JP5000727B2 - コヒーレント光受信器における適応偏光追跡および等化 - Google Patents

Description

本発明は、コヒーレント光受信器、およびコヒーレント光受信器を動作させる方法に関する。

本セクションでは、本発明のよりよい理解を促進するのに有用となり得る諸態様について紹介する。したがって、本セクションの言明は、この観点から読まれるべきであり、何が従来技術に含まれ、何が従来技術に含まれていないかについて認めるものと理解すべきでない。

光通信システムでは、コヒーレント検波を実施するために、さまざまな方式が考えられてきた。ホモダイン検波がしばしば望ましいが、高データ転送速度の光通信システムにおいてホモダイン検波を実施するのはかなり困難である。ホモダイン検波は、受信キャリアに位相ロックするものであり、位相ロックはしばしば、光キャリアの場合、達成するのが複雑である。一部には、光ホモダイン検波のこの欠点のため、ヘテロダインおよびイントラダイン検波もコヒーレント光受信器向けに考えられてきた。

イントラダイン検波では、受信器が局部発振器を使用して、データ搬送キャリアをダウン・ミックスする。しかし、受信器の局部発振器は、データ搬送光キャリアに厳密に位相ロックまたは周波数ロックされるわけではない。むしろ、受信器の局部発振器は、データ搬送キャリアの帯域幅よりも、データ搬送キャリアの周波数に近くなるようにゆるく構成された周波数を有する。したがって、イントラダイン光受信器には典型的に、光位相ロック・ループがないことになる。光位相ロック・ループがないため、イントラダイン光受信器は、コヒーレント光検波において利点をもたらすことができる。

コヒーレント検波は、位相偏移変調（ＰＳＫ）変調方式によって送信されたデータを回復させるために使用することができる。しかし、ＰＳＫ変調データの受信器の性能は典型的に、周波数オフセットおよびキャリア線幅に影響されやすい。このため、ＰＳＫ変調光キャリア用のイントラダイン光受信器の効率的な実施には、いくつかの課題が生じている。

米国特許出願第１１／２０４，６０７号 米国特許出願第１１／４２６，１９１号 米国特許出願第１１／４８３，２８０号 米国特許出願第１１／６４４，５３６号

さまざまな実施形態では、デジタル信号処理を使用して、位相偏移変調（ＰＳＫ）によって変調された光キャリアからのデータの回復に関連する問題を取り扱う。デジタル信号処理を通じて、いくつかの実施形態は適応偏光追跡を行い、いくつかの実施形態は適応等化を行う。そのようなデジタル信号処理は、光通信チャネルによりキャリアの偏光が時間的に変化する、かつ／または偏光依存位相偏移が導入される場合でさえ、光シンボル間干渉（ＯＩＳＩ）を補償することができる。

本明細書では、ハイブリッド光検波器が、測定すべき１つまたは複数の特性を有する光を入力するための、１つまたは複数の光ポートを有し、１つまたは複数の光ポートに入力された光に関する１つまたは複数の特性の１つまたは複数の値を表す１つまたは複数の電気信号を出力するための、１つまたは複数の電気出力ポートを含む。

一実施形態は、ＰＳＫ変調光キャリアからデータを回復させるように構成された光受信器を含む装置を特徴とする。光受信器は、光検波器およびデジタル・プロセッサを含む。光検波器は、第１および第２のデジタル成分を有するベクトルのシーケンスを生成するように構成される。第１の成分はそれぞれ、変調光キャリアの第１の偏光成分の、対応するサンプリング時間における複素数値を表す。第２の成分はそれぞれ、変調光キャリアの別の第２の偏光成分の、そのサンプリング時間における複素数値を表す。デジタル・プロセッサは、このベクトルを受け取るように接続され、変調光キャリアをその光送信器から光受信器に送信することにより生じた偏光回転を補償するような形で、各受け取られたベクトルに対する回転を個々に実施するように構成される。

装置のいくつかの実施形態では、デジタル・プロセッサが、回転のうち１つ前のものによって生成されたベクトルの成分の絶対値間の差に比例する量だけ、回転の各角度を反復的に更新するように構成される。デジタル・プロセッサは、回転後ベクトルの成分のうち１つの成分の振幅の誤差を評価するように構成することができる。デジタル・プロセッサは、回転後ベクトルの第１の成分を、回転後ベクトルの第１の成分のうち連続する成分間の微分位相誤差に基づいて等化するように構成することができる。デジタル・プロセッサは、回転後ベクトルの第２の成分を、回転後ベクトルの第２の成分のうち連続する成分間の微分位相誤差に基づいて等化するように構成することもできる。

装置のいくつかの実施形態では、デジタル・プロセッサが、ベクトルの第１および第２の成分間の交差等化（ｃｒｏｓｓ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）を実施せずに、受け取られたベクトルを回転させるように構成される。

装置のいくつかの実施形態では、プロセッサが、第１および第２の成分の振幅を等化する傾向がある形で回転を実施するように構成される。

装置のいくつかの実施形態では、ハイブリッド光検波器が、変調光キャリアと基準光キャリアとの第１の混合波を第１の出力端から出力し、それらのキャリア同士の別の相対位相を有する第２の混合波を第２の出力端から出力するように構成された光ハイブリッドを含む。そのような実施形態では、回転後ベクトルの第１の成分を回転後ベクトルの第１の成分のうち連続する成分間の評価した微分位相誤差に基づいて等化するように、デジタル・プロセッサを構成することができる。

別の実施形態は、受信光キャリアにＰＳＫ変調されたデータを回復させるように構成された光受信器を含む装置を特徴とする。光受信器は、光検波器およびデジタル・プロセッサを含む。光検波器は、第１のデジタル電気信号成分を有するベクトルのシーケンスを生成するように構成される。第１の電気デジタル信号成分はそれぞれ、受信光キャリアの１つの偏光成分の、対応するサンプリング時間における値を表す。デジタル信号プロセッサは、第１のデジタル電気信号成分を受け取り、第１のデジタル電気信号成分を、第１のデジタル電気信号成分のうち連続する成分間の微分位相誤差に応答する形で等化するように接続される。

装置のいくつかの実施形態では、光検波器が、ベクトルの第２のデジタル電気信号成分を生成するように構成される。第２のデジタル電気信号成分はそれぞれ、受信光キャリアの別の偏光成分の、対応するサンプリング時間における値を表す。第２のデジタル電気信号成分を、第２のデジタル電気信号成分のうち連続する成分間の微分位相誤差に応答する形で等化するように、デジタル・プロセッサを構成することができる。

装置のいくつかの実施形態では、デジタル・プロセッサが、ＦＩＲフィルタとして機能するように構成されたデバイスを含むことができ、ＦＩＲフィルタは、第１のデジタル電気信号成分を、第１のデジタル電気信号成分のうち（２Ｌ＋１）個の連続する成分の加重和を生成することにより等化し、ただしＬは１以上である。デジタル・プロセッサは、その和を定義する加重を微分位相誤差に基づいて更新するように構成された加重更新デバイスを含むこともできる。

別の実施形態は、光受信器を動作させる方法を特徴とする。方法は、変調光キャリアの１つの偏光成分の位相および振幅をその第１の成分が表し、そのキャリアの別の偏光成分の位相および振幅をその第２の成分が表す、第１の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルを、一続きのサンプリング時間のそれぞれにおいて生成するステップを含む。方法は、サンプリング時間の１つごとに、サンプリング時間のその１つに関する第１の２Ｄ複素デジタル・ベクトルの回転である第２の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルを構成するステップを含む。この回転により、変調光キャリアを光送信器と光受信器との間で送信することにより生じた偏光回転が補償される。

