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WO2024029031A1 - 信号処理装置、信号処理方法及びプログラム - Google Patents

信号処理装置、信号処理方法及びプログラム Download PDF

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Publication number
WO2024029031A1
WO2024029031A1 PCT/JP2022/029930 JP2022029930W WO2024029031A1 WO 2024029031 A1 WO2024029031 A1 WO 2024029031A1 JP 2022029930 W JP2022029930 W JP 2022029930W WO 2024029031 A1 WO2024029031 A1 WO 2024029031A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
signal
transmitter
signal processing
transmitted
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2022/029930
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
光樹 芝原
めぐみ 星
裕 宮本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to PCT/JP2022/029930 priority Critical patent/WO2024029031A1/ja
Priority to JP2024538612A priority patent/JPWO2024029031A1/ja
Publication of WO2024029031A1 publication Critical patent/WO2024029031A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers

Definitions

  • the present invention relates to a signal processing device, a signal processing method, and a program.
  • single mode fiber is used as the optical fiber that forms the basis of current large-capacity optical networks.
  • Single-mode fiber has a single core in its cladding that serves as a path for optical signals, and in wavelength bands such as the C-band and L-band used in large-capacity, long-distance optical networks, only a single mode propagates. This is an optical fiber designed to allow This has led to the realization of high-capacity, long-distance optical networks that can stably transfer several terabits of information per second over long distances.
  • Digital coherent transmission technology is a technology that combines a coherent reception method and ultra-high-speed digital signal processing.
  • the coherent reception method is a reception method that detects interference light between light and local oscillation light on the receiving side.
  • Ultra-high-speed digital signal processing is a process of digitizing a signal and then removing phase component noise caused by frequency and phase fluctuations in a transmitting light source that generates signal light and a receiving light source that generates locally oscillated light.
  • optical transceiver modules and optical transceivers using the same have been realized that are small, inexpensive, and have low power consumption characteristics without using complicated phase synchronization circuits.
  • digital coherent transmission technology not only has the receiving sensitivity been improved during optical transmission that constitutes a large-capacity optical network, but information has also been dramatically improved by adding information to the amplitude, phase, and polarization of the optical carrier wave. It is now possible to do so.
  • An example of a spatially multiplexed optical fiber is, for example, a multi-core optical fiber (MCF) in which a plurality of cores are arranged in a cladding. If each core of the MCF is an independent transmission path in parallel, it is expected that the transmission capacity per optical fiber will be greatly improved.
  • MCF multi-core optical fiber
  • IXT it statistically behaves as white noise between optical signals modulated at a modulation rate of about several tens of GBaud, and has cumulative characteristics as the transmission distance increases. Therefore, IXT is a performance-limiting factor that degrades the signal-to-noise ratio of optical signals in optical transmission systems, along with noise derived from spontaneous emission light generated during the optical amplification process. Therefore, IXT limits the transmission capacity that a spatially multiplexed transmission path can provide.
  • IXT can be partially compensated by applying MIMO (Multiple-input multiple-output) technology that is widely used in wireless systems (see Non-Patent Document 1).
  • MIMO Multiple-input multiple-output
  • the proposal assumes the condition that the optical phases between the optical transceivers for different cores are synchronized. Furthermore, the proposal implicitly assumes a configuration of an interface that transfers received signals of optical signals propagated through different cores between signal processing devices that process signals on the receiving side. Therefore, when considering the required throughput characteristics of optical signals exceeding 100 gigabits per second, the proposed technology is not easy to implement.
  • the present invention aims to provide a technique for improving the transmission capacity in an optical transmission system.
  • One aspect of the present invention is a first to Nth transmitter (N is an integer of 2 or more) that converts an electrical signal representing a bit string into an optical signal representing the bit string and transmits the optical signal obtained by the conversion.
  • N is an integer of 2 or more
  • This is the signal transmitted by the n-th transmitter (n is an integer from 1 to N) among the optical signals transmitted by the optical signal propagated through the multi-core fiber and converted into digital electrical signals.
  • the n-th is a signal processing device including a control unit that removes crosstalk of a main digital signal.
  • One aspect of the present invention is a first to Nth transmitter (N is an integer of 2 or more) that converts an electrical signal representing a bit string into an optical signal representing the bit string and transmits the optical signal obtained by the conversion.
  • N is an integer of 2 or more
  • This is the signal transmitted by the n-th transmitter (n is an integer from 1 to N) among the optical signals transmitted by the optical signal propagated through the multi-core fiber and converted into digital electrical signals.
  • the n-th A control step for removing crosstalk of a main digital signal Based on the n-th main digital signal and the symbol string represented by the result of decoding of the optical signal transmitted by at least some of the first to N-th transmitters excluding the n-th transmitter, the n-th A control step for removing crosstalk of a main digital signal.
  • One aspect of the present invention is a program for causing a computer to function as the above signal processing device.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an overview of an optical transmission system according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an optical transmitter in an embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of a signal processing section in the embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a signal processing device in an embodiment.
  • 5 is a flowchart illustrating an example of the flow of processing executed by the signal processing device in the embodiment.
  • the first diagram showing an example of experimental results using the signal processing device in the embodiment.
  • the second diagram showing an example of experimental results using the signal processing device in the embodiment.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an overview of an optical transmission system 100 according to an embodiment.
  • the optical transmission system 100 includes optical transmitters 1-1 to 1-N (N is an integer of 2 or more), a spatial multiplexer 2, a multi-core fiber (MCF) 3, and a spatial multiplexer/demultiplexer 2. 4, optical receivers 5-1 to 5-N, and a signal processing device 6.
