光发送装置、光接收装置、光传输系统以及光传输方法与流程

本发明涉及发送光信号的光发送装置、光接收装置、光传输系统以及光传输方法。

背景技术：

为了通过光纤进行长距离大容量传输，所要解决的问题在于克服高密度的信号复用化、以及光纤非线性光学现象。

光发送装置中，通过在多个光载波或作为副载体的光副载波上载入不同的信息来进行高密度波长复用，从而能够使每个光纤的传输容量增大。这里，将进行复用的光载波和光副载波称为各个信道。此外，也能够通过对调制方式进行多值化来增大传输容量。

以往，使用开关键控(onoffkeying：ook)来作为调制方式，即：对光的有无分配2值信号，每一个码元传输一位，但通过如4值相位调制(quaternaryphase－shiftkeying：qpsk：正交相移键控)或16值正交振幅调制(quadratureamplitudemodulation：qam：正交振幅调制)那样，通过增加信号点、增加每一个码元的传输位数，从而能够增大传输容量。qpsk和16qam中，在光发送装置中，对同相位轴(in－phase轴：i轴)和正交相位轴(quadrature－phase轴：q轴)分配信号。

此外，已知有通过使用偏振复用方式(polarizationmultiplexing)，来将每一码元的传输位数增加至两倍的方式。在偏振复用方式中，能够独立地将信号分配给正交的两个偏振波分量即垂直偏振波和水平偏振波。

将在接收侧检测光信号的有无并进行识别的直接检波方式用于ook信号的解调。此外，对于差分2值相位调制(differentialbinaryphase－shiftkeying：dbpsk：差分二相移位键控)信号、差分qpsk(dqpsk：四相相对相移键控)信号等的解调，使用在使光信号延迟干涉之后直接进行检波的延迟检波方式或直接延迟检波方式。偏振复用方式中，使用数字相干方式，即在接收端进行使局部起振光源与接收信号混合干涉并检波的相干检波，并利用数字信号处理来补偿由此得到的电信号。在数字相干方式中，广泛使用偏振复用qpsk方式(例如，参照非专利文献1、2)。

另一方面，在进行长距离光传输的情况下，为了确保接收端的信号品质，需要与比特率、调制方式、检波方式等相对应的光信号功率对噪声功率比，为此，需要以较高的光功率来进行信号传输。此时，因光纤中产生的非线性光学现象而产生的波形失真会使信号品质变差(例如，参照专利文献1)。非线性光学现象可大致分为在信道内产生的现象和在信道间产生的现象。

作为信道内产生的非线性光学现象。可列举自相位调制(self－phasemodulation：spm)。作为更为狭义的定义，spm可分类成信道内自相位调制(intra－channelspm：ispm)、信道内交叉相位调制(intra－channelcross－phasemodulation：ixpm)、信道内四波混频(intra－channelfour－wavemixing：ifwm)等。作为信道间产生的非线性光学现象，可列举交叉相位调制(cross－phasemodulation：xpm)、四波混频(four－wavemixing：fwm)、交叉偏振调制(crosspolarizationmodulation：xpolm)等。在信号的光功率密度较高的情况下、在传输距离较长的情况下上述任意一种现象的产生均非常显著。此外，对于信道间产生的非线性光学现象，在传输路径的局部波长分散较小的情况下、或者在进行波长复用的信道的波长间隔较窄的情况下，各信道的光信号的偏振状态在传输路径内具有长相关。在持续进行相互作用的情况下，品质恶化变得显著。

在偏振复用信号中，偏振状态根据垂直偏振波与水平偏振波的光相位差而变化。因此，搭载于垂直偏振波的信号和搭载于水平偏振波的信号间的关系会影响信号的偏振状态。

以往，为了减小信道内的非线性光学现象，还提出了下述方式，即：对于以偏振复用为前提的信号，在进行零回归(return－to―zero：rz)脉冲化的基础上，还使其脉冲宽度减半，以每1/2码元交替地分配给正交偏振波(例如，参照专利文献1)。

在正交偏振复用信号中，作为交错rz(interleavedrz：irz)方式，已知有应用rz脉冲化，并在不改变其脉冲宽度的情况下在正交偏振波间使rz脉冲偏移1/2码元的方式。并且，与数字相干方式中广泛使用的qpsk相比，由于能够扩大信号点间距离，因此，还可使用2值相位调制(binaryphase－shiftkeying：bpsk)方式，从而能够提高对于非线性光学现象引起的波形失真的抗性。利用组合了irz和偏振复用bpsk的偏振复用irz－bpsk，在长距离光传输中，能够在大多数情况下扩大系统边界(例如，参照非专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/073590号

非专利文献

非专利文献1：opticalinternetworkingforum(光互联网论坛)，“100gultralonghauldwdmframeworkdocument(100g超长距离dwdm架构文件)”，2009年6月

非专利文献2：e.yamazaki、另外27人，“fastopticalchannelrecoveryinfielddemonstrationof100－gbit/sethernet(注册商标)overotnusingreal－timedsp(在利用otn的100gbit/s以太网的现场演示中利用实时dsp来实现快速光信道恢复)”，opticsexpress(光学快讯)，2011年7月4日，vol.19，no.14，pp.13179―13184。

非专利文献3：m.salsi，另外7人，“recentadvancesinsubmarineopticalcommunicationsystems(潜艇光学通信系统的最新进展)”，belllabstechnicaljournal(贝尔实验室技术杂志)，vol.14，no.4，pp.131－148，2010

