JP5940966B2 - 光伝送システム、光送信器、光受信器、光送信方法、光受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システム、光送信器、光受信器、光送信方法、光受信方法に関し、更に詳しくは、発生確率が一様分布に従うシンボルによって表される伝送対象の信号を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される信号に変換して多重化することにより、信号パワーを略一定に保った状態で振幅の大きな光信号の発生確率を低減し、光ファイバ伝送路中で発生する非線形光学効果の影響を低減する光信号伝送技術に関するものである。

データ通信需要の増大に伴い、大容量トラヒックの伝送を可能とする光信号変調技術や光信号多重技術を用いた光伝送ネットワークが普及しつつある。一方で、データ伝送速度の増大に伴い、光ファイバ伝送路中で発生する非線形光学効果に起因する光信号波形劣化が、伝送速度や伝送距離を制限する主な要因の一つとなっている(非特許文献１)。このような状況において、非線形光学効果の影響を受けにくい光信号伝送方式が望まれる。

光ファイバ伝送路中で発生する非線形光学効果は、光信号のパワー、すなわち光信号の強度に依存する。光信号の強度は振幅の二乗で表されるため、非線形光学効果に起因した光信号波形劣化は、振幅の大きな光信号に対して顕著になる。

図１４に、非線形光学効果に伴う光信号波形劣化の例として、光ファイバ伝送路への光信号の入射パワーと光信号の受信パワー（受信感度）との関係の一例を示す。同図に例示するように、入射パワーが大きくなると受信感度が急激に悪化する。同図の例では、入射パワーが７[ｄＢｍ]付近で受信パワーが急激に低下している。これは、光ファイバ伝送理に入射される光信号のパワーが或る閾値を上回ると、甚大な光信号波形劣化が急激に発生することを意味している。

S. Yamamoto, et al., "Suppression and Compensation of Linear/Nonlinear Crosstalk for Spectrum-Overlapped Signal in Carrier-Phase-Locked WDM," Proceeding of ECOC2010, P4.10, 2010

一般に、光ファイバ通信では、データ情報は光信号の振幅や位相に重畳される。異なるデータ情報は異なる振幅/位相に対応し、各データ情報に対応する振幅/位相情報をシンボルと呼ぶ。通常、各シンボルの発生確率は一様分布を示し、振幅の大小にかかわらず各シンボルの発生頻度は一定である。一方で、非線形光学効果による光信号波形劣化は信号パワー（強度）の大きな光信号に対して顕著に発生する事象である。したがって、非線形光学効果による光信号波形劣化を抑えるためには、振幅の大きなシンボルの発生確率を小さくし、振幅の小さなシンボルの発生確率を大きくすることが望まれる。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、光伝送路における非線形光学効果による光信号波形劣化を抑制することができる光伝送システム、光送信器、光受信器、光送信方法、光受信方法を提供することを目的としている。

本発明によれば、上記目的は特許請求項の範囲に示した手段により達成される。
即ち、本発明による光送信器の一態様は、光伝送路を介して相互に接続された光送信器と光受信器とを備え、前記光送信器から前記光伝送路を介して前記光受信器に光信号を伝送する光伝送システムであって、前記光送信器は、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号部と、前記符号部により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重部と、を備え、前記光受信器は、前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離部と、前記分離部により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号部と、を備えた光伝送システムの構成を有する。

前記光伝送システムの一態様において、例えば、前記入力データ列および前記出力データ列を、（Ａ_１，Ａ_２，…Ａ_Ｎ）とし、前記送信データ列および前記受信データ列を、（Ｂ_１，Ｂ_２，…Ｂ_Ｎ）とし、Ｎ×Ｎアダマール行列をＨ_ｎとしたときに、前記符号部は、次式（１Ａ）により、前記入力データ列を前記送信データ列に符号化し、前記復号部は、次式（２Ａ）により、前記受信データ列を前記出力データ列に復号化する。

本発明による光送信器の一態様は、光信号を光伝送路に送出する光送信器であって、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号部と、前記符号部により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重部と、を備えた光送信器の構成を有する。

前記光送信器の一態様において、例えば、前記入力データ列を、（Ａ_１，Ａ_２，…Ａ_Ｎ）とし、前記送信データ列を、（Ｂ_１，Ｂ_２，…Ｂ_Ｎ）とし、Ｎ×Ｎアダマール行列をＨ_ｎとしたときに、前記符号部は、前式（１Ａ）により、前記入力データ列を前記送信データ列に符号化する。

本発明による光受信器の一態様は、光伝送路から光信号を受信する光受信器であって、前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離部と、前記分離部により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号部と、を備えた光受信器の構成を有する。

前記光受信器の一態様において、例えば、前記受信データ列を、（Ｂ_１，Ｂ_２，…Ｂ_Ｎ）とし、前記出力データ列を、（Ａ_１，Ａ_２，…Ａ_Ｎ）とし、Ｎ×Ｎアダマール行列をＨ_ｎとしたときに、前記復号部は、前式（２Ａ）により、前記受信データ列を前記出力データ列に復号化する。

本発明による光送信方法の一態様は、光信号を光伝送路に送出する光送信方法であって、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号段階と、前記符号段階により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重段階と、を含む光送信方法の構成を有する。

本発明による光受信方法の一態様は、光伝送路から光信号を受信する光受信方法であって、前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離段階と、前記分離段階により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号段階と、を含む光受信方法の構成を有する。

上述の本発明は、次のように換言することができる。
本発明による光送信器の一態様は、光信号を生成し、光ファイバ伝送路へ送出する光送信器において、複数の異なるデータ情報を有するデータ列A1, A2, …. ANに対して符号化処理を施すことで、それぞれのデータ列の各シンボルの発生確率を一様分布からガウス分布に変換し、信号パワーの大きなシンボルの発生確率を低減することを特徴とする、光送信器の構成を有する。ここで、データ列A1, A2, …, ANは光信号の振幅/位相情報を有するものとし、その値は任意の複素数で表されるものとする。

本発明による光送信器の一態様は、光信号を生成し、光ファイバ伝送路へ送出する光送信器において、複数の異なるデータ情報を有するデータ列A1, A2, …. ANに対してN×Nアダマール行列を用いて前記式（１Ａ）に示される符号化処理を施すことで、それぞれのデータ列の各シンボルの発生確率がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNを生成することを特徴とする光送信器の構成を有する。ここで、データ列A1, A2, …, AN、データ列B1, B2, …, BNは光信号の振幅/位相情報を有するものとし、その値は任意の複素数で表されるものとする。

本発明による光送受信器の一態様は、光信号を生成し、光ファイバ伝送路へ送出する光送信器と、光信号を検波し、送信信号を復元する光受信器と備えた光送受信器において、複数の異なるデータ情報を有するデータ列A1, A2, …. ANに対して前式（１Ａ）に示される符号化処理を施すことで、それぞれのデータ列の各シンボルの発生確率がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNを生成することを特徴とし、かつ、データ列B1, B2, …, BNに対して前式（２Ａ）に示される復号化処理を施すことで、データ列A1, A2, …, ANを復元することを特徴とする光送受信器の構成を有する。ここで、データ列A1, A2, …, AN、データ列B1, B2, …, BNは光信号の振幅/位相情報を有するものとし、その値は任意の複素数で表されるものとする。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。