  • the optical transmission system 100 may be a system that performs wavelength multiplexing or may be a system that does not perform wavelength multiplexing.
  • the optical transmitter 1-n (n is an integer from 1 to N) converts an electrical signal representing a bit string into an optical signal representing a bit string, and transmits the optical signal obtained by the conversion. Therefore, the optical transmitters 1-n (n is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to N) transmit bit strings.
  • the bit string to be converted by the optical transmitter 1-n will be referred to as a bit string bn. Therefore, for example, the optical transmitter 1-1 converts an electrical signal representing the bit string b-1 into an optical signal representing the bit string b-1.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the optical transmitter 1-n in the embodiment.
  • the optical transmitter 1-n includes a signal processing unit 10 including a processor 91 such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory 92 connected via a bus, and executes a program.
  • the optical transmitter 1-n functions as a device including a signal processing section 10, an interface section 11, a storage section 12, a DA converter 14, a light source 15, an optical amplification section 16, and an optical modulation section 17 by executing a program.
  • a signal processing section 10 including a processor 91 such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory 92 connected via a bus, and executes a program.
  • the optical transmitter 1-n functions as a device including a signal processing section 10, an interface section 11, a storage section 12, a DA converter 14, a light source 15, an optical amplification section 16, and an optical modulation section 17 by executing a program.
  • the processor 91 reads a program stored in the storage unit 12 and stores the read program in the memory 92.
  • the optical transmitter 1-n has the signal processing section 10, the interface section 11, the storage section 12, the DA converter 14, the light source 15, the optical amplification section 16, and the It functions as a device including a light modulation section 17.
  • the signal processing unit 10 controls the operation of each functional unit of the optical transmitter 1-n.
  • the signal processing unit 10 outputs an electrical signal representing a bit string to the DA converter 14.
  • the interface unit 11 includes an interface for connecting the optical transmitters 1-n to external devices.
  • the interface unit 11 communicates with an external device via wire or wireless.
  • the external device is, for example, a user terminal.
  • information indicating a bit string to be transmitted to the optical transmitter 1-n is input from the user terminal to the interface section 11.
  • the signal processing unit 10 acquires information indicating the bit string input to the interface unit 11 (hereinafter referred to as “bit string information”).
  • the signal processing unit 10 outputs an electrical signal of a bit string indicated by the acquired bit string information.
  • a signal that synchronizes the initial phase of the optical signals transmitted by the optical transmitters 1-1 to 1-N may be input to the interface section 11.
  • the initial phases of the optical signals transmitted by the optical transmitters 1-1 to 1-N are synchronized.
  • a signal for synchronizing the clocks of the optical transmitters 1-1 to 1-N may be input to the interface section 11.
  • the clocks of the optical transmitters 1-1 to 1-N are synchronized.
  • the synchronization of the clocks of the optical transmitters 1-1 to 1-N means that the clocks of the signal processing unit 10 and the DA converter 14 included in the optical transmitters 1-1 to 1-N are synchronized. means.
  • the storage unit 12 is configured using a non-transitory computer-readable recording medium such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device.
  • the storage unit 12 stores various information regarding the optical transmitters 1-n.
  • the DA converter 14 is a digital-to-analog converter that converts the digital electrical signal output from the signal processing section 10 into an analog electrical signal.
  • a digital electrical signal means a signal that is both an electrical signal and a digital signal.
  • an analog electrical signal means a signal that is both an electrical signal and an analog signal.
  • the digital electrical signal output from the signal processing unit 10 is a bit string electrical signal.
  • the light source 15 is a light source that emits light.
  • the light source 15 is, for example, a semiconductor laser.
  • the light source 15 is independently controlled between optical transmitters and emits continuous light in a free-running state.
  • the optical amplification section 16 amplifies the light emitted by the light source 15.
  • the optical modulation section 17 modulates the light amplified by the optical amplification section 16 based on the analog digital signal obtained by the DA converter 14, and generates an optical signal representing the bit string indicated by the bit string information input to the interface section 11. generate.
  • the optical modulator 17 transmits the generated optical signal to the outside of the optical transmitter 1-n. Therefore, the optical signal transmitted by the optical modulator 17 is emitted from the optical transmitters 1-1 to 1-N.
  • optical signals emitted from the optical transmitters 1-1 to 1-N enter the spatial multiplexer 2.
  • the spatial multiplexer 2 receives the optical signals emitted from each of the optical transmitters 1-1 to 1-N.
  • the optical signal received by the spatial multiplexer 2 enters the multi-core fiber 3. That is, the spatial multiplexer 2 performs spatial multiplexing of optical signals.
  • the multi-core fiber 3 is a multi-core fiber through which the incident optical signal propagates.
  • the optical signal propagated through the multi-core fiber 3 enters the spatial multiplexer/demultiplexer 4 .
  • the multi-core fiber 3 is, for example, a spatial multiplexing fiber capable of propagating N spatial channels.
  • the multi-core fiber 3 may be, for example, a spatially multiplexed fiber with an allowable number of spatial channels of M (M ⁇ N, M is an integer).
  • the spatial multiplexer/demultiplexer 4 receives the optical signal emitted from the multi-core fiber 3.
  • the optical signal received by the spatial multiplexer/demultiplexer 4 enters the optical receivers 5-1 to 5-N. Therefore, the spatial multiplexer/demultiplexer 4 divides the spatially multiplexed optical signal.
  • Each of the optical receivers 5-1 to 5-N receives the optical signal that has passed through the multi-core fiber 3. More specifically, the optical receiver 5-n receives the signal transmitted by the optical transmitter 1-n.
