特開 2025-6142 偏波変動監視装置、通信システム、偏波変動監視方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025006142

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】偏波変動監視装置、通信システム、偏波変動監視方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/077 20130101AFI20250109BHJP

   H04J 14/06 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

H04B10/077 150

H04J14/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023106756

(22)【出願日】2023-06-29

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ２０２３年３月７日開催「２０２３年電子情報通信学会総合大会」にて発表

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ研究開発促進事業 委託研究 令和４年度、国立研究開発法人情報通信研究機構 研究開発課題名：Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ超高速・大容量ネットワークを実現する光ネットワークコントローラ技術の研究開発 研究開発項目１ 光ネットワークのコントローラ技術 副題：オンデマンドにＥｎｄ－ｔｏ－Ｅｎｄ光波長パスの設定・管理を行う光ネットワークコントローラ技術の研究開発」産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 雄佑

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA42

5K102AD01

5K102AD15

5K102LA22

5K102LA33

5K102LA52

5K102PH13

5K102PH23

5K102PH25

5K102PH31

5K102PH47

5K102PH48

5K102RD26

5K102RD28

(57)【要約】

【課題】煩雑な計算を必要とせずに、精度よく偏波変動周波数を推定することを可能にする。
【解決手段】光源３０は、伝送路１３に光信号を出力する。偏光特性測定部２１は、伝送路１３を伝送された光信号の偏光特性を測定する。フーリエ変換部２２は、偏光特性測定部２１で測定された偏光特性をフーリエ変換する。変動推定部２３は、フーリエ変換部２２でフーリエ変換された偏光特性に基づいて、伝送路１３で生じる偏波変動周波数を推定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

伝送路を伝送された光信号の偏光特性を測定する偏光特性測定部と、
前記測定された偏光特性をフーリエ変換するフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換された偏光特性に基づいて、前記伝送路で生じる偏波変動周波数を推定する変動推定部とを有する偏波変動監視装置。

【請求項2】

前記変動推定部は、前記フーリエ変換された偏光特性においてピークを検索し、該検索されたピークの位置の周波数を、前記偏波変動周波数として推定する、請求項１に記載の偏波変動監視装置。

【請求項3】

前記光信号を増幅し、増幅された光信号を前記偏光特性測定部に出力する増幅器を更に有する、請求項１又は２に記載の偏波変動監視装置。

【請求項4】

前記偏光特性測定部は、ストークスパラメータの１つ以上を、前記偏光特性として測定する、請求項１又は２に記載の偏波変動監視装置。

【請求項5】

前記偏光特性測定部は、ポラリメータである、請求項４に記載の偏波変動監視装置。

【請求項6】

前記偏光特性測定部は、前記光信号うちの所定の偏光方向の成分を透過させる偏光子と、前記偏光子を透過した光信号を検出するフォトディテクタと、前記フォトディテクタを用いて検出された光信号に基づいて前記ストークスパラメータの１つ以上を演算する演算器とを含む、請求項４に記載の偏波変動監視装置。

【請求項7】

前記光信号は、前記伝送路を伝送される、光送信機と光受信機との間で送受信される偏波多重信号の波長とは異なる波長の信号である、請求項１又は２に記載の偏波変動監視装置。

【請求項8】

偏波多重信号を送信する送信機と、
伝送路を介して前記送信機から送信された偏波多重信号を受信する受信機と、
請求項１又は２に記載の偏波変動監視装置と、
前記光信号を前記伝送路に出力する光源とを備える通信システム。

【請求項9】

伝送路を伝送された光信号の偏光特性を測定し、
前記測定された偏光特性をフーリエ変換し、
前記フーリエ変換された偏光特性に基づいて、前記伝送路で生じる偏波変動周波数を推定する偏波変動監視方法。

【請求項10】

伝送路を伝送された光信号の偏光特性を取得し、
前記取得された偏光特性をフーリエ変換し、
前記フーリエ変換された偏光特性に基づいて、前記伝送路で生じる偏波変動周波数を推定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、偏波変動監視装置、通信システム、偏波変動監視方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

通信システム大容量化のため、偏波多重デジタルコヒーレント通信が導入されている。偏波多重デジタルコヒーレント通信において、伝送される信号に偏波状態（ＳＯＰ：state of polarization）変動が生じることがある。ＳＯＰ変動をもたらす要因は、工事振動、雷、車の通行、地震、及び風などの要因を含む。急速なＳＯＰ変動が生じると、等化処理における偏波補償が偏波変動に追従できず、エラーとなることがある。従って、偏波変動を監視し、エラーとなるような偏波変動が発生したときに、これを検知するモニタシステムが重要である。

【0003】

関連技術として、特許文献１は、偏波変動箇所を推定する方法を開示する。特許文献１において、光源は、識別可能に異なる信号光を光ファイバに順次に出力する。取得部は、信号光ごとに、信号光に対する光ファイバでの散乱光から信号光ごとの偏波状態を取得する。取得部は、例えばストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３を偏波状態として取得する。推定部は、取得された信号光ごとの時間対応の偏波状態を、光ファイバでの散乱光の反射地点が識別可能な距離対応の偏波状態に変換し、変換後の距離対応の偏波状態から偏波状態が変動する地点を偏波変動箇所として推定する。

【0004】

別の関連技術として、非特許文献１は、インライン偏波モニタリングスキームを開示する。非特許文献１では、偏波状態の監視にOptical Supervisory Channel（ＯＳＣ）が用いられる。ＯＳＣは、一般に、主信号の帯域外の波長１５１０ｎｍの光信号で実装される。ＯＳＣ光信号は、スパンごとに、光ファイバに挿入され、光ファイバから取り出される。ＯＳＣ光信号は、偏光ビームスプリッタを用いて２つの光信号に分離され、分離された２つの光信号は、２つのフォトディテクタを用いてそれぞれ検出される。処理部は、２つのフォトディテクタの検出信号の差分に基づいて、偏波回転速度を計算する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１３４１６１号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】J. E. Simsarian and P. J. Winzer, “Shake Before Break: Per Span Fiber Sensing with In Line Polarization Monitoring”, OFC2017, M2E.6.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