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，根据非专利文献3和专利文献1的现有技术，在光发送装置中，存在rz脉冲化用调制器、偏振复用bpsk用光调制器、光学滤波器等使用元器件个数较多的问题。还有下述问题，即：其中存在并非通用的获取性较差的元器件。并且，以往的光发送装置中存在与其他的调制解调方式、例如偏振复用qpsk、偏振复用16qam、无需rz脉冲化的调制方式等方式不具有互换性的问题。并且，还有下述问题，即：由于rz脉冲化用调制器的频带特性等而导致信号品质变差。并且，还存在下述问题，即：根据传输条件的不同，不仅在使用偏振复用qpsk信号时，即使使用偏振复用bpsk信号，有时也难以确保系统边界。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于获得一种光发送装置，能够通过简单的元器件结构来发送抗非线性较高的光信号。

解决技术问题的技术方案

为了解决上述课题，达成目的，本发明的光发送装置具备数据复制部，对码元映射后的各通道的信号进行复制，并将通道数设为第1数的通道数。并且，光发送装置具备波形转换部，该波形转换部对于各通道的信号，将可取第2数的种类的值的信号波形转换成可取比第2数要大的第3数的种类的值的信号。此外，光发送装置具备极性反转部，该极性反转部对信号的可取值的数量被转换后的各通道中一个以上的通道的信号的极性进行反转。此外，光发送装置具备通道替换部，该通道替换部在两个以上的通道中进行通道替换。光发送装置的特征在于还包括光信号生成部，该光信号生成部将从通道替换部输入的各通道的信号的电信号转换成光信号，并对各通道的光信号进行合成再输出。

发明效果

本发明所涉及的光发送装置起到下述效果：能够通过简单的元器件结构来发送抗非线性较好的光信号。

附图说明

图1是表示使用了实施方式1的光传输方法的光传输系统的结构例的图。

图2是表示实施方式1的光发送装置的结构例的框图。

图3是表示实施方式1的光发送装置的发送电气处理部的结构例的框图。

图4是表示实施方式1的光发送装置的光信号生成部的结构例的框图。

图5是表示实施方式1的光接收装置的结构例的框图。

图6是表示实施方式1的光接收装置的光信号检测部的结构例的框图。

图7是表示实施方式1的光接收装置的接收电气处理部的结构例的框图。

图8是表示实施方式1的光发送装置的光传输方法即光信号的发送处理的流程图。

图9是表示实施方式1的光接收装置的光信号的接收处理的流程图。

图10是表示实施方式1的码元映射部和数据复制部处理后的4通道的2值电场信号的一个示例的图。

图11是表示实施方式1的波形转换部、极性反转部、以及延迟附加部处理后的4通道多值信号的一个示例的图。

图12是按光信号的通道来表示实施方式1的通道替换部和光信号生成部处理后的信号的一个示例的图。

图13是表示作为比较例的对于h偏振波和v偏振波仅使用i轴信号来进行调制的示例的图。

图14是表示作为比较例的对于h偏振波和v偏振波将i轴信号复制到q轴来进行调制的示例的图。

图15是表示实施方式1的信号点配置的示例的图。

图16是表示实施方式2的波形转换部、极性反转部、以及延迟附加部处理后的4通道多值信号的一个示例的图。

图17是按光信号的通道来表示实施方式2的通道替换部和光信号生成部处理后的信号的一个示例的图。

图18是表示实施方式2的信号点配置的示例的图。

图19是表示实施方式3的波形转换部、极性反转部、以及延迟附加部处理后的4通道多值信号的一个示例的图。

图20是按光信号的通道来表示实施方式3的通道替换部和光信号生成部处理后的信号的一个示例的图。

图21是表示实施方式3的信号点配置的示例的图。

图22是表示实现光发送装置的硬件的结构例的图。

图23是表示实现光发送装置的硬件的结构例的图。

图24是表示实现光接收装置的硬件的结构例的图。

图25是表示实现光接收装置的硬件的结构例的图。

具体实施方式

下面，基于附图，详细说明本发明的实施方式的光发送装置、光接收装置、光传输系统以及光传输方法。此外，本发明并不由该实施方式所限定。

实施方式1

图1是表示使用了本发明的实施方式1的光传输方法的光传输系统1的结构例的图。光传输系统1包括光发送装置100、由光纤和光中继器等构成的传输路径即传输部200、以及光接收装置300。光传输系统1中，若从光发送装置100发送光信号，则通过传输部200，由光接收装置300接收光信号。

图2是表示实施方式1的光发送装置100的结构例的框图。光发送装置100包括发送电气处理部110和光信号生成部120。在后述的光传输系统1的动作说明中对各结构的动作适当地进行说明。

图3是表示实施方式1的光发送装置100的发送电气处理部110的结构例的框图。发送电气处理部110包括码元映射部111、数据复制部112、波形转换部113、极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116。关于各结构的动作的说明，在后述的光传输系统1的动作说明中适当地进行。

图4是表示实施方式1的光发送装置100的光信号生成部120的结构例的框图。光信号生成部120包括数模转换器51、调制器驱动器52、光源53、以及偏振复用i/q光调制器54。在后述的光传输系统1的动作说明中对各结构的动作适当地进行说明。

图5是表示实施方式1的光接收装置300的结构例的框图。光接收装置300包括光信号检测部320和接收电气处理部310。在后述的光传输系统1的动作说明中对各结构的动作适当地进行说明。

图6是表示实施方式1的光接收装置300的光信号检测部320的结构例的框图。光信号检测部320包括局部起振光源61、相干接收机62、模数转换器63。在后述的光传输系统1的动作说明中对各结构的动作适当地进行说明。