  • interference occurs between optical signals propagating through the multi-core fiber 3 between spatial channels by satisfying a phase matching condition during propagation through the multi-core fiber 3.
  • a transmission signal x-n emitted from an optical transmitter 1-n is emitted from another optical transmitter 1-p (p is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n, and is an integer different from n).
  • the optical signal transmitted by the optical transmitter 1-n and affected by crosstalk is received by the optical receiver 5-n.
  • Each of the optical receivers 5-1 to 5-N converts the received optical signal into an analog electrical signal and outputs it to the signal processing device 6.
  • the optical signal transmitted by the optical transmitter 1-n and affected by crosstalk is converted into an analog electrical signal by the optical receiver 5-n.
  • the electrical signal obtained by conversion by the optical receiver 5-n is propagated to the signal processing device 6.
  • the signal processing device 6 includes a control unit and a storage unit including a processor such as a CPU and a memory connected via a bus, and executes a program.
  • the signal processing device 6 acquires each electrical signal output by the optical receivers 5-1 to 5-N.
  • the signal processing device 6 includes signal processing units 60-1 to 60-N.
  • signal processing units 60 are not distinguished from each other, they will be referred to as signal processing units 60.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the signal processing section 60 in the embodiment.
  • the signal processing section 60 includes an AD (analog-digital) converter 610.
  • the AD converter 610 acquires the analog electrical signal propagated to the signal processing device 6 and converts it into a digital signal. That is, the signal processing device 6 includes an AD converter 610 and converts an analog electrical signal that has been propagated to the signal processing device 6 into a digital signal.
  • four AD converters, XI, XQ, YI, and YQ are used in one spatial channel. Therefore, in the example of FIG. 3, there are 4N AD converters 610.
  • the signal processing section 60 includes a decoding section 620.
  • the decoding unit 620 is included in a control unit included in the signal processing device 6.
  • the decoding unit 620 executes estimated signal generation processing.
  • the estimated signal generation process is a process of estimating the bit string transmitted by the optical transmitter 1-n based on the n-th main digital signal and generating an electrical signal representing the estimated bit string. That is, the estimated signal generation process is a process of generating an electrical signal representing the estimation result of the bit string transmitted by the optical transmitter 1-n based on the n-th main digital signal. Therefore, the estimated signal generation process is a process of decoding the optical signal transmitted by the optical transmitter 1-n and estimating the bit string represented by the optical signal.
  • the n-th main digital signal is a signal obtained by converting an analog electrical signal obtained by conversion by the optical receiver 5-n into a digital signal by the AD converter 610. Therefore, for example, the first main digital signal is a signal obtained by converting an analog electrical signal obtained by conversion by the optical receiver 5-1 into a digital signal by the AD converter 610. Therefore, the n-th digital signal is an electric digital signal.
  • the electrical signal representing the estimation result of the bit string transmitted by the optical transmitter 1-n will be referred to as the n-th estimation signal. Therefore, for example, the first estimation signal is an electrical signal representing the estimation result of the bit string transmitted by the optical transmitter 1-1.
  • the n-th estimated signal is an electrical signal representing the estimation result of the bit string, so it is an electrical signal representing the bit string. If the estimated signal generation process is explained using the term n-th estimated signal, the estimated signal generation process is a process of generating the n-th estimated signal based on the n-th main digital signal.
  • the signals represented by b 1 , b 2 , and b N with a hat ( ⁇ ) as an accent symbol in FIG. 3 are examples of the first estimated signal, the second estimated signal, and the Nth estimated signal, respectively.
  • the estimated signal generation process is a process of generating the nth estimated signal based on the nth main digital signal
  • the nth estimated signal is the result of decoding the bit string transmitted by the optical transmitters 1-n.
  • the decoding section 620 includes a signal detection section 621, a mapping section 624, and a demapping section 625.
  • the signal detection section 621 includes an equalization section 622 and an optical phase recovery section 623.
  • the equalization unit 622 executes equalization processing.
  • the equalization process is performed between the optical signal transmitted by the optical transmitter 1-n and the optical signal transmitted by at least some of the optical transmitters 1-1 to 1-N except for the optical transmitter 1-n. This is a process of estimating the strength of interference based on the optical signals and auxiliary symbol sequences transmitted by the optical transmitters 1-n.
  • the auxiliary symbol string is a symbol string represented by the result of decoding an optical signal transmitted by at least some of the optical transmitters 1-1 to 1-N except for the optical transmitter 1-n. Therefore, the auxiliary symbol string may be, for example, a bit string generated by another signal processing unit 60 through estimated signal generation processing.
  • Waveform distortion or polarization rotation occurs due to interference between the optical signal transmitted by the optical transmitter 1-n and the optical signal transmitted by the other optical transmitter 1-p.
  • the magnitude of interference between the optical signal and the optical signal transmitted by another optical transmitter 1-p is the magnitude of waveform distortion or polarization rotation.
  • the equalization process is, for example, the process described in Reference 1 below.
  • the optical phase recovery unit 623 executes optical phase recovery processing.
  • the optical phase recovery process converts the phase noise included in the n-th main digital signal, which is the processing target, into the optical signal transmitted by the optical transmitter 1-n and one of the optical transmitters 1-1 to 1-N. This is a process of estimating at least a part of the symbols excluding 1-n based on the symbol string represented by the result of decoding of the transmitted optical signal.
  • the signal to be processed in the optical phase recovery process is the n-th main digital signal.
  • the optical phase recovery process is, for example, the process described in Reference 2 below.