非特許文献１には、２つのフォトディテクタの検出信号の差分に基づいて計算される偏波回転速度と、ストークパラメータＳ１－Ｓ３から計算される偏波回転速度と、２つのストークパラメータから計算される偏波回転速度とを比較した結果が開示される。非特許文献１に記載されるように、２つのフォトディテクタの検出信号の差分に基づいて計算される偏波回転速度は、ストークパラメータＳ１－Ｓ３から計算される偏波回転速度に比べて、精度が低い。また、２つのストークスパラメータに基づいて計算される偏波回転速度も、ストークパラメータＳ１－Ｓ３から計算される偏波回転速度に比べて、精度が低い。しかしながら、偏波回転速度がストークパラメータＳ１－Ｓ３から計算される場合、偏波回転速度の精度は高いものの、計算が煩雑であるという問題がある。

【0008】

本開示は、上記事情に鑑み、煩雑な計算を必要とせずに、精度よく偏波変動周波数を推定できる偏波変動監視装置、通信システム、偏波変動監視方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示は、伝送路を伝送された光信号の偏光特性を測定する偏光特性測定部と、前記測定された偏光特性をフーリエ変換するフーリエ変換部と、前記フーリエ変換された偏光特性に基づいて、前記伝送路で生じる偏波変動周波数を推定する変動推定部とを含む偏波変動監視装置を提供する。

【0010】

本開示は、偏波多重信号を送信する送信機と、伝送路を介して前記送信機から送信された偏波多重信号を受信する受信機と、上記偏波変動監視装置と、前記光信号を前記伝送路に出力する光源とを含む通信システムを提供する。

【0011】

本開示は、伝送路を伝送された光信号の偏光特性を測定し、前記測定された偏光特性をフーリエ変換し、前記フーリエ変換された偏光特性に基づいて、前記伝送路で生じる偏波変動周波数を推定することを含む偏波変動監視方法を提供する。

【0012】

本開示は、伝送路を伝送された光信号の偏光特性を取得し、前記取得された偏光特性をフーリエ変換し、前記フーリエ変換された偏光特性に基づいて、前記伝送路で生じる偏波変動周波数を推定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。

【発明の効果】

【0013】

本開示に係る偏波変動監視装置、通信システム、偏波変動監視方法、及びプログラムは、煩雑な計算を必要とせずに、精度よく偏波変動周波数を推定できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示に係る通信システムを概略的に示すブロック図。

【図2】本開示に係る第１の通信システムの構成例を示すブロック図。

【図3】光送信機の構成例を示すブロック図。

【図4】光受信機の構成例を示すブロック図。

【図5】デジタル信号処理部の構成例を示すブロック図。

【図6】偏波変動監視装置の構成例を示すブロック図。

【図7】実験に用いられたシステムを示すブロック図。

【図8】ストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形を示すグラフ。

【図9】ストークスパラメータＳ２のＦＦＴ波形を示すグラフ。

【図10】ストークスパラメータＳ３のＦＦＴ波形を示すグラフ。

【図11】ストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形を示すグラフ。

【図12】ストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形を示すグラフ。

【図13】偏波変動監視装置の動作手順を示すフローチャート。

【図14】ストークスパラメータ測定装置の構成例を示すブロック図。

【図15】本開示の第２の通信システムで用いられる偏波変動監視装置の構成例を示すブロック図。

【図16】実験で得られたストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形を示すグラフ。

【図17】コンピュータ装置の構成例を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本開示の実施の形態の説明に先立って、本開示の概要を説明する。図１は、本開示に係る通信システムを概略的に示す。通信システム１０は、送信機１１、受信機１５、偏波変動監視装置２０、及び光源３０を有する。送信機１１と受信機１５とは、伝送路１３を介して相互に接続されている。送信機１１は、伝送路１３に偏波多重信号を出力する。受信機１５は、送信機１１から送信された偏波多重信号を、伝送路１３を介して受信する。

【0016】

光源３０は、伝送路に、偏波状態の監視に使用される光信号を出力する。光源３０から出力される光信号は、例えば、合波器を用いて伝送路１３に挿入され、フィルタを用いて伝送路１３から分岐される。光源３０から出力された光信号は、伝送路の少なくとも一部を伝送され、偏波変動監視装置２０に入力される。

【0017】

偏波変動監視装置２０は、偏光特性測定部２１、フーリエ変換部２２、及び変動推定部２３を有する。偏光特性測定部２１は、光源３０から出力され、伝送路を伝送された光信号の偏光特性を測定する。フーリエ変換部２２は、測定された偏光特性をフーリエ変換する。変動推定部２３は、フーリエ変換された偏光特性に基づいて、伝送路１３で生じる偏波変動周波数を推定する。

【0018】

本開示では、フーリエ変換部２２は、偏光特性測定部２１で測定された偏光特性をフーリエ変換する。変動推定部２３は、フーリエ変換された偏光特性に基づいて、偏波変動周波数を推定する。本開示では、偏波変動周波数の推定にフーリエ変換が使用されており、本開示に係る偏波変動監視装置２０は、ストークスパラメータの全てを計算しなくても、フーリエ変換された偏光特性の波形から、偏波変動周波数を推定できる。従って、偏波変動監視装置２０は、煩雑な計算を必要とせずに、精度よく偏波変動周波数を推定できる。