图7是表示实施方式1的光接收装置300的接收电气处理部310的结构例的框图。接收电气处理部310包括波形均化部313、适应均化部312、以及码元解映射部311。在后述的光传输系统1的动作说明中对各结构的动作适当地进行说明。

接着，对光传输系统1中，从光发送装置100发送光信号，并通过传输部200，由光接收装置300接收光信号的动作进行说明。

图8是表示实施方式1的光发送装置100的光传输方法即光信号的发送处理的流程图。光发送装置100对从外部输入的逻辑信号进行下述说明的处理。

发送电气处理部110的码元映射部111对从外部输入的x偏振波用和y偏振波用的2通道的2值数据信号即逻辑信号进行码元映射(步骤s1)。码元映射部111将码元映射后的2通道的2值电场信号输出至数据复制部112。被输入到码元映射部111的2通道的2值数据信号例如是在将otu4(opticaltransportunitlevel4(光传输单元级4))复制成两个后得到的50gbit/s级数据信号中附加了纠错用奇偶校验位等的数据信号。码元映射部111将一个数据信号映射到一个码元中。以下，将一个码元中具有一个数据信号的状态表现为1样本/码元(1sample/symbol)。码元映射部111在这里以1样本/码元的方式来进行处理。

数据复制部112对从码元映射部111输入的2通道的2值电场信号进行复制处理(步骤s2)。数据复制部112通过复制处理生成4通道的2值电场信号，并将所生成的4通道的2值电场信号输出至波形转换部113。数据复制部112在这里以1样本/码元的方式来进行处理。数据复制部112对进行了码元映射后的各通道的2值电场信号进行复制，并将通道数设为第1数的通道数。这里，第1数为4。

波形转换部113针对从数据复制部112输入的以1样本/码元的方式表现的4通道的2值电场信号，在样本点间插入零点，并将其波形转换成2样本/码元(步骤s3)。并且，波形转换部113对光信号生成部120中的频带限制进行本领域公知的补偿，将以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号输出至极性反转部114。波形转换部113具体而言，将2值电场信号转换成可取高(hi)、低(low)、以及所插入的零点这三个值的多值信号。波形转换部113针对复制后的各通道的2值电场信号，将可取第2数的种类的值的信号波形转换成可取比第2数要大的第3数的种类的值的信号。这里，第2数为2，第3数为3。

极性反转部114针对从波形转换部113输入的以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号，对任意通道的信号的极性进行反转(步骤s4)。极性反转部114将对任意通道的信号的极性进行反转后得到的以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号输出至延迟附加部115。极性反转部114对信号的可取值的数量经转换后的4通道多值信号的各通道中一个以上的通道的信号的极性进行反转。

延迟附加部115针对从极性反转部114输入的以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号，在4通道间附加延迟(步骤s5)。但是，本实施方式中，延迟附加部115将4通道间的延迟量设为零，即不进行延迟的附加。关于附加延迟的情况，在实施方式2之后进行说明。此外，延迟附加部115在实施方式1中不进行延迟附加，但针对在光信号生成部120产生的非预期的延迟偏差进行本领域公知的补偿，然后将以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号输入到通道替换部116。

通道替换部116对从延迟附加部115输入的以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号进行通道替换(步骤s6)。通道替换部116将通道替换后的以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号输出至光信号生成部120。通道替换部116在2个以上的通道中进行通道的替换。

光信号生成部120基于从发送电气处理部110的通道替换部116输入的以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号生成光信号，并向传输部200输出(步骤s7)。光信号生成部120将从通道替换部116输入的4通道多值信号的电信号转换成光信号，并对各通道的光信号进行合成再输出。

对光信号生成部120的动作进行详细说明。光信号生成部120的数模转换器51对从发送电气处理部110的通道替换部116输入的以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号的数字信号进行数模转换，并将转换后的模拟信号输出至调制器驱动器52。例如，当从发送电气处理部110的通道替换部116输入的数字信号由垂直偏振波i轴信号、垂直偏振波q轴信号、水平偏振波i轴信号、水平偏振波q轴信号的4通道构成时，数模转换器51分别对4通道进行数模转换处理。数模转换器51将4通道的模拟信号输出至调制器驱动器52。

另外，在以下的说明中，将垂直偏振波i轴信号和垂直偏振波q轴信号的垂直标记为v(垂直)，从而表示为v偏振波i轴信号和v偏振波q轴信号。并且，将水平偏振波i轴信号和水平偏振波q轴信号的水平标记为h(水平)，从而表示为h偏振波i轴信号和h偏振波q轴信号。

调制器驱动器52对从数模转换器51输入的模拟信号进行放大，并将放大后的模拟信号输出至偏振复用i/q光调制器54。例如，当从数模转换器51输入的模拟信号由h偏振波i轴信号、h偏振波q轴信号、v偏振波i轴信号、v偏振波q轴信号这4个通道构成时，调制器驱动器52对4通道分别进行放大处理。调制器驱动器52将4通道的放大后的模拟信号输出至偏振复用i/q光调制器54。

光源53例如生成依照c带的itu-t(internationaltelecommunicationunion－telecommunicationstandardizationsector：国际电信联盟－电信标准化局)g的波长、即itu-tg694.1标准的从1530nm到1565nm的c波段的无调制光，并向偏振复用i/q光调制器54输出。

