(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】偏波変動推定装置及び偏波変動推定方法
(51)【国際特許分類】
H04B 10/079 20130101AFI20231205BHJP
H04B 10/61 20130101ALI20231205BHJP
H04J 14/06 20060101ALI20231205BHJP
G06N 20/00 20190101ALI20231205BHJP
【ＦＩ】
H04B10/079 150
H04B10/61
H04J14/06
G06N20/00 130
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022514338
(86)(22)【出願日】2021-03-04
(86)【国際出願番号】 JP2021008398
(87)【国際公開番号】W WO2021205786
(87)【国際公開日】2021-10-14
【審査請求日】2022-10-03
(31)【優先権主張番号】P 2020069132
(32)【優先日】2020-04-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】100109313
【弁理士】
【氏名又は名称】机 昌彦
(74)【代理人】
【識別番号】100149618
【弁理士】
【氏名又は名称】北嶋 啓至
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 正規
【審査官】赤穂 美香
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１０／０２６８９４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－２１８６４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－４８２６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１５２５５６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ １０／０７９
Ｈ０４Ｂ １０／６１
Ｈ０４Ｊ １４／０６
Ｇ０６Ｎ ２０／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段と、
を備える偏波変動推定装置。
【請求項2】
前記推定手段に入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段をさらに備える、請求項１に記載された偏波変動推定装置。
【請求項3】
前記偏波分離手段で生成された前記光信号とローカル光とのビート光信号を出力する光混合手段を備え、前記光電変換手段は、前記ビート光信号を前記電気信号に変換する、
請求項１又は２に記載された偏波変動推定装置。
【請求項4】
前記電気信号を増幅する増幅手段をさらに備え、前記推定手段は、前記増幅された電気信号の振幅に応じて前記推定を行う、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
【請求項5】
前記増幅手段の利得は、前記増幅された電気信号の振幅が一定となるように制御され、前記推定手段は、前記利得に応じて前記推定を実施する、
請求項４に記載された偏波変動推定装置。
【請求項6】
前記推定手段は、前記電気信号の振幅に基づく周波数スペクトルに応じて前記推定を行う、請求項４又は５に記載された偏波変動推定装置。
【請求項7】
前記推定手段は、前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の偏波変動速度に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記推定を実施する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
【請求項8】
前記推定手段は、前記推定の結果に応じて、前記偏波多重光信号が伝搬した光伝送路の正常性を判断する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
【請求項9】
前記推定手段は、前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の光伝送路の正常状態及び異常状態に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記光伝送路の異常を推定する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
【請求項10】
入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、前記単一偏波の光信号を電気信号に変換し、
前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
偏波変動推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は偏波変動推定装置及び偏波変動推定方法に関し、特に、光伝送システムにおける偏波の変動速度を推定するための装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年の伝送速度が１００Ｇｂｐｓ（Giga bit per second）を超える大容量基幹系光伝送システムでは、偏波多重デジタルコヒーレント方式が用いられる。偏波多重デジタルコヒーレント方式では、光送信機はＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等で変調された２つの光信号を偏波多重して、偏波多重光信号を生成する。光受信機では、受信した偏波多重光信号をコヒーレントレシーバが検波することにより、偏波多重光信号が電気信号であるアナログ信号に変換される。コヒーレントレシーバの後段に位置するアナログデジタル変換器（Analog to Digital Converter、以下「ADC」という。）は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された受信信号は、デジタル信号処理により復調される。
【0003】
偏波多重デジタルコヒーレント方式の光受信機は、偏波多重光信号を、コヒーレントレシーバとデジタル信号処理との組み合わせによって各偏波の信号へ分離する。ここで、光伝送路が偏波多重光信号に与える偏波状態の変動は、デジタル信号処理による偏波分離性能に大きく影響する。従って、伝送路を伝搬した偏波多重光信号の偏波変動速度を正確に推定できることが、光伝送システムの性能確保や故障検知の上では好ましい。
【0004】
本発明に関連して、特許文献１は、コヒーレント方式の光受信機における光信号のパワーモニタに関して記載している。また、特許文献２は、偏波多重された光信号の偏波状態の推定に関して記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１９－０７１６７９号公報
【文献】特開２０１８－１７４４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
一般的な偏波多重デジタルコヒーレント方式では、偏波ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter、以下「PBS」という。）によって偏波多重された光信号の光学的な偏波分離が行われ、その後、デジタル信号処理によって精密な偏波分離が行われる。特許文献２は、有限インパルス応答（Finite Impulse Response、以下「FIR」という。）フィルタを用いた適応等化器を用いて精密な偏波分離を行う一般的なデジタル信号処理の手順について記載している。具体的には、特許文献２は、偏波多重された光信号の偏波状態を、適応等化器のフィルタ係数から推定する手法を提案している。しかし、特許文献２に記載された手順には、以下の課題がある。
【0007】
第１の課題は、受信信号の品質が低く受信信号を復調できない場合は、特許文献２に記載された手順は偏波変動速度を算出できないことである。なぜならば、特許文献２に記載された手順は、適応等化器による受信信号の復調が可能であることを前提とするからである。また、特許文献２に記載された手順は、受信信号の変調方式やシンボルレートが既知でない場合も受信信号を復調できないため、このような場合も偏波変動速度を算出できない。
【0008】
第２の課題は、特許文献２に記載された手順の性能が適応等化器の偏波追従性能に依存することである。例えば、光信号の偏波変動速度が適応等化器を用いて復調可能な速度を超える場合には、特許文献２に記載された手順ではＦＩＲフィルタのタップ係数を適切に設定することができない。このような場合には特許文献２の手順は適用できないため、偏波変動速度を推定できない。
【0009】
このように、特許文献２に記載された偏波変動速度の測定手順には、受信信号の品質の影響や適応等化器の偏波変動への追従能力の制限によって、常に高い精度で偏波変動速度を推定することが困難であるという課題がある。また、特許文献１は、このような課題を解決するための手段を開示していない。
（発明の目的）
本発明は、受信信号の品質に依存せず高い精度で偏波変動速度を推定するための技術を提供することを目的とする。
（発明の目的）
本発明は、受信信号の品質に依存せず高い精度で偏波変動速度を推定するための技術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】