いくつかの実施形態では、方法はさらに、回転のうち１つ前のものによって生成されたベクトルの成分の絶対値間の差に比例する量だけ、回転の各角度を反復的に更新するステップを含む。

いくつかの実施形態では、方法はさらに、構成するステップの実施のうち１度の実施の前に、構成するステップの実施のうち前記１度の実施によってより良好な等化振幅をその第１および第２の成分が有する第２の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルが生成されるように、構成するステップの実施のうちその１度の実施に関する回転の式を更新するステップを含む。

いくつかの実施形態では、方法はさらに、第２の２Ｄデジタル信号複素ベクトルの第１の成分を、第２の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルの第１の成分のうち連続する成分間の微分位相誤差に基づいて等化するステップを含む。方法は、第１の成分それぞれを等化するステップが、第２の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルの第１の成分のうち（２Ｌ＋１）個の連続する成分の加重和を生成することを含み、ただしＬは１以上であるようなものでよい。

本明細書に記載される実施形態において実施することができる、４相ＰＳＫ（ＱＰＳＫ）、８相ＰＳＫ（８ＰＳＫ）、および１６相ＰＳＫ（１６ＰＳＫ）シンボル・コンスタレーションを示す図である。 本明細書に記載される実施形態において実施することができる、４相ＰＳＫ（ＱＰＳＫ）、８相ＰＳＫ（８ＰＳＫ）、および１６相ＰＳＫ（１６ＰＳＫ）シンボル・コンスタレーションを示す図である。 本明細書に記載される実施形態において実施することができる、４相ＰＳＫ（ＱＰＳＫ）、８相ＰＳＫ（８ＰＳＫ）、および１６相ＰＳＫ（１６ＰＳＫ）シンボル・コンスタレーションを示す図である。 光通信システムを示すブロック図である。 図２に示すコヒーレント光受信器の一実施形態を示すブロック図である。 図２のコヒーレント光受信器の、単一の光ハイブリッドを含む一代替実施形態を示すブロック図である。 図３Ａのハイブリッド光検波器の一実施形態を示すブロック図である。 図３Ａおよび３Ｂのデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）の、伝播誘起偏光回転を補償する一実施形態を示すブロック図である。 図３Ａ〜３ＢのＤＳＰの、等化を行う一実施形態を示すブロック図である。 図３Ａおよび３ＢのＤＳＰの、伝播誘起偏光回転を補償し、等化を行う一実施形態を示すブロック図である。 図３Ａおよび３ＢのＤＳＰの、偏光多重化をしない光通信システムにおいて等化を行う一実施形態を示すブロック図である。 図３Ａおよび３ＢのＤＳＰの、偏光多重化をしない光通信システムにおいて伝播誘起偏光回転を補正し、等化を行う一実施形態を示すブロック図である。 図５ＡのＤＳＰにより行われる偏光回転を定義する回転角度を更新するためのプロセスを示す流れ図である。 図５ＢのＤＳＰ内にあるＯＤＬＦ等化器の一構造を示すブロック図である。 図７で示すＯＤＬＦ等化器を動作させる一方法を示すブロック図である。 図７のＯＤＬＦ等化器内にあるＦＩＲフィルタの加重係数を更新する一方法を示すブロック図である。

図および説明では、同様の参照符号が、類似の機能を有する要素を示す。

図では、いくつかのフィーチャの相対寸法が、図中の構造のうち１つまたは複数をより明確に示すために、誇張されていることがある。

本明細書では、さまざまな実施形態について、図および例示的実施形態の詳細な説明によって、より詳細に記載する。しかし、本発明は、さまざまな形態で実施することができ、図および例示的実施形態の詳細な説明に記載の実施形態に限定されない。

本明細書における諸実施形態において有用となり得る、光データ送信およびコヒーレント光受信のための方法および装置は、２００５年８月１５日にＹｏｕｎｇ−Ｋａｉ Ｃｈｅｎ等により出願され、本明細書に参照によりその全体が組み込まれる、米国特許出願第１１／２０４，６０７号に記載されている。本明細書では、Ｙ．Ｋ．Ｃｈｅｎ等のこの米国特許出願を‘６０７出願と呼ぶ。

光受信器は、受信ＰＳＫ変調光キャリアをデジタル・データ・シンボルのストリームに変換する。そのような変換を効率的に行うために、本明細書に記載されるイントラダイン光受信器のいくつかの実施形態は、１つまたは複数の特定の適応形態を含むことができる。１つの特定の適応形態は、イントラダイン光受信器の局部光発振器と変調光キャリアとの間の周波数および位相の同期の欠如を補償することを対象とする。別の特定の適応形態は、光受信器の局部光発振器と変調光キャリアとの間の偏光ロックの欠如を補償または補正することを対象とする。１つまたは複数の特定の適応形態は、光通信チャネルによって生じる変調光キャリアに対する劣化のうち１つまたは複数を補償または補正することも対象とする。これらの劣化は、インライン光増幅器によって生じる増幅自然放出光（ＡＳＥ）雑音および／または波長分散もしくは偏光モード分散（ＰＭＤ）によって引き起こされることがある光シンボル間干渉、ならびにＰＭＤによって引き起こされた偏光回転を含んでよい。

図１Ａ〜１Ｃは、本明細書に記載される光通信システムにおいてデータを光キャリアに変調するために使用することができる、いくつかのシンボル・コンスタレーションを示す。これらのコンスタレーションは、図１Ａの４相ＰＳＫ（ＱＰＳＫ）コンスタレーション、図１Ｂの８相ＰＳＫ（８ＰＳＫ）コンスタレーション、および図１Ｃの１６相ＰＳＫ（１６ＰＳＫ）コンスタレーションを含む。ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、および１６ＰＳＫコンスタレーションにはそれぞれ、４個、８個、および１６個のシンボルがあり、それらは、複素平面内に点（１）、（２）、．．．、（１６）として示されている。さまざまな実施形態では、選択されたＰＳＫコンスタレーションのシンボルが、光キャリアの位相に変調（すなわち式ｅｘｐ（ｉθ_Ｓ）という係数として）される。ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、および１６ＰＳＫコンスタレーションではそれぞれ、変数θ_Ｓが、｛０、π／２、π、３π／２｝、｛０、π／４、π／２、３π／４、π、５π／４、３π／２、７π／４｝、および｛０、π／８、π／４、３π／８、．．．、１５π／８｝に属することができる。さまざまな実施形態では、これらのＰＳＫコンスタレーションのシンボルをそれぞれ、２、３、および４ビットを有するデータ・ワードを、例えば図１Ａ〜１Ｃの２、３、および４ビット・ワードのマッピングによって、異なった形で符号化するために使用することもできる。

図２は、ＰＳＫ変調光キャリアがデータを通信する光通信システム１０の全体を示す。光通信システム１０は、光送信器１２、光通信チャネル１４、および光受信器１６を含む。光送信器１２は、連続光波を、選択されたＰＳＫ形式、例えばＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、または１６ＰＳＫのシンボルのシーケンスを得るように変調する。光送信器１２は、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）をまたはゼロ復帰（ＲＺ）形式を有する光パルスをＰＳＫ変調することができる。光送信器１２は、１つのＰＳＫシンボル・ストリームを光キャリアの１つまたは複数の直線偏光成分に変調し、または独立したＰＳＫシンボル・ストリームを光キャリアの各直線偏光成分に変調する。後者の技法は、偏光多重化として知られている。光通信チャネル１４は、ＰＳＫ変調光キャリアを光送信器１２から光受信器１６に伝送する。光通信チャネル１４は、自由空間光リンク、ならびに／あるいは単一もしくは複数スパン光ファイバ伝送路、または全光ファイバ伝送路を含むことができる。光受信器１６は、光通信チャネル１４から受信した変調光キャリアから、１つまたは２つの推定シンボル・ストリームを、すなわち光キャリアが偏光多重化されているかどうかに応じて、回復させる。