前記光送信器および光送受信器の一態様において、例えば、前記光送信器が、符号器、光変調器、光源、合波器から構成されており、各データ列A1, A2, …, ANがデジタル電気信号として符号器に入力され、前式（１Ａ）に示される符号化処理が施されることで各シンボルの発生確率分布がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNが生成され、それぞれのデータ列が有するデータ情報がデジタル電気信号として異なる光変調器に入力され、それぞれ異なる任意の波長λ1, λ2, …, λNを有する光に振幅/位相情報として重畳され、このように生成された光信号を、合波器を用いて波長多重し、光ファイバ伝送路へ送出する。データ列が複素数で表される場合は、光変調器として光ベクトル変調器（ＩＱ変調器）を用いて、データ列の実数成分を同相成分として、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。

前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光受信器が、分波器、デジタルコヒーレント受信器、遅延調整器、復号器から構成されており、データ列B1, B2, …, BNが重畳された波長多重された光信号が分波器により波長分離され、それぞれの光信号がデジタルコヒーレント受信器に入射されることで、光信号の振幅/位相情報を保持した状態でデジタル電気信号に変換され、かつ光ファイバ伝送路で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化が補償され、かつ遅延調整器により光ファイバ伝送路の波長分散等により発生する各データ列間の遅延差を可変遅延線等の遅延調整器により補償することでデータ列B1, B2, …, BNがデジタル電気信号として得られ、さらに復号器にて前式（２Ａ）に示される演算処理を施すことにより、データ列A1, A2, …, ANを復元する。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。

前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光送信器が、符号器、時分割多重器、光変調器、光源から構成されており、各データ列A1, A2, …, ANがデジタル電気信号として符号器に入力され、前式（１Ａ）に示される符号化処理が施されることで各シンボルの発生確率分布がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNが生成され、かつ時分割多重器によりデータ列B1, B2, …, BNが時多重されたデータ列Cが生成され、データ列Cが有するデータ情報がデジタル電気信号として光変調器に入力され、任意の波長λの光に振幅/位相情報として重畳され、このように生成された光信号を光ファイバ伝送路へ送出することを特徴とする。データ列が複素数で表される場合は、光変調器として光ベクトル変調器（IQ変調器）を用いて、データ列の実数成分を同相成分として、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。

前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光受信器が、デジタルコヒーレント受信器、時分割多重器、復号器から構成されており、データ列Cが重畳された光信号がデジタルコヒーレント受信器に入射されることで、光信号の振幅/位相情報を保持した状態でデジタル電気信号に変換し、かつ光ファイバ伝送路で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化を補償し、さらに時分割多重器によりデータ列Cを時分離することでデータ列B1, B2, …, BNが得られ、さらに復号器にて前式（２Ａ）に示される演算処理を施すことにより、データ列A1, A2, …, ANを復元することを特徴とする。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。

前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光送信器が、符号器、光変調器、光源、偏波結合器、合波器から構成されており、各データ列A1, A2, …, ANがデジタル電気信号として符号器に入力され、前式（１Ａ）に示される符号化処理が施されることで各シンボルの発生確率分布がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNが生成され、それぞれのデータ列が有するデータ情報がデジタル電気信号として異なる光変調器に入力され、それぞれ異なる任意の波長λ1, λ2, …, λN/2を有する光に振幅/位相情報として重畳され、さらに偏波結合器を用いて同じ波長の光信号どうしを偏波多重することで偏波多重信号を生成し、このように生成された光信号を合波器を用いて波長多重し、光ファイバ伝送路へ送出することを特徴とする。このとき、B1を重畳する光変調器とB2を重畳する光変調器には同じ波長λ1の光が入射されることとする。同様に、B3を重畳する光変調器とB4を重畳する光変調器には同じ波長λ2の光が入射されるといった具合に、Bnを重畳する光変調器とBn+1を重畳する光変調器には同じ波長の光が入射されることとする。ここで、nは奇数であるとする。
データ列が複素数で表される場合は、光変調器として光ベクトル変調器（ＩＱ変調器）を用いて、データ列の実数成分を同相成分として、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。

前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光受信器が、分波器、デジタルコヒーレント受信器、遅延調整器、復号器から構成されており、請求項4に記載のデータ列B1, B2, …, BNが重畳された偏波多重かつ波長多重された光信号が分波器により波長分離され、それぞれの光信号がデジタルコヒーレント受信器に入射されることで、光信号の振幅/位相情報を保持した状態でデジタル電気信号に変換し、かつ光ファイバ伝送路で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化を補償するとともに偏波分離を行い、かつ遅延調整器により光ファイバ伝送路の波長分散等により発生する各データ列間の遅延差を可変遅延線等の遅延調整器により補償することでデータ列B1, B2, …, BNがデジタル電気信号として得られ、さらに復号器にて前式（２Ａ）に示される演算処理を施すことにより、データ列A1, A2, …, ANを復元することを特徴とする。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。

前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光送信器が、符号器、時分割多重器、光変調器、光源、偏波結合器、合波器から構成されており、各データ列A1, A2, …, ANがデジタル電気信号として符号器に入力され、前式（１Ａ）に示される符号化処理が施されることで各シンボルの発生確率分布がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNが生成され、かつ時分割多重器によりデータ列B1, B2, …, BNが時多重されたデータ列C1, C2, …, CN/Mが生成され、それらデータ列が有するデータ情報がデジタル電気信号として光変調器に入力され、それぞれ異なる任意の波長λ1, λ2, …, λN/2Mを有する光に振幅/位相情報として重畳され、さらに偏波結合器を用いて同じ波長の光信号どうしを偏波多重することで偏波多重信号を生成し、このように生成された光信号を合波器を用いて波長多重し、光ファイバ伝送路へ送出することを特徴とする。このとき、C1を重畳する光変調器とC2を重畳する光変調器には同じ波長λ1の光が入射されることとする。同様に、C3を重畳する光変調器とC4を重畳する光変調器には同じ波長λ2の光が入射されるといった具合に、Cnを重畳する光変調器とCn+1を重畳する光変調器には同じ波長の光が入射されることとする。ここで、nは奇数であるとする。また、時分割多重の多重数をMとしている。
データ列が複素数で表される場合は、光変調器として光ベクトル変調器（ＩＱ変調器）を用いて、データ列の実数成分を同相成分として、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。

前記光送受信器の一態様において、前記光受信器が、分波器、デジタルコヒーレント受信器、遅延調整器、時分割多重器、復号器から構成されており、データ列C1, C2, …, CN/Mが重畳された偏波多重かつ波長多重された光信号が分波器により波長分離され、それぞれの光信号がデジタルコヒーレント受信器に入射されることで、光信号の振幅/位相情報を保持した状態でデジタル電気信号に変換し、かつ光ファイバ伝送路で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化を補償するとともに偏波分離を行い、かつ遅延調整器により光ファイバ伝送路の波長分散等により発生する各データ列間の遅延差を可変遅延線等の遅延調整器により補償することでデータ列C1, C2, …, CN/Mがデジタル電気信号として得られ、さらに時分割多重器によりデータ列C1, C2, …, CN/Mを時分離することでデータ列B1, B2, …, BNが得られ、それらデータ列に対して復号器にて前式（２Ａ）に示される演算処理を施すことにより、データ列A1, A2, …, ANを復元することを特徴とする。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。