  • the equalization process described in reference document 1 and the optical phase recovery process described in reference document 2 will be explained using mathematical formulas, taking as an example a case where the signal to be processed by equalization process is the first main digital signal. .
  • the first main digital signal is, for example, y 1 expressed by the following equation (1).
  • h ij represents a channel matrix component corresponding to the path from the optical transmitter 1-i to the optical receiver 5-j.
  • i and j are integers greater than or equal to 1 and less than or equal to N.
  • j on the shoulder of the exponential function means an imaginary unit.
  • ⁇ t i represents the phase noise of the light source included in the optical transmitter 1-i.
  • ⁇ r i represents the phase noise of the light source included in the optical receiver 5-i.
  • n i represents noise superimposed on received signal i.
  • the sum of ⁇ t i and ⁇ r i is an example of phase noise included in the n-th main digital signal.
  • the second term on the right side of equation (1) represents crosstalk superimposed on the optical signal transmitted by the optical transmitter 1-1.
  • the p-th estimated signal which is the output signal from the signal processing unit 60-p (p ⁇ 1)
  • information for removing crosstalk is obtained by equalization processing and optical phase recovery processing.
  • h 1i is estimated in the equalization process, and in the optical phase recovery process, the value of the exponential function whose shoulder is j( ⁇ t i + ⁇ r i ) in the second term of equation (1) is Presumed.
  • h ij is a quantity representing the magnitude of interference between the optical signal transmitted by the optical transmitter 1-i and the optical signal transmitted by another optical transmitter 1-j.
  • the signal detection unit 621 uses h 1i and the value of the exponential function whose shoulder is j( ⁇ t i + ⁇ r i ) in the second term of equation (1) to determine the n-th principal to be processed.
  • Remove crosstalk from digital signals a process in which the processing target is the n-th main digital signal and which removes crosstalk from the processing target based on the results of the equalization process and the optical phase recovery process will be referred to as a removal process.
  • the signal detection unit 621 executes equalization processing, optical phase recovery processing, and removal processing.
  • the removal process an n-th main digital signal from which crosstalk has been removed is obtained.
  • optical phase recovery process may be, for example, the process described in Reference 3 below.
  • the equalization process described in reference document 1 and the optical phase recovery process described in reference document 3 will be explained using mathematical formulas, taking as an example a case where the signal to be processed by equalization process is the first main digital signal. . If the initial phases of the optical signals transmitted by the optical transmitters 1-1 to 1-N are not synchronized, the first main digital signal is, for example, y 1 expressed by the following equation (2).
  • ⁇ 1 is a quantity defined by the following equation (3).
  • ⁇ 1 is given in a simple form by the phase synchronization of the light source included in the optical transmitter.
  • the second term on the right side of equation (3) represents the crosstalk superimposed on the optical signal transmitted by the optical transmitter 1-1.
  • the p-th estimated signal which is the output signal from the signal processing unit 60-p (p ⁇ 1)
  • information for removing crosstalk is obtained by equalization processing and optical phase recovery processing.
  • h 1i is estimated in the equalization process, and the value of an exponential function whose shoulder is j ⁇ 1 is estimated in the optical phase recovery process.
  • the signal detection unit 621 calculates h 1i estimated by the equivalent process and the value of the exponential function whose shoulder is j ⁇ 1 estimated by the optical phase recovery process. to obtain the n-th main digital signal from which crosstalk has been removed.
  • the mapping unit 624 executes mapping processing on the processing target.
  • the mapping process is a process for processing a bit string, and is a process for converting the bit string to be processed into a symbol string.
  • the symbol string obtained by the conversion is an example of an auxiliary symbol string.
  • the symbol string input to the equalization section 622 is the output of the mapping section 624. Therefore, the mapping unit 624 receives input of another bit string that is the source of the symbol string used in the equalization process and the optical phase recovery process.
  • the input bit string is the object of mapping processing.
  • the signals represented by x 2 and x N with a hat ( ⁇ ) as an accent symbol are both examples of auxiliary symbol strings.
  • x 2 with a hat ( ⁇ ) as an accent symbol is an auxiliary symbol string obtained as a result of the mapping process using the second estimated signal as the processing target.
  • xN with a hat ( ⁇ ) as an accent symbol is an auxiliary symbol string obtained as a result of the mapping process using the Nth estimated signal as the processing target.
  • the number of mapping units 624 is N-1.
  • the demapping unit 625 executes demapping processing.
  • the demapping process is a process of converting a processing target into a bit string.
  • the processing target of the demapping process is the n-th main digital signal from which crosstalk has been removed by the removal process.
  • the signal obtained by the demapping process is a bit string represented by a signal from which crosstalk has been removed from the n-th main digital signal. Therefore, the signal obtained by the demapping process is an electrical signal representing the estimation result of the bit string transmitted by the optical transmitter 1-n.
  • equalization processing optical phase recovery processing, removal processing, and demapping processing
  • an electrical signal representing the estimation result of the bit string transmitted by optical transmitter 1-n is obtained based on the n-th main digital signal. Therefore, the equalization process, the optical phase recovery process, the removal process, and the demapping process are processes included in the estimated signal generation process.
  • mapping process does not necessarily need to be executed as long as the symbol string obtained by the mapping process can be used in the equalization process and the optical phase recovery process.
  • mapping process is also included in the estimated signal generation process.
  • the estimated signal generation process estimates the bit string converted from an electrical signal to an optical signal by the optical transmitter 1-n using an auxiliary symbol string instead of a high-speed analog signal or a quantized digital signal. . That is, the estimated signal generation process estimates the bit string converted from an electrical signal to an optical signal by the optical transmitter 1-n without the need to satisfy the first precondition and the second precondition.