【0019】

以下、本開示の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の記載及び図面は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素、及び同様な要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

【0020】

本開示の第１実施形態を説明する。図２は、本開示に係る第１の通信システムの構成例を示す。本実施形態において、通信システムは、偏波多重多値変調方式が採用され、コヒーレント受信を行う光ファイバ通信システムであることを想定する。また、通信システムは、Wavelength Division Multiplexing（ＷＤＭ）方式で、複数の波長の光信号が多重化される通信システムであることを想定する。多重化の方式はＷＤＭ方式には限定されず、複数の光信号は、空間多重方式により多重化されてもよい。

【0021】

光ファイバ通信システム１００は、複数の光送信機１１０、マルチプレクサ１２０、伝送路１３０、デマルチプレクサ１４０、及び複数の光受信機１５０を有する。光ファイバ通信システム１００は、例えば陸上メトロ用通信システム、或いは光海底ケーブルシステムを構成する。光ファイバ通信システム１００は、図１に示される通信システム１０に対応する。

【0022】

光送信機１１０は、複数の送信データを、偏波多重信号に変換する。マルチプレクサ１２０は、複数の光送信機１１０から出力される複数の偏波多重信号を多重化する。伝送路１３０は、マルチプレクサ１２０から出力される光信号を光受信機１５０に伝送する。光送信機１１０は、Ｔｘとも呼ばれる。光送信機１１０は、図１に示される送信機１１に対応する。

【0023】

伝送路１３０は、光ファイバ１３２、及び光増幅器１３３を有する。光ファイバ１３２は、光送信機１１０から送信された光信号を導波する。光増幅器１３３は、光信号を増幅し、光ファイバ１３２における伝搬損失を補償する。光増幅器は１３３、例えば、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：erbium doped fiber amplifier）として構成される。伝送路１３０は、図１に示される伝送路１３に対応する。

【0024】

デマルチプレクサ１４０は、ＷＤＭで多重化された偏波多重信号を逆多重化し、ＷＤＭで多重化された偏波多重信号を、複数の偏波多重信号に変換する。デマルチプレクサ１４０は、複数の偏波多重信号を複数の光受信機１５０に出力する。各光受信機１５０は、対応する光送信機１１０から送信された偏波多重信号を受信する。光受信機１５０は、Ｒｘとも呼ばれる。光受信機１５０は、図１に示される受信機１５に対応する。

【0025】

なお、図２には、光ファイバ通信システム１００が、光送信機１１０及び光受信機１５０を３つずつ有する例が示されているが、光送信機１１０及び光受信機１５０の数は３つには限定されない。また、図２には、伝送路１３０が３つの光増幅器１３３を有する例が示されているが、伝送路１３０における光増幅器１３３の数は３つには限定されない。

【0026】

図３は、光送信機１１０の構成例を示す。光送信機１１０は、符号化部１１１、予等化部１１２、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ：Digital analog converter）１１３、光変調器１１４、及びレーザダイオード（ＬＤ：Laser diode）１１５を有する。符号化部１１１は、データを符号化する。符号化部１１１は、例えば、Ｘ偏波及びＹ偏波の同相（Ｉ：in-phase）成分、及び直交（Ｑ：quadrature）成分の４系列の信号を出力する。

【0027】

予等化部１１２は、符号化された４系列の信号に対し、光送信機内のデバイスの歪みなどをあらかじめ補償する予等化を実施する。予等化部１１２は、例えば、Ｉ成分及びＱ成分を入出力とするmultiple-input and multiple-output（ＭＩＭＯ）フィルタを偏波ごとに有する。ＭＩＭＯフィルタは、各偏波においてＩ成分及びＱ成分に生じる歪み、及びＩＱ間に生じるクロストークなど、光送信機１１０内で生じる歪みを補償する。

【0028】

ＤＡＣ１１３は、予等化が実施された４系列の信号を、それぞれアナログ電気信号に変換する。ＤＡＣ１１３は、光変調器１１４に、変換したアナログ電気信号を入力する。ＤＡＣ１１３と光変調器１１４との間には電気増幅器が配置されており、光変調器１１４には、電気増幅器によって振幅が増幅されたアナログ電気信号が入力される。

【0029】

ＬＤ１１５は、Continuous wave（ＣＷ）光を出力する。光変調器１１４は、ＬＤ１１５から出力されたＣＷ光を、ＤＡＣ１１３から入力される４系列のアナログ電気信号に応じて変調し、偏波多重quadrature-amplitude modulation（ＱＡＭ）信号などの偏波多重光号を生成する変調器である。光変調器１１４は、例えばマッハツェンダ（ＭＺ：Mach-Zehnder）変調器を含む。光変調器１１４は、生成した偏波多重信号をマルチプレクサ１２０に出力する。

【0030】

図４は、光受信機１５０の構成例を示す。光受信機１５０は、ＬＤ１５１、コヒーレント受信機１５２、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ：Analog digital converter）１５３、デジタル信号処理部１５４、及び復号部１５５を有する。ＬＤ１５１は、ローカルオシレータ光となるＣＷ光を出力する。コヒーレント受信機１５２は、偏波ダイバーシティ型コヒーレント受信機として構成される。コヒーレント受信機１５２は、ＬＤ１５１から出力されるＣＷ光を用いて、光ファイバ１３２を伝送された光信号に対してコヒーレント検波を実施する。コヒーレント受信機１５２は、コヒーレント検波されたＸ偏波及びＹ偏波のＩ成分及びＱ成分に相当する４系列の受信信号（電気信号）を出力する。