本発明によれば、伝送対象の光信号の振幅が大きくなるシンボルの発生確率を小さくすると共に、その光信号の振幅が小さくなるシンボルの発生確率を大きくすることができる。従って、非線形光学効果の影響を受けにくい光信号を生成することができ、光伝送路における非線形光学効果による光信号の波形劣化を抑制することが可能となる。

本発明の原理を説明するための説明図であり、シンボルの発生確率の分布が信号パワーの分布に与える影響を説明するための図である。 本発明の原理を説明するための説明図であり、変調方式として６４ＱＡＭを用いた場合における信号パワーと発生回数との関係の一例を示す図である。 本発明の原理を説明するための説明図であり、変調方式として１６ＱＡＭを用いた場合における信号パワーと発生回数との関係の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態による光伝送システムが備える光送信器の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による光伝送システムが備える光受信器の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による光伝送システムが備える光送信器の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による光伝送システムが備える光受信器の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による光伝送システムにおける時分割多重部による時多重処理および時分離処理を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態による光伝送システムにおいて、変調方式として１６ＱＡＭを用いた場合における光信号の特性を説明するための特性図である。 本発明の第３実施形態による光伝送システムが備える光送信器の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態による光伝送システムが備える光受信器の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態による光伝送システムが備える光送信器の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態による光伝送システムが備える光受信器の構成の一例を示すブロック図である。 従来技術における光信号の光ファイバ伝送路への入射パワーと光信号の受信感度との関係の一例を示す図である。

次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
なお、全実施形態おより全図面にわたって、同一符号は同一要素を表している。
（本発明の原理の説明）
本発明の実施形態の説明に先だって、本発明の原理を説明する。
概略的に、本発明は、光信号に重畳するデータ情報、すなわち光信号の振幅/位相情報を、例えばアダマール行列を用いて符号化して、中心極限定理に基づき各シンボルの発生確率を一様分布から近似的にガウス分布に変換することにより、振幅の大きなシンボルの発生確率を小さくし、振幅の小さなシンボルの発生確率を大きくする技術である。アダマール行列の詳細については、例えば文献“Digital Communication”の４２２ページに記載されている。ただし、アダマール行列に限らず、データ列を複数の異なる方法で平均化し、かつ変換前と変換前後とでデータ列が１対１に対応する行列であれば、任意の行列を用いることができる。

図１は、本発明の原理を説明するための説明図であり、シンボルの発生確率の分布が信号パワーの分布に与える影響を説明するための図である。同図（ａ）に、信号パワーの平均が等しい状況において、各シンボルの発生確率が一様分布に従う場合と、各シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合の信号振幅と発生確率密度との関係の一例を示す。同図（ａ）に実線で示すように、各シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合、点線で示す一様分布に従う場合に比べて信号振幅の大きなシンボルの発生確率が小さくなり、信号振幅の小さなシンボルの発生確率が大きくなる傾向を示す。

図１（ｂ）に、同様に信号パワーの平均が等しい状況における信号パワーの発生確率分布を示す。同図（ｂ）に実線で示すように、シンボルの発生確率が点線で示す一様分布に従う場合に比べて、シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合、信号パワーの小さなシンボルの発生確率が大きくなる。例えば、信号パワーの平均よりも小さなパワーを有するシンボルが発生する確率は、一様分布の場合で５３％であり、ガウス分布の場合で６４％である。これは、一様分布の場合よりもガウス分布の場合の方が、非線形光学効果に伴う光信号波形劣化が生じにくいことを意味している。

各シンボルの発生確率の分布を一様分布からガウス分布に変換する本発明の手法を説明する。まず、複数の異なるデータ情報を有するデータ列Ａ_１，Ａ２，…,Ａ_Ｎ（Ｎは２以上の整数）を考える。ここで、Ａ_１，Ａ２，…,Ａ_Ｎの各データ列は、光信号の振幅/位相情報を表し、任意の複素数で表されるものとする。また、各データ列は、互いに独立な一様分布に従うものとする。一般に、データ情報に対応する各シンボルの発生確率は一様分布を示すので、データ列Ａ_１，Ａ２，…,Ａ_Ｎにおける各シンボルの発生確率はそれぞれ独立な一様分布に従う。ここで、これらデータ列Ａ_１，Ａ２，…,Ａ_Ｎに対して下式（１）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて、下式（２）に示す演算、すなわち符号化を実行する。この演算操作は、データ列Ａ_１，Ａ２，…,Ａ_ＮをＮ個の異なる方法で多重化（平均化）することを意味する。ここで、本実施形態では、Ｎを多重数と称す。
なお、Ｎ×Ｎアダマール行列のＮの値は、光信号波形劣化の閾値以下となる光の振幅の度数分布が所望の値、例えば従来の光送受信機よりも多くなる程度に、光の振幅の度数分布が近似的にガウス分布になる値であればよい。

式（２）において、Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎは符号化後のデータ列を表し、例えばＮ＝４の場合、符号化後のデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎは、式（３）により表される。

図２に、変調方式として６４ＱＡＭを用いた場合における信号パワーと発生回数との関係の一例を示す。ここで、図２（ａ）は、符号化する前（シンボルの発生確率が一様分布に従う場合）のデータ列Ａ_１，Ａ２，…,Ａ_Ｎに対応する光信号の信号パワーと発生回数との関係（点線）と、多重数Ｎを４として上記データ列を符号化した後（シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合）のデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに対応する光信号の信号パワーの分布と発生回数との関係（実線）を示す。また、図２（ｂ）は、符号化する前（シンボルの発生確率が一様分布に従う場合）の信号パワーと発生回数との関係（点線）と、多重数Ｎを８として上記データ列を符号化した後（シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合）の信号パワーの分布と発生回数との関係（実線）を示す。更に、図２（ｃ）は、符号化する前（シンボルの発生確率が一様分布に従う場合）の信号パワーと発生回数との関係（点線）と、多重数Ｎを１６として上記データ列を符号化した後（シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合）の信号パワーの分布と発生回数との関係（実線）を示す。ここで、図２（ａ）から（ｃ）のそれぞれにおいて、符号化前の信号パワーの平均と符号化後の信号パワーの平均はともに等しく、０．２１である。

図２（ａ）〜（ｃ）から理解されるように、符号化を施すことにより、シンボルの発生が低パワーに集中するようになる。また、多重数Ｎが大きいほどシンボルの発生がより低パワー側に集中する傾向を示す。この例では、多重数Ｎ＝８の場合と多重数Ｎ＝１６の場合とでは、信号パワーの分布に大きな違いは見られないため、多重数Ｎは８から１６程度で十分であるといえる。平均パワー以下の信号が発生する確率は、シンボルの発生確率が一様分布に従う場合（符号化前）では４９％であり、シンボルの発生確率が多重数Ｎ＝１６のガウス分布に従う場合（符号化後）では６２％である。