偏振复用i/q光调制器54利用从调制器驱动器52输入的放大后的模拟电信号对从光源53输入的无调制光进行调制，并向传输部200输出。

传输部200对从光发送装置100的光信号生成部120的偏振复用i/q调制器54输入的光信号进行传输，并向光接收装置300输出。传输部200的结构设想为除了传输路径光纤之外，例如还包括由波长选择性开关(wavelengthselectiveswitch：wss)、阵列波导光栅(awg)、交叉复用器(interleaver)、光耦合器等构成的光合分波装置、损耗补偿用的光放大器、或波长分散补偿用的光纤等。

图9是表示实施方式1的光接收装置300的光信号的接收处理的流程图。光接收装置300的光信号检测部320若检测到从传输部200输入的光信号，则将光信号转换成电气数字信号，并向接收电气处理部310输出(步骤s11)。

光信号检测部320的局部起振光源61例如以依照c带的itu－tg的波长生成无调制光，并向偏振分集型集成相干接收机即相干接收机62输出。局部起振光源61进行起振得到的无调制光的波长需要与从传输部200输入到相干接收机62的光信号的载波或副载波波长大致一致。

相干接收机62使从传输部200输入的光信号和从局部起振光源61输入的无调制光混合干涉进行检波，并转换成电信号，将电信号输出至模数转换器63。相干接收机62若分为以局部起振光为基准的h’偏振波i’轴分量、h’偏振波q’轴分量、v’偏振波i’轴分量、以及v’偏振波q’轴分量这4个通道来检测接收信号，则在将4通道的光信号分别转换成电信号的同时，还将转换后的4通道的各电信号放大至后级处理所需的振幅再进行输出。另外，对h’、v’、i’及q’分别标注了“’”，这是为了表示在光接收装置300中，从接收到的光信号获得的水平偏振波分量、垂直偏振波分量、同相位轴分量及正交相位轴分量未必与光发送装置100所生成的各通道的水平偏振波分量、垂直偏振波分量、同相位轴分量及正交相位轴分量相同。

模数转换器63对从相干接收机62输入的电信号进行模数转换，将转换后的电气数字信号输出至接收电气处理部310。模数转换器63对h’偏振波i’轴分量、h’偏振波q’轴分量、v’偏振波i’轴分量、以及v’偏振波q’轴分量这4通道分别进行模数转换处理。

接收电气处理部310的波形均化部313对从光信号检测部320的模数转换器63输入的电气数字信号进行本领域公知的波形均化处理，该波形均化处理对光信号生成部120、传输部200、以及光信号检测部320中产生的物理性的延迟差、波长分散、频带狭窄等波形失真进行补偿(步骤s12)。波形均化部313将波形均化处理后的电气数字信号输出至适应均化部312。

适应均化部312对从波形均化部313输入的电气数字信号进行适应均化处理，该适应均化处理对偏振模式分散、偏振状态变化、码元定时提取、载波或副载波与局部起振光的光频率差及光相位差等进行补偿(步骤s13)。适应均化部312若通过适应均化处理复原发送信号，则将复原后的发送信号输出至码元解映射部311。具体而言，接收电气处理部310的适应均化部312通过适应均化处理，对由光发送装置100附加于电气数字信号的相位旋转及偏振旋转进行补偿，并对光发送装置100的波形转换部113、极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116中完成的处理一并进行复原。适应均化部312进行的适应均化处理中可使用本领域公知的数字信号处理。复原后的发送信号例如是由光发送装置100的发送电气处理部110的数据复制部112生成的xi、xq、yi、yq这4个通道的信号。将xi、xq、yi、yq这4个通道的信号分别设为ax[t]、ax[t]、ay[t]、ay[t]。

码元解映射部311基于从适应均化部312输入的4个通道的信号即复原后的发送信号进行码元解映射(步骤s14)。码元解映射部311将通过码元解映射复原后的发送信号转换成2通道的2值数据信号及附加数据信号，并输出至外部。码元解映射部311不限于0/1的硬判定，还可一并进行提供可靠度信息的软判定作为附加数据信号。

另外，在上述示例中，适应均化部312对光发送装置100的波形转换部113、极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116中完成的处理一并进行复原，码元解映射部311基于4个通道的信号进行码元解映射，但并不限于此。例如，适应均化部312可以对光发送装置100的数据复制部112、波形转换部113、极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116中完成的处理一并进行复原，码元解映射部311基于2个通道的信号进行码元解映射。

实施方式1中示出了进行偏振复用bpsk信号的替代结构，但该结构是一个示例，光发送装置100的光信号生成部120具备对偏波复用qpsk、偏振复用m值qam等一般的调制方式也能够适用的互换性。此外，在光发送装置100的光信号生成部120中，还能够实现任意的光谱定形。

接着，对通过实施方式1的光发送装置100的各结构的处理而产生的信号的变化的示例进行说明。

图10是表示实施方式1的码元映射部111和数据复制部112处理后的4通道的2值电场信号的一个示例的图。输入至码元映射部111的2值数据信号是相当于正交偏振轴的x/y的2通道。数据复制部112将x通道的信号复制到xi通道和xq通道，将y通道的信号复制到yi通道和yq通道。相对于图10的横轴即时间轴t有4个通道xi、xq、yi、yq。利用输入到码元映射部111的x/y通道的2值数据信号，各数据信号以1码元中一个1样本/码元及2值的电场振幅值的方式来表现。1码元的长度为ts。