【0031】

ＡＤＣ１５３には、電気増幅器を介して、コヒーレント受信機１５２から出力される受信信号が入力される。ＡＤＣ１５３は、コヒーレント受信機１５２から出力される受信信号をサンプリングし、受信信号をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ１５３は、変換したデジタル信号を、デジタル信号処理部１５４に出力する。デジタル信号処理部１５４は、ＡＤＣ１５３でサンプリングされた４系列の受信信号に対してデジタル信号処理を行い、受信信号を復調する。デジタル信号処理部１５４は等化フィルタを含み、等化フィルタはデジタル信号に含まれる各種歪みを補償する。

【0032】

図５は、デジタル信号処理部１５４の構成例を示す。デジタル信号処理部１５４は、Ｘ偏波及びＹ偏波のそれぞれに対して配置される波長分散補償フィルタ１６１Ｘ及び１６１Ｙ、及びキャリア位相補償フィルタ１６３Ｘ及び１６３Ｙを有する。また、デジタル信号処理部１５４は、偏波変動補償フィルタ１６２を有する。

【0033】

デジタル信号処理部１５４には、ＡＤＣ１５３から出力される、Ｘ偏波のＩＱ成分及びＹ偏波のＩＱ成分がそれぞれ複素数信号に変換されたＸ偏波の複素数データ及びＹ偏波の複素数データが入力される。デジタル信号処理部１５４において、波長分散補償フィルタ１６１Ｘ及び１６１Ｙと、偏波変動補償フィルタ１６２と、キャリア位相補償フィルタ１６３Ｘ及び１６３Ｙとは、入力信号に対して縦列に接続される。これらフィルタは、適応多層フィルタを構成する。

【0034】

波長分散補償フィルタ１６１Ｘ及び１６１Ｙは、偏波ごとに、光ファイバ伝送中に波長分散に起因して生じる信号歪みを補償する。波長分散補償フィルタ１６１Ｘ及び１６１Ｙは、Chromatic Dispersion Compensation（ＣＤＣ）フィルタとも呼ばれる。波長分散補償フィルタ１６１Ｘ及び１６１Ｙの係数は、波長分散に起因する歪みの物理モデルなどに基づいて設定される。波長分散に起因する歪みは固定的であり、波長分散補償フィルタ１６１Ｘ及び１６１Ｙは、静的なフィルタとして取り扱われる。

【0035】

偏波変動補償フィルタ１６２は、複素数信号２入力２出力の複素数係数ＭＩＭＯフィルタとして構成される。偏波変動補償フィルタ１６２は、光ファイバ伝送中に、偏波状態変動及び偏波モードの分散に起因して生じる信号歪みを補償する。キャリア位相補償フィルタ１６３Ｘ及び１６３Ｙは、送信光信号のキャリアと受信側のローカルオシレータ光との間の周波数オフセット及び位相オフセットに起因して生じる信号歪みを補償する。キャリア位相補償フィルタ１６３Ｘ及び１６３Ｙには、例えばＳＬ １×１ １タップFinite Impulse Response（ＦＩＲ）フィルタが使用される。キャリア位相補償フィルタ１６３Ｘ及び１６３Ｙは、Carrier phase recovery（ＣＰＲ）フィルタとも呼ばれる。

【0036】

デジタル信号処理部１５４は、各種歪みを補償した信号を復号部１５５に出力する。復号部１５５は、入力された信号に対して復号を行い、送信されたデータを復元する。復号部１５５は、復号器とも呼ばれる。光受信機１５０において、デジタル信号処理部１５４、及び復号部１５５などの回路は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）などのデバイスを用いて構成され得る。

【0037】

図２に戻り、光ファイバ通信システム１００は、上記した構成要素に加えて、光源１７１、偏波変動監視装置１７２、及び監視光解析装置１７３を有する。光ファイバ通信システム１００は、複数の組の光源１７１、偏波変動監視装置１７２、及び監視光解析装置１７３を有していてもよい。光ファイバ通信システム１００は、例えば、伝送路１３０において、所定のスパンごとに、光源１７１、偏波変動監視装置１７２、及び監視光解析装置１７３の組を有する。図２の例では、光ファイバ通信システム１００は、隣接する２つの光増幅器１３１で区画されるスパンごとに、光源１７１、偏波変動監視装置１７２、及び監視光解析装置１７３の組を１つずつ有する。

【0038】

光源１７１は、所定波長の光信号を出力する。光源１７１は、主信号、すなわち複数の光送信機１１０が出力する偏波多重信号の波長とは異なる波長の光信号を出力する。本実施形態において、光源１７１は、波長１５１０ｎｍの光信号を出力するものとする。光源１７１が出力する光信号は、伝送路における運用設定、及び伝送路の状態監視に用いられるＯＳＣ信号又は監視光信号とも呼ばれる。本実施形態において、光源１７１が出力する光信号は、偏波状態の監視にも使用される。光源１７１が出力する光信号は、光カプラなどの合波器１３４を介して、光ファイバ１３２に挿入される。光源１７１から光ファイバ１３２に挿入された光信号には、光ファイバ１３２の伝送中に、偏波変動が生じ得る。光源１７１は、図１に示される光源３０に対応する。

【0039】

光源１７１から光ファイバ１３２に挿入された光信号は、波長デマルチプレクサや波長選択スイッチなどの分波器１３５を用いて、光ファイバ１３２から選択的に偏波変動監視装置１７２及び監視光解析装置１７３に分岐される。偏波変動監視装置１７２及び監視光解析装置１７３には、光源１７１から出力される例えば波長１５１０ｎｍの光信号が入力される。監視光解析装置１７３は、伝送路の損失に変化がないかを監視する。また、監視光解析装置１７３は、ＥＤＦＡなどの光増幅器１３３を操作する。偏波変動監視装置１７２は、入力される光信号を用いて、光ファイバ１３２における偏波変動を監視する。