【0010】
本発明の偏波変動推定装置は、入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段と、を備える。
【0011】
本発明の偏波変動推定方法は、入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、生成された前記光信号を電気信号に変換し、前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、手順を含む。
【0012】
本発明の偏波変動推定装置のプログラムは、入力された偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号から変換された電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う手順を実行させる。
【発明の効果】
【0013】
本発明の偏波変動推定装置、偏波変動推定方法及び偏波変動推定装置のプログラムは、受信信号の品質に依存せず高い精度で偏波変動速度を推定することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】光伝送システム１の構成例を示すブロック図である。
【図2】偏波変動推定部２００の構成例を示すブロック図である。
【図3】光ミキサ２２０の構成例を示すブロック図である。
【図4】第２の実施形態の偏波変動推定部２０１の構成例を示すブロック図である。
【図5】増幅器２４０の構成例を示すブロック図である。
【図6】モニタ信号の波形を時間領域から周波数領域に変換する例を示す図である。
【図7】第４の実施形態の偏波変動推定部２０２の構成例を示すブロック図である。
【図8】機械学習における学習フェーズを説明する図である。
【図9】機械学習における運用フェーズを説明する図である。
【図10】第６の実施形態の光受信機２１の構成例を示す図である。
【図11】ＭＩＭＯ等化器２８１の構成例を示す図である。
【図12】第７の実施形態の光伝送システム２の構成例を示すブロック図である。
【図13】中継局４０の構成例を示すブロック図である。
【図14】モニタ回路４０３Ａの構成例を示すブロック図である。
【図15】モニタ回路４０３Ｂの構成例を示すブロック図である。
【図16】モニタ回路４０３Ｃの構成例を示すブロック図である。
【図17】中継局４０Ａの構成例を示すブロック図である。
【図18】第７の実施形態の変形例の光伝送システム３の構成例を示すブロック図である。
【図19】第８の実施形態の偏波変動推定装置５００の構成例を示すブロック図である。
【図20】偏波変動推定装置５００の動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。図中に示された矢印は信号の向きあるいは処理の順序を例示するものであり、これらの限定を意図しない。実施形態及び図面では既出の要素には同一の参照符号を付して、重複する説明は省略する。
【0016】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の光伝送システム１の構成例を示すブロック図である。光伝送システム１は、光送信機１０、光受信機２０及び光伝送路３０を備える。光送信機１０は、入力された伝送データをＸ偏波、Ｙ偏波それぞれの同相（Inphase、以下「I」という。）成分、直交（Quadrature、以下「Q」という。）成分に変換し、XI、XQ、YI、YQそれぞれの電気信号を用いて光変調器を駆動する。さらに、光送信機１０は、変調された光信号を偏波合成することで、偏波多重光信号を生成する。変調方式は、光搬送波に対する位相変調又は強度変調である。生成された偏波多重光信号は光伝送路３０に送出される。
図１は、本発明の光伝送システム１の構成例を示すブロック図である。光伝送システム１は、光送信機１０、光受信機２０及び光伝送路３０を備える。光送信機１０は、入力された伝送データをＸ偏波、Ｙ偏波それぞれの同相（Inphase、以下「I」という。）成分、直交（Quadrature、以下「Q」という。）成分に変換し、XI、XQ、YI、YQそれぞれの電気信号を用いて光変調器を駆動する。さらに、光送信機１０は、変調された光信号を偏波合成することで、偏波多重光信号を生成する。変調方式は、光搬送波に対する位相変調又は強度変調である。生成された偏波多重光信号は光伝送路３０に送出される。
【0017】
光伝送路３０は光ファイバであり、光受信機２０は光伝送路３０を伝搬した偏波多重光信号を受信する。光受信機２０は偏波変動推定部２００及び、アナログデジタル変換器（ADC）２７０、復調部２８０を備える。ＡＤＣ２７０は、偏波変動推定部２００に含まれていてもよい。
【0018】
図２は、偏波変動推定部２００の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定部２００は、偏波分離・信号変換部８００、モニタ信号取得部２５０及び推定演算部２６０を備える。偏波分離・信号変換部８００は光フロントエンド８１０及び増幅器２４０を備える。光フロントエンド８１０は、光伝送路３０から受信した偏波多重光信号をコヒーレント検波して電気信号に変換する。増幅器２４０は、光フロントエンド８１０が生成した電気信号を増幅して出力する。
【0019】
光フロントエンド８１０は、局部発振器（Local Oscillator、以下「LO」という。）２１０、光ミキサ２２０及び光電変換器２３０を備える。ＬＯ２１０は例えば半導体レーザであり、受信された光信号と同一又は近接した波長の光である局部発振光（以下、「LO光」という。）を生成する。
【0020】
図３は、光ミキサ２２０の構成例を示すブロック図である。光ミキサ２２０は、ＰＢＳ２２１及び９０度光ハイブリッド回路２２２を備える。ＰＢＳ２２１は、偏波多重光信号を偏波面が直交する２つの光信号に分離する。直交するそれぞれの偏波はＸ偏波、Ｙ偏波と呼ばれる。分離された２つの光信号は、９０度光ハイブリッド回路２２２においてＬＯ光と混合される。９０度光ハイブリッド回路２２２は、Ｘ偏波の光信号とＬＯ光とのビート光信号、及び、Ｙ偏波の光信号とＬＯ光とのビート光信号を出力する。本実施形態では、９０度光ハイブリッド回路２２２は、ＸＩ信号、ＹＩ信号、ＸＱ信号、ＹＱ信号を出力する。ＸＩ信号は、Ｘ偏波の光信号に含まれる同相信号である。ＸＱ信号は、Ｘ偏波の光信号に含まれる、位相がＩ信号と直交する直交信号である。ＹＩ信号は、Ｙ偏波の光信号に含まれる同相信号である。ＹＱ信号は、Ｙ偏波の光信号に含まれる直交信号である。偏波多重光信号の偏波を分離する手順及び９０度光ハイブリッド回路がＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号を生成する手順はよく知られているため、詳細な説明は省略する。
【0021】
光電変換器２３０、増幅器２４０及びＡＤＣ２７０は、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号のそれぞれについて独立に動作する。光電変換器２３０は、９０度光ハイブリッド回路２２０から出力されたビート光信号を、アナログ電気信号（以下、「アナログ信号」という。）に変換する。光電変換器２３０は、例えばフォトダイオードである。光電変換器２３０から出力された４つのアナログ信号の振幅は、それぞれ、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の振幅に比例する。アナログ信号は、増幅器２４０へ出力される。
【0022】
増幅器２４０は、光電変換器２３０から入力されたＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号に対応するそれぞれのアナログ信号を増幅して、ＡＤＣ２７０へ出力する。ＡＤＣ２７０はアナログデジタル変換器であり、増幅器２４０で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号は、後段の復調部２８０に入力される。
【0023】
上述のように、偏波変動推定部２００は、ＡＤＣ２７０をさらに含んでもよい。また、偏波変動推定部２００は、ＬＯ２１０を含まなくともよい。偏波変動推定部２００は、偏波変動推定装置の一形態である。
【0024】
光伝送路３０に加わる外的な圧力や光伝送路３０の周囲温度の変動等の原因により、偏波多重光信号の偏波面は回転する。このため、光送信機１０において偏波多重された際の偏波多重光信号の偏波面は、光ミキサ２２０においてコヒーレント検波される際のＸ偏波及びＹ偏波の偏波面と必ずしも一致しない。その結果、光ミキサ２２０から出力されるＸＩ信号及びＸＱ信号にはＹ偏波の成分が混在し、ＹＩ信号及びＹＱ信号にはＸ偏波の成分が混在する。復調部２８０は、混在している偏波の成分をデジタル信号処理により分離する。復調部２８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いたデジタル信号処理により、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号に含まれる混在した偏波成分を分離し、伝送されたデータを復調する。
【0025】
一方、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の振幅を示すアナログ信号は、光電変換器２３０の出力から分岐されてモニタ信号取得部２５０へ入力される。モニタ信号取得部２５０へ入力される信号を、以下では「モニタ信号」と呼ぶ。モニタ信号取得部２５０はアナログデジタル変換器を含む電気回路であり、入力されたモニタ信号の振幅をデジタル信号に変換して推定演算部２６０へ出力する。推定演算部２６０はＣＰＵ又はＤＳＰを備える電気回路であり、モニタ信号取得部２５０から入力されたデジタル信号に応じて、偏波多重光信号の偏波変動速度を推定し、推定された偏波変動速度を出力する。