図３Ａは、図２の光受信器１６の一実施形態を示す。光受信器１６は、局部光発振器１８、２つの光学偏光スプリッタ２０、２つの２×２ハイブリッド光検波器２２_Ｖ、２２_Ｈ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２４、ならびに光受信器１６内の要素１８、２０、２２_Ｖ、２２_Ｈ、２４を接続する複数の光導波路（ＯＷ）および電気ライン（ＥＬ）を含む。本明細書では、文字「Ｖ」および「Ｈ」は、異なる２つの直線偏光成分、例えば実験室系の相互に直交する「垂直」および「水平」成分を示すために使用される。

局部光発振器１８は、光通信チャネル１４から受信した光キャリアの波長付近の連続波（ＣＷ）基準光キャリアを生成する。局部光発振器１８は、コヒーレント光源、例えば環境的に安定したダイオード・レーザである。局部光発振器１８は、受信光キャリアを、ハイブリッド光検波器２２_Ｖ、２２_Ｈ内で周波数ダウン・ミックスする。このため、局部光発振器１８は、光通信チャネル１４から受信した変調光キャリアの周波数ω_ＭＣにほぼ等しい周波数ω_ＲＣを有する基準光キャリアを出力するようにセットアップされる。しかし、光受信器１６には、ＣＷ基準光キャリアの位相を光通信チャネル１４から受信した変調光キャリアの位相に厳密にロックさせる光位相ロック・ループ（ＰＬＬ）がない。実際、局部光発振器１８および／または光送信器１２からの光の線幅が、変調光キャリアと基準光キャリアとの間のそのようなどんな厳密な位相同期も損なうのに十分な周波数変動を発生させることがある。したがって、基準光キャリアおよび変調光キャリアは、時間的に大幅にドリフトする位相オフセットを有することがある。

周波数ロックがなくても、光受信器１６のいくつかの実施形態は、イントラダイン検波器として機能することが可能となり得る。それらの実施形態では、光送信器１２が、例えば周波数安定化光源を使用して光キャリアを生成することができ、局部光発振器１８が、例えば周波数安定化光源を使用して、基準光キャリアを生成することができる。

２つの光学偏光スプリッタ２０は、局部光発振器１８からの基準光キャリア、および光通信チャネル１４からの変調光キャリアを、直線偏光成分「Ｈ」および「Ｖ」に分離し、それらは、実験室系において、実質的に直交した、例えば「垂直」および「水平」成分である。各光学偏光スプリッタ２０は、Ｖ直線偏光成分の光を２×２ハイブリッド光検波器２２_Ｖの一方の光入力端に送出し、実質的に直交したＨ直線偏光の光を、他方の２×２ハイブリッド光検波器２２_Ｈの一方の光入力端に送出する。したがって、２×２ハイブリッド光検波器２２_Ｖ、２２_Ｈはそれぞれ、局部光発振器１８からの光を、その光入力端の一方で受け取り、光通信チャネル１４からの光を、その光入力端の他方で受け取る。

ハイブリッド光検波器２２_Ｖ、２２_Ｈは、それらの光入力端で受け取られた光をコヒーレントに混合して、結果として得られる混合波のデジタル指標を、それらの電気出力端から出力する。具体的には、ハイブリッド光検波器２２_Ｖ、２２_Ｈはそれぞれ、複素デジタル信号値をその電気出力端から出力する。複素デジタル信号値は、基準光キャリアによって周波数ダウン・ミックスされた変調光キャリアの対応する偏光成分の複素振幅を表し、すなわち、複素デジタル信号は、振幅および位相の情報を含む。ハイブリッド光検波器２２_Ｖ、２２_Ｈは、複素デジタル信号値を、光検波器の電気信号レベルをその中でサンプリング（すなわち光送信器１２によって発生した光キャリアの変調周波数またはその整数倍であるサンプリング周波数で）することにより生成する。ｋ番目のサンプリング周期中に、ハイブリッド光検出器２２_Ｖおよび２２_Ｈは、それぞれに対応する複素デジタル信号値を出力し、それらはＹ_Ｖ（ｋ）およびＹ_Ｈ（ｋ）と呼ばれ、ただしＹ_Ｖ（ｋ）＝Ｒｅ［Ｙ_Ｖ（ｋ）］＋ｉ・Ｉｍ［Ｙ_Ｖ（ｋ）］であり、Ｙ_Ｈ（ｋ）＝Ｒｅ［Ｙ_Ｈ（ｋ）］＋ｉ・Ｉｍ［Ｙ_Ｈ（ｋ）］である。

ＤＳＰ２４は、推定デジタル・シンボル、すなわちＤ（ｋ）の１つまたは複数の出力ストリームを、ハイブリッド光検波器２２_Ｖ、２２_Ｈから出力された複素デジタル・データ値の１つまたは２つのストリーム、すなわちＹ_Ｖ（ｋ）およびＹ_Ｈ（ｋ）のストリームから構成する。出力ストリーム内では、各Ｄ（ｋ）が、変調周期「ｋ」において変調光キャリアにより搬送されるＰＳＫコンスタレーションのシンボルの推定値である。ＤＳＰ２４は、複素デジタル信号値のストリーム、すなわちストリームＹ_Ｈ（ｋ）、Ｙ_Ｈ（ｋ＋１）、．．．およびＹ_Ｖ（ｋ）、Ｙ_Ｖ（ｋ＋１）、．．．に対して、さまざまなタイプのデジタル処理を実施して、推定シンボルの１つまたは複数の出力ストリームを生成することができる。このデジタル処理は、例えばＰＭＤ、波長分散、雑音、ならびに／あるいは光送信器１２および局部光発振器１８の線幅による信号劣化を、補償または補正することができる。

図４は、ＱＰＳＫ変調光キャリアを検波するように構成されたハイブリッド光検波器２２_Ｘ、例えば、図３のハイブリッド光検波器２２_Ｖ、２２_Ｈの一例示的実施形態を示す。ここでも以下でも、添え字「Ｘ」は、「Ｈ」直線偏光成分または「Ｖ」直線偏光成分を適宜表すことができる。ハイブリッド光検波器２２_Ｘは、光ハイブリッド（ＯＨ）、ならびに光ハイブリッドＯＨから出力された光強度をデジタル・サンプリングによって測定する第１および第２の光検出器を含む。

光ハイブリッドは、２つの１×２光強度スプリッタ２８Ａ、２８Ｂ、光位相遅延器３０、および２つの２×２光混合器３２Ａ、３２Ｂ、ならびにこれらの要素のうちさまざまな要素に接続された光導波路ＯＷを含む。光ハイブリッドは、２対の光出力端、例えば対（１、２）および対（３、４）のところに、変調光キャリアと基準光キャリアの干渉した混合波を生成する。各対の２つの出力端のところの混合波の相対強度は、干渉した光の相対位相に感応する。干渉した混合波の相対位相は、第１対（１、２）の光出力端のところと、第２対（３、４）の光出力端のところとでは異なる。図１Ａ、１Ｂおよび２の光受信器１６、１６’に適切となり得る例示的光ハイブリッドについては、例えば、「Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ、Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌｓ」という名称の、Ｎｏｒｉａｋｉ ＫａｎｅｄａおよびＡｎｄｒｅａｓ Ｌｅｖｅｎにより２００６年６月２３日に出願され、本明細書に参照によりその全体が組み込まれる、米国特許出願第１１／４２６，１９１号に記載されている。