図３に、変調方式として１６ＱＡＭを用いた場合における信号パワーと発生回数との関係の一例を示す。ここで、図３（ａ）は、符号化する前（シンボルの発生確率が一様分布に従う場合）のデータ列Ａ_１，Ａ２，…,Ａ_Ｎに対応する光信号の信号パワーと発生回数との関係（点線）と、多重数Ｎを４として上記データ列を符号化した後（シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合）のデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに対応する光信号の信号パワーの分布と発生回数との関係（実線）を示す。また、図３（ｂ）は、符号化する前（シンボルの発生確率が一様分布に従う場合）の信号パワーと発生回数との関係（点線）と、多重数Ｎを８として上記データ列を符号化した後（シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合）の信号パワーの分布と発生回数との関係（実線）を示す。更に、図３（ｃ）は、符号化する前（シンボルの発生確率が一様分布に従う場合）の信号パワーと発生回数との関係（点線）と、多重数Ｎを１６として上記データ列を符号化した後（シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合）の信号パワーの分布と発生回数との関係（実線）を示す。ここで、図３（ａ）から（ｃ）のそれぞれにおいて、符号化前の信号パワーの平均と符号化後の信号パワーの平均はともに等しく、０．２７である。

図３（ａ）〜（ｃ）から理解されるように、変調方式として６４ＱＡＭを用いた場合と同様に、符号化を施すことにより、シンボルの発生が低パワーに集中するようになる。また、多重数Ｎが大きいほどシンボルの発生がより低パワー側に集中する傾向を示す。この例では、多重数Ｎ＝４の場合と多重数Ｎ＝８の場合と多重数Ｎ＝１６とでは、信号パワーの分布に大きな違いが見られないため、多重数Ｎは４から１６程度で十分であるといえる。平均パワー以下の信号が発生する確率は、シンボルの発生確率が一様分布に従う場合（符号化前）では２５％であり、シンボルの発生確率が多重数Ｎ＝１６のガウス分布に従う場合（符号化後）では６２％である。

上述のシンボルの発生が低パワーに集中する符号化後のデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに対応する光信号を、送信側から光伝送路を介して受信側に伝送することにより、光伝送路上での非線形光学効果による光信号波形劣化を抑制することが可能になる。

一方、受信側では、上述の送信側における符号化と同様の式（１）で示されるＮ×Ｎアダマール行列を用いて、符号化後のデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに対して下式（４）に示す演算を実行する。これにより、受信側において、符号化後のデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎが符号化前のデータ列Ａ_１，Ａ２，…,Ａ_Ｎに復号化される。復号化されたデータ列Ａ_１，Ａ２，…,Ａ_Ｎの各データに対する閾値判定が実施され、シンボルが識別される。

本発明は、光の振幅の三乗で影響する三次の非線形光学効果を中心とする非線形光学効果による光信号の波形劣化を抑圧するものである。特に、本発明は、光信号の振幅/位相情報を、例えばアダマール行列を用いて符号化することにより、中心極限定理に基づき各シンボルの発生確率を一様分布から近似的にガウス分布に変換する。これにより、信号パワーの平均が等しい状況下で振幅の小さなシンボルの発生確率を大きくする。本発明によれば、或る閾値となる光振幅の値を境に光信号の波形劣化がステップ関数状に無視できなくなる状況下で、特に波形劣化の頻度を低減できる効果がある。

図２および図３の例では、波形劣化が無視できなくなる光の振幅の値として、光振幅の平均値を用いたが、波形劣化が無視できなくなる光の振幅の値として、本発明による光送信器および光受信器の光の振幅で超過する度数よりも、従来の光送受信機の光の振幅で超過する度数の方が多くなる任意の光の振幅の値の場合に、本発明は有効である。

（第１実施形態）
次に、図４および図５を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。
本実施形態では、上述した本発明の原理に基づいて生成した符号化後のデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを波長多重して伝送する。

[構成の説明]
本実施形態による光伝送システムは、光伝送路９００を介して相互に接続された図４の光送信器１００と図５の光受信器２００とを備え、光送信器１００から光伝送路９００を介して光受信器２００に光信号を伝送するものである。本実施形態では、光伝送路９００として、光ファイバ伝送路を想定するが、この例に限定されず、光信号を伝送することができること限度として、任意の媒体を用いることができる。

図４に、本実施形態による光伝送システムが備える光送信器１００の構成の一例を示す。光送信器１００は、光信号Ｓを生成して光伝送路９００に送出するものであり、符号部１１０と多重部１２０とを備える。ここで、符号部１１０は、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに符号化（変換）するものである。多重部１２０は、符号部１１０により得られた送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを光信号Ｓに多重化するものである。ここで、入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎは、複数の異なるデータを有するデータ列であり、光信号の振幅および位相情報を表し、任意の複素数により表される。また、各データ列は互いに独立な一様分布に従う。
なお、図４において、実線の矢印は光信号を表し、点線の矢印は電気信号を表す。他の図においても同様である。

本実施形態では、符号部１１０は、前述の式（１）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに符号化するための行列演算を実施する演算処理部１１１を備える。演算処理部１１１は、前述の式（２）の演算を実施することにより、入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに符号化する。

多重部１２０は、Ｎ個の光源１２１_１〜１２１_Ｎと、Ｎ個の光変調部１２２_１〜１２２_Ｎと、合波部１２３とを備える。光源１２１_１〜１２１_Ｎは、それぞれ、波長λ_１〜λ_Ｎの連続光（ＣＷ光）を発生させるものである。光変調部１２２_１〜１２２_Ｎは、光源１２１_１〜１２１_Ｎが発生させた連続光を送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに基づいて光変調することにより、波長λ_１〜λ_Ｎに対応したＮ個の変調光を生成するものである。合波部１２３は、光変調部１２２_１〜１２２_Ｎにより生成された波長λ_１〜λ_Ｎに対応したＮ個の変調光を合成して光信号Ｓを生成するものである。合波部１２３により生成された光信号Ｓは、光伝送路９００に送出される。

図５に、本実施形態による光伝送システムが備える光受信器２００の構成の一例を示す。光受信器２００は、光伝送路９００から光信号Ｓを受信して、この光信号Ｓからデータ列を復元するものであり、分離部２１０と復号部２２０とを備える。このうち、分離部２１０は、光信号Ｓから、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離するものである。ここで、本実施形態では、分離部２１０により分離して得られる受信データ列は、上述の光送信器１００における送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに相当する。以下では、上述の送信データ列と同様に、分離部２１０により得られる受信データ列を、Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎと称す。