图11是表示实施方式1的波形转换部113、极性反转部114、以及延迟附加部115处理后的4通道多值信号的一个示例的图。对于4通道，波形转换部113均在各码元间的中间插入零点来进行rz化。并且是极性反转部114仅对yq通道进行极性反转的示例。xi通道的信号可表现为ax[t]，xq通道的信号可表现为ax[t]，yi通道的信号可表现为ay[t]，yq通道的信号可表现为－ay[t]。

图12是按光信号的通道来表示实施方式1的通道替换部116和光信号生成部120处理后的信号的一个示例的图。光信号的4个通道表示为hi、hq、vi、vq。另外，h是水平偏振波，v是垂直偏振波，i是同相位轴，q是正交相位轴。图12中，通道替换部116是针对图11所示的xi，xq，yi，yq，按照hi＝xi、hq＝yi、vi＝xq、vq＝yq的方式进行了通道替换的示例。图12中的eh[t]＝ax[t]+jay[t]以及ev[t]＝ax[t]－jay[t]是以复合电场振幅来表现h偏振波和v偏振波的光信号的数学式。实施方式1中，光信号生成部120以线性方式进行光信号的生成处理，对振幅进行标准化。这里，j为虚数单位。这相当于在对y偏振信号进行90度相位旋转的同时，使以x/y偏振波方式表现的信号进行45度偏振旋转的处理。

这里，作为比较例，示出偏振复用bpsk信号的信号点配置的一个示例。图13是表示作为比较例的对于h偏振波和v偏振波仅使用i轴信号来进行调制的示例的图。图13的示例中，假设使用偏振复用bpsk调制器作为光调制器，但却是与其他调制方式不具有互换性的光发送装置。在使用了偏振复用i/q调制器的情况下，需要使i轴和q轴中的任意单侧消光，从而光损失增加，并且对于光调制器控制，也丧失了与其他调制方式的互换性。图14是表示作为比较例的对于h偏振波和v偏振波均将i轴信号复制到q轴来进行调制的示例的图。图14的示例中，假设使用偏振复用i/q调制器来作为光调制器。但是，在光调制器控制中，i轴信号和q轴信号不可视为无相干，它们具有非常强的相关性。因此，在控制i轴信号和q轴信号的光相位差时，不易使其收敛于光相位差π/2，不具有与其他调制方式的互换性。

图15是表示实施方式1的信号点配置的示例的图。图15是将表示光信号的以通道为单位的时间波形的图12以偏振波为单位重新表现为信号点配置而得到的图。对于h偏振波和v偏振波，码元中央获得与qpsk信号相同的信号点。码元中央是指图15中示出的黑色圆圈部分。并且，h偏振波和v偏振波之间没有延迟差。因此，能够利用偏振复用i/q调制器来作为光调制器，也能够利用qpsk用的控制来作为光调制器控制，与其他调制方式具有互换性。此外，如上所述，实施方式1中，是对偏振复用rz-bpsk信号增加了相位旋转和偏振旋转后的信号，因此具备与偏振复用rz-bpsk信号同等的抗非线性。光发送装置100中，通过经波形转换部113的波形转换、极性反转部114的极性反转、以及通道替换部116的通道的替换，对各通道的信号附加相位旋转和偏振旋转。

另外，关于相位旋转和偏振旋转，可通过光接收装置300的接收电气处理部310的适应均化部312的适应均化处理来进行补偿。适应均化部312例如可通过“(eh[t]+ev[t])/2”的运算来复原ax[t]，可通过“(eh[t]－ev[t])/(2j)”的运算来复原ay[t]。

如上所述，根据本实施方式，由发送电气处理部110和可用通用元器件构成且可与其他调制方式互换的光信号生成部120构成的光发送装置100将2通道的2值数据信号各自复制成两个，构成4通道的2值数据信号，对4通道的2值数据信号进行向3值以上的波形的转换、极性反转、延迟附加、以及通道替换，基于所生成的4通道的多值信号来生成光信号，并对合成4通道的光信号后的信号进行传输。由此，光发送装置100能够用通用性较高的简单的元器件结构来生成和发送与偏振复用rz－bpsk信号同样地可减少长距离光纤传输时产生的光纤非线性光学现象的、可抑制接收信号的品质变差的光信号。此外，能够实现光传输系统1的低成本化和传输距离延伸化。

实施方式2

实施方式2中对下述情况进行说明，即：在光发送装置100的发送电气处理部110的延迟附加部115中，对输入的4通道多值信号附加延迟。另外，光传输系统1及各装置的结构与实施方式1相同。对与实施方式1不同的部分进行说明。

与实施方式1的差别在于延迟附加部115的设定。延迟附加部115针对从极性反转部114输入的以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号，在4通道间附加延迟。实施方式2中，延迟附加部115对yi通道和yq通道进行1/2码元、即ts/2的延迟附加。延迟附加部115将以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号输出至通道替换部116。

接着，对通过实施方式2的光发送装置100的各结构的处理而产生的信号的变化的示例进行说明。

图16是表示实施方式2的波形转换部113、极性反转部114、以及延迟附加部115处理后的4通道多值信号的一个示例的图。与实施方式1相同，对于4通道，波形转换部113均在各码元间的中间插入零点来进行rz化。并且是极性反转部114仅对yq通道进行极性反转的示例。延迟附加部115在实施方式2中对yi通道和yq通道进行1/2码元、即ts/2的延迟附加。由此，在实施方式2中，xi通道的信号可表现为ax[t]，xq通道的信号可表现为ax[t]，yi通道的信号可表现为ay[t－ts/2]，yq通道的信号可表现为－ay[t－ts/2]。