【0040】

図６は、偏波変動監視装置１７２の構成例を示す。偏波変動監視装置１７２は、ポラリメータ１８１、ＡＤＣ１８２、Fast Fourier Transformation（ＦＦＴ）１８３、及び変動推定部１８４を有する。偏波変動監視装置１７２は、物理的には１以上のプロセッサと１以上のメモリとを有する装置として構成され得る。偏波変動監視装置１７２の各部の機能の少なくとも一部は、１以上のプロセッサが１以上のメモリから読み出したプログラムに従って動作することで実現され得る。偏波変動監視装置１７２は、図１に示される偏波変動監視装置２０に対応する。

【0041】

ポラリメータ１８１は、入力される光信号の偏光特性を測定する。本実施形態において、ポラリメータ１８１は、ストークスパラメータＳ０－Ｓ３を計算する。ストークスパラメータＳ０－Ｓ３は、Ｘ偏波及びＹ偏波の電界情報Ｅ_０ｘ及びＥ_０ｙをとして、下記式で表される。

ストークスパラメータＳ０は、全体強度に対応する。ストークスパラメータＳ１は、直線偏光の水平成分と垂直成分との差に対応する。ストークスパラメータＳ２は、４５度直線偏光成分に対応する。ストークスパラメータＳ３は、円偏光成分に対応する。

【0042】

ポラリメータ１８１は、上記ストークスパラメータＳ１－Ｓ３のうちの１つ以上をＡＤＣ１８２に出力する。ポラリメータ１８１は、例えばストークスパラメータＳ１をＡＤＣ１８２に出力する。なお、ポラリメータ１８１は、必ずしも上記ストークスパラメータＳ０－Ｓ３を全て計算する必要はない。例えば、ポラリメータ１８１は、ストークスパラメータＳ１－Ｓ３のうちの１つのみを計算してもよい。ポラリメータ１８１は、図１に示される偏光特性測定部２１に対応する。

【0043】

ＡＤＣ１８２は、ポラリメータ１８１から出力されるストークスパラメータをデジタル信号に変換する。ＡＤＣ１８２は、時系列で出力されるストークスパラメータをデジタル信号に変換し、デジタル信号をＦＦＴ１８３に時系列で出力する。ＦＦＴ１８３は、デジタル信号に変換されたストークスパラメータの１つに対してＦＦＴを実施し、ストークスパラメータの１つを周波数領域の信号に変換する。ＦＦＴ１８３は、図１に示されるフーリエ変換部２２に対応する。

【0044】

変動推定部１８４は、ＦＦＴ１８３で周波数領域の信号に変換されたストークスパラメータの１つに基づいて、偏波状態の特性を推定する。本実施形態において、変動推定部１８４は、偏波変動周波数、すなわち偏波変動速度を、偏波状態の特性として推定する。変動推定部１８４は、例えば周波数領域の信号に変換されたストークスパラメータの１つ、すなわちストークスパラメータの１つのＦＦＴ波形において、ピークを検索する。変動推定部１８４は、ピークが検索された場合、そのピークの位置の周波数を、偏波変動速度として推定する。変動推定部１８４は、図１に示される変動推定部２３に対応する。

【0045】

本発明者は、ストークスパラメータのＦＦＴ波形から偏波変動速度が推定できることを確かめるために、実験を実施した。図７は、実験に用いられたシステムを示す。ＬＤ５１０は、波長１５１０ｎｍのレーザ光を出射する。アッテネータ５２０は、ポラリメータ５５０での受光パワーを調整するために、ＬＤ５１０から出射されるレーザ光を減衰させる。変調器５３０は、１５６ＭＨｚのオンオフNon Return to Zero（ＮＲＺ）変調でＬＤ５１０から出力されるレーザ光を変調する。

【0046】

変調器５３０で変調されたレーザ光、すなわち光信号は、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ： Single Mode Fiber）を介して、スクランブラ５４０に入力される。スクランブラ５４０は、任意の周波数で光信号に偏波変動を与える。スクランブラ５４０で偏波変動が与えられた光信号は、ＳＭＦを介してポラリメータ５５０に入力される。

【0047】

ポラリメータ５５０は、入力される光信号に対して、ストークスパラメータＳ１－Ｓ３を計算する。ＡＤＣ５６０は、ストークスパラメータＳ１－Ｓ３を、それぞれアナログ信号からデジタル信号に変換する。ＦＦＴ５７０は、ストークスパラメータＳ１－Ｓ３のうちの１つに対して高速フーリエ変換を実施する。

【0048】

図８は、ストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形を示す。図９は、ストークスパラメータＳ２のＦＦＴ波形を示す。図１０は、ストークスパラメータＳ３のＦＦＴ波形を示す。図８－１０に示されるグラフにおいて、横軸は周波数［ｋＨｚ］を表し、縦軸は強度［ｄＢｍ］を表す。実験において、スクランブラ５４０は、１００ｋＨｚの偏波変動を光信号に与えた。

【0049】

実験の結果、図８－１０に示されるように、ストークスパラメータＳ１－Ｓ３の何れにおいても、ＦＦＴ波形において１００ｋＨｚの位置にピークが観測されることが確かめられた。従って、ストークスパラメータＳ１－Ｓ３のうちの１つを高速フーリエ変換すれば、偏波状態の変動周波数、すなわち偏波変動速度が推定できることが確かめられた。

【0050】

ここで、図２に示される光ファイバ通信システム１００において、光源１７１から光ファイバ１３２に挿入される光信号と主信号との干渉を抑制するために、光ファイバ１３２に挿入される光信号のパワーは、低い方が好ましい。本発明者は、図７に示されるシステムにおいて、アッテネータ５２０の減衰量を調整し、ポラリメータ５５０において、どの程度の受光パワーであれば偏波変動速度の推定が可能かを調べた。