各光検出器は、１対３４Ａ、３４Ｂの整合型フォトダイオード３６Ａ、３６Ｂ、差動増幅器３８Ａ、３８Ｂ、およびアナログ−デジタル変換器４０Ａ、４０Ｂ、ならびにこれらの要素のうちさまざまな要素を相互接続する電気ラインＥＬを含む。各光検出器は、光ハイブリッドＯＨの１対の光出力端、すなわち対（１、２）または対（３、４）のところの光信号を測定する。実際、各光検出器は、デジタル電気値のシーケンスを、光ハイブリッドの１対の光出力端のところの干渉したキャリアの強度をサンプリングすることにより生成する。

１×２光強度スプリッタ２８Ａ、２８Ｂがそれぞれ、受け取られた光を、前記光の約５０パーセントがその光出力端のそれぞれに向けられるように電力分割する。１×２光強度スプリッタの一方のスプリッタ２８Ａが、局部光発振器１８からの光を受け取り、それを電力分割するように接続される。１×２光強度スプリッタの他方のスプリッタ２８Ｂが、光通信ライン１４から受信した変調光キャリアの光を受け取り、それを電力分割するように接続される。各１×２光強度スプリッタ２８Ａ、２８Ｂは、光導波路ＯＷにより、２×２光混合器３２Ａの光入力端に光を供給するように接続し、別の光導波路ＯＷにより、他方の２×２光混合器３２Ｂの光入力端に光を供給するように接続する。

次いで、光位相遅延器３０および導波路ＯＷが、１×２光スプリッタ２８Ｂから２×２光混合器３２Ａに送出される光と、１×２光スプリッタ２８Ｂから２×２光混合器３２Ｂに送出される光との間に、相対位相遅延Δを導入する。典型的に、相対位相遅延Δは、Ｎπを法としてπ／３と２π／３の間である。相対位相遅延Δは、好ましくは、Ｎπを法として３π／８と５π／８の間であり、より好ましくは、Ｎπを法として約π／２である。ここで、Ｎは整数である。これとは対照的に、残りの光導波路ＯＷは、他方の光強度スプリッタ２８Ａから光混合器３２Ａに送出される光と、他方の光強度スプリッタ２８Ａから光混合器３２Ｂに送出される光との間に、実質的な相対位相遅延（すなわちＮπを法として）を導入しない。

あるいは、光位相遅延器３０を、１×２光スプリッタ２８Ｂの光出力端の一方にではなく、１×２光スプリッタ２８Ａの光出力端の一方に接続することもできる（図示せず）。次いで、光位相遅延器３０が、１×２光スプリッタ２８Ａから２×２光混合器３２Ａに送出される光と、１×２光スプリッタ２８Ａから２×２光混合器３２Ｂに送出される光との間に、相対位相遅延Δを導入することになる。そのような相対位相遅延Δは、Ｎπを法としてπ／３と２π／３の間である。相対位相遅延Δは、好ましくは、Ｎπを法として３π／８と５π／８の間であり、より好ましくは、Ｎπを法として約π／２である。ここで、Ｎは整数である。そのような諸実施形態では、他方の光強度スプリッタ２８Ｂと光混合器３２Ａ、３２Ｂとの間の光導波路ＯＷが、２つの光混合器３２Ａ、３２Ｂに供給される光相互間に、実質的に相対位相遅延（すなわちＮπを法として）を導入しない。

ハイブリッド光検波器２２_Ｘでは、２×２光混合器３２Ａ、３２Ｂがそれぞれ、変調光キャリアおよび基準光キャリアの同じ直線偏光成分を受け取るように接続される。光混合器３２Ａ、３２Ｂは、それらの光入力端で受け取られた光を混合し、すなわち干渉させて、前記光の予め選択された組合せをそれらの光出力端にもたらす。光混合器３２Ａ、３２Ｂは、例えば従来型のデバイスまたは多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスとすることができる。

２×２光混合器３２Ａ、３２Ｂは、変調光キャリアの周波数ダウン・ミックスしたバージョンを生成する。第１の光混合器３２Ａは、その光入力端で受け取られた光を、その光出力端での光強度の差が光通信チャネル１４から受信した光と局部光発振器１８から受け取られた光との間の位相差、すなわち（φ＋ｔ・［ω_ＭＣ−ω_ＲＣ］）を表すように混合する。ここで、ω_ＭＣおよびω_ＲＣはそれぞれ、変調光キャリアおよび基準光キャリアの周波数であり、「ｔ」は時間であり、φは位相オフセットである。具体的には、第１の光混合器３２Ａの第１の光出力端１での光強度から第１の光混合器３２Ａの第２の光出力端２での光強度を引いた差は、第１の光混合器３２Ａの２つの光入力端での光の振幅に、相対位相依存係数、例えばｓｉｎ（φ＋ｔ・［ω_ＭＣ−ω_ＲＣ］）を掛けた積に比例する。同様に、第２の光混合器３２Ｂも、その光入力端で受け取られた光を、その光出力端３、４での光強度の差が、光通信チャネル１４から受信した光と局部光発振器１８から受け取られた光との間の位相差、すなわち（φ＋ｔ・［ω_ＭＣ−ω_ＲＣ］）を表すように混合する。具体的には、上記で論じた相対位相遅延Δが、π／２ ｍｏｄｕｌｏ ２Ｎπ、ただしＮは整数である場合、第２の光混合器３２Ｂの第１の光出力端３での光強度から、第２の光混合器３２Ｂの第２の光出力端４での光強度を引いた差が、第２の光混合器３２Ｂの２つの光入力端での光の振幅に、別の相対位相依存係数、例えばｃｏｓ（φ＋ｔ・［ω_ＭＣ−ω_ＲＣ］）を掛けた積に比例する。

２×２光混合器３２Ａ、３２Ｂの各光出力端１〜４のところに、対応するフォトダイオード３６Ａ、３６Ｂが、出力光の強度を検出するために配置される。これらのフォトダイオードは、２対３４Ａ、３４Ｂのバランスのとれた、または整合した光感度を形成する。対３４Ａ、３４Ｂでは、各フォトダイオード３６Ａ、３６Ｂが、差動増幅器３８Ａ、３８Ｂの１つの入力端のところに、検出した光強度を表す電圧または電流を発生させる。

各差動増幅器３８Ａ、３８Ｂは、その２つの入力端に印加された電圧差に比例するアナログ電圧、すなわちＶ_Ｘ、１またはＶ_Ｘ、２を出力する。

アナログ電圧Ｖ_Ｘ、１およびＶ_Ｘ、２から、第１および第２のＡ／Ｄ変換器４０Ａ、４０Ｂが、それぞれに対応する、デジタル信号値の第１および第２の時間的なシーケンス、すなわちＹ_Ｘ、１（ｋ）、Ｙ_Ｘ、１（ｋ＋１）、．．．およびＹ_Ｘ、２（ｋ）、Ｙ_Ｘ、２（ｋ＋１）、．．．．を生成する。これらのシーケンスを生成するために、Ａ／Ｄ変換器４０Ａ、４０Ｂは、アナログ電圧Ｖ_Ｘ、１およびＶ_Ｘ、２を、シンボル／変調速度に等しくてよい、または変調／シンボル速度の整数倍でよいサンプリング速度でサンプリングする。Ａ／Ｄ変換器４０Ａ、４０Ｂは、ｋ番目のサンプリング周期において、デジタル信号値Ｙ_Ｘ、１（ｋ）およびＹ_Ｘ、２（ｋ）をＤＳＰ２４に送出する。