图17是按光信号的通道来表示实施方式2的通道替换部116和光信号生成部120处理后的信号的一个示例的图。光信号的4个通道设为hi、hq、vi、vq。图17中，示出了通道替换部116对图16所示的xi，xq，yi，yq，按照hi＝xi、hq＝yi、vi＝xq、vq＝yq的方式进行了通道替换的示例。图17中的eh[t]＝ax[t]+jay[t－ts/2]以及ev[t]＝ax[t]－jay[t－ts/2]是以复合电场振幅来表现h偏振波和v偏振波的光信号的数学式。实施方式2中，光信号生成部120以线性方式进行光信号的生成处理，进行振幅的标准化。这里，j为虚数单位。这相当于对y偏振信号进行90度相位旋转、在x/y偏振波间赋予ts/2的延迟差、并使以x/y偏振波的方式表现的信号进行45度偏振旋转的处理。对rz化后的x/y偏振信号间赋予延迟差ts/2相当于生成偏振复用irz信号。

图18是表示实施方式2的信号点配置的示例的图。是将表示光信号的以通道为单位的时间波形的图17以偏振波为单位重新表现为信号点配置而得到。对于h偏振波和v偏振波，码元中央均取使qpsk信号进行45度相位旋转的点。并且，h偏振波和v偏振波之间没有延迟差。虽然与qpsk相比信号点配置不同，但由于在i轴/q轴以无相关、均等的方式进行信号点配置，因此，能够利用偏振复用i/q调制器作为光调制器。作为光调制器控制，也可使用qpsk用的控制，与其他的调制方式具有互换性。此外，如上所述，实施方式2中，是对偏振复用irz-bpsk信号增加了相位旋转和偏振旋转后的信号，因此具备与偏振复用irz-bpsk信号同等的抗非线性。光发送装置100中，通过经波形转换部113的波形转换、极性反转部114的极性反转、以及通道替换部116的通道的替换，对各通道的信号附加相位旋转和偏振旋转。

另外，关于相位旋转和偏振旋转，可通过光接收装置300的接收电气处理部310的适应均化部312的适应均化处理来进行补偿。接收电气处理部310的适应均化部312进行适应均化处理，该适应均化处理对由光发送装置100附加于电气数字信号的相位旋转和偏振旋转进行补偿。适应均化部312例如可通过“(eh[t]+ev[t])/2”的运算来复原ax[t]，可通过“(eh[t+ts/2]－ev[t+ts/2])/(2j)”的运算来复原ay[t]。

这里，延迟附加部115优选对提供给xi，xq，yi，yq的各通道的延迟量进行校正，以使得相比于初始条件的延迟调整值的绝对值最小。实施方式2中，延迟附加部115将各通道的相对延迟量设为xi：0、xq：0、yi：ts/2、yq：ts/2，但是该设置是一个示例，也可设为xi：－ts/4、xq：－ts/4、yi：ts/4、yq：ts/4。

实施方式2中，4通道光信号的切换速度是每一个通道的2倍。因此，根据数据模式而变化的偏振状态的变化速度也变为2倍。由此，由于偏振状态固定，因此能够使传输部200产生的光纤非线性光学现象的影响随机化并得以减小。由此，在通过延迟附加部115使4通道多值信号延迟的情况下，从光信号生成部120输出的光信号的信号切换速度、与实施方式1那样没有利用延迟附加部115使4通道多值信号延迟时从光信号生成部120输出的光信号的信号切换速度相比变为m倍，这里为2倍。另外，m的值是比1大的正数。

如上所述，根据本实施方式，由发送电气处理部110和可用通用元器件构成且可与其他调制方式互换的光信号生成部120构成的光发送装置100将2通道的2值数据信号各自复制成两个，构成4通道的2值数据信号，对4通道的2值数据信号进行向3值以上的波形的转换、极性反转、延迟附加、以及通道替换，基于所生成的4通道的多值信号来生成光信号，并对合成4通道的光信号而得的信号进行传输。由此，光发送装置100能够用通用性较高的简单的元器件结构来生成和发送可与偏振复用irz－bpsk信号同等以上地减少长距离光纤传输时产生的非线性光学现象的、抑制接收信号的品质变差的光信号。此外，能够实现光传输系统1的低成本化和传输距离延伸化。此外，与实施方式1相比，能够加快4通道光信号的切换速度。

光发送装置100能够在不使用没有通用性的光学偏振波间延迟差附加用元器件的情况下生成和输出光信号，并且能够避免因偏振波间延迟差附加量的偏差而引起的信号品质变差。

实施方式3

实施方式3中，关于在光发送装置100的发送电气处理部110的延迟附加部115中，对输入的4通道多值信号附加延迟的情况下，不同于实施方式2的示例进行说明。另外，光传输系统1及各装置的结构与实施方式1相同。对与实施方式1不同的部分进行说明。

与实施方式1的差别在于延迟附加部115的设定。延迟附加部115针对从极性反转部114输入的以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号，在4通道间附加延迟。实施方式3中，延迟附加部115对yi通道和yq通道进行1/2码元、即ts/2的延迟附加。并且，延迟附加部115对xq通道和yq通道进行1/4码元、即ts/4的延迟附加。yq通道中的延迟量总计为3/4码元、即3ts/4。延迟附加部115将以2样本/码元的方式表现的4通道多值信号输出至通道替换部116。