分離部２１０は、分波部２１１、Ｎ個のデジタルコヒーレント受信部２１２_１〜２１２_Ｎ、遅延調整部２１３_１〜２１３_Ｎを備える。このうち、分波部２１１は、光伝送路９００から入射された光信号Ｓを波長ごとにＮ個の光信号に分波（波長分離）するものである。デジタルコヒーレント受信部２１２_１〜２１２_Ｎは、分波部２１１により分波されたＮ個の光信号と局発光（図示なし）との検波結果をデジタル信号に変換して出力するものである。デジタルコヒーレント受信部２１２_１〜２１２_Ｎとして、従来から光デジタルコヒーレント通信で用いられる一般的なデジタルコヒーレント受信器を用いることができる。遅延調整部２１３_１〜２１３_Ｎは、デジタルコヒーレント受信部２１２_１〜２１２_Ｎから出力されたデジタル信号に対し、光伝送路９００における波長分散等に起因する遅延を補償するための処理を実施するものである。遅延調整部２１３_１〜２１３_Ｎから受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎが分離部２１０の出力信号として出力される。

復号部２２０は、分離部２１０により得られた受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化するものである。ここで、本実施形態では、復号部２２０により復号化された出力データ列は、上述の光送信器１００における入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎに相当する。以下では、上述の入力データ列と同様に、復号部２２０により復号化して得られる出力データ列を、Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎと称す。

本実施形態では、復号部２２０は、前述の式（１）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを出力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎに符号化するための行列演算を実施する演算処理部２２１を備える。演算処理部２２１は、前述の式（４）の演算を実施することにより、受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを出力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎに復号化する。

次に、本実施形態による光伝送システムを構成する光送信器１００および光受信器２００の動作を説明する。
本実施形態では、光送信器１００は、符号部１１０における符号化により得られた複数のデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを、異なる波長の光に重畳することにより波長多重を行って伝送する。

図４の光送信器１００では、入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎはデジタル電気信号として符号部１１０に入力され、前述の式（２）に示される演算処理が施されることにより送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎが生成される。送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを構成する個々のデータ列Ｂ_１、データ列Ｂ_２、…、データ列Ｂ_Ｎが有するデータ情報は、それぞれ、デジタル電気信号として異なる光変調部１２２_１〜１２２_Ｎに入力され、異なる波長λ_１，λ_２，…，λ_Ｎの光に振幅/位相情報として重畳される。このようにして生成された光信号Ｓを、合波部１２３を用いて波長多重した後に光伝送路９００へ送出する。各データ列が複素数である場合、例えば、光変調部１２２_１〜１２２_Ｎとして光ベクトル変調器（ＩＱ変調器）を用いて、データ列の実数成分を同相成分とし、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。

一方、図５の光受信器２００では、波長多重された光信号Ｓが分波部２１１により分波（波長分離）され、分波された各光信号がデジタルコヒーレント受信部２１２_１〜２１２_Ｎに入射される。デジタルコヒーレント受信部１２１_１〜２１２_Ｎは、振幅/位相情報を保持した状態で、入射した光信号をデジタル電気信号に変換する。また、デジタルコヒーレント受信部１２１_１〜２１２_Ｎは、光伝送路９００で生じた波長分散や偏波モード分散等に起因した線形の光信号波形劣化を補償するための処理を実施して受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを得る。

ここで、受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎの各データ列間では、光伝送路９００の波長分散や、光送信器１００における各データ間での経路差に起因した既知の遅延差が生じるため、遅延調整部２１３_１〜２１３_Ｎによりこれを補償する。この遅延調整部２１３_１〜２１３_Ｎとして、可変遅延線などを用いることができる。こうして遅延調整が施された受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎは、デジタル電気信号として復号部２２０に入力される。

復号部２２０は、前述の式（４）に示される演算処理を実施することにより、受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎから出力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを生成し、これにより、送信側の入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを復元する。復号部２２０により得られた出力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎの各データに対して閾値判定が実施され、シンボルが識別される。

上述した第１実施形態によれば、各シンボルの発生確率を一様分布ではなく、振幅の大きなシンボルの発生確率を小さくし、振幅の小さなシンボルの発生確率を大きくすることができる。これにより、非線形光学効果による光信号波形劣化を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態では、上述した本発明の原理に基づいて生成した符号化後のデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを時分割多重することで単一の波長の光に重畳して伝送する。

図６は、本実施形態による光伝送システムが備える光送信器３００の構成の一例を示すブロック図であり、図７は、本実施形態による光伝送システムが備える光受信器４００の構成の一例を示すブロック図である。

図６に示すように、本実施形態による光送信器３００は、符号部１１０と多重部３２０とを備える。このうち、多重部３２０は、時分割多重部３２１、光源３２２、光変調部３２３から構成されている。ここで、時分割多重部３２１は、送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎをデジタル電気信号のデータ列Ｃに時多重するものである。光変調部３２３は、時分割により多重化された送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに基づいて、光源３２２が発生させた波長λの連続光を光変調することにより光信号Ｓを生成するものである。光信号Ｓは光伝送路９００に送出される。

一方、図７に示すように、光受信器４００は、分離部４１０と復号部２２０とから構成される。本実施形態では、分離部４１０は、デジタルコヒーレント受信部４１１、時分割多重部４１２から構成される。ここで、デジタルコヒーレント受信部４１１は、光伝送路９００から入射される光信号Ｓと局発光（図示なし）との検波結果をデジタル電気信号のデータ列Ｃに変換して出力するものである。デジタルコヒーレント受信部４１１としては、従来から光デジタルコヒーレント通信で用いられる一般的なデジタルコヒーレント受信器を用いることができる。時分割多重部４１２は、デジタル信号Ｃを受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに時分離するものであり、上述の光送信器３００における時分割多重部３２１とは逆の処理を実施するものである。受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎは復号部２２０に入力される。

なお、複数の異なるデータ情報を有する入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎは光信号の振幅/位相情報を表し、任意の複素数で表されるものとする。また、入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎの各データ列は互いに独立な一様分布に従うものとする。

次に、本実施形態による光伝送システムを構成する光送信器３００および光受信器４００の動作を説明する。
図６の光送信器３００において、入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎの各データ列はデジタル電気信号として符号部１１０に入力される。符号部１１０は、前述の式（２）に示される演算処理を実施することにより送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを生成する。送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎの各データ列が有するデータ情報は、デジタル電気信号として時分割多重部３２１に入力され、時分割多重部３２１は、時多重により新たなデータ列Ｃを生成する。データ列Ｃはデジタル電気信号として光変調部３２３に入力される。光変調部３２３は、データ列Ｃを振幅/位相情報の形で波長λの局発光に重畳して光信号Ｓを生成する。このようにして生成された光信号Ｓは、光伝送路９００へ送出される。データ列が複素数である場合には、例えば、光変調部３２３として光ベクトル変調器（ＩＱ変調器）を用いて、データ列の実数成分を同相成分とし、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。

一方、図７の光受信器４００において、光伝送路９００から光信号Ｓがデジタルコヒーレント受信部４１１に入射される。デジタルコヒーレント受信部４１１は、振幅/位相情報を保持した状態で光信号Ｓをデジタル電気信号に変換し、光伝送路９００で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化を補償することによりデータ列Ｃを得る。データ列Ｃはデジタル電気信号として時分割多重部４１２に入力される。時分割多重部４１２は、データ列Ｃを時分離して受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを出力する。受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎはデジタル電気信号として復号部２２０に入力される。