各複素デジタル信号値Ｙ_Ｘ（ｋ）＝Ｙ_Ｘ、１（ｋ）＋ｉＹ_Ｘ、２（ｋ）は、式

を有するものとしてモデリングすることができる。上記の式では、Ｂ_Ｘ（ｋ）およびφ_Ｘ（ｋ）が、サンプリング周期「ｋ」における振幅および位相であり、Ｎ_Ｘ（ｋ）が、サンプリング周期「ｋ」における雑音である。位相φ_Ｘ（ｋ）は、Φ_Ｂ（ｋ）＋Φ_Ｓ（ｋ）＋ｋ・Ｔ・（ω_ＭＣ−ω_ＲＣ）と表すことができ、ただしＴはサンプリング周期であり、Φ_Ｂ（ｋ）はＰＳＫシンボルの位相であり、Φ_Ｓ（ｋ）は、総位相雑音である。総位相雑音Φ_Ｓ（ｋ）は、図２〜３の光送信器１２および／または局部光発振器１８の線幅により、かなりの寄与を得ることができる。

図３を再度参照すると、ＤＳＰ２４は、各サンプリング周期「ｋ」における２Ｄ複素デジタル・ベクトルＹ（ｋ）、すなわちＹ（ｋ）＝［Ｙ_Ｖ（ｋ），Ｙ_Ｈ（ｋ）］^Ｔを処理する。（本明細書では、上付き文字「^†」および「^Ｔ」はそれぞれ、エルミート共役および行列転置を意味する。）ベクトルＹ（ｋ）は、受信変調光キャリアから光受信器１６が回復させようとしている実際の変調位相がその成分である、２ＤベクトルＰ（ｋ）に対応する。すなわち、Ｐ（ｋ）＝［Ｐ_Ｖ（ｋ），Ｐ_Ｈ（ｋ）］^Ｔであり、ただし、位相Ｐ_Ｖ（ｋ）およびＰ_Ｈ（ｋ）は、対応する変調時間に、それぞれに対応する光キャリアの「Ｖ」および「Ｈ」偏光成分に、光送信器１２によって変調されたものである。送信および受信信号の劣化のため、ベクトルＹ（ｋ）はしばしば、元のベクトルＰ（ｋ）とは異なる。ＤＳＰ２４は、Ｙ（ｋ）のさまざまなタイプのデジタル処理を実施して、元のＰ（ｋ）のより良好な推定値を回復させることができる。

図３Ｂは、光受信器１６’の一代替実施形態を示す。光受信器１６’は、局部光発振器１８、単一の光ハイブリッドＯＨ、４つの光学偏光スプリッタ２０、４対３４Ａ、３４Ｂの整合型またはバランス型フォトダイオード３６Ａ、３６Ｂ、４つの差動増幅器３８Ａ、３８Ｂ、ＤＳＰ２４、ならびに前記要素を接続する光導波路ＯＷおよび電気ラインＥＬを含む光検波器である。光受信器１６’では、各要素が、図３Ａおよび４の光受信器１６の同様に参照符号付けされた要素、例えば１８、２０、３４Ａ、３４Ｂ、３６Ａ、３６Ｂ、３８Ａ、３８Ｂ、ＯＷ、ＥＬと参照符号付けされた要素と類似した構造および／または機能を有する。また、光受信器１６’は、類似の光信号および電気信号を受信および出力する。さらに、ＤＳＰ２４に送出されるデジタル・サンプリングされた値Ｙ_Ｖ、１（ｋ）、Ｙ_Ｖ、２（ｋ）、Ｙ_Ｈ、１（ｋ）、Ｙ_Ｈ、２（ｋ）は、光受信器１６および光受信器１６’において同様である。このため、光受信器１６、１６’はどちらも、実質的に同一のＤＳＰ２４を有することができる。

光受信器１６’は、光ハイブリッドＯＨに光を送出するより前にではなく、光ハイブリッドＯＨの光出力端１、２、３、４のところで偏光分割を実施する。各光学偏光スプリッタ２０が、光ハイブリッドＯＨの１つの光出力端１、２、３、４からの光の２つの偏光成分を、異なるフォトダイオード３６Ａ、３６Ｂに送出する。このため、光受信器１６’は、図１Ａおよび２の光受信器１６と同様に２つの光ハイブリッドＯＨではなく、単一の光ハイブリッドＯＨを有する。

光受信器１６’では、光ハイブリッドＯＨが、図４に示すプレーナ光ハイブリッドＯＨではなく、バルク光ハイブリッドでよい。適切なバルク光ハイブリッドは、３３７４−３３９０ Ｇａｔｅｗａｙ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ、Ｆｒｅｍｏｎｔ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９４５３８、Ｕｎｉｔｅｄ ＳｔａｔｅｓのＯｐｔｏｐｌｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている（インターネット上ではｗｗｗ．ｏｐｔｉｐｌｅｘ．ｃｏｍ）。

図３Ａおよび３Ｂの光受信器１６、１６’に関して、それらにおけるデジタル処理の例示的なタイプが、図５Ａ〜５Ｅに示すＤＳＰ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅの特定の実施形態により示されている。

図５Ａおよび５Ｃを参照すると、ＤＳＰ２４Ａ、２４Ｃは、偏光追跡ユニット（ＰｏｌＴｒａｃｋ）４４を含む。ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４は、受け取られた２Ｄ複素ベクトルＹ（ｋ）それぞれに対して個々に線形変換を実施して、２Ｄ複素ベクトルＺ（ｋ）、すなわちＺ（ｋ）＝［Ｚ_Ｖ（ｋ），Ｚ_Ｈ（ｋ）］^Ｔを生成する。この線形変換は、

によって与えられる。ここで、２×２行列Ｊ（ｋ）が回転を実施する。したがって、Ｊ（ｋ）の成分は、

である。単一の回転角度θ（ｋ）が、行列Ｊ（ｋ）を定義する。回転角度θ（ｋ）は、光通信チャネル１４の時間的変化によって生じる変化を追跡するように、定期的に更新される。回転角度θ（ｋ）の更新は、回転後ベクトルＺ（ｋ）および元の位相変調ベクトルＰ（ｋ）の「Ｖ」および「Ｈ」成分が、実質的に整合した状態にとどまるように構成される。具体的には、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４は、光送信器１２から光通信チャネル１４を通る伝播により生じた偏光回転を追跡するように、Ｙ（ｋ）を変換する。

図６は、回転角度θ（ｋ）を動的に更新する方法５０を示す。例えば、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４は、更新方法５０を実施するように構成することができる。ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４は、方法５０を通常動作の間の各サンプリング周期中に実施しても、θ（ｋ）をより少ない頻度で更新するように方法５０を実施してもよい。

回転角度θ（ｋ）の各更新について、方法５０は、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４によって最後に生成された２Ｄ複素デジタル信号ベクトルＺ（ｋ）の成分における２乗電力誤差の和の、回転角度θ（ｋ）に対する勾配を評価すること（ステップ５２）を含む。Ｚ（ｋ）の「Ｖ」および「Ｈ」成分は、それぞれに対応する電力誤差ｅ_Ｖ（ｋ）およびｅ_Ｈ（ｋ）を有し、これらは、

によって与えられる。上記では、Ｐ_Ｖ（ｋ）およびＰ_Ｈ（ｋ）が、１として選択された一定振幅に及ぶ位相であるため、電力誤差に関する第２の式が成立する。Ｚ（ｋ）の上記の定義から、ｅ_Ｖ（ｋ）およびｅ_Ｖ（ｋ）のθ（ｋ）勾配は、

を満足させることが分かる。２Ｄ複素ベクトルＺ（ｋ）の２乗電力誤差の和の、回転角度θ（ｋ）に対する勾配は、∂_θ［（ｅ_Ｈ（ｋ））^２＋（ｅ_Ｖ（ｋ））^２］である。式（４）〜（５）から、この式は、