【0026】
光送信機１０、光受信機２０及び光伝送路３０で用いられるデバイスや光ファイバには、光学的特性の偏波依存性や電気デバイスの個体ばらつきに起因する特性変動が、偏波依存損失（Polarization Dependent Loss、以下、「PDL」という。）として現れる。ＰＤＬは偏波多重光信号に偏波間のレベル差を生じさせる。ＰＤＬが存在しない場合には、光ミキサ２２０から出力される各信号の出力レベルは偏波の変動による影響を受けない。しかし、ＰＤＬが存在する場合には、光信号の偏波に応じて光信号に含まれる偏波成分の割合が変化する。その結果、偏波多重光信号の伝搬中の偏波変動に応じて光ミキサ２２０の出力信号に混在する偏波成分が変動する。すなわち、光ミキサ２２０から出力されるＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の振幅は、いずれも、偏波変動に追従して変動する。従って、光ミキサ２２０から出力されるＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の少なくとも１つの振幅の変動（すなわち時間的な波形）を監視することにより、伝搬中の偏波変動速度を推定することができる。偏波変動速度の推定結果は復調部２８０に入力され、偏波多重光信号の精密な偏波分離処理に用いられる。具体的な偏波分離処理の例は後の実施形態で説明する。
【0027】
本実施形態の偏波変動推定部２００は、光信号の種類や状態に依存することなく、光信号の偏波変動速度を高い精度で推定できる。その第１の理由は、光電変換器２３０から取得されるモニタ信号は光信号の強度変動に応じた信号であるため、光信号の変調方式、品質、あるいは光信号の復調の可否に関わらず偏波変動速度を推定できるからである。また、第２の理由は、光伝送路の起こりうる偏波変動速度に対して、光電変換器２３０の応答は充分に高速であり、偏波変動速度の推定は光電変換器２３０の応答速度の影響を受けないからである。
【0028】
なお、偏波変動推定部２００は、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号のいずれか１つの振幅のみに基づいて偏波変動速度を推定してもよい。この場合、偏波変動推定部２００の回路規模や計算量を低減できる。また、偏波変動推定部２００は、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の２つ以上の振幅に基づいて偏波変動を推定してもよい。推定の演算に用いる複数の振幅に平均化等の統計処理を行うことによって、雑音の影響を低減できる。何個の振幅を用いるかは、回路規模及び計算時間と、求められる推定の精度とに応じて決定してもよい。
【0029】
また、光電変換器２３０の出力がモニタ信号取得部２５０に入力される場合は、増幅器２４０は偏波変動推定部２００の外部に配置されてもよい。さらに、増幅器２４０が利得一定となるように制御される場合は、増幅器２４０の出力をモニタ信号としてもよい。
【0030】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態の偏波変動推定部２０１の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定部２０１は、第1の実施形態の偏波変動推定部２００に代えて用いられる。偏波変動推定部２０１が備える増幅器２４０は４個の増幅回路２４１を含む。増幅回路２４１は、それぞれ、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号を増幅する。偏波変動推定部２０１が備える推定演算部２６０は、増幅回路２４１の利得に応じて偏波多重光信号の偏波変動速度を推定する。
図４は、第２の実施形態の偏波変動推定部２０１の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定部２０１は、第1の実施形態の偏波変動推定部２００に代えて用いられる。偏波変動推定部２０１が備える増幅器２４０は４個の増幅回路２４１を含む。増幅回路２４１は、それぞれ、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号を増幅する。偏波変動推定部２０１が備える推定演算部２６０は、増幅回路２４１の利得に応じて偏波多重光信号の偏波変動速度を推定する。
【0031】
図５は、図４に示した増幅器２４０の構成例を示すブロック図である。増幅器２４０に含まれる４個の増幅回路２４１の構成は同一である。増幅回路２４１は可変利得増幅回路２４２及び利得制御回路２４３を備える。利得制御回路２４３は、可変利得増幅回路２４２で増幅された信号の振幅に応じて可変利得増幅回路２４２の利得を調整する。本実施形態では、利得制御回路２４３は、可変利得増幅回路２４２の出力の振幅Ａ１が一定となる制御を行う（Automatic Level Control、以下「ALC」という）。具体的には、利得制御回路２４３は、可変利得増幅回路２４２から出力される信号の振幅が一定値Ａ１となるように、可変利得増幅回路２４２の利得Ｇを制御する。振幅Ａ１は、ＡＤＣ２７０への入力レベルが好適な範囲となるように定められてもよい。利得制御回路２４３は、可変利得増幅回路２４２の出力信号の振幅Ａ１となる利得Ｇを示す信号を可変利得増幅回路２４２へ出力する。ここで、光電変換器２３０から可変利得増幅回路２４２に入力される信号の振幅をＡ０、可変利得増幅回路２４２の利得をＧ、可変利得増幅回路２４２から出力される信号の振幅をＡ１とすると、Ａ０×Ｇ＝Ａ１である。
【0032】
偏波変動推定部２０１は、第１の実施形態の偏波変動推定部２００と比較して、増幅回路２４１の利得を示す信号がモニタ信号として用いられる点が相違する。すなわち、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号の可変利得増幅回路２４２におけるそれぞれの利得Ｇを示す信号が、モニタ信号として、対応する利得制御回路２４３の出力から分岐されてモニタ信号取得部２５０へ入力される。モニタ信号取得部２５０はアナログデジタル変換器を含む電気回路であり、入力されたモニタ信号がアナログ信号である場合には、当該アナログ信号に含まれる利得Ｇをデジタル信号に変換して推定演算部２６０へ出力する。モニタ信号の振幅が利得Ｇと対応する場合には、モニタ信号取得部２５０は、モニタ信号の振幅をデジタル信号に変換する。
【0033】
可変利得増幅回路２４２の出力信号の振幅はＡ１である。従って、可変利得増幅回路２４２がＡＬＣで動作する場合は、光電変換器２３０から出力されるＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号のそれぞれの振幅Ａ０は、Ａ１／Ｇとして容易に求められる。第1の実施形態では光電変換器２３０の出力をモニタ信号として用いることで偏波変動速度を推定した。しかし、本実施形態のように利得Ｇをモニタ信号として用いても、推定演算部２６０は、容易な換算により第1の実施形態と同様の手順で偏波変動速度を推定できる。
【0034】
また、光ファイバ伝送路における偏波多重光信号の偏波変動速度は一般的に数百ｋＨｚ以下であり、可変利得増幅回路２４２及び利得制御回路２４３のフィードバックループの応答速度は数ＭＨｚである。従って、モニタ信号に含まれる利得Ｇの時間的な変動は偏波多重光信号の偏波変動に追従できる。その結果、推定演算部２６０は、モニタ信号取得部２５０から出力されたデジタル信号に基づいて、モニタ信号から得られる偏波多重光信号の偏波回転速度を推定できる。
【0035】
以上説明したように、本実施形態の偏波変動推定部２０１は、可変利得増幅回路２４２の利得Ｇを示す信号をモニタ信号として用いる。４個の増幅回路２４１がいずれもＡＬＣで動作する場合は、光電変換器２３０の４個の出力信号に代えて利得Ｇを示す４個の信号をモニタ信号として用いることができる。また、利得制御回路２４３が可変利得増幅回路２４２に通知する利得を外部へ出力する端子を備える場合には、その端子を使用して容易にモニタ信号をモニタ信号取得部２５０へ出力できる。
【0036】
さらに、本実施形態の偏波変動推定部２０１は、光信号の種類や状態に依存することなく、光信号の偏波変動速度を推定できる。その第１の理由は、増幅器２４０から取得するモニタ信号は光信号の強度変動に対応する利得Ｇを示す信号であるため、光信号の変調方式や品質に依存せずに偏波変動速度を推定できるからである。その第２の理由は、光伝送路において起こりうる偏波変動速度に対して、光電変換器２３０の応答及び増幅器２４０の応答は充分に高速であり、偏波変動速度の推定は光電変換器２３０及び増幅器２４０の応答速度の影響を受けないからである。
【0037】
（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態において、モニタ信号の振幅の時間的な変動の波形を時間領域から周波数領域に変換すると、光伝送路３０における偏波多重光信号の偏波変動を含む周波数応答が得られる。図６は、モニタ信号の波形を時間領域から周波数領域に変換する例を示す図である。図６の縦軸は振幅、横軸は時間又は周波数を示す。具体的には、推定演算部２６０は、モニタ信号の振幅の時間的な変動（図６の左側の波形例）をデジタル演算によってフーリエ変換し、得られた周波数スペクトル（図６の右側の波形例）に基づいて、偏波変動速度を推定してもよい。なお、図６の波形は時間領域から周波数領域への変換の概念を示すためのものであり、実際の波形を示すものではない。