復号部２２０は、前述の式（４）に示される演算処理を実施することにより、受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎから出力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを生成し、これにより、送信側の入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを復元する。復号部２２０により生成された出力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎの各データに対して閾値判定が実施され、シンボルが識別される。

図８は、本実施形態による光伝送システムにおける時分割多重部３２１による時多重および時分割多重部４２１による時分離を説明するための説明図である。ここでは、データ列Ｂｍのタイムスロットtにおける値をＢｍ（ｔ）としている。同図（ａ）に示すように、受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを構成するデータ列Ｂ_１、データ列Ｂ_２、…データ列Ｂ_Ｎを所定のルールに従って直列化してデータ列Ｃを生成することにより、受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎをデータ列Ｃに時多重する。また、同図（ｂ）に示すように、データ列Ｃを構成する各データ列を、時多重とは逆のルールに従って並列化することにより、データ列Ｃを受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに時分離する。

図９は、本実施形態による光伝送システムにおいて、変調方式として１６ＱＡＭを用いた場合における光信号の特性を説明するための特性図である。同図（ａ）および同図（ｂ）は、データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎとして６４ＱＡＭを用いた場合における、データ列Ｂ_１とデータ列Ｃの同相成分の振幅の発生分布をそれぞれ示す。ここで、多重数Ｎは４としている。また、同図（ｃ）および同図（ｄ）は、同様の条件における、データ列Ｂ_１とデータ列Ｃの信号パワーの発生分布をそれぞれ示す。同図（ａ）および同図（ｂ）に例示されるように、時多重されたデータ列であるデータ列Ｃの振幅の発生分布は、時多重される前のデータであるデータ列Ｂ_１の振幅の発生分布と同様に、ガウス分布となる。また、同図（ｃ）および同図（ｄ）に例示されるように、データ列Ｃの信号パワーはデータ列Ｂ_１の信号パワーとほぼ同等の発生分布を示す。ここでは、データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎとして６４ＱＡＭを用いているので、データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎの信号パワーの発生分布は、図２（ａ）における点線の特性に示す通りである。

本実施形態によれば、上述の第１実施形態に比べて、光受信器４００において遅延調整が不要である。また、光送信器３００において多重数Ｎに相当する個数の光変調部を準備する必要がない。従って、光送信器３００および光受信器４００の構成を簡略化することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
本実施形態では、上述した本発明の原理に基づいて生成した符号化後のデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを異なる波長の光に重畳し、偏波多重信号として伝送する。

図１０は、本実施形態による光伝送システムが備える光送信器５００の構成の一例を示すブロック図である。光送信器５００は、符号部１１０と多重部５２０とを備える。このうち、多重部５２０は、光源５２１_１〜５２１_Ｎ／２、光変調部５２２_１〜５２２_Ｎ、偏波結合部５２３_１〜５２３_Ｎ／２、合波部５２４から構成される。光源５２１_１〜５２１_Ｎ／２は、波長λ_１〜λ_Ｎ／２の光を発生させるものである。光変調部５２２_１〜５２２_Ｎは、送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに基づいて波長λ_１〜λ_Ｎ／２の光を光変調して変調光（ｘ偏波、ｙ偏波）を生成するものである。偏波結合部５２３_１〜５２３_Ｎ／２は、光変調部５２２_１〜５２２_Ｎからの変調光を偏波結合して光信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２を発生させるものである。光信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２は合波部５２４に入力される。合波部５２４は、光信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２を光信号Ｓに合成するものである。光信号Ｓは光伝送路９００に送出される。

図１１に、本実施形態による光伝送システムが備える光受信器６００の構成の一例を示す。光受信器６００は、光伝送路９００から光信号Ｓを受信してデータ列を復元するものであり、分離部６１０と復号部２２０とを備える。このうち、分離部６１０は、光信号Ｓから、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを分離するものである。

分離部６１０は、分波部６１１、Ｎ個のデジタルコヒーレント受信部６１２_１〜６１２_Ｎ／２、遅延調整部６１３_１〜６１３_Ｎを備える。このうち、分波部６１１は、光伝送路９００から入射された光信号Ｓを波長ごとにＮ／２個の光信号に分波（波長分離）するものである。デジタルコヒーレント受信部６１２_１〜６１２_Ｎ／２は、分波部６１１により分波されたＮ／２個の光信号と局発光（図示なし）との検波結果をデジタル電気信号に変換して出力するものである。遅延調整部６１３_１〜６１３_Ｎは、デジタルコヒーレント受信部６１２_１〜６１２_Ｎ／２から出力されるデジタル信号に対し、光伝送路９００における波長分散等に起因する遅延を補償するための処理を実施するものである。遅延調整部６１３_１〜６１３_Ｎから受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎは、分離部６１０の出力信号として復号部２２０に出力される。

なお、複数の異なるデータ情報を有する入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎは光信号の振幅/位相情報を表し、任意の複素数で表されるものとする。また、入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎの各データ列は互いに独立な一様分布に従うものとする。

次に、本実施形態による光伝送システムが備える光送信器５００および光受信器６００の動作を説明する。
図１０において、入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…,Ａ_Ｎの各データ列は、デジタル電気信号として符号部１１０に入力される。符号部１１０は、前述の式（２）に示される演算処理を施すことによりデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを生成する。それぞれのデータ列が有するデータ情報は、デジタル電気信号として異なる光変調器５２２_１〜５２２_Ｎに入力され、振幅/位相情報として異なる波長λ_１, λ_２, …,λ_Ｎ／２の光に重畳される。このとき、データ列Ｂ_１を重畳する光変調器５２２_１とデータ列Ｂ_２を重畳する光変調器５２２_２には同じ波長λ_１の光が入射される。同様に、データ列Ｂ_３を重畳する光変調器５２２_３とデータ列Ｂ_４を重畳する光変調器５２２_４には同じ波長λ_２の光が入射されるといったように、データ列Ｂ_ｎを重畳する光変調器とデータ列Ｂ_ｎ＋１を重畳する光変調器には同じ波長の光が入射される。ここで、nは奇数である。

このようにして光変調部５２２_１〜５２２_Ｎにより生成された光信号を、偏波結合部５２３_１〜５２３_Ｎ／２を用いて同じ波長の光信号の組を偏波多重することにより、偏波多重信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２を生成する。さらに、合波部５２４は、偏波多重信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２を波長多重して光信号Ｓを生成して光伝送路９００へ送出する。データ列が複素数である場合には、例えば、光変調器５２２_１〜５２２_Ｎとして光ベクトル変調器（ＩＱ変調器）を用いて、データ列の実数成分を同相成分とし、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。