接着，对通过实施方式3的光发送装置100的各结构的处理而产生的信号的变化的示例进行说明。

图19是表示实施方式3的波形转换部113、极性反转部114、以及延迟附加部115处理后的4通道多值信号的一个示例的图。与实施方式1相同，对于4通道，波形转换部113均在各码元间的中间插入零点来进行rz化。并且是极性反转部114仅对yq通道进行极性反转的示例。延迟附加部115在实施方式3中，对xq通道进行1/4码元即ts/4的延迟附加，对yi通道进行1/2码元即ts/2的延迟附加，对yq通道进行3/4码元即3ts/4的延迟附加。由此，在实施方式3中，xi通道的信号可表现为ax[t]，xq通道的信号可表现为ax[t－ts/4]，yi通道的信号可表现为ay[t－ts/2]，yq通道的信号可表现为－ay[t－3ts/4]。

图20是按光信号的通道来表示实施方式3的通道替换部116和光信号生成部120处理后的信号的一个示例的图。光信号的4个通道设为hi、hq、vi、vq。图20中，通道替换部116是对图19所示的xi，xq，yi，yq，按照hi＝xi、hq＝yi、vi＝xq、vq＝yq的方式进行了通道替换的示例。图20中的eh[t]＝ax[t]+jay[t－ts/2]以及ev[t]＝ax[t－ts/4]－jay[t－3ts/4]是以复合电场振幅来表现h偏振波和v偏振波的光信号的数学式。实施方式3中，光信号生成部120以线性方式进行光信号的生成处理，进行振幅的标准化。这里，j为虚数单位。这相当于对y偏振信号进行90度相位旋转、在x/y偏振波间赋予ts/2的延迟差、使以x/y偏振波的方式表现的信号进行45度偏振旋转、并在h/v偏振波间赋予ts/4的延迟差的处理。对rz化后的x/y偏振信号间赋予延迟差ts/2等于生成偏振复用irz信号。此外，由于也对h/v偏振波间赋予延迟差，因此可期待使光纤非线性光学现象产生的波形失真分散的效果。

图21是表示实施方式3的信号点配置的示例的图。图15是将表示光信号的以通道为单位的时间波形的图19以偏振波为单位重新表现为信号点配置而得到的图。对于h偏振波和v偏振波，码元中央均取使qpsk信号进行45度相位旋转后的点。此外，h偏振波与v偏振波之间具有ts/4的延迟差。虽然与qpsk信号相比信号点配置不同，但由于在i轴/q轴以无相关、均等的方式进行信号点配置，因此，能够利用偏振复用i/q调制器作为光调制器。作为光调制器控制，也可使用qpsk用的控制，与其他的调制方式具有互换性。此外，如上所述，实施方式3中，是对偏振复用irz-bpsk信号增加了相位旋转、偏振旋转、以及与信号偏振波具有45度偏移的偏振面上的偏振波间延迟差后的信号，因此具备与偏振复用irz-bpsk信号同等以上的抗非线性。光发送装置100中，通过波形转换部113的波形转换、极性反转部114的极性反转、延迟附加部115的延迟附加、以及通道替换部116的通道的替换，对各通道的信号附加相位旋转、偏振旋转、以及对多个偏振面附加偏振波间延迟差。

另外，关于相位旋转、偏振旋转、以及偏振波间延迟差，可通过光接收装置300的接收电气处理部310的适应均化部312的适应均化处理来进行补偿。接收电气处理部310的适应均化部312进行适应均化处理，该适应均化处理对由光发送装置100附加于电气数字信号的相位旋转、偏振旋转及对多个偏振面的偏振波间延迟差进行补偿。适应均化部312例如可通过“(eh[t]+ev[t+ts/4])/2”的运算来复原ax[t]，可通过“(eh[t+ts/2]－ev[t+3ts/4])/(2j)”的运算来复原ay[t]。

这里，延迟附加部115优选对提供给xi，xq，yi，yq的各通道的延迟量进行校正，以使得相比于初始条件的延迟调整值的绝对值最小。实施方式3中，延迟附加部115将各通道的相对延迟量设为xi：0、xq：ts/4、yi：ts/2、yq：3ts/4，但是该设置是一个示例，也可设为xi：－3ts/8、xq：－ts/8、yi：ts/8、yq：3ts/8。

实施方式3中，4通道光信号的切换速度是每一个通道的4倍。因此，根据数据模式而变化的偏振状态的变化速度也变为4倍。由此，由于偏振状态固定，因此能够使产生的光纤非线性光学现象的影响随机化并得以减小。由此，在通过延迟附加部115使4通道多值信号延迟的情况下，从光信号生成部120输出的光信号的信号切换速度、与实施方式1那样没有利用延迟附加部115使4通道多值信号延迟时从光信号生成部120输出的光信号的信号切换速度相比变为m倍，这里为4倍。

接着，对光发送装置100的硬件结构进行说明。图22和图23是表示实现实施方式1至实施方式3的光发送装置100的硬件的结构例的图。光发送装置100中的光信号生成部120是光发送机81。光发送装置100中的发送电气处理部110的码元映射部111、数据复制部112、波形转换部113、极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116的功能由处理电路82来实现。即，光发送装置100具备处理电路82，该处理电路82用于对从外部输入的信号进行码元映射，进行增加通道数的复制处理，进行零点插入的波形转换，反转任意通道的信号的极性，对通道间附加延迟，进行通道替换。处理电路82可以是专用的硬件，也可以是执行存储器84中所存储的程序的处理器83和存储器84。处理器83可以是cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、或者dsp(digitalsignalprocessor：数字信号处理器)等。