  • the first precondition is that the optical phases between the optical transceivers for different cores are synchronized.
  • the second precondition is that an interface is configured to transfer received signals of optical signals propagated through different cores between signal processing devices that process receiving side signals.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the signal processing device 6 in the embodiment.
  • the signal processing device 6 includes a control unit 61 including a processor 93 such as a CPU and a memory 94 connected via a bus, and executes a program.
  • the signal processing device 6 functions as a device including a control section 61, a connection section 62, and a storage section 63 by executing a program.
  • the processor 93 reads the program stored in the storage unit 63 and stores the read program in the memory 94.
  • the signal processing device 6 functions as a device including the control section 61, the connection section 62, and the storage section 63.
  • the control unit 61 controls the operations of various functional units included in the signal processing device 6.
  • the control section 61 includes a decoding section 620. Therefore, the control unit 61 executes, for example, estimated signal generation processing. That is, the control unit 61 controls the n-th main signal of the optical signals transmitted by the optical transmitters 1-1 to 1-N and propagated through the multi-core fiber 3, which are converted into digital electrical signals. Crosstalk of the n-th main digital signal is removed based on the digital signal and the auxiliary symbol sequence.
  • connection section 62 includes an AD converter 610. Therefore, the connecting section 62 is connected to the optical receivers 5-1 to 5-N and generates the n-th main digital signal.
  • the connection unit 62 includes an output circuit 630 that is a circuit connected to an output destination of a signal outputted by the estimated signal generation process. Therefore, the connection unit 62 is connected to the output destination of the signal output by the estimated signal generation process.
  • the storage unit 63 is configured using a non-transitory computer-readable recording medium such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device.
  • the storage unit 63 stores various information regarding the signal processing device 6.
  • the storage unit 63 stores, for example, a bit string represented by the n-th estimated signal obtained by the estimated signal generation process.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of the flow of processing executed by the signal processing device 6 in the embodiment.
  • the connection unit 62 generates the n-th main digital signal (step S101).
  • the control unit 61 performs estimated signal generation processing on the n-th main digital signal (step S102).
  • the control unit 61 outputs the result of the estimated signal generation process in step S102 (step S103).
  • the crosstalk between one signal and the other signal propagating through the multi-core fiber 3 was 15 dB.
  • FIG. 6 is a first diagram showing an example of experimental results using the signal processing device 6 in the embodiment. More specifically, the results shown in FIG. 6 are an example of the results of a simulation that satisfies the condition that the initial phases of the optical signals transmitted by the optical transmitters 1-1 and 1-2 are not synchronized.
  • the vertical axis in FIG. 6 indicates the bit error rate of one signal sequence.
  • the horizontal axis indicates the optical signal to noise ratio (OSNR).
  • the “Theory” results show the theoretical results obtained under the assumption that there is no crosstalk. "No XT compensation” results indicate simulation results without crosstalk compensation.
  • the “Technique 1” curve shows the results obtained when the optical phase recovery process is that of Reference 2.
  • the “Technique 2” curve shows the results obtained when the optical phase recovery process is the process of Reference 3.
  • results in FIG. 6 show that when crosstalk compensation is not performed, the amount of crosstalk remains constant even if the OSNR increases, so the characteristics indicate that the bit error rate asymptotically approaches a constant line.
  • results in Figure 6 show that regarding the crosstalk compensation characteristics of "Technology 2," the equalization processing increases the crosstalk component because the transmitting side light source optical phases are not synchronized, and the characteristics are worse than the curve without crosstalk compensation. Indicates deterioration.
  • FIG. 7 is a second diagram showing an example of experimental results using the signal processing device 6 in the embodiment.
  • the results shown in FIG. 7 are an example of experimental results that satisfy the condition that the initial phases of the optical signals transmitted by the optical transmitters 1-1 and 1-2 are synchronized.
  • FIG. 7 shows that the result when applying the crosstalk compensation method of "Technology 1" is close to the result of "Theory”. Furthermore, FIG. 7 shows that because there is a synchronization condition for the optical phase of the transmitting side light source, the results when applying the crosstalk compensation method of "Technology 2" are different from the characteristics obtained by the crosstalk compensation method of "Technology 1". Indicates that they exhibit roughly the same characteristics.
  • the signal processing device 6 configured in this manner uses an auxiliary symbol string to convert the bit string converted from an electrical signal into an optical signal by the optical transmitter 1-n using an auxiliary symbol string instead of a high-speed analog signal or a quantized digital signal. Estimate. That is, the signal processing device 6 estimates the bit string converted from the electrical signal to the optical signal by the optical transmitter 1-n without having to satisfy the first precondition and the second precondition described above.
  • the signal processing device 6 can reduce the time required for transmitting and receiving electrical signals within the signal processing device 6. Since the transmission capacity of an optical transmission system is also affected by the performance of signal processing by the signal processing device 6, the signal processing device 6, which can reduce the time required for transmitting and receiving electrical signals within the signal processing device 6, It enables communication that satisfies the throughput requirements of optical signals exceeding 100 gigabits per second. Therefore, the signal processing device 6 can improve the transmission capacity in the optical transmission system.
  • the signal processing device 6 may further include a chromatic dispersion compensation section, a clock recovery section, or a frequency offset compensation section.
  • the signal processing unit 10 included in the optical transmitters 1-1 to 1-N may perform forward error correction encoding on the electrical signal representing the bit string.