図１１の光受信器６００では、分波部６１１は、波長多重された光信号Ｓを波長分離し、波長分離された各光信号がデジタルコヒーレント受信部６１２_１〜６１２_Ｎ／２に入射される。デジタルコヒーレント受信部６１２_１〜６１２_Ｎ／２は、振幅/位相情報を保持した状態で光信号をデジタル電気信号に変換され、光伝送路９００で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化を補償し、偏波分離を施す。このようにして、受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎが得られる。各データ列間では、光伝送路９００の波長分散や、送信器における各データ間での経路差に起因した既知の遅延差が生じているため、遅延調整器６１３_１〜６１３_Ｎによりこれを補償する。遅延調整器６１３_１〜６１３_Ｎとしては、可変遅延線などを用いることができる。こうして遅延調整が施されたデータ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎは、デジタル電気信号として復号部２２０に入力される。復号部２２０は、前述の式（４）に示される演算処理を実施することにより、受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎから出力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを生成し、これにより、送信側の入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを復元する。復号部２２０により生成された出力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎの各データに対して閾値判定が実施され、シンボルが識別される。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
本実施形態は、第１実施形態と第２実施形態と第３実施形態を組み合わせ、すなわち、波長多重と時分割多重と偏波多重の組み合わせに相当する。

図１２は、本実施形態による光伝送システムが備える光送信器７００の構成の一例を示すブロック図であり、図１３は、本実施形態による光伝送システムが備える光受信器８００の構成の一例を示すブロック図である。

図１２の光送信器７００は、符号部１１０と多重部７２０とから構成される。このうち、多重部７２０は、時分割多重部７２１_１〜７２１_Ｎ／Ｍ、光源７２２_１〜７２２_Ｎ／２Ｍ、光変調部７２３_１〜７２３_Ｎ／Ｍ、偏波結合部７２４_１〜７２４_Ｎ／２Ｍ、合波部７２５から構成される。ここで、時分割多重部７２１_１〜７２１_Ｎ／Ｍは、第２実施形態の時分割多重部３２１に対応する要素であり、送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを時多重して送信データ列Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_Ｎ／Ｍを生成するものである。光変調部７２３_１〜７２３_Ｎ／Ｍは、第３実施形態の光変調部５２２_１〜５２２_Ｎに対応する要素であり、時多重された送信データ列Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_Ｎに基づいて、光源７２２_１〜７２２_Ｎ／２Ｍが発生させた波長λ_１，λ_２，…，λ_Ｎ／２Ｍの連続光を光変調して変調光（ｘ偏波、ｙ偏波）を生成するものである。偏波結合部７２４_１〜７２４_Ｎ／２Ｍは、第３実施形態の５２３_１〜５２３_Ｎ／２に対応する要素であり、光変調部７２３_１〜７２３_Ｎ／Ｍからの変調光（ｘ偏波、ｙ偏波）を偏波結合して光信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２Ｍを発生させるものである。光信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２Ｍは合波部７２５に入力される。合波部７２５は、光信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２Ｍを光信号Ｓに合成するものである。光信号Ｓは光伝送路９００に送出される。

図１３の光受信器８００は、分離部８１０と復号部２２０とから構成される。このうち、分離部８１０は、分波部８１１、デジタルコヒーレント受信部８１２_１〜８１２_Ｎ／２Ｍ、遅延調整部８１３_１〜８１３_Ｎ／Ｍ、時分割多重部８１４_１〜８１４_Ｎ／Ｍから構成される。このうち、分波部８１１は、第３実施形態の分波部６１１に対応する要素であり、光伝送路９００から入射される光信号Ｓを波長ごとにＮ／２個の光信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２Ｍに分波（波長分離）するものである。デジタルコヒーレント受信部８１２_１〜８１２_Ｎ／２Ｍは、第３実施形態のデジタルコヒーレント受信部６１２_１〜６１２_Ｎ／２に対応する要素であり、分波部８１１により分波されたＮ／２Ｍ個の光信号と局発光（図示なし）との検波結果をデジタル信号に変換して出力するものである。遅延調整部８１３_１〜８１３_Ｎ／２Ｍは、第３実施形態の遅延調整部６１３_１〜６１３_Ｎに対応する要素であり、デジタルコヒーレント受信部８１３_１〜８１３_Ｎ／２Ｍから出力されるデジタル信号に対し、光伝送路９００における波長分散等に起因する遅延を補償するための処理を実施するものである。遅延調整部８１３_１〜８１３_Ｎ／２Ｍからのデータ列Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_Ｎ／Ｍは、時分割多重部８１４_１〜８１４_Ｎ／Ｍに入力される。時分割多重部８１４_１〜８１４_Ｎ／Ｍは、データ列Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_Ｎ／Ｍを受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎに時分離するものである。

なお、複数の異なるデータ情報を有する入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎは光信号の振幅/位相情報を表し、任意の複素数で表されるものとする。また、入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎの各データ列は互いに独立な一様分布に従うものとする。

次に、本実施形態による光伝送システムを構成する光送信器７００および光受信器８００の動作を説明する。
図１２において、入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…,Ａ_Ｎの各データ列は、デジタル電気信号として符号部１１０に入力される。符号部１１０は、前述の式（２）に示される演算処理を施すことにより送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを生成する。それら送信データ列は時分割多重部７２１_１〜７２１_Ｎ／Ｍに入力される。時分割多重部７２１_１〜７２１_Ｎ／Ｍは、送信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを時多重してデータ列Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_Ｎ／Ｍを生成する。ここでは、時分割多重の多重数をＭとしている。それぞれのデータ列が有するデータ情報は、デジタル電気信号として異なる光変調器７２３_１〜７２３_Ｎ／Ｍに入力され、振幅/位相情報として、異なる波長λ_１, λ_２, …, λ_Ｎ／２Ｍの光に重畳される。このとき、データ列Ｃ_１を重畳する光変調器７２３_１とデータ列Ｃ_２を重畳する光変調器７２３_２には同じ波長λ_１の光が入射される。同様に、データ列Ｃ_３を重畳する光変調器７２３_３とデータ列Ｃ_４を重畳する光変調器７２３_４には同じ波長λ_２の光が入射されるといったように、データ列Ｃ_ｎを重畳する光変調器とデータ列Ｃ_ｎ＋１を重畳する光変調器には同じ波長の光が入射される。ここで、nは奇数である。

このようにして光変調部７２３_１〜７２３_Ｎ／Ｍにより生成された光信号を、偏波結合部７２４_１〜７２４_Ｎ／２Ｍを用いて同じ波長の光信号の組を偏波多重して、偏波多重信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２Ｍを生成する。さらに、合波部７２５は、偏波多重信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ／２Ｍを波長多重して光信号Ｓを生成して光伝送路９００へ送出する。データ列が複素数である場合には、例えば、光変調器７２４_１〜７２４_Ｎ／２Ｍとして光ベクトル変調器（ＩＱ変調器）を用いて、データ列の実数成分を同相成分として、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。

図１３の光受信器８００では、分波部８１１は、波長多重された光信号を波長分離し、それぞれの光信号Ｄ_１，Ｄ_２，…，Ｄ_Ｎ／２Ｍがデジタルコヒーレント受信部８１２_１〜６１２_Ｎ／２Ｍに入射される。デジタルコヒーレント受信部８１２_１〜８１２_Ｎ／２Ｍでは、光信号は、振幅/位相情報を保持した状態でデジタル電気信号に変換され、光伝送路９００で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化が補償され、偏波分離が施される。このようにして、受信データ列Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_Ｎ／Ｍが得られる。