第１及び第２の実施形態において、モニタ信号の振幅の時間的な変動の波形を時間領域から周波数領域に変換すると、光伝送路３０における偏波多重光信号の偏波変動を含む周波数応答が得られる。図６は、モニタ信号の波形を時間領域から周波数領域に変換する例を示す図である。図６の縦軸は振幅、横軸は時間又は周波数を示す。具体的には、推定演算部２６０は、モニタ信号の振幅の時間的な変動（図６の左側の波形例）をデジタル演算によってフーリエ変換し、得られた周波数スペクトル（図６の右側の波形例）に基づいて、偏波変動速度を推定してもよい。なお、図６の波形は時間領域から周波数領域への変換の概念を示すためのものであり、実際の波形を示すものではない。
【0038】
光フロントエンド８１０が備える光電変換器２３０から出力されるアナログ信号の振幅の変動速度及びＡＬＣ制御された可変利得増幅回路２４２の利得Ｇの変動速度は、いずれも、偏波分離された光信号の強度がＰＤＬによって変動する速度を含む。このため、モニタ信号の振幅の変動を周波数領域で解析することによってモニタ信号の変動速度の解析が容易になり、より短時間で光信号の偏波変動速度を推定できる。
【0039】
（第３の実施形態の変形例）
また、推定演算部２６０は、モニタ信号の周波数スペクトルに平滑化を行ってもよい。周波数スペクトルの平滑化は、例えば、モニタ信号の周波数スペクトルを算出する際のバンドパスフィルタの帯域幅（resolution）の拡大によって行われてもよい。また、算出された周波数スペクトルに対して、時間的な統計処理（平均化等）を行ってもよい。これらの処理により、推定された偏波変動速度に含まれる雑音の影響を低減し、精度を向上させることができる。
また、推定演算部２６０は、モニタ信号の周波数スペクトルに平滑化を行ってもよい。周波数スペクトルの平滑化は、例えば、モニタ信号の周波数スペクトルを算出する際のバンドパスフィルタの帯域幅（resolution）の拡大によって行われてもよい。また、算出された周波数スペクトルに対して、時間的な統計処理（平均化等）を行ってもよい。これらの処理により、推定された偏波変動速度に含まれる雑音の影響を低減し、精度を向上させることができる。
【0040】
あるいは、推定演算部２６０は、モニタ信号に対して時間領域で平滑化を行ってもよい。例えば、推定演算部２６０は、フーリエ変換する前のモニタ信号を、バンドパスフィルタやローパスフィルタを通過させてもよい。
【0041】
（第４の実施形態）
本実施形態では偏波変動速度の推定に機械学習を適用した例を説明する。図７は、本実施形態の偏波変動推定部２０２の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定部２０２は、既述の偏波変動推定部２０１と比較して、モニタ信号記憶部２５１を備えるとともに、推定演算部２６０に代えて推定演算部２６１を備える。偏波変動推定部２０２の外部には測定装置６００が配置される。測定装置６００は、光伝送路３０の偏波変動速度の実測値を出力可能な、一般的な測定器である。
本実施形態では偏波変動速度の推定に機械学習を適用した例を説明する。図７は、本実施形態の偏波変動推定部２０２の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定部２０２は、既述の偏波変動推定部２０１と比較して、モニタ信号記憶部２５１を備えるとともに、推定演算部２６０に代えて推定演算部２６１を備える。偏波変動推定部２０２の外部には測定装置６００が配置される。測定装置６００は、光伝送路３０の偏波変動速度の実測値を出力可能な、一般的な測定器である。
【0042】
モニタ信号記憶部２５１は、モニタ信号取得部２５０が生成する、デジタル信号化されたモニタ信号を記憶する。特に、記憶されるモニタ信号に対応する偏波多重光信号の偏波変動速度が既知である場合に、モニタ信号記憶部２５１は、当該既知の偏波変動速度とその偏波変動速度に対応するモニタ信号とを対応付けて記憶する。測定装置６００は、偏波変動速度の実測値を既知の偏波変動速度としてモニタ信号記憶部２５１に通知する。モニタ信号記憶部２５１は、測定装置６００から通知された既知の偏波変動速度を、モニタ信号取得部２５０から入力されたモニタ信号と対応付けて記憶する。モニタ信号記憶部２５１は、測定装置６００から偏波変動速度の実測値を取得した後に、当該実測値に対応するモニタ信号をモニタ信号取得部２５０から取得してもよい。また、１つの偏波変動速度の実測値に対して、対応するモニタ信号が複数記憶されてもよい。記憶されたモニタ信号及び偏波変動速度は、以下で説明する機械学習機能の学習フェーズにおいて使用される。
【0043】
推定演算部２６１は、既述の推定演算部２６０の機能を、機械学習機能により実現する。機械学習機能は、学習フェーズ及び運用フェーズの２つの動作モードを含む。学習フェーズでは、偏波変動速度を推定するためのモデルが作成される。運用フェーズでは、作成されたモデルを用いて、受信された偏波多重光信号の偏波変動速度が推定される。機械学習機能は、推定演算部２６１のハードウエア、推定演算部２６１において実行可能なプログラム、又はこれらの組み合わせにより実現できる。機械学習には、時間領域のデータ（時間的な波形）および周波数領域のデータ（スペクトル）のいずれの形態のモニタ信号を用いてもよい。
【0044】
図８及び図９は、機械学習における学習フェーズ及び運用フェーズの手順をそれぞれ説明するフローチャートである。学習フェーズにおいては、モニタ信号記憶部２５１は、偏波変動速度が既知（例えばＶ１）である、デジタル信号化されたモニタ信号を記憶する（図８のステップＳ０１）。記憶されるモニタ信号は、偏波変動速度が既知の伝送路に偏波多重光信号を伝搬させることで作成されてもよい。既知の偏波変動速度Ｖ１は、測定装置６００からモニタ信号記憶部２５１へ通知される。推定演算部２６１は、学習に必要となるモニタ信号に加えて当該モニタ信号に対応する既知の偏波変動速度Ｖ１を、モニタ信号記憶部２５１に記憶されたモニタ信号及び偏波変動速度から取得する。推定演算部２６１は、取得したモニタ信号及びそれに対応する既知の偏波変動速度Ｖ１を機械学習機能に入力する（ステップＳ０２）。機械学習機能は、入力されたモニタ信号から偏波変動速度の出力がＶ１となるモデルを作成する（ステップＳ０３）。推定演算部２６１は、作成された学習モデルを記憶する。機械学習機能は、偏波変動速度が互いに異なる複数のモニタ信号のデータの特徴を定量的に表現した特徴量を抽出することで、偏波変動速度を分類するモデルを作成する。
【0045】
運用フェーズにおいては、運用中の偏波多重光信号のモニタ信号が機械学習機能に入力される（図９のステップＳ１１）。運用フェーズでは、学習フェーズと同一の形態（すなわち、時間的な波形又はスペクトル）のモニタ信号が機械学習機能に入力される。機械学習機能は、学習フェーズで作成された学習モデルを入力データに適用し、偏波変動速度を推定して出力する（ステップＳ１２）。
【0046】
本実施形態の偏波変動推定部２０２は、第２の実施形態で説明した偏波変動推定部２０１と同様に、モニタ信号に基づいて偏波変動速度を推定する。このため、偏波変動推定部２０２は、受信信号の品質に依存することなく、受信信号の偏波変動速度を高い精度で推定できる。
【0047】
さらに、偏波変動推定部２０２は、機械学習機能の学習フェーズにおいて、測定装置６００によって測定された偏波変動速度及び対応するモニタ信号に基づいてモデルを作成する。そして、偏波変動推定部２０２は、機械学習機能の運用フェーズにおいて、このモデルを用いた機械学習機能によって、受信された偏波多重光信号のモニタ信号に基づいて偏波変動速度を推定する。このような構成を備える偏波変動推定部２０２による偏波変動の推定手順は、第１乃至第３の実施形態の手順、及び、一般的な測定装置６００のみを用いた場合と比較して、受信信号の偏波変動速度をより高い精度で推定することができる、という効果を奏する。
【0048】
（第５の実施形態）
第１乃至第４の実施形態では、偏波多重光信号の偏波変動速度の推定手順について説明した。本実施形態では、機械学習を用いた光伝送路３０の異常の推定について説明する。
第１乃至第４の実施形態では、偏波多重光信号の偏波変動速度の推定手順について説明した。本実施形態では、機械学習を用いた光伝送路３０の異常の推定について説明する。
【0049】
予め、光伝送路３０が正常状態にあるときのモニタ信号、及び、光伝送路３０が異常状態にあるときのモニタ信号が、学習データとして、光伝送路３０の状態と対応付けられてモニタ信号記憶部２５１に記憶される。光伝送路３０の状態には、正常状態及び内容の異なる複数の異常状態が含まれる。モニタ信号は、光伝送路３０の１つの状態に対して複数用意されてもよい。光伝送路３０の異常状態としては、光伝送路３０への振動や圧力の増加、周囲温度の上昇等が挙げられる。さらに、例えば、光伝送路３０と接続された光送信機、光中継器又は光受信機のそれぞれが備える光デバイスの故障も異常状態に含まれてもよい。正常状態及び異常状態における学習データは、光伝送路や通信機器の状態が既知である場合に収集できる。
【0050】