在处理电路82是专用的硬件的情况下，处理电路82例如是单一电路、复合电路、程序化处理器、串联程序化处理器、asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)、fpga(fieldprogrammablegatearray：现场可编程门阵列)、或它们的组合。可以利用处理电路82分别实现发送电气处理部110的码元映射部111、数据复制部112、波形转换部113、极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116各部的功能，也可以将各部的功能汇总到处理电路82中实现。

在处理电路82为cpu等的情况下，发送电气处理部110的码元映射部111、数据复制部112、波形转换部113、极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116的功能可通过软件、固件、或者软件和固件的组合来实现。软件、固件被记载为程序，并存储于存储器84。处理电路82通过利用处理器83读取存储器84中所存储的程序并进行执行来实现各部的功能。即，光发送装置100具备用于存储程序的存储器，在由处理电路82执行该程序时，其结果是如下步骤得到执行：对从外部输入的信号进行码元映射的步骤、进行增加通道数的复制处理的步骤、进行零点插入的波形转换的步骤、进行反转任意通道的信号的极性的步骤、对通道间附加延迟的步骤、以及进行通道替换的步骤。并且，这些程序也可认为是可使计算机执行发送电气处理部110的码元映射部111、数据复制部112、波形转换部113、极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116的步骤和方法的程序。这里，存储器84例如是rom(readonlymemory：只读存储器)、ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、闪存、eprom(erasableprogrammablerom：可擦写可编程只读存储器)、eeprom(electricallyerasableprogrammablerom：电可擦写可编程只读存储器)等非易失性或易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、cd、小型磁盘、以及dvd(digitalversatiledisc：数字通用光盘)等。

另外，关于发送电气处理部110的码元映射部111、数据复制部112、波形转换部113、极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116的各功能，可设为利用专用的硬件来实现其中的一部分，利用软件或固件来实现其中的一部分。例如，利用作为专用的硬件的处理电路82来实现码元映射部111、数据复制部112、以及波形转换部113的功能，而对于极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116则通过利用处理电路82读取存储器84中所存储的程序并进行执行来实现它们的功能。

由此，处理电路82能够通过硬件、软件、固件、或它们的组合来实现上述各功能。

接着，对光接收装置300的硬件结构进行说明。图24和图25是表示实现实施方式1至实施方式3的光接收装置300的硬件的结构例的图。光接收装置300中的光信号检测部320是光接收机91。光接收装置300中的接收电气处理部310的波形均化部313、适应均化部312以及码元解映射部311的功能由处理电路92来实现。即，光接收装置300具备用于进行波形均化处理、进行适应均化处理、进行码元解映射的处理电路92。处理电路92、处理器93、以及存储器94的结构与上述处理电路82、处理器83、以及存储器84的结构相同，因此省略详细说明。

如上所述，根据本实施方式，由发送电气处理部110和可用通用元器件构成且可与其他调制方式互换的光信号生成部120构成的光发送装置100将2通道的2值数据信号各自复制成两个，构成4通道的2值数据信号，对4通道的2值数据信号进行向3值以上的波形的转换、极性反转、延迟附加、以及通道替换，基于所生成的4通道的多值信号来生成光信号，并对合成4通道的光信号后的信号进行传输。由此，光发送装置100能够用通用性较高的简单的元器件结构来生成和发送可与偏振复用irz－bpsk信号同等以上地减少长距离光纤传输时产生的非线性光学现象的、可抑制接收信号的品质变差的光信号。此外，能够实现光传输系统1的低成本化和传输距离延伸化。此外，与实施方式2相比，能够加快4通道光信号的切换速度。

光发送装置100能够在不使用没有通用性的光学的偏振波间延迟差附加用元器件的情况下生成和输出光信号，并且能够避免因偏振波间延迟差附加量的偏差而引起的信号品质变差。

另外，在码元映射部111、数据复制部112、波形转换部113、极性反转部114、延迟附加部115、以及通道替换部116中，当然也能够进行实施方式1至实施方式3所记载的处理例以外的处理。尤其是延迟附加部115中的延迟附加量，可根据传输条件进行任意的最优化。

此外，实施方式1至实施方式3中，对偏振复用rz-bpsk信号和偏振复用irz-bpsk信号的代替方法进行了记载，但除了实施方式1至实施方式3所记载的内容之外，例如通过将码元映射部111变更为与偏振复用qpsk、偏振复用m值qam、或任意的调制方式相对应的结构，从而也能够部分地利用本发明。即，有助于通过rz化、偏振旋转、偏振波间延迟差附加等进行接收信号品质的改善。

本发明中，由于通过电气处理来执行rz化和延迟差附加等，因此能够抑制以往由光学元器件的成品率等引起并产生的恶化。

本发明中，假设将每信道的符率主要用作为1gsymbol/s到100gsymbol/s的范围。但本发明的符率并不限于上述范围。也可能有多个信道间不同符率的信号混合存在的情况。

本发明的光发送装置、光接收装置、光传输系统和光传输方法对长距离大容量光传输有用。

上述实施方式所示的结构是本发明内容的一个示例，可以与其他公知技术进行组合，当然也可以在不脱离本发明的要点的范围内省略、变更结构中的一部分。

标号说明

1光传输系统，51数模转换器，52调制器驱动器，53光源，54偏振复用i/q光调制器，61局部起振光源，62相干接收机，63模数转换器，100光发送装置，110发送电气处理部，120光信号生成部，111码元映射部，112数据复制部，113波形转换部，114极性反转部，115延迟附加部，116通道替换部，200传输部，300光接收装置，310接收电气处理部，311码元解映射部，312适应均化部，313波形均化部，320光信号检测部。