  • the demapping unit 625 performs decoding processing for forward error correction encoding.
  • each process in the signal processing units 60-1 to 60-N may be performed sequentially or in parallel regardless of the order.
  • the bit determination error rate decreases as q increases in the output from the signal processing unit 60-n after the qth time (q is a natural number).
  • each processing in the signal processing units 60-1 to 60-N is equalization processing, optical phase recovery processing, removal processing, mapping processing, and demapping processing.
  • the initial phase synchronization of the optical signals transmitted by the optical transmitters 1-1 to 1-N is performed, for example, by providing light branched from a single light source to each optical transmitter.
  • the initial phases of the optical signals transmitted by the optical transmitters 1-1 to 1-N are synchronized by optical phase locking using, for example, an optical injection-locked laser.
  • the signal processing device 6 may be implemented using a plurality of information processing devices communicatively connected via a network.
  • each functional unit included in the signal processing device 6 may be distributed and implemented in a plurality of information processing devices.
  • the optical transmitter 1-n is an example of the n-th transmitter. Therefore, the optical transmitter 1-1 is an example of a first transmitter, and the optical transmitter 1-N is an example of an N-th transmitter.
  • the program may be recorded on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium is, for example, a portable medium such as a flexible disk, magneto-optical disk, ROM, or CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built into a computer system.
  • the program may be transmitted via a telecommunications line.
  • Optical transmission system 1-1 to 1-N, 1-n... Optical transmitter, 10... Signal processing section, 11... Interface section, 12... Storage section, 14... DA converter, 15... Light source, 16... Light Amplifying section, 17... Optical modulation section, 2... Spatial multiplexing multiplexer, 3... Multi-core fiber, 4... Spatial multiplexing/demultiplexing device, 5-1 to 5-N... Optical receiver, 6... Signal processing device, 60- 1 to 60-N... Signal processing section, 610... AD converter, 620... Decoding section, 621... Signal detection section, 622... Equalization section, 623... Optical phase recovery section, 624... Mapping section, 625... Demapping section, 61...Control unit, 62...Connection unit, 630...Output circuit, 63...Storage unit, 91...Processor, 92...Memory, 93...Processor, 94...Memory

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Abstract

ビット列を表す電気信号を、ビット列を表す光信号に変換し、変換により得られた光信号を送信する第１送信機～第Ｎ送信機（Ｎは２以上の整数）の送信した光信号であってマルチコアファイバを伝搬した光信号、がデジタルの電気信号に変換された信号、のうち、第ｎ送信機（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の送信した信号である第ｎ主デジタル信号と、前記第１送信機～第Ｎ送信機のうちの前記第ｎ送信機を除く少なくとも一部が送信した光信号の復号の結果が表すシンボル列とに基づき、前記第ｎ主デジタル信号のクロストークを除去する制御部、を備える信号処理装置。

Description

信号処理装置、信号処理方法及びプログラム
　本発明は、信号処理装置、信号処理方法及びプログラムに関する。
　近年の５Ｇ(5th Generation)サービスの開始、高精細動画サービス配信、ＩｏＴ（Internet of Things）サービスの発展などに伴って、光ネットワークを流れる通信トラヒックは年々増加の一途をたどっている。増加する通信トラヒック需要に対する光ネットワークにおける対策として、例えば光ネットワークの端局に設置される光通信システム装置の高機能化や、光増幅器又は光スイッチの導入、を伝送路としての光ファイバの構造を変えずに行うこと、が行われてきた。
　現在の大容量光ネットワークの基盤となっている光ファイバとしては、ＬＡＮ（Local Area Network）などの短距離向けの局所的なネットワークを除くと、シングルモードファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber）が用いられている。シングルモードファイバは、クラッド内に光信号の通路となる単一のコアを有しており、大容量長距離光ネットワークで用いられるＣ帯やＬ帯などの波長帯では単一のモード伝搬のみを許容するよう設計された光ファイバである。これにより、毎秒数テラビットに達する情報を長距離にわたり安定的に転送する大容量長距離光ネットワークが実現されている。
　このような光ネットワークにおいては、デジタル信号処理技術と、コヒーレント送受信技術とを用いるデジタルコヒーレント伝送技術が、毎秒１００ギガビット級の光伝送装置に商用導入されている。デジタルコヒーレント伝送技術は、コヒーレント受信方式と、超高速デジタル信号処理とを組み合わせた技術である。コヒーレント受信方式は、受信側における光と局部発振光との干渉光を検波する受信方式である。超高速デジタル信号処理は、信号をデジタル化した後に、信号光を生成する送信側光源及び局部発振光を生成する受信側光源における周波数や位相揺らぎに起因する位相成分の雑音を取り除く処理である。
　デジタルコヒーレント伝送技術により、複雑な位相同期回路等を用いることなく、小型、安価、かつ低消費電力な特性を持つ光送受信モジュール及びそれを用いた光トランシーバが実現されている。デジタルコヒーレント伝送技術の登場により、大容量光ネットワークを構成する光伝送時における受信感度の改善のみならず、光搬送波の振幅や位相や偏波に情報を載せることで情報伝送効率を飛躍的に向上させることが可能になっている。
　ところが近年、このような情報伝送効率の向上に伴い、伝送容量はＳＭＦの供することのできる伝送容量の理論限界に近づきつつある。そこで、伝送媒体を空間多重光ファイバと呼ばれる新しい構造形態を有する光ファイバへ刷新し、光ファイバ中の各空間自由度における伝搬光にそれぞれ異なる独立した情報を載せる空間分割多重伝送技術に注目が集まっている。
　空間多重光ファイバの形態例としては、例えばクラッド内に複数コアを配置するマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ：Multi Core Fiber）がある。ＭＣＦの各コアが並列した独立伝送路であれば、光ファイバあたりの伝送容量が大きく向上することが期待される。
S. Luis, B. J. Puttnam, G. Rademacher, Y. Awaji and N. Wada, "On the Use of High-Order MIMO for Long-Distance Homogeneous Single-Mode Multicore Fiber Transmission," 2017 European Conference on Optical Communication (ECOC), paper Th2.F2, 2017.