を満足させることが分かる。ステップ５２の実施は、∂_θ［ｅ_Ｈ（ｋ）］を式（５）を用いて評価し、∂_θ［ｅ_Ｈ（ｋ）］の値を使用して式（６）の右側を評価することを含むことができる。

回転角度θ（ｋ）の各更新について、方法５０は、最後に評価したベクトルＺ（ｋ）の２つの成分に関する２乗電力誤差の評価した勾配に比例する量だけ、最終回転角度θ（ｋ）を更新すること（ステップ５４）を含む。上記の式（６）から、ステップ５４は、回転角度に対して反復的な更新

を実施することを含む。ここで、γは、更新ステップ・サイズを固定する、予め選択された正の数である。式（７）から、更新ステップ５４は、θ（ｋ）に補正を付加するものであり、その補正は、｜Ｚ_Ｖ（ｋ）｜と｜Ｚ_Ｈ（ｋ）｜との差に比例し、すなわち更新は｜Ｚ_Ｖ（ｋ）｜−｜Ｚ_Ｈ（ｋ）｜に比例する。更新された回転角度が、ハイブリッド光検波器２２_Ｖ、２２_Ｈから受け取られた次の複素デジタル信号ベクトルＹ（ｋ）を回転させるために、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４により使用される。

上記の方法５０は、回転角度θ（ｋ）を、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４により生成されたベクトルＺ（ｋ）の偏光成分のエネルギーを等化するように構成された形で更新する。

さらに、式（１）の偏光追跡変換も更新方法５０も、等化を必要としない。例えば、回転角度θ（ｋ）の各反復更新は、１つ前のサンプリング周期のエネルギー誤差に基づいている。また、式（１）の回転は、複素デジタル信号ベクトルＹ（ｋ）の個々の偏光成分の等化を必要としない。具体的には、方法５０の実施には、複素デジタル信号ベクトルＹ（ｋ）の２つの偏光成分Ｙ_Ｖ（ｋ）とＹ_Ｈ（ｋ）を一緒に交差等化することが含まれない。方法５０の実施中、ベクトルＹ（ｋ）のどちらの偏光成分も、以前のサンプリング時間におけるデジタル信号ベクトルＹ（ｋ）の成分の加重和（この和には他の偏光成分が含まれる）で置き換えられない。等化に依拠しないため、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４は、より単純でより速いハードウェア・デバイスとなり得る。

式（５）および（７）により示すように、方法５０は、送信されている特定の位相データの知識を必要としない。このため、方法５０は、トレーニング・シンボルの予め選択されたシーケンスを送信せずに実施することができる。実際、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４は、「Ｖ」および「Ｈ」偏光成分に変調されたシンボル・シーケンスが同じシーケンスであろうと独立したシーケンスであろうと、方法５０を効果的に実施することができる。方法５０を用いると、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４は、光送信器１２が送信光キャリアにデータを偏光多重化する場合に効果的に動作することができ、その他の場合には、光受信器１６の偏光多様性実施形態を実施する助けとなることができる。

図５Ｂを参照すると、ＤＳＰ２４Ｂは、２つの光学線形微分フィルタ（ＯＬＤＦ）等化器４６Ｖ、４６Ｈを含む。オプションとして、ＤＳＰ２４Ｂは、例えばデータが偏光多重化されていない変調光キャリアを受信するように構成された光受信器１６、１６’の実施形態向けに、シンボル推定コンバイナ（ＳＥＣ）４８を含む。ＯＤＬＦ等化器４６Ｖは、２Ｄ複素デジタルＹ_Ｖ（ｋ）のシーケンスを、光シンボル間干渉（ＯＩＳＩ）の時間的な広がりの影響が低減された複素デジタルＤ_Ｖ（ｋ）のシーケンスを生成するように処理する。ＯＤＬＦ等化器４６Ｈは、複素デジタルＹ_Ｈ（ｋ）のシーケンスを、ＯＩＳＩの時間的な広がりの影響が低減された複素デジタルＤ_Ｈ（ｋ）のシーケンスを生成するように処理する。ＯＤＬＦ等化器４６Ｖ、４６Ｈは図７に示されており、ただし「Ｘ」は「Ｖ」または「Ｈ」直線偏光成分を適宜表す。

図７は、ＯＤＬＦ等化器４６Ｘの一例示的構造を示す。ＯＤＬＦ等化器４６Ｘは、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ６０、加重更新デバイス（ＷＵＤ）６２、１サンプル周期遅延器（Ｄ）、およびシリアル・ロード・パラレル出力シフト・レジスタ（ＳＲ）６４を含む。Ｙ_Ｘ（ｋ）から、ＦＩＲフィルタ６０は、等化複素数Ｄ_Ｘ（ｋ）を図８の方法７０によって生成する。さらに、ＷＵＤ６２が、ＦＩＲフィルタ６０の（２Ｌ＋１）個の複素係数、すなわち係数ＣＸ_、−Ｌ（ｋ）、．．．、Ｃ_Ｘ、０（ｋ）、．．．、Ｃ_Ｘ、＋Ｌ（ｋ）の更新を、図９の方法８２によって実施する。ＦＩＲフィルタ６０の係数のそのような更新は、ＯＤＬＦ等化器４６Ｘにより実施される等化が光通信チャネル１４の変化を追跡するように、定期的に行われる。

図８は、図７のＯＤＬＦ４６Ｘを用いて等化を実施する方法７０について説明している。方法７０は、適切な複素デジタル信号値、すなわちＹ_Ｘ（ｋ）のシーケンスを、図３Ａまたは３Ｂの光受信器１６、１６’内の光ハイブリッドＯＨからシリアルに受け取ること（ステップ７２）を含む。方法７０は、受け取られた複素デジタル信号値Ｙ_Ｘ（ｋ）それぞれについて等化複素デジタル信号値Ｄ_Ｘ（ｋ）を評価することを含み、例えば、Ｙ_Ｘ（ｋ）それぞれにつき１つのＤ_Ｘ（ｋ）を評価することができる（ステップ７４）。評価ステップ７４は、連続して受け取られた複素デジタル信号値のうち（２Ｌ＋１）個の複素デジタル信号値の加重平均を形成するものである。すなわちこの和は、（２Ｌ＋１）個の時間的に隣接する値、例えば値Ｙ_Ｘ（ｋ−Ｌ）、．．．、Ｙ_Ｘ（ｋ＋Ｌ）にわたる加重平均である。ここで、Ｌは、等化領域の幅を定義する正の整数である。具体的には、ＦＩＲフィルタ６０は、等化複素デジタル信号値Ｄ_Ｘ（ｋ）をそれぞれ、

により定義される加重平均として評価することができる。上記の式（８）では、（２Ｌ＋１）次元複素ベクトルＣ_Ｘ（ｋ）およびＹ_Ｘ（ｋ）が、

及び

によって与えられる。式（９）および（１０）では、複素加重ベクトルＣ_Ｘ（ｋ）は成分、すなわちＣ_Ｘ、−Ｌ（ｋ）、．．．、Ｃ_Ｘ、＋Ｌ（ｋ）を有し、これらは、ＦＩＲフィルタ６０の加重係数である。上記の開示に照らして、当業者なら、式（８）の加重平均を形成するのに適した例示的ＦＩＲフィルタ６０を製作することができるであろう。方法７０は、各変調周期について評価した１つまたは複数の等化複素デジタル信号値、すなわち１つまたは複数のＤ_Ｘ（ｋ）が、トレーニング・シーケンス中のシンボルの変調位相Ｐ_Ｘ（ｋ）に対応するかどうかについて判定すること（ステップ７６）も含む。１つまたは複数の評価した複素デジタル信号値が、トレーニング・シーケンス中のシンボルの変調位相Ｐ_Ｘ（ｋ）の推定値に対応する場合、方法７０は、１つまたは複数の評価した等化複素デジタル信号値、すなわち１つまたは複数のＤ_Ｘを、ＦＩＲフィルタ６０の加重係数の更新に使用するために、ＷＵＤ６２に送出すること（ステップ７８）を含む。そうでない場合は、１つまたは複数の評価した等化複素デジタル信号値が、データ搬送シンボルの変調位相係数Ｐ_Ｘ（ｋ）の１つまたは複数の推定値を形成する。この場合、次いで方法１００は、１つまたは複数の評価した等化複素デジタル信号値、すなわち１つまたは複数のＤ_Ｘ（ｋ）を、変調位相係数Ｐ_Ｘ（ｋ）に対応するデータ搬送シンボルの推定に使用するために出力すること（ステップ８０）を含む。