本実施形態では、機械学習機能は、学習フェーズにおいて、モニタ信号記憶部２５１に記憶されたモニタ信号及び当該モニタ信号に対応する光伝送路３０の状態を用いて、光伝送路３０の状態を推定するモデルを作成する。そして、機械学習機能は、運用フェーズにおいて、運用中の偏波多重光信号に応じたモニタ信号にモデルを適用する。すなわち、機械学習機能は、学習フェーズにおいて正常状態及び異常状態の学習データの特徴を定量的に表現した特徴量を抽出することで、正常な伝送路や異常な伝送路の状態を分類するモデルを作成する。そして、機械学習機能は、運用フェーズにおいて、運用中の偏波多重光信号のモニタ信号に対して作成されたモデルを適用し、その適用結果に基づいて伝送路の状態を推定する。
【0051】
第４及び第５の実施形態で説明した機械学習機能を含む構成は、本願の他の実施形態に適用されてもよい。例えば、光受信機２０は、機械学習機能を用いて偏波多重光信号の偏波変動速度を推定し、また、光伝送システム１の異常を推定することができる。なお、第４及び第５の実施形態において、モニタ信号記憶部２５１は、シミュレーションによって任意の偏波変動速度に対応するモニタ信号をデジタル信号として生成し、生成されたモニタ信号を記憶してもよい。また、推定演算部２６１は、他の装置が備える機械学習機能によって作成された学習モデルを記憶し、そのモデルに基づいて偏波変動速度及び光伝送路の異常を推定してもよい。
【0052】
（第１乃至第５の実施形態の他の変形例）
推定演算部２６０及び２６１は、機械学習機能を用いず、推定された偏波変動速度の特異な値の発生をトリガとして光伝送路の異常を検出してもよい。特異な値の発生のトリガは、例えば、モニタ信号の振幅の瞬時値の閾値超過、モニタ信号の周波数スペクトルにおける所定の周波数以上の帯域のパワーの変動、あるいは所定の周波数帯域内のパワーの変動である。
推定演算部２６０及び２６１は、機械学習機能を用いず、推定された偏波変動速度の特異な値の発生をトリガとして光伝送路の異常を検出してもよい。特異な値の発生のトリガは、例えば、モニタ信号の振幅の瞬時値の閾値超過、モニタ信号の周波数スペクトルにおける所定の周波数以上の帯域のパワーの変動、あるいは所定の周波数帯域内のパワーの変動である。
【0053】
第１乃至第５の実施形態では、ＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号に対応する４個のモニタ信号が推定演算部２６０又は２６１に入力される。推定演算部２６０及び２６１は、これらのモニタ信号を適宜選択して偏波変動速度又は異常状態を推定してもよい。例えば、推定演算部２６０及び２６１は、入力されたそれぞれのモニタ信号から推定された偏波変動速度の平均値を求めて出力してもよい。推定演算部２６０及び２６１は、１個のモニタ信号又は偏波（Ｘ、Ｙ）及び位相（Ｉ、Ｑ）に基づいて組み合わされた２個乃至４個のモニタ信号を推定に用いてもよい。このようなモニタ信号の選択は、偏波変動速度及び異常推定の精度の改善に用いられる。また、第５の実施形態において、推定演算部２６０及び２６１は、入力されたそれぞれのモニタ信号から推定される異常状態をすべて出力してもよい。
【0054】
（第６の実施形態）
図１０は、第６の実施形態の光受信機２１の構成例を示す図である。光受信機２１は、偏波変動推定部２０３、ＡＤＣ２７０及び復調部２８０を備える。ＡＤＣ２７０は、偏波変動推定部２０３に含まれてもよい。偏波変動推定部２０３は選択部２９０を備え、復調部２８０はＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）等化器２８１を備える。選択部２９０は、推定演算部２６０又は２６１が推定した偏波変動速度の推定値に基づいてＭＩＭＯ等化器２８１で使用されるステップサイズパラメータμを選択する。ＭＩＭＯ等化器２８１は、ＡＤＣ２７０においてデジタル信号に変換されたＸ偏波信号（ＸＩ信号及びＸＱ信号）とＹ偏波信号（ＹＩ信号及びＹＱ信号）とに含まれる、不要な偏波成分をステップサイズパラメータμに基づいて除去する。ＭＩＭＯ等化器２８１は、このようにして精密に偏波分離されたＸ偏波信号及びＹ偏波信号を、復調部２８０における次の処理の入力へ提供する。
図１０は、第６の実施形態の光受信機２１の構成例を示す図である。光受信機２１は、偏波変動推定部２０３、ＡＤＣ２７０及び復調部２８０を備える。ＡＤＣ２７０は、偏波変動推定部２０３に含まれてもよい。偏波変動推定部２０３は選択部２９０を備え、復調部２８０はＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）等化器２８１を備える。選択部２９０は、推定演算部２６０又は２６１が推定した偏波変動速度の推定値に基づいてＭＩＭＯ等化器２８１で使用されるステップサイズパラメータμを選択する。ＭＩＭＯ等化器２８１は、ＡＤＣ２７０においてデジタル信号に変換されたＸ偏波信号（ＸＩ信号及びＸＱ信号）とＹ偏波信号（ＹＩ信号及びＹＱ信号）とに含まれる、不要な偏波成分をステップサイズパラメータμに基づいて除去する。ＭＩＭＯ等化器２８１は、このようにして精密に偏波分離されたＸ偏波信号及びＹ偏波信号を、復調部２８０における次の処理の入力へ提供する。
【0055】
図１１は、ＭＩＭＯ等化器２８１の構成例を示す図である。ＭＩＭＯ等化器２８１は、Ｘ偏波信号及びＹ偏波信号を入力とする適応等化器である。ＭＩＭＯ等化器２８１は、ＦＩＲフィルタのタップ係数（図１１のｈxx、ｈxy、ｈyx、ｈyy）を、特許文献２に記載された以下の（１）式により更新することで、Ｘ偏波複素信号の偏波変動を補償し、Ｘ偏波信号及びＹ偏波信号の偏波分離を行う。
【0056】
推定演算部２６０又は２６１において推定された偏波変動速度は選択部２９０に入力される。選択部２９０は偏波変動速度と（１）式で用いられるμの値とを対応付けたテーブルを保持する。μ（ステップサイズパラメータ）は、ＦＩＲフィルタの係数の更新ステップの大きさを規定する値である。ステップサイズパラメータμは、予め定められた値であってもよいし、偏波状態の変動速度に基づいて定められる値であってもよい。本実施形態の選択部２９０は、偏波変動速度の推定値に基づいて、ステップサイズパラメータμの最適値をテーブルから選択し、ＭＩＭＯ等化器２８１へ出力する。ＭＩＭＯ等化器２８１は、選択部２９０から入力されたμの値に基づいて（１）式によって、Ｘ偏波信号及びＹ偏波信号の偏波分離の演算を行う。ＭＩＭＯ等化器２８１におけるＦＩＲフィルタ係数の演算は、ＣＰＵ又はＤＳＰによる演算又はハードウエアロジックで行うことができる。
【0057】
μを小さくするとより高精度な偏波分離が可能となり復調誤差が減少するが、偏波追従速度は低下する。逆にμを大きくすると偏波分離の精度が低下し復調誤差が増加するが偏波追従速度は向上する。本実施例では推定した伝送路の偏波変動速度に応じた適切なμを選択することで、復調誤差を最小化する。
【0058】
本実施形態の偏波変動推定部２０３においても、モニタ信号取得部２５０が増幅器２４０から取得するモニタ信号は光信号の強度変動に応じた信号である。このため、推定演算部２６０又は２６１は、光信号の変調方式、品質、あるいは光信号の復調の可否に関わらず偏波変動速度を推定できる。また、光伝送路３０において起こりうる偏波変動速度に対して、光電変換器２３０及び増幅器２４０の応答は充分に高速であり、モニタ信号には偏波分離された光信号の強度変動が反映されている。従って、偏波変動推定部２０３は適応等化器の動作速度に依存することなく偏波多重光信号の偏波変動速度を推定できる。その結果、選択部２９０は、より好ましいステップサイズパラメータμをＭＩＭＯ等化器２８１に提供できる。
【0059】
（第７の実施形態）
図１２は、本発明の第７の実施形態の光伝送システム２の構成例を示すブロック図である。光伝送システム２は、光送信機１０、光受信機２０、光伝送路３０及び中継局４０を備える。中継局４０は光伝送路３０を伝搬する偏波多重光信号を中継する。偏波多重光信号は、光送信機１０から光受信機２０へ伝搬する。中継局４０は、陸上又は海中に設置された中継局である。光送信機１０と光受信機２０との間に、複数の中継局４０が配置されていてもよい。一般的な偏波多重光信号の伝送システムでは、数十ｋｍ毎に中継局４０が設置される。中継局４０は、中継器の一構成例である。
図１２は、本発明の第７の実施形態の光伝送システム２の構成例を示すブロック図である。光伝送システム２は、光送信機１０、光受信機２０、光伝送路３０及び中継局４０を備える。中継局４０は光伝送路３０を伝搬する偏波多重光信号を中継する。偏波多重光信号は、光送信機１０から光受信機２０へ伝搬する。中継局４０は、陸上又は海中に設置された中継局である。光送信機１０と光受信機２０との間に、複数の中継局４０が配置されていてもよい。一般的な偏波多重光信号の伝送システムでは、数十ｋｍ毎に中継局４０が設置される。中継局４０は、中継器の一構成例である。
【0060】
図１３は、中継局４０の構成例を示すブロック図である。中継局４０は、中継装置４００及びモニタ回路４０３を備える。中継装置４００は、光増幅器や光フィルタを用いて、光伝送路３０を伝搬した偏波多重光信号の増幅や波形整形を行う。
【0061】
カプラ４０１は光分岐デバイスである。カプラ４０１は光伝送路３０から入力された偏波多重光信号を分岐して、一方を中継回路４０２へ出力し、他方をモニタ回路４０３へ出力する。中継回路４０２は、光増幅器や光フィルタを用いて偏波多重光信号の増幅や波形整形を行い、これらの処理が行われた偏波多重光信号を次の中継区間の光伝送路３０へ出力する。
【0062】
モニタ回路４０３は、偏波多重光信号を光電変換した信号をモニタ信号として取得し、モニタ信号をアナログデジタル変換した信号を中継回路４０２へ出力する。中継回路４０２は、モニタ回路４０３から入力されたモニタ信号を、光伝送システム２の監視回線の光信号（以下、「監視光」という。）に重畳して光伝送路３０へ送出する。監視光は、光伝送路を介して光受信機２０に送信される。監視光を受信した光受信機２０は、これまでの実施形態で説明した推定演算部２６０及び２６１の機能を用いて、中継局４０から受信した監視光から抽出されたモニタ信号に基づいて、中継局４０が受信する偏波多重光信号の偏波変動速度を推定できる。