　しかしながら、このような、ＭＣＦを用いた光伝送システムでは、既存伝送媒体であるＳＭＦでは見られなかった性能制限要因が顕在化する。例えば、ＭＣＦの各コアに光信号を入力した場合、曲げや振動などの必ずしも意図しない光ファイバケーブル敷設環境条件などにより、近接したコア間での位相整合が発生し、異コア間を伝搬する光信号が互いに干渉する事象が発生することがある。すなわち、ＭＣＦを用いた光伝送システムでは、コア間のクロストークが発生することがある。この現象はコア間クロストーク(ＩＸＴ: Inter-core crosstalk)と呼ばれる。
　ＩＸＴについては、数十ＧＢａｕｄ程度の変調速度で変調された光信号間では統計的に白色雑音として振る舞うことと、伝送距離に伴い累積特性を有する。そのためＩＸＴは、光増幅過程で発生する自然放出光由来の雑音などとともに、光伝送システムにおいて光信号の信号対雑音比を劣化させる性能制限要因である。したがって、ＩＸＴは空間多重伝送路が提供しうる伝送容量を制限する。
　ＩＸＴは、無線システムで広く用いられているＭＩＭＯ(Multiple-input multiple-output)技術を適用することで部分的に補償可能であることが報告されている（非特許文献１参照）。
　しかしながら、提案では、異コア用光送受信機間の光位相が同期されているという条件が仮定されている。また提案では、受信側信号を処理する信号処理装置間で異コアを伝搬した光信号の受信信号をトランスファーするインタフェースの構成、が暗黙のうちに仮定されている。したがって、毎秒１００ギガビット級を超える光信号のスループット要求特性を鑑みる際、提案の技術は、実現が容易ではない。
　上記事情に鑑み、本発明は、光伝送システムにおける伝送容量を向上させる技術を提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、ビット列を表す電気信号を、ビット列を表す光信号に変換し、変換により得られた光信号を送信する第１送信機～第Ｎ送信機（Ｎは２以上の整数）の送信した光信号であってマルチコアファイバを伝搬した光信号、がデジタルの電気信号に変換された信号、のうち、第ｎ送信機（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の送信した信号である第ｎ主デジタル信号と、前記第１送信機～第Ｎ送信機のうちの前記第ｎ送信機を除く少なくとも一部が送信した光信号の復号の結果が表すシンボル列とに基づき、前記第ｎ主デジタル信号のクロストークを除去する制御部、を備える信号処理装置である。
　本発明の一態様は、ビット列を表す電気信号を、ビット列を表す光信号に変換し、変換により得られた光信号を送信する第１送信機～第Ｎ送信機（Ｎは２以上の整数）の送信した光信号であってマルチコアファイバを伝搬した光信号、がデジタルの電気信号に変換された信号、のうち、第ｎ送信機（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の送信した信号である第ｎ主デジタル信号と、前記第１送信機～第Ｎ送信機のうちの前記第ｎ送信機を除く少なくとも一部が送信した光信号の復号の結果が表すシンボル列とに基づき、前記第ｎ主デジタル信号のクロストークを除去する制御ステップ、を有する信号処理方法である。
　本発明の一態様は、上記の信号処理装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
　本発明により、光伝送システムにおける伝送容量を向上させることが可能となる。
実施形態の光伝送システムの概要を説明する説明図。 実施形態における光送信機の構成の一例を示す図。 実施形態における信号処理部の構成の一例を説明する説明図。 実施形態における信号処理装置のハードウェア構成の一例を示す図。 実施形態における信号処理装置が実行する処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態における信号処理装置を用いた実験結果の一例を示す第１の図。 実施形態における信号処理装置を用いた実験結果の一例を示す第２の図。
　（実施形態）
　図１は、実施形態の光伝送システム１００の概要を説明する説明図である。光伝送システム１００は、光送信機１－１～１－Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、空間多重合波器２と、マルチコアファイバ（ＭＣＦ：Multi Core Fiber）３と、空間多重分波器４と、光受信機５－１～５－Ｎと、信号処理装置６と、を備える。光伝送システム１００は波長多重化を行うシステムであってもよいし、波長多重化は行わないシステムであってもよい。
　光送信機１－ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）は、ビット列を表す電気信号を、ビット列を表す光信号に変換し、変換により得られた光信号を送信する。したがって光送信機１－ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）は、ビット列を送信する。以下、光送信機１－ｎによる変換の対象のビット列をビット列ｂ－ｎと表記する。したがって、例えば、光送信機１－１は、ビット列ｂ－１を表す電気信号を、ビット列ｂ－１を表す光信号に変換する。
　図２は、実施形態における光送信機１－ｎの構成の一例を示す図である。光送信機１－ｎは、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ９１とメモリ９２とを備える信号処理部１０を備え、プログラムを実行する。光送信機１－ｎは、プログラムの実行によって信号処理部１０、インタフェース部１１、記憶部１２、ＤＡコンバータ１４、光源１５、光増幅部１６及び光変調部１７を備える装置として機能する。