光送信器１２が、ＰＳＫシンボルの独立したシーケンスを光キャリアの「Ｖ」および「Ｈ」偏光成分に変調しない場合、図５Ｂに示すオプションのＳＥＣ４８が、例えば偏光ダイバーシチを行うために、２つのＯＤＬＦ等化器４６Ｖ、４６Ｈからの推定変調位相を組み合わせ、または比較することができる。例えば、ＳＥＣ４８により処理することによって、対応する変調周期中に光キャリアに変調された実際のシンボルに対する改善された推定値Ｄ（ｋ）を得ることができる。オプションのＳＥＣ４８は、実際の変調シンボル値に対する改善された推定値Ｄ（ｋ）を生成するために、変調シンボルのそのような推定位相を、同じ変調周期に対応する１サンプリング周期を上回って組み合わせることもできる。

図９は、図７のＦＩＲフィルタ６０の係数を更新する方法８２について説明している。

方法８２は、トレーニング・シンボルの推定値と実際値との間の誤差を測定する微分等化誤差Ｅ_Ｘ（ｋ）を図７のＷＵＤ６２において評価すること（ステップ８４）を含む。ＷＵＤ６２は、ＦＩＲフィルタ６０から出力（すなわち上述の方法７０のステップ７８において）された推定値を得る。ＷＵＤ６２は、予め選択された値を有する実際の変調位相Ｐ_Ｘ（ｋ）およびＰ_Ｘ（ｋ−１）を、ＤＳＰ２４Ｂから得ることができる。Ｄ_Ｘ（ｋ）とＰ_Ｘ（ｋ）はどちらも、例えば１のＮ乗根であり、ただしＮはＰＳＫコンスタレーションのサイズである。そのような微分等化誤差Ｅ_Ｘ（ｋ）の一例示的定義は、

によって与えられる。誤差Ｅ_Ｘ（ｋ）は時間的な微分関数であるため、変調光キャリアの周波数ω_ＭＣと基準光キャリアの周波数ω_ＲＣとの間のわずかな不一致により典型的に、Ｅ_Ｘ（ｋ）の大きな絶対値が典型的に生じない。このため、そのような微分誤差は、変調光キャリアと基準光キャリアとの間に光位相または光周波数のロックがない場合でさえ、等化関連不一致の十分な指標になると考えられる。

次に、方法８２は、（２Ｌ＋１）次元複素加重ベクトルＣ_Ｘ（ｋ）の更新値を求めることを含む。更新値は、評価した微分等化誤差Ｅ_Ｘ（ｋ）、ならびに既に推定および／または受け取られたデジタル信号値に基づく（ステップ８６）。例えば、ステップ８２は、各変調周期または各サンプリング周期における複素加重ベクトルＣ_Ｘ（ｋ）を、以下のように更新することができる。

ここで、βは更新ステップ・サイズを定義する正の数である。

方法８２は、ＦＩＲフィルタ６０に、ステップ８６で見い出された更新複素加重係数ベクトルＣ_Ｘ（ｋ＋１）をロードすること（ステップ８８）を含む。次いで、ロードされた加重係数が、ＦＩＲフィルタ６０によって実施される次のデジタル等化に使用される。

方法８２は、ＦＩＲフィルタ６０から次に出力されるべき等化複素デジタル信号値、例えばＤ_Ｘ（ｋ＋１）が、別のトレーニング・シンボル、すなわち新しい変調周期のトレーニング・シンボルの推定変調位相に対応するかどうかについて判定すること（ステップ９０）を含む。次に出力される複素デジタル値がそのような新しいトレーニング・シンボルに確かに対応する、または対応することになっている場合、方法８２は、ステップ８４を再度実施するためにループ・バック９２することを含む。そのようなループ・バック９２は、ＦＩＲフィルタ６０に対してロードされる加重係数の値を、例えば上述の微分等化誤差を反復的に低減することによって改善することができる。そうでない場合、方法８２は、等化複素デジタル信号値Ｄ_Ｘ（ｋ＋１）を、変調光キャリアによって搬送されたデータ搬送シンボルの推定変調位相として出力（すなわちステップ８０と同様に）し、次いで、ＯＤＬＦ等化器４６Ｘを、図８の方法７０に従って等化を実施するモードに戻すこと（ステップ９４）を含む。

ＦＩＲフィルタ６０の複素加重係数を更新する方法８０では、微分誤差Ｅ_Ｘ（ｋ）がいくつかの望ましい特性を有する。第１に、誤差Ｅ_Ｘ（ｋ）は、変調光キャリアと基準光キャリアとの間のどんな一定の位相偏移とも無関係である。第２に、誤差Ｅ_Ｘ（ｋ）は、サンプリング周期が十分に短いことを条件として、小さな線幅誘起位相回転に実質的に無関係である。これらの理由から、ＯＤＬＦ等化器４６Ｘは、受信変調光キャリアと基準光キャリアとの間の光位相ロックがない場合でさえ、光通信チャネル１４により誘起されたＯＩＳＩを補償することができる。そのようなＯＰＬＬを回避することがしばしば望ましい。というのも、ＯＰＬＬの実施は、光通信周波数において達成が困難となり得るためである。適応等化器４６Ｘは、そのような望ましくないＯＰＬＬなしでコヒーレント光検波を行うための１つの様式を提供する。

図５Ｃは、図５ＡのＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４と図５ＢのＤＳＰ２４Ｂを組み合わせ、それにより光通信チャネル１４において生じる偏光回転およびＯＩＳＩの補償を行う、ＤＳＰ２４Ｃを示す。ＤＳＰ２４Ｃでは、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４が、図５Ａに関して説明したように機能する。ＤＳＰ２４Ｃでは、各ＯＤＬＦ等化器４６Ｖ、４６Ｈが、図５Ｂおよび図７〜９のＯＤＬＦ等化器４６Ｘのように機能し、この場合、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４からのデジタル信号値Ｚ_Ｖ（ｋ）およびＺ_Ｈ（ｋ）が、ハイブリッド光検波器２２_Ｖ、２２_Ｈからのデジタル信号値Ｙ_Ｖ（ｋ）およびＹ_Ｈ（ｋ）に取って代わっている。

ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４とＤＳＰ２４Ｂを組み合わせることによって、変調光キャリアの「Ｖ」偏光成分と「Ｈ」偏光成分との間のＰＭＤ誘起位相偏移の、ある程度の補償を行うこともできる。ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４は、そのような偏光依存位相偏移をそれ自体で補償することができない。「Ｈ」偏光成分と「Ｖ」偏光成分との間のそのような位相偏移は、変調光キャリアが光通信チャネル１４中を伝播するときに生じ得る。ＯＤＬＦ等化器４６ＨおよびＯＤＬＦ等化器４６Ｖそれぞれにおいて「Ｈ」および「Ｖ」偏光成分を独立して等化すると、そのような偏光依存位相偏移の十分な補償を行うことができる。

