细地示出图1所示的光接收部的结构框图。

图4是示出与图2所示的无干扰化部以及图3所示的干扰去除部相关的脉冲形状的说明图。

具体实施方式

以下，采用附图来说明本发明的光传输装置以及光传输方法的优选实施方式，在各个图中对相同或相应的部分标注同一标号进行说明。

此外，以下说明的实施方式是实现本发明时的一个方式，并非将本发明限定于其范围内。另外，本发明的光传输方法以及实现该方法的光传输装置在例如采用数字相干方式的高密度复用长距离光传输系统中是有用的。

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的光传输装置的结构框图。在图1中，示出采用本发明的实施方式1的光传输方法的光传输系统的一例。在图1中，该光传输装置具备光发送部100、光传输部200以及光接收部300。

光发送部100发送光信号，光传输部200由光纤构成，传输光信号，光接收部300接收光信号。此外，本发明的实施方式1的光传输装置具备光发送部100以及光接收部300的至少任意一个。

图2是详细地示出图1所示的光发送部100的结构框图。在图2中，光发送部100具有无干扰化部101A、101B、信号配置部102、发送信号调整部103以及光调制部104。

图3是详细地示出图1所示的光接收部300的结构框图。在图3中，光接收部300具有光电转换部301、接收信号调整部302、信号重构部303以及干扰去除部304A、304B。

以下，说明上述结构的光传输装置的动作。

光发送部100将从未图示的外部输入的多个系统的信号转换为光信号后输出至光传输部200。

在光发送部100的内部，首先，将从外部输入的多个系统的信号输入到无干扰化部101A、101B。在图2中，将信号的系统数设为2进行例示。这里，将两个信号系统分别设为A系统以及B系统，向无干扰化部101A输入A系统的信号，向无干扰化部101B输入B系统的信号。

无干扰化部101A将从外部输入的A系统的复信号DA例如以cos(πt/Ts+3π/4)的形状进行脉冲化，将已脉冲化的复信号EA输出至信号配置部102。另外，无干扰化部101B将从外部输入的B系统的复信号DB例如以sin(πt/Ts+3π/4)的形状进行脉冲化，将已脉冲化的复信号EB输出至信号配置部102。

这里，Ts表示码元重复周期，t表示时间。另外，在1个码元内，时间t取-Ts/2～Ts/2。此时，图4示出脉冲形状的概念图。在图4中，脉冲形状A与脉冲形状B相互处于正交关系，所以，可通过在接收端取与各脉冲的相关，相互地去除干扰。

信号配置部102根据从无干扰化部101A输入的A系统的脉冲化的复信号EA和从无干扰化部101B输入的B系统的脉冲化的复信号EB，如下式(1)以及下式(2)所例示的那样，混合这2个系统的复信号，分散地配置给X偏振波的复信号EX和Y偏振波的复信号EY。

EX＝EA+EB (1)

EY＝(EA＊)-(EB＊) (2)

在式(2)中，(EA＊)表示EA的复共轭，(EB＊)表示EB的复共轭。这样生成的EX以及EY分别由I轴以及Q轴构成，因此，作为XI、XQ、YI、YQ这4通道信号进行处理。信号配置部102将该4通道信号输出至发送信号调整部103。

即，信号配置部102根据从外部输入的多个系统的信号，生成多个系统的相位共轭信号对，在正交偏振的电场中混合分散配置该相位共轭信号对。

发送信号调整部103对从信号配置部102输入的4通道信号进行波形均衡、频谱整形、延迟补偿或延迟差的施加等调整处理，将实施各调整处理后的4通道的电信号输出至光调制部104。

光调制部104根据从发送信号调整部103输入的4通道的电信号，例如通过偏振波复用型I/Q光调制器来调制在光调制部104内部生成的无调制光，将所调制的光信号输出至光传输部200。

光传输部200传输从光发送部100输入的光信号，输出至光接收部300。这里，在光传输部200中，由于波长色散或非线性光学效应的影响，产生波形失真。此时，所调制的光信号由多个(在此例中为两个)相位共轭信号对构成，在该相位共轭信号对之间，在波形失真中产生相关。