【0063】
【0064】
図１４は、モニタ回路４０３Ａの構成例を示すブロック図である。モニタ回路４０３Ａは、図４に示した偏波変動推定部２０１に含まれる、ＬＯ２１０、光ミキサ２２０、光電変換器２３０、増幅器２４０及びモニタ信号取得部２５０を備える。モニタ回路４０３Ａには、カプラ４０１で分岐された偏波多重光信号が入力される。モニタ回路４０３Ａにおいて、偏波多重光信号に基づくモニタ信号がモニタ信号取得部２５０へ出力され、モニタ信号取得部２５０がモニタ信号をデジタル信号として出力する手順は、第２の実施形態と同様である。モニタ信号取得部２５０は、デジタル信号に変換されたモニタ信号を中継回路４０２へ出力する。
【0065】
図１５は、モニタ回路４０３Ｂの構成例を示すブロック図である。モニタ回路４０３Ｂは、ＰＢＳ４１１、光電変換器４１２、増幅器４１３及びモニタ信号取得部２５０を備える。カプラ４０１で分岐された偏波多重光信号は、ＰＢＳ４１１において、偏波面が直交するＸ偏波光信号とＹ偏波光信号との２つの光信号に分離される。分離された２つの光信号は、それぞれ光電変換器４１２に入力され、アナログ信号に変換される。光電変換器４１２は例えばフォトダイオードである。増幅器４１３は、Ｘ偏波光信号に対応するアナログ信号及びＹ偏波光信号に対応するアナログ信号をそれぞれ増幅する。第２の実施形態と同様に、増幅器４１３がＡＬＣによって動作する場合には、モニタ信号取得部２５０には増幅器４１３が備える２つの増幅回路のそれぞれの利得Ｇに対応するモニタ信号が入力される。モニタ信号取得部２５０は、デジタル信号に変換されたモニタ信号を中継回路４０２へ出力する。
【0066】
図１６は、モニタ回路４０３Ｃの構成例を示すブロック図である。モニタ回路４０３Ｃは、ＰＢＳ４１１、光電変換器４１４、増幅器４１５及びモニタ信号取得部２５０を備える。ＰＢＳ４１１は、偏波面が直交するＸ偏波とＹ偏波とのいずれかの偏波の光信号のみを光電変換器４１４へ出力する。モニタ回路４０３Ｃにおいては、ＰＢＳ４１１に代えて偏光板が用いられてもよい。偏光板を用いても、Ｘ偏波とＹ偏波とのいずれかの偏波の光信号のみを光電変換器４１４へ出力できる。光電変換器４１４は例えばフォトダイオードである。増幅器４１５は、光電変換器４１４でアナログ信号を増幅する。増幅器４１５がＡＬＣによって動作する場合には、モニタ信号取得部２５０には増幅器４１３が備える増幅回路の利得Ｇに対応するモニタ信号が入力される。モニタ信号取得部２５０は、デジタル信号に変換されたモニタ信号を中継回路４０２へ出力する。
【0067】
図１４－図１６で説明したモニタ回路４０３Ａ－４０３Ｃは、光伝送路３０を伝搬した偏波多重光信号に基づいて、その偏波変動速度の情報を含むデジタル信号を生成する。中継局４０は、このデジタル信号を、監視回線を用いて光受信機２０に送信する。その結果、中継局４０がモニタ回路４０３Ａ－４０３Ｃのいずれかを備える光伝送システム２は、中継局４０に入力される偏波多重光信号の偏波変動速度を推定できる。なお、光送信機１０が推定演算部２６０又は２６１を備える場合には、中継局４０は監視光を光送信機１０へ送信してもよい。これにより、光送信機１０においても偏波変動速度の推定が可能となる。
【0068】
（第７の実施形態の第１の変形例）
図１７は、中継局４０の変形例である中継局４０Ａの構成例を示すブロック図である。中継局４０Ａは、中継装置４００及びモニタ回路４０３に加えて、推定演算部４０４を備える。中継局４０Ａが備えるモニタ回路４０３は、モニタ信号をアナログデジタル変換した信号を推定演算部４０４へ出力する。推定演算部４０４は、モニタ回路から入力されたモニタ信号に基づいて中継局４０Ａに入力される偏波多重光信号の偏波変動速度を推定する。
図１７は、中継局４０の変形例である中継局４０Ａの構成例を示すブロック図である。中継局４０Ａは、中継装置４００及びモニタ回路４０３に加えて、推定演算部４０４を備える。中継局４０Ａが備えるモニタ回路４０３は、モニタ信号をアナログデジタル変換した信号を推定演算部４０４へ出力する。推定演算部４０４は、モニタ回路から入力されたモニタ信号に基づいて中継局４０Ａに入力される偏波多重光信号の偏波変動速度を推定する。
【0069】
中継回路４０２は、推定演算部４０４から入力されたモニタ信号を、光伝送システム２の監視光に重畳して光伝送路３０へ送出する。監視光を受信した光受信機２０は、中継局４０から受信した監視光から偏波変動速度を得ることができる。
【0070】
以上説明した中継局４０及び４０Ａは、第２乃至第４の実施形態で説明した推定演算部２６０又は２６１を含む手順と同様の手順を用いて偏波多重光信号の偏波変動速度を推定してもよい。また、中継局４０又は偏波変動速度が重畳された監視光を受信した光受信機２０は、第５の実施形態で説明した手順を用いて伝送路の異常状態の推定を行ってもよい。
【0071】
（第７の実施形態の第２の変形例）
図１８は、本発明の第７の実施形態の変形例の光伝送システム３の構成例を示すブロック図である。光伝送システム３は、光送信機１０、光受信機２０、光伝送路３０、中継局４０及び管理装置５０を備える。管理装置５０は、光送信機１０、光受信機２０又は中継局４０に直接または間接に接続された通信装置又はサーバである。管理装置５０は光伝送システム３を管理する機能及び推定演算部２６０又は２６１の機能を備える。
図１８は、本発明の第７の実施形態の変形例の光伝送システム３の構成例を示すブロック図である。光伝送システム３は、光送信機１０、光受信機２０、光伝送路３０、中継局４０及び管理装置５０を備える。管理装置５０は、光送信機１０、光受信機２０又は中継局４０に直接または間接に接続された通信装置又はサーバである。管理装置５０は光伝送システム３を管理する機能及び推定演算部２６０又は２６１の機能を備える。
【0072】
光伝送システム３では、中継局４０は、モニタ回路４０３が出力するモニタ信号を、管理装置５０に送信する。管理装置５０又は中継局４０は、モニタ回路４０３が出力する信号が光伝送システム３の監視光によって伝送されるように、中継回路４０２を制御してもよい。この場合、モニタ回路４０３が出力するモニタ信号は、光送信機１０又は光受信機２０を経由して管理装置５０へ送られる。
【0073】
管理装置５０は、複数の中継局４０のそれぞれのモニタ回路４０３が出力するモニタ信号を収集することで、特定の中継区間の偏波変動量を推定できる。また、光伝送システム３が中継局４０Ａを含む場合には、管理装置５０は、中継局４０Ａから偏波変動量の推定結果を受信する。そして、管理装置５０は、１つ又は複数の中継局４０又は４０Ａから受信した偏波変動量の推定結果に基づいて、光伝送システム３の中継区間の異常の原因の推定を行うことができる。
【0074】
（第８の実施形態）
図１９は、第８の実施形態の偏波変動推定装置５００の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定装置５００は、偏波分離器５０１、光電変換器５０２、推定部５０３を備える。偏波分離器５０１は、入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する。光電変換器５０２は、偏波分離器５０１において生成された光信号を電気信号に変換する。従って、推定部５０３には偏波分離器５０１から出力された偏波の光信号の振幅に対応する電気信号が入力される。推定部５０３は、当該電気信号に基づいて、偏波多重された光信号の偏波変動速度を推定する。偏波分離器５０１は、偏波分離手段とも呼ばれる。偏波推定装置５００においては、偏波分離器５０１として偏光板又はＰＢＳが用いられてもよい。光電変換器５０２は、光電変換手段とも呼ばれる。推定部５０３は、推定手段とも呼ばれる。
図１９は、第８の実施形態の偏波変動推定装置５００の構成例を示すブロック図である。偏波変動推定装置５００は、偏波分離器５０１、光電変換器５０２、推定部５０３を備える。偏波分離器５０１は、入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する。光電変換器５０２は、偏波分離器５０１において生成された光信号を電気信号に変換する。従って、推定部５０３には偏波分離器５０１から出力された偏波の光信号の振幅に対応する電気信号が入力される。推定部５０３は、当該電気信号に基づいて、偏波多重された光信号の偏波変動速度を推定する。偏波分離器５０１は、偏波分離手段とも呼ばれる。偏波推定装置５００においては、偏波分離器５０１として偏光板又はＰＢＳが用いられてもよい。光電変換器５０２は、光電変換手段とも呼ばれる。推定部５０３は、推定手段とも呼ばれる。
【0075】
また、偏波変動推定装置５００の動作手順は、図２０のフローチャートとしても記載できる。すなわち、偏波分離器５０１は、偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する（図２０のステップＳ２１）。光電変換器５０２は、単一偏波の光信号を電気信号に変換する（ステップＳ２２）。推定部５０３は、電気信号に応じて、偏波多重光信号の偏波変動速度を推定する（ステップＳ２３）。
【0076】
このような構成を備える偏波変動推定装置５００は、モニタ信号に基づいて、高い精度で偏波変動速度を推定できる。その理由は、偏波分離器５０１によってＸ偏波及びＹ偏波に分離された光信号の強度は偏波多重光信号の偏波変動に基づいて変化するため、分離された光信号の強度変動から偏波変動速度を推定できるからである。また、光電変換器５０２の応答速度は、光伝送システムにおける偏波多重光信号の一般的な偏波変動速度よりも高いため、光信号の強度変動に基づく偏波変動速度の推定に影響を与えないからである。