図５Ｄは、図５ＢのＯＤＦＬ等化器４６Ｖただ１つを含むＤＳＰ２４Ｄを示す。ＤＳＰ２４Ｄでは、ＯＤＬＦ等化器４６Ｖが、図５ＢのＯＤＬＦ等化器４６Ｘと同様に機能する。ＤＳＰ２４Ｄは、変調光キャリアが偏光多重化されていない場合に、光通信チャネル１４におけるＯＩＳＩを補正することができる。

図５Ｅは、図５Ｃに示すＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４および１つのＯＤＦＬ等化器４６Ｖを含む、ＤＳＰ２４Ｅを示す。ＤＳＰ２４Ｅでは、ＰｏｌＴｒａｃｋユニット４４およびＯＤＬＦ等化器４６Ｖが、図５ＣのＤＳＰ２４Ｃと同様に機能する。ＤＳＰ２４Ｅは、変調光キャリアが偏光多重化されていない場合に、一部の光通信チャネル１４における偏光回転およびＯＩＳＩを補正することができる。

図２を再度参照すると、一部の光通信チャネル１４は、例えばインライン光増幅器により、高レベルの光学雑音を発生させることがある。そうした光通信チャネル１４では、微分位相誤差に基づく、すなわちＥ_Ｘ（ｋ）に基づく等化が、十分最適な等化となり得ない。そのような光通信チャネル１４では、図７のＯＤＬＦ等化器４６Ｘを、別の等化器の入力端に直列に結合することができる。この別の等化器は、受信光キャリアに変調された位相を、ＯＤＬＦ等化器４６Ｘから出力される等化複素信号値、すなわちＤ_Ｘ（ｋ）に基づいて再帰的に推定するように構成することができる。そのような実施形態では、再帰的に推定される位相を、ＦＩＲフィルタ６０の加重係数の更新に使用するために、ＷＵＤ６２にフィードバックすることもできる。変調位相のそのような再帰的推定のためのデジタル処理方法および装置については、例えば、「Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｐｈａｓｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ」という名称の、Ｕｔ−Ｖａ Ｋｏｃにより２００６年７月７日に出願された米国特許出願第１１／４８３，２８０号に記載されている。この米国特許出願は、参照により本明細書にその全体が組み込まれる。

本明細書における記載および図面に照らして、図３のＤＳＰ２４は、偏光回転を補償し、かつ／または光通信チャネル１４によって生じたＯＩＳＩを低減させるために、別の方法を使用できることが、当業者には明らかとなり得よう。例えば、そのような別の方法では、図５Ａ〜５Ｃおよび図６〜９に関して説明したものとは異なる誤差指標を使用することができる。

図３Ａおよび３ＢのＤＳＰ２４のいくつかの実施形態では、信号処理の第１または第２の段階が、変調光キャリアと基準光キャリアとの間の周波数オフセットによって生じる位相誤差の補正を含むことができる。そのような補正を実施するためのデバイスが、光受信器１６、１６’において有用となる可能性があり、そうしたデバイスについては、例えば、「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｉｎ Ａｎ Ｉｎｔｒａｄｙｎｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ」という名称の、Ａｎｄｒｅａｓ Ｌｅｖｅｎ等により本特許出願と同日に出願されており、本明細書に参照によりその全体が組み込まれる、米国特許出願第１１／ ， 号に記載されている。

上記の開示、図、および特許請求の範囲から、当業者には他の実施形態が明らかとなるであろう。

Claims (9)

1. 装置であって、前記装置が、
   ＰＳＫ変調光キャリアからデータを回復させるよう構成された光受信器を含み、前記光受信器は、
   第１および第２のデジタル成分を有するベクトルのシーケンスを生成するように構成された光検波器を含み、第１の成分の各々が、対応するサンプリング時間における前記変調光キャリアの第１の偏光成分の複素数値を表し、第２の成分の各々が、前記サンプリング時間における前記変調光キャリアの別の第２の偏光成分の複素数値を表すものであり、前記光受信器はさらに、
   前記変調光キャリアをその光送信器から前記光受信器に送信することにより生じた偏光回転を補償するように、受信したベクトルの各々の回転を個々に実施するように構成された、前記ベクトルを受け取るように接続されたデジタル・プロセッサを備え、
   前記デジタル・プロセッサが、前の回転によって生成されたベクトルの前記成分の大きさの差に比例する量だけ、前記前の回転の角度を更新することによって、前記回転についての角度を反復的に決定するように構成される、装置。
2. 前記デジタル・プロセッサが、前記ベクトルの前記第１および第２の成分間の交差等化を実施せずに、前記受け取られたベクトルを回転させるように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記プロセッサが、前記第１および第２の成分の振幅を等化する傾向がある形で前記回転を実施するように構成される、請求項１に記載の装置。
4. 前記光検波器が、
   前記変調光キャリアと基準光キャリアとの第１の混合波を第１の出力端から出力し、前記キャリア同士の別の相対位相を有する第２の混合波を第２の出力端から出力するように構成された光ハイブリッドを備える、請求項１に記載の装置。
5. 次の回転についての角度を決定するために、前記デジタルプロセッサが、最終回転の角度に、前記最終回転によって生成されたベクトルの前記成分の大きさの差に比例する補正を付加するよう構成される、請求項１に記載の装置。
6. 光受信器を動作させる方法であって、
   一続きのサンプリング時間のそれぞれにおいて、第１の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルを生成するステップを含み、前記第１の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルの第１の成分は、前記サンプリング時間のうちの対応するサンプリング時間において受信された変調光キャリアの１つの偏光成分の位相および振幅を表し、そして、前記第１の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルの第２の成分は、前記サンプリング時間のうちの対応するサンプリング時間において受信された前記キャリアの別の偏光成分の位相および振幅を表すものであり、さらに、
   前記サンプリング時間の１つごとに、前記サンプリング時間の前記１つに関する前記第１の２Ｄ複素デジタル・ベクトルの回転である第２の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルを構成するステップを含み、前記回転は、前記変調光キャリアを光送信器と前記光受信器との間で送信することにより生じた偏光回転を補償し、そして、
   前の回転によって生成されたベクトルの前記成分の大きさの差に比例する量だけ、前記前の回転の角度を更新することによって、前記回転についての角度を決定するステップとを含む、方法。
7. 構成するステップの実施のうち１度の実施の前に、構成するステップの実施のうち前記１度の実施によってより良好な等化振幅をその第１および第２の成分が有する第２の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルが生成されるように、構成するステップの実施のうち前記１度の実施に関する前記回転の式を更新するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 受信光キャリアの前記１つの偏光成分と、受信光キャリアの前記別の偏光成分とを分離するステップと、
   前記分離された１つの偏光成分を、基準光キャリアと、第１対の光混合器内で混合するステップと、
   前記分離された別の偏光成分を、前記基準光キャリアと、第２対の光混合器内で混合するステップと、
   前記第１対の光混合器から出力された光の強度を、前記サンプリング時間に前記混合するステップに応答してサンプリングすることにより、前記第１の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルの前記第１の成分を評価するステップと、
   前記第２対の光混合器から出力された光の強度を、前記サンプリング時間に前記混合するステップに応答してサンプリングすることにより、前記第１の２Ｄ複素デジタル信号ベクトルの前記第２の成分を評価するステップとをさらに含む、請求項６に記載の方法。
9. 最終回転の角度に、前記最終回転によって生成されたベクトルの前記成分の大きさの差に比例する補正を付加することによって、次の回転についての角度を決定するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。

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