光接收部300根据从光传输部200输入的处于相位共轭关系的多个系统的信号成为一整块后的光信号，恢复相位共轭化处理前的原来的多个系统信号(在此例中为A系统的信号和B系统的信号)，输出到未图示的外部。

在光接收部300的内部，首先，将从光传输部200输入的信号输入至光电转换部301。

光电转换部301在内部具有局部振荡光。光电转换部301使从光传输部200输入的光信号与该局部振荡光进行混合干扰，由此，进行光/电转换的相干检波。另外，光电转换部301将利用相干检波获得的电信号输出至接收信号调整部302。

即，从光电转换部301向接收信号调整部302输入混合双偏振波且I/Q轴的信号后的状态的4通道的电信号。接收信号调整部302采用电处理将该电信号分离成双偏振波，并且进行延迟调整、均衡处理、载波频率/相位恢复等调整处理，去除由非线性光学效应引起的波形失真或随机噪声，将实施各调整处理后的4通道的电信号输出至信号重构部303。

信号重构部303根据从接收信号调整部302输入的4通道的电信号，如下式(3)以及下式(4)所例示的那样，重构混合分散配置到X/Y偏振波的A/B系统的复信号EA以及EB。即，信号重构部303合成已混合分散配置的信号，重构原来的多个系统的信号。

EA＝EX+(EY＊) (3)

EB＝EX-(EY＊) (4)

在式(3)以及式(4)中，(EY＊)表示EY的复共轭。信号重构部303将这样重构的A系统的复信号EA输出至干扰去除部304A，将重构的B系统的复信号EB输出至干扰去除部304B。此外，复信号EA以及EB具有图4所示的脉冲形状。

这里，可通过式(3)的处理，取消与关于A系统的相位共轭对EA以及(EA＊)相对的由光纤非线性光学效应引起的波形失真。另外，可通过式(4)的处理，取消与关于B系统的相位共轭对EB以及(EB＊)相对的由光纤非线性光学效应引起的波形失真。

干扰去除部304A针对从信号重构部303输入的已重构的A系统的复信号EA，与无干扰化部101A中的脉冲化处理对应地取得相关。即，干扰去除部304A通过对cos(πt/Ts+3π/4)进行卷积，恢复A系统的原来的复信号DA，将该恢复的复信号输出至未图示的外部。

另外，干扰去除部304B针对从信号重构部303输入的已重构的B系统的复信号EB，与无干扰化部101B中的脉冲化处理对应地取得相关。即，干扰去除部304B通过对sin(πt/Ts+3π/4)进行卷积，恢复B系统的原来的复信号DB，将该恢复的复信号输出至未图示的外部。

这里，在本发明的实施方式1中，在发送信号调整部103以及接收信号调整部302内，可通过将电信号频带限制成码元重复频率的一半左右，使光调制部104生成的光信号的频带缩窄到码元重复频率的程度。

这样，混合相位共轭化的多个信号对，分散地配置到X/Y偏振波进行传输，在接收侧合成它们，由此能够提高对光纤非线性光学效应的耐力。另外，因为在同一波长中复用多个相位共轭信号对，所以，也可以避免频率利用效率的降低。因此，能够扩大高密度复用的数字相干光传输系统中的可传输距离。

如以上那样，根据实施方式1，信号配置部基于从外部输入的多个系统的信号，生成多个系统的相位共轭信号对，将相位共轭信号对混合分散配置到正交偏振的电场，信号重构部合成已混合分散配置的信号，重构原来的多个系统的信号。

因此，与传输单一系统的相位共轭信号对的情况相比，可提高频率利用效率，并且与现有的偏振波复用信号相比能够抑制传输质量劣化。

即，不用降低频率利用效率，就能够传输相位共轭信号对，在接收侧进行合成，抑制传输质量劣化。

此外，根据实施方式1，即使在由于偏振波依存性损耗等而导致在X偏振波与Y偏振波之间信号质量产生偏差的情况下，也在接收侧进行信号合成，所以，能够降低信号质量偏差。即，能够防止码元错误的偏向，防止纠错性能的劣化。

标号说明

100 光发送部；101A、101B 无干扰化部；102 信号配置部；103 发送信号调整部；104 光调制部；200 光传输部；300 光接收部；301 光电转换部；302 接收信号调整部；303 信号重构部；304A、304B 干扰去除部。