【0051】

図１１は、ポラリメータ５５０での受光パワーが－５ｄＢｍの場合のストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形を示す。図１２は、ポラリメータ５５０での受光パワーが－４０ｄＢｍの場合のストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形を示す。図１１及び図１２に示されるグラフにおいて、横軸は周波数［ｋＨｚ］を表し、縦軸は強度［ｄＢｍ］を表す。実験において、スクランブラ５４０は、５００ｋＨｚの偏波変動を光信号に与えた。

【0052】

図１１に示されるように、ストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形において、５００ＫＨｚの位置にピークが観察された。また、図１２に示されるように、受光パワーが－４０ｄＢｍの場合も、ストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形において、５００ＫＨｚの位置にピークが観察された。従って、図３に示される光ファイバ通信システム１００において、ポラリメータ１８１での受光パワーが－４０ｄＢｍ以上であれば、偏波変動速度の推定が可能であると考えられる。受光パワーが低く設定される場合、光源１７１から光ファイバ１３２に挿入される光信号に起因する主信号の受信品質劣化を抑制することができる。

【0053】

続いて、動作手順を説明する。図１３は、偏波変動監視装置１７２の動作手順を示す。偏波変動監視装置１７２の動作手順は、偏波変動監視方法に対応する。光源１７１は、光ファイバ１３２に例えば波長１５１０ｎｍの光信号を挿入する。ポラリメータ１８１は、光ファイバ１３２を伝送された波長１５１０ｎｍの光信号の偏光特性を測定する（ステップＳ１）。ポラリメータ１８１は、ステップＳ１では、ストークスパラメータＳ１－Ｓ３のうちの１つを測定する。

【0054】

ＡＤＣ１８２は、ステップＳ１で測定された偏光特性を示す信号を、デジタル信号に変換する。ＡＤＣ１８２は、例えばポラリメータ１８１から出力されるストークスパラメータの１つをデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をＦＦＴ１８３に出力する。ＦＦＴ１８３は、ＡＤＣ１８２から入力される、測定された偏光特性を示すデジタル信号を、フーリエ変換する（ステップＳ２）。ＦＦＴ１８３は、ステップＳ２では、例えばストークスパラメータＳ１に対して高速フーリエ変換を実施する。

【0055】

変動推定部１８４は、フーリエ変換された偏光特性に基づいて、偏波変動周波数、すなわち偏波変動速度を推定する（ステップＳ３）。変動推定部１８４は、ステップＳ３では、例えばストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形においてピークを示す周波数を、偏波変動周波数として推定する。変動推定部１８４は、ＦＦＴ波形におけるピーク周波数の強度を時間方向に積分し、推定された偏波変動周波数における偏光特性の変動量を推定してもよい。

【0056】

本実施形態では、ＦＦＴ１８３は、ポラリメータ１８１で測定されたストークスパラメータの１つをＦＦＴする。変動推定部１８４は、ストークスパラメータの１つのＦＦＴ波形から、偏波変動周波数を推定する。変動推定部１８４は、例えば、ＦＦＴ波形におけるピークの位置の周波数を、偏波変動周波数として推定する。本実施形態において、偏波変動監視装置１７２は、ストークスパラメータＳ１－Ｓ３の全てを使用しなくても、ストークスパラメータＳ１－Ｓ３の１つのＦＦＴ波形から、偏波変動周波数を推定できる。

【0057】

非特許文献１との比較では、非特許文献１では、２つのフォトディテクタの検出信号の差分に基づいて偏波変動周波数が計算される。この場合、計算は簡素化できるものの、計算された偏波変動周波数の精度が低い。非特許文献１において、２つのストークパラメータから偏波変動周波数が計算される場合も、同様に、計算は簡素化できるものの、計算された偏波変動周波数の精度が低い。これに対して、本実施形態に係る偏波変動監視装置１７２は、偏波変動周波数の推定に、ストークスパラメータの１つのＦＦＴ波形を使用する。本実施形態に係る偏波変動監視装置１７２は、偏波変動周波数の推定に使用されるストークスパラメータの数を減らして計算を簡素化しつつ、高い精度で偏波変動周波数を推定できる。

【0058】

本実施形態において、光ファイバ通信システム１００は、伝送路１３０における所定の区間ごとに、光源１７１と偏波変動監視装置１７２との組を有する。その場合、区間ごとに、偏波変動の有無、及び偏波変動周波数を監視することができる。このため、偏波変動監視装置１７２のユーザは、どの区間において、どのような周波数の偏波変動があったかを知ることができる。

【0059】

本実施形態において、偏波変動監視装置１７２は、推定した偏波変動周波数に基づいて、光受信機１５０のデジタル信号処理部１５４に含まれる偏波変動補償フィルタ１６２（図５を参照）の係数を制御してもよい。その場合、デジタル信号処理部１５４において、伝送路１３０において生じる偏波変動を、精度よく補償できると考えられる。

【0060】

なお、上記説明では、ストークスパラメータの測定にポラリメータ１８１が使用される例が説明された。しかしながら、本実施形態は、これには限定されない。ストークスパラメータの測定は、偏光子、フォトディテクタ、及び演算器を有する装置を用いて実施されてもよい。

【0061】

図１４は、ストークスパラメータの測定に用いられる装置の構成例を示す。ストークスパラメータ測定装置１８１ａは、スプリッタ３０１、偏光子３０２－３０４、１／４波長板３０５、フォトディテクタ３１１－３１４、ＡＤＣ３２０、及び演算器３３０を有する。スプリッタ３０１は、光ファイバ１３２から分岐された、光源１７１から出力された光信号を、４つの光信号に分岐する。フォトディテクタ３１１は、スプリッタ３０１から入力される光信号を検出し、検出した光信号を電気信号Ｖ０に変換する。