【0077】
以上の各実施形態に記載された機能及び手順は、推定演算部２６０、２６１、４０４又は推定部５０４が備えるＣＰＵ又はＤＳＰがプログラムを実行することにより実現されてもよい。プログラムは、有形であり、かつ一時的でない（tangible and non-transitory）記録媒体に記録される。記録媒体としては半導体メモリ又は固定磁気ディスク装置が用いられるが、これらには限定されない。ＣＰＵは各実施形態の偏波変動推定部内の他の場所に備えられてもよい。
【0078】
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うるが、以下には限られない。
【0079】
（付記１）
入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、
生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段と、
を備える偏波変動推定装置。
入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、
生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段と、
を備える偏波変動推定装置。
【0080】
（付記２）
前記推定手段に入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段をさらに備える、付記１に記載された偏波変動推定装置。
前記推定手段に入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段をさらに備える、付記１に記載された偏波変動推定装置。
【0081】
（付記３）
前記偏波分離手段で生成された前記光信号とローカル光とのビート光信号を出力する光混合手段を備え、
前記光電変換手段は、前記ビート光信号を前記電気信号に変換する、
付記１又は２に記載された偏波変動推定装置。
前記偏波分離手段で生成された前記光信号とローカル光とのビート光信号を出力する光混合手段を備え、
前記光電変換手段は、前記ビート光信号を前記電気信号に変換する、
付記１又は２に記載された偏波変動推定装置。
【0082】
（付記４）
前記電気信号を増幅する増幅手段をさらに備え、
前記推定手段は、前記増幅された電気信号の振幅に応じて前記推定を行う、
付記１乃至３のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
前記電気信号を増幅する増幅手段をさらに備え、
前記推定手段は、前記増幅された電気信号の振幅に応じて前記推定を行う、
付記１乃至３のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
【0083】
（付記５）
前記増幅手段の利得は、前記増幅された電気信号の振幅が一定となるように制御され、
前記推定手段は、前記利得に応じて前記推定を実施する、
付記４に記載された偏波変動推定装置。
前記増幅手段の利得は、前記増幅された電気信号の振幅が一定となるように制御され、
前記推定手段は、前記利得に応じて前記推定を実施する、
付記４に記載された偏波変動推定装置。
【0084】
（付記６）
前記推定手段は、前記電気信号の振幅に基づく周波数スペクトルに応じて前記推定を行う、付記４又は５に記載された偏波変動推定装置。
前記推定手段は、前記電気信号の振幅に基づく周波数スペクトルに応じて前記推定を行う、付記４又は５に記載された偏波変動推定装置。
【0085】
（付記７）
前記推定手段は、前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の偏波変動速度に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記推定を実施する、付記１乃至６のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
前記推定手段は、前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の偏波変動速度に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記推定を実施する、付記１乃至６のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
【0086】
（付記８）
前記推定手段は、前記推定の結果に応じて、前記偏波多重光信号が伝搬した光伝送路の正常性を判断する、付記１乃至７のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
前記推定手段は、前記推定の結果に応じて、前記偏波多重光信号が伝搬した光伝送路の正常性を判断する、付記１乃至７のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
【0087】
（付記９）
前記推定手段は、前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の光伝送路の正常状態及び異常状態に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記光伝送路の異常を推定する、付記１乃至８のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
前記推定手段は、前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の光伝送路の正常状態及び異常状態に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記光伝送路の異常を推定する、付記１乃至８のいずれか１項に記載された偏波変動推定装置。
【0088】
（付記１０）
入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、を備える中継手段と、
前記アナログデジタル変換手段から出力された電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段を備える通信手段と、
が通信可能に接続された光伝送システム。
入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成する偏波分離手段と、生成された前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、を備える中継手段と、
前記アナログデジタル変換手段から出力された電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段を備える通信手段と、
が通信可能に接続された光伝送システム。
【0089】
（付記１１）
前記通信手段は前記偏波多重光信号の送信元の光送信機である、付記１０に記載された光伝送システム。
前記通信手段は前記偏波多重光信号の送信元の光送信機である、付記１０に記載された光伝送システム。
【0090】
（付記１２）
前記通信手段は前記偏波多重光信号の送信先の光受信機である、付記１０に記載された光伝送システム。
前記通信手段は前記偏波多重光信号の送信先の光受信機である、付記１０に記載された光伝送システム。
【0091】
（付記１３）
前記通信手段は、前記光伝送システムの管理装置である、付記１０に記載された光伝送システム。
前記通信手段は、前記光伝送システムの管理装置である、付記１０に記載された光伝送システム。
【0092】
（付記１４）
偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号の振幅に基づいて生成された電気信号を受信し、前記電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段を備える、管理装置。
偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号の振幅に基づいて生成された電気信号を受信し、前記電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う推定手段を備える、管理装置。
【0093】
（付記１５）
複数の中継手段から通知されたそれぞれの前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の伝送路の異常を推定する、付記１４に記載された管理装置。
複数の中継手段から通知されたそれぞれの前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の伝送路の異常を推定する、付記１４に記載された管理装置。
【0094】
（付記１６）
入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、
前記単一偏波の光信号を電気信号に変換し、
前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
偏波変動推定方法。
入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、
前記単一偏波の光信号を電気信号に変換し、
前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
偏波変動推定方法。
【0095】