ここで、各データ列間では、光伝送路９００の波長分散や、送信器における各データ間での経路差に起因した既知の遅延差が生じているため、遅延調整器８１３_１〜８１３_Ｎ／２Ｍによりこれを補償する。遅延調整器８１３_１〜８１３_Ｎ／Ｍとしては、可変遅延線などを用いることができる。こうして遅延調整が施されたデータ列Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_Ｎ／Ｍは、デジタル電気信号として時分割多重部８１４_１〜８１４_Ｎ／Ｍに入力される。時分割多重部８１４_１〜８１４_Ｎ／Ｍは、データ列Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_Ｎを時分割して受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎを生成する。受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎは復号部２２０に入力される。復号部２２０は、前述の式（４）に示される演算処理を実施することにより、受信データ列Ｂ_１，Ｂ_２，…，Ｂ_Ｎから出力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを生成し、これにより、送信側の入力データ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎを復元する。このデータ列Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_Ｎの各データに対して閾値判定が実施され、シンボルが識別される。

上述した各実施形態では、本発明を光送信器および光受信器として表現したが、本発明は、光送信方法および光受信方法として表現することもできる。この場合、本発明による光送信方法は、光信号を光伝送路に送出する光送信方法であって、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号段階と、前記符号段階により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重段階と、を含む光送信方法として表現することができる。
また、本発明による光受信方法は、光伝送路から光信号を受信する光受信方法であって、前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離段階と、前記分離段階により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号段階と、を含む光受信方法として表現することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の変形や修正が可能である。
例えば、上述した各実施形態による光送信器および光受信器は、位相と振幅のいずれか一方の情報を用いて符復号化しても良く、デジタル信号処理以外のアナログ信号処理で処理してもよい。

１００…光送信器、１１０…符号部、１２０…多重部、１２１_１〜１２１_Ｎ…光源、１２２_１〜１２２_Ｎ…光変調部、１２３…合波部、２００…光受信器、２１０…分離部、２１１…分波部、２１２_１〜２１２_Ｎ…デジタルコヒーレント受信部、２１３_１…２１３_Ｎ…遅延調整部、２２０復号部、３００…光送信器、３１０…符号部、３２０…多重部、３２１…時分割多重部、３２２…光源、３２３…光変調部、４００…光受信器、４１０…分離部、４１１…デジタルコヒーレント受信部、４１２…時分割多重部、５００…光送信器、５２０…多重部、５２１_１〜５２１_Ｎ／２…光源、５２２_１〜５２２_Ｎ…光変調部、５２３_１〜５２３_Ｎ／２…偏波結合部、５２４…合波部、６００…光受信器、６１０…分離部、６１１…分波部、６１２_１〜６１２_Ｎ／２…デジタルコヒーレント受信部、６１３_１〜６１３_Ｎ…遅延調整部、７００…光送信器、７２０…多重部、７２１_１〜７２１_Ｎ／Ｍ…時分割多重部、７２２_１〜７２２_Ｎ／２Ｍ…光源、７２３_１〜７２３_Ｎ／２Ｍ…光変調部、７２４_１〜７２４_Ｎ／２Ｍ…偏波結合部、７２５…合波部、８００…光受信器、８１０…分離部、８１１…分波部、８１２_１〜８１２_Ｎ／２Ｍ…デジタルコヒーレント受信部、８１３_１〜８１３_Ｎ／Ｍ…遅延調整部、８１４_１〜８１４_Ｎ／Ｍ…時分割多重部、９００…光伝送路（光ファイバ）。

Claims (6)

1. 光伝送路を介して相互に接続された光送信器と光受信器とを備え、前記光送信器から前記光伝送路を介して前記光受信器に光信号を伝送する光伝送システムであって、
   前記光送信器は、
   発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列（Ａ１，Ａ２，…ＡＮ）を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）に、次式（１）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて符号化する符号部と、
   前記符号部により得られた前記送信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を前記光信号に多重化する多重部と、
   を備え、
   前記光受信器は、
   前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を分離する分離部と、
   前記分離部により得られた前記受信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列（Ａ１，Ａ２，…ＡＮ）に、次式（２）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて復号化する復号部と、
   を備え、
   前記Ｎ×Ｎアダマール行列のＮ値は、前記光信号の波形劣化の閾値以下となる光の振幅の度数分布に基づいて設定される光伝送システム。
   

   
2. 光信号を光伝送路に送出する光送信器であって、
   発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列（Ａ１，Ａ２，…ＡＮ）を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）に、次式（３）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて符号化する符号部と、
   前記符号部により得られた前記送信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を前記光信号に多重化する多重部と、
   を備え、
   前記Ｎ×Ｎアダマール行列のＮ値は、前記光信号の波形劣化の閾値以下となる光の振幅の度数分布に基づいて設定される光送信器。
   

   
3. 光伝送路から光信号を受信する光受信器であって、
   前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を分離する分離部と、
   前記分離部により得られた前記受信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列（Ａ１，Ａ２，…ＡＮ）に、次式（４）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて復号化する復号部と、
   を備え、
   前記Ｎ×Ｎアダマール行列のＮ値は、前記光信号の波形劣化の閾値以下となる光の振幅の度数分布に基づいて設定される光受信器。
   

   
4. 光信号を光伝送路に送出する光送信方法であって、
   発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列（Ａ１，Ａ２，…ＡＮ）を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）に、Ｎ値が前記光信号の波形劣化の閾値以下となる光の振幅の度数分布に基づいて設定された、次式（５）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて符号化する符号段階と、
   前記符号段階により得られた前記送信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を前記光信号に多重化する多重段階と、
   を含む光送信方法。
   

   
5. 光伝送路から光信号を受信する光受信方法であって、
   前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離段階と、
   前記分離段階により得られた前記受信データ列(Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列（Ａ１，Ａ２，…ＡＮ）に、Ｎ値が前記光信号の波形劣化の閾値以下となる光の振幅の度数分布に基づいて設定された、次式（６）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて復号化する復号段階と、
   を含む光受信方法。
   

   
6. 光伝送路を介して相互に接続された光送信器と光受信器とを備え、前記光送信器から前記光伝送路を介して前記光受信器に光信号を伝送する光伝送システムであって、
   前記光送信器は、
   発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列（Ａ１，Ａ２，…ＡＮ）を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）に、次式（７）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて符号化する符号部と、
   前記符号部により得られた前記送信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を時分割多重することで単一の波長の光信号に重畳して伝送する時分割多重部と、
   を備え、
   前記光受信器は、
   前記時分割多重部から伝送された前記光信号を時分離することで、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を得る分離部と、
   前記分離部により得られた前記受信データ列（Ｂ１，Ｂ２，…ＢＮ）を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列（Ａ１，Ａ２，…ＡＮ）に、次式（８）に示すＮ×Ｎアダマール行列Ｈｎを用いて復号化する復号部と、
   を備える光伝送システム。
   

   

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