【0062】

偏光子３０２は、スプリッタ３０１から入力される光信号のうち、主軸に対して直交する方向の成分をフォトディテクタ３１２に通過させる。フォトディテクタ３１２は、偏光子３０２を通過した光信号を検出し、検出した光信号を電気信号Ｖ１に変換する。偏光子３０３は、スプリッタ３０１から入力される光信号のうち、主軸に対して４５度傾いた方向の成分をフォトディテクタ３１３に通過させる。フォトディテクタ３１３は、偏光子３０３を通過した光信号を検出し、検出した光信号を電気信号Ｖ２に変換する。

【0063】

１／４波長板３０５は、スプリッタ３０１から入力される光信号の直交する２つの偏光成分に９０度（λ／４）の位相差を与える。偏光子３０４は、１／４波長板３０５を介して入力される光信号のうち、主軸に対して４５度傾いた方向の成分をフォトディテクタ３１４に通過させる。フォトディテクタ３１４は、偏光子３０４を通過した光信号を検出し、検出した光信号を電気信号Ｖ３に変換する。

【0064】

ＡＤＣ３２０は、フォトディテクタ３１１－３１４から出力される電気信号Ｖ０－Ｖ３を、デジタル信号に変換する。演算器３３０は、ＡＤＣ３２０でデジタル信号に変換されたＶ０－Ｖ３を用いて、ストークスパラメータＳ１－Ｓ３の１つを計算する。演算器３３０は、Ｓ１＝２×Ｖ１－Ｖ０によりストークスパラメータＳ１を計算する。演算器３３０は、Ｓ２＝２×Ｖ２－Ｖ０によりストークスパラメータＳ２を計算する。演算器３３０は、Ｓ３＝２×Ｖ４－Ｖ０によりストークスパラメータＳ３を計算する。

【0065】

続いて、本開示の第２実施形態を説明する。図１５は、本開示の第２の通信システムで用いられる偏波変動監視装置の構成例を示す。偏波変動監視装置１７２ａは、図６に示される偏波変動監視装置１７２の構成に加えて、アンプ１８５を有する。偏波変動監視装置１７２ａにおけるポラリメータ１８１、ＡＤＣ１８２、ＦＦＴ１８３、及び変動推定部１８４の動作は、第１実施形態において説明したそれらの動作と同様でよい。

【0066】

アンプ１８５は、光増幅器であり、光ファイバ１３２を伝送された、光源１７１から出力された光信号を増幅する。ポラリメータ１８１は、アンプ１８５で増幅された光信号の偏光特性を測定する。本実施形態では、アンプ１８５で光信号が増幅される。このため、光源１７１から光ファイバ１３２に挿入される光信号のパワーを、第１実施形態に比べて低下させることができる。

【0067】

本発明者は、図７に示されるシステムにおいて、スクランブラ５４０とポラリメータ５５０との間にアンプを有するシステムを用いて実験を行った。アンプの利得は２０ｄＢとした。図１６は、実験で得られたストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形を示す。図１６に示されるグラフにおいて、横軸は周波数［ｋＨｚ］を表し、縦軸は強度［ｄＢｍ］を表す。

【0068】

実験において、スクランブラ５４０は、５００ｋＨｚの偏波変動を光信号に与えた。アッテネータ５２０の減衰量を調整することで、ポラリメータ５５０での受光パワーは－６０ｄＢｍに調整された。その場合、図１６に示されるように、ストークスパラメータＳ１のＦＦＴ波形において、５００ＫＨｚの位置にピークが観察された。実験の結果、光ファイバ１３２に挿入される光信号のパワーを第１実施形態に比べて低下させた場合でも、偏波変動速度の推定が可能であることが確認された。このため、本実施形態は、光源１７１から光ファイバ１３２に挿入される光信号に起因する主信号の受信品質劣化をより抑制することができる。

【0069】

図１７は、偏波変動監視装置１７２として用いられ得るコンピュータ装置の構成例を示す。コンピュータ装置４００は、中央処理部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）４１０、記憶部４２０、Read Only Memory（ＲＯＭ）４３０、Random Access Memory（ＲＡＭ）４４０、通信インタフェース（ＩＦ：Interface）４５０、及びユーザインタフェース４６０を有する。

【0070】

通信インタフェース４５０は、外部装置との通信に使用されるインタフェースである。通信インタフェース４５０は、ＡＤＣ１５３が出力する４系統の受信信号を取得するために使用され得る。ユーザインタフェース４６０は、例えばディスプレイなどの表示部を含む。また、ユーザインタフェース４６０は、キーボード、マウス、及びタッチパネルなどの入力部を含む。

【0071】

記憶部４２０は、各種のデータを保持できる補助記憶装置である。記憶部４２０は、必ずしもコンピュータ装置４００の一部である必要はなく、外部記憶装置であってもよいし、ネットワークを介してコンピュータ装置４００に接続されたクラウドストレージであってもよい。

【0072】

ＲＯＭ４３０は、不揮発性の記憶装置である。ＲＯＭ４３０には、例えば比較的容量が少ないフラッシュメモリなどの半導体記憶装置が用いられる。ＣＰＵ４１０が実行するプログラムは、記憶部４２０又はＲＯＭ４３０に格納され得る。記憶部４２０又はＲＯＭ４３０は、ＣＰＵ４１０に歪み補償及び検出を行う処理を実施させるための各種プログラムを記憶する。

【0073】

上記プログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群、又はソフトウェアコードを含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、Compact Disc (CD)、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、又はその他の形式の伝搬信号を含む。