（付記１７）
前記電気信号をデジタル信号に変換する手順を含む、付記１６に記載された偏波変動推定方法。
前記電気信号をデジタル信号に変換する手順を含む、付記１６に記載された偏波変動推定方法。
【0096】
（付記１８）
前記単一偏波の光信号とローカル光とのビート光信号を前記電気信号に変換する、
付記１６又は１７に記載された偏波変動推定方法。
前記単一偏波の光信号とローカル光とのビート光信号を前記電気信号に変換する、
付記１６又は１７に記載された偏波変動推定方法。
【0097】
（付記１９）
前記電気信号を増幅し、
前記増幅された電気信号の振幅に応じて前記推定を行う、
付記１６乃至１８のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
前記電気信号を増幅し、
前記増幅された電気信号の振幅に応じて前記推定を行う、
付記１６乃至１８のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
【0098】
（付記２０）
前記電気信号の増幅時の利得を前記増幅された電気信号の振幅が一定となるように制御し、
前記利得に応じて前記推定を実施する、
付記１９に記載された偏波変動推定方法。
前記電気信号の増幅時の利得を前記増幅された電気信号の振幅が一定となるように制御し、
前記利得に応じて前記推定を実施する、
付記１９に記載された偏波変動推定方法。
【0099】
（付記２１）
前記電気信号の振幅に基づく周波数スペクトルに応じて前記推定を行う、付記１９又は２０に記載された偏波変動推定方法。
前記電気信号の振幅に基づく周波数スペクトルに応じて前記推定を行う、付記１９又は２０に記載された偏波変動推定方法。
【0100】
（付記２２）
前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の偏波変動速度に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記推定を実施する、付記１６乃至２１のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の偏波変動速度に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記推定を実施する、付記１６乃至２１のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
【0101】
（付記２３）
前記推定の結果に応じて、前記偏波多重光信号が伝搬した光伝送路の正常性を判断する、付記１６乃至２２のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
前記推定の結果に応じて、前記偏波多重光信号が伝搬した光伝送路の正常性を判断する、付記１６乃至２２のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
【0102】
（付記２４）
前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の光伝送路の正常状態及び異常状態に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記光伝送路の異常を推定する、付記１６乃至２３のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
前記偏波多重光信号に対応する前記電気信号を、既知の光伝送路の正常状態及び異常状態に対応する前記電気信号の機械学習によって作成されたモデルに適用することで前記光伝送路の異常を推定する、付記１６乃至２３のいずれか１項に記載された偏波変動推定方法。
【0103】
（付記２５）
入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、
前記単一偏波の光信号を電気信号に変換し、
前記電気信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
光伝送方法。
入力された偏波多重光信号から単一偏波の光信号を生成し、
前記単一偏波の光信号を電気信号に変換し、
前記電気信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
光伝送方法。
【0104】
（付記２６）
前記偏波多重光信号の送信元の光送信機によって前記推定を行う、付記２５に記載された光伝送方法。
前記偏波多重光信号の送信元の光送信機によって前記推定を行う、付記２５に記載された光伝送方法。
【0105】
（付記２７）
前記偏波多重光信号の送信先の光受信機によって前記推定を行う、付記２５に記載された光伝送方法。
前記偏波多重光信号の送信先の光受信機によって前記推定を行う、付記２５に記載された光伝送方法。
【0106】
（付記２８）
光伝送システムの管理装置によって前記推定を行う、付記２５に記載された光伝送方法。
光伝送システムの管理装置によって前記推定を行う、付記２５に記載された光伝送方法。
【0107】
（付記２９）
偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号の振幅に基づいて生成された電気信号を受信し、
前記電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
管理装置の制御方法。
偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号の振幅に基づいて生成された電気信号を受信し、
前記電気信号に応じて前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う、
管理装置の制御方法。
【0108】
（付記３０）
複数の中継手段から通知されたそれぞれの前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の伝送路の異常を推定する、付記２９に記載された管理装置の制御方法。
複数の中継手段から通知されたそれぞれの前記電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の伝送路の異常を推定する、付記２９に記載された管理装置の制御方法。
【0109】
（付記３１）
入力された偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号から変換された電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う手順を偏波変動推定装置のコンピュータに実行させるための偏波変動推定装置のプログラムを記録した、記録媒体。
入力された偏波多重光信号から生成された単一偏波の光信号から変換された電気信号に応じて、前記偏波多重光信号の偏波変動速度の推定を行う手順を偏波変動推定装置のコンピュータに実行させるための偏波変動推定装置のプログラムを記録した、記録媒体。
【0110】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、各実施形態は、海底ケーブルシステムに限らず、陸上の光伝送システムにも適用されうる。
【0111】
また、それぞれの実施形態に記載された構成は、必ずしも互いに排他的なものではない。本発明の作用及び効果は、上述の実施形態の全部又は一部を組み合わせた構成によって実現されてもよい。
【0112】
この出願は、２０２０年４月７日に出願された日本出願特願２０２０－０６９１３２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。
【符号の説明】
【0113】
１－３ 光伝送システム
１０ 光送信機
２０、２１ 光受信機
３０ 光伝送路
４０、４０Ａ 中継局
５０ 管理装置
２００－２０３ 偏波変動推定部
２１０ 局部発振器
２２０ 光ミキサ
２２１ ＰＢＳ
２２２ ９０度光ハイブリッド回路
２３０ 光電変換器
２４０ 増幅器
２４１ 増幅回路
２４２ 可変利得増幅回路
２４３ 利得制御回路
２５０ モニタ信号取得部
２６０、２６１ 推定演算部
２８０ 復調部
２８１ ＭＩＭＯ等化器
２９０ 選択部
４００ 中継装置
４０１ カプラ
４０２ 中継回路
４０３、４０３Ａ、４０３Ｂ、４０３Ｃ モニタ回路
４０４ 推定演算部
４１１ ＰＢＳ
４１２ 光電変換器
４１３ 増幅器
４１４ 光電変換器
４１５ 増幅器
５００ 偏波変動推定装置
５０１ 偏波分離器
５０２ 光電変換器
５０３ 推定部
８００ 偏波分離・信号変換部
８１０ 光フロントエンド
１０ 光送信機
２０、２１ 光受信機
３０ 光伝送路
４０、４０Ａ 中継局
５０ 管理装置
２００－２０３ 偏波変動推定部
２１０ 局部発振器
２２０ 光ミキサ
２２１ ＰＢＳ
２２２ ９０度光ハイブリッド回路
２３０ 光電変換器
２４０ 増幅器
２４１ 増幅回路
２４２ 可変利得増幅回路
２４３ 利得制御回路
２５０ モニタ信号取得部
２６０、２６１ 推定演算部
２８０ 復調部
２８１ ＭＩＭＯ等化器
２９０ 選択部
４００ 中継装置
４０１ カプラ
４０２ 中継回路
４０３、４０３Ａ、４０３Ｂ、４０３Ｃ モニタ回路
４０４ 推定演算部
４１１ ＰＢＳ
４１２ 光電変換器
４１３ 増幅器
４１４ 光電変換器
４１５ 増幅器
５００ 偏波変動推定装置
５０１ 偏波分離器
５０２ 光電変換器
５０３ 推定部
８００ 偏波分離・信号変換部
８１０ 光フロントエンド
【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】
【図18】
【図19】
【図20】