【0074】

ＲＡＭ４４０は、揮発性の記憶装置である。ＲＡＭ４４０には、Dynamic Random Access Memory（ＤＲＡＭ）又はStatic Random Access Memory（ＳＲＡＭ）などの各種半導体メモリデバイスが用いられる。ＲＡＭ４４０は、データなどを一時的に格納する内部バッファとして用いられ得る。ＣＰＵ４１０は、記憶部４２０又はＲＯＭ４３０に格納されたプログラムをＲＡＭ４４０に展開し、実行する。ＣＰＵ４１０は、データなどを一時的に格納できる内部バッファを有してもよい。

【0075】

なお、上記各実施形態において、偏波変動監視装置１７２は、必ずしも単一の装置として構成されている必要はない。偏波変動監視装置１７２は、物理的に分離された複数の装置を用いて構成されていてもよい。例えば、ＦＦＴ１８３及び変動推定部１８４の機能は、単独のコンピュータ装置においてソフトウェア処理で実現されていてもよい。その場合、コンピュータ装置は、ＡＤＣ１８２を介して、ポラリメータ１８１からストークスパラメータを取得してもよい。

【0076】

以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、本開示は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に対して変更や修正を加えたものも、本開示に含まれる。

【0077】

例えば、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

【0078】

［付記１］
伝送路を伝送された光信号の偏光特性を測定する偏光特性測定部と、
前記測定された偏光特性をフーリエ変換するフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換された偏光特性に基づいて、前記伝送路で生じる偏波変動周波数を推定する変動推定部とを有する偏波変動監視装置。

【0079】

［付記２］
前記変動推定部は、前記フーリエ変換された偏光特性においてピークを検索し、該検索されたピークの位置の周波数を、前記偏波変動周波数として推定する、付記１に記載の偏波変動監視装置。

【0080】

［付記３］
前記光信号を増幅し、増幅された光信号を前記偏光特性測定部に出力する増幅器を更に有する、付記１又は２に記載の偏波変動監視装置。

【0081】

［付記４］
前記偏光特性測定部は、ストークスパラメータの１つを、前記偏光特性として測定する、付記１から３の何れか１項に記載の偏波変動監視装置。

【0082】

［付記５］
前記偏光特性測定部は、ポラリメータである、付記４に記載の偏波変動監視装置。

【0083】

［付記６］
前記偏光特性測定部は、前記光信号うちの所定の偏光方向の成分を透過させる偏光子と、前記偏光子を透過した光信号を検出するフォトディテクタと、前記フォトディテクタを用いて検出された光信号に基づいて前記ストークスパラメータの１つを演算する演算器とを含む、付記４に記載の偏波変動監視装置。

【0084】

［付記７］
前記光信号は、前記伝送路を伝送される、光送信機と光受信機との間で送受信される偏波多重信号の波長とは異なる波長の信号である、付記１から６の何れか１項に記載の偏波変動監視装置。

【0085】

［付記８］
前記光信号は、合波器を用いて前記伝送路に挿入され、分波器を用いて前記伝送路から分岐される、付記１から７の何れか１項に記載の偏波変動監視装置。

【0086】

［付記９］
前記光信号は、前記伝送路に挿入され、前記伝送路の所定のスパンを伝送された後、前記伝送路から分岐される、付記８に記載の偏波変動監視装置。

【0087】

［付記１０］
偏波多重信号を送信する送信機と、
伝送路を介して前記送信機から送信された偏波多重信号を受信する受信機と、
付記１から９の何れか１項に記載の偏波変動監視装置と、
前記光信号を前記伝送路に出力する光源とを備える通信システム。

【0088】

［付記１１］
前記偏波変動監視装置と前記光源との組を、前記伝送路における所定のスパンごとに有する、付記１０に記載の通信システム。

【0089】

［付記１２］
前記受信機は、前記伝送路における偏波変動を補償する偏波変動補償フィルタを有し、
前記偏波変動監視装置は、前記推定した偏波変動周波数に基づいて、前記偏波変動補償フィルタの係数を制御する、付記１０又は１１に記載の通信システム。

【0090】

［付記１３］
伝送路を伝送された光信号の偏光特性を測定し、
前記測定された偏光特性をフーリエ変換し、
前記フーリエ変換された偏光特性に基づいて、前記伝送路で生じる偏波変動周波数を推定する偏波変動監視方法。

【0091】

［付記１４］
伝送路を伝送された光信号の偏光特性を取得し、
前記取得された偏光特性をフーリエ変換し、
前記フーリエ変換された偏光特性に基づいて、前記伝送路で生じる偏波変動周波数を推定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。

【符号の説明】

【0092】

１０：通信システム
１１：送信機
１５：受信機
１３：伝送路
２０：偏波変動監視装置
２１：偏光特性測定部
２２：フーリエ変換部
２３：変動推定部
３０：光源
１００：光ファイバ通信システム
１１０：光送信機
１１１：符号化部
１１２：予等化部
１１３：ＤＡＣ
１１４：光変調器
１１５：ＬＤ
１２０：マルチプレクサ
１３０：伝送路
１３２：光ファイバ
１３３：光増幅器
１３４：合波器
１３５：分波器
１４０：デマルチプレクサ
１５０：光受信機
１５１：ＬＤ
１５２：コヒーレント受信機
１５３：ＡＤＣ
１５４：デジタル信号処理部
１５５：復号部
１６１Ｘ、１６１Ｙ：波長分散補償フィルタ
１６２：偏波変動補償フィルタ
１６３Ｘ、１６３Ｙ：キャリア位相補償フィルタ
１７１：光源
１７２：偏波変動監視装置
１７３：監視光解析装置
１８１：ポラリメータ
１８２：ＡＤＣ
１８３：ＦＦＴ
１８４：変動推定部
１８５：アンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】