　より具体的には、プロセッサ９１が記憶部１２に記憶されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをメモリ９２に記憶させる。プロセッサ９１が、メモリ９２に記憶させたプログラムを実行することによって、光送信機１－ｎは、信号処理部１０、インタフェース部１１、記憶部１２、ＤＡコンバータ１４、光源１５、光増幅部１６及び光変調部１７を備える装置として機能する。
　信号処理部１０は、光送信機１－ｎの各機能部の動作を制御する。信号処理部１０は、ビット列を表す電気信号をＤＡコンバータ１４に出力する。
　インタフェース部１１は、光送信機１－ｎを外部装置に接続するためのインタフェースを含んで構成される。インタフェース部１１は、有線又は無線を介して外部装置と通信する。外部装置は、例えばユーザ端末である。このような場合、例えば光送信機１－ｎに送信させたいビット列を示す情報が、ユーザ端末からインタフェース部１１に入力される。インタフェース部１１に入力されたビット列を示す情報（以下「ビット列情報」という。）を、信号処理部１０は取得する。信号処理部１０は、取得したビット列情報、が示すビット列の電気信号を出力する。
　インタフェース部１１には、光送信機１－１～１－Ｎが送信する光信号の初期位相を同期させる信号が入力されてもよい。このような信号がインタフェース部１１に入力される場合、光送信機１－１～１－Ｎが送信する光信号の初期位相は同期する。
　インタフェース部１１には、光送信機１－１～１－Ｎのクロックを同期させる信号が入力されてもよい。このような信号がインタフェース部１１に入力される場合、光送信機１－１～１－Ｎのクロックは同期する。光送信機１－１～１－Ｎのクロックの同期は、より具体的には、光送信機１－１～１－Ｎが備える信号処理部１０及びＤＡコンバータ１４のクロックが同期する、ことを意味する。
　記憶部１２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などのコンピュータ読み出し可能な記憶媒体装置（non-transitory computer-readable recording medium）を用いて構成される。記憶部１２は光送信機１－ｎに関する各種情報を記憶する。
　ＤＡコンバータ１４は、信号処理部１０の出力したデジタルの電気信号を、アナログの電気信号に変換するデジタルアナログコンバータである。なお、デジタルの電気信号とは、電気信号であり、なおかつ、デジタル信号である信号の意味である。また、アナログの電気信号とは、電気信号であり、なおかつ、アナログ信号である信号の意味である。信号処理部１０の出力したデジタルの電気信号とは具体的には、ビット列の電気信号である。
　光源１５は、光を放射する光源である。光源１５は、例えば半導体レーザである。光源１５は、光送信機間で独立制御されており、フリーラン状態で連続光を出射する。
　光増幅部１６は、光源１５の放射した光を増幅する。光変調部１７は、ＤＡコンバータ１４によって得られたアナログのデジタル信号に基づいて、光増幅部１６によって増幅された光を変調し、インタフェース部１１に入力されたビット列情報が示すビット列を表す光信号を生成する。光変調部１７は、生成した光信号を光送信機１－ｎの外部に送信する。したがって、光変調部１７の送信した光信号が光送信機１－１～１－Ｎから出射される。
　図１の説明に戻る。光送信機１－１～１－Ｎから出射された光信号は、空間多重合波器２に入射する。
　空間多重合波器２は、光送信機１－１～１－Ｎそれぞれが出射した光信号を受信する。空間多重合波器２が受信した光信号は、マルチコアファイバ３に入射する。すなわち、空間多重合波器２は、光信号の空間多重化を行う。
　マルチコアファイバ３は、入射してきた光信号が伝搬するマルチコアファイバである。マルチコアファイバ３を伝搬した光信号は、空間多重分波器４に入射する。マルチコアファイバ３は、例えば、Ｎ個の空間チャネルが伝搬可能な空間多重ファイバである。マルチコアファイバ３は、例えば、許容される空間チャネル数がＭ（Ｍ＜Ｎ、Ｍは整数）の空間多重ファイバであってもよい。
　空間多重分波器４は、マルチコアファイバ３から出射してきた光信号を受信する。空間多重分波器４が受信した光信号は、光受信機５－１～５－Ｎに入射する。したがって、空間多重分波器４は、空間多重化されていた光信号を分割する。
　光受信機５－１～５－Ｎそれぞれは、マルチコアファイバ３を通過した光信号を受信する。より具体的には、光受信機５－ｎは、光送信機１－ｎが送信した信号を受信する。
　ところで、マルチコアファイバ３を伝搬中の光信号間には、マルチコアファイバ３の伝搬中に位相整合条件を満たすことにより空間チャネル間において干渉（結合）が生じる。例えば、光送信機１－ｎから出射された送信信号x－ｎは、他の光送信機１－ｐ（ｐは１以上Ｎ以下の整数であって、ｎとは異なる整数）から出射された光信号ｘ－ｐのクロストークを受ける。そのため、光受信機５－ｎが受信する光信号は、光送信機１－ｎ以外の他の光送信機１－ｐが送信した信号のクロストークを受けた光信号である。
　このように、光伝送システム１００では、光送信機１－ｎが送信した光信号であってクロストークの影響を受けた光信号が光受信機５－ｎによって受信される。
　光受信機５－１～５－Ｎそれぞれは、受信した光信号を、アナログの電気信号に変換し、信号処理装置６に出力する。
　したがって、光伝送システム１００では、光送信機１－ｎが送信した光信号であってクロストークの影響を受けた光信号が光受信機５－ｎによってアナログの電気信号に変換される。そして光伝送システム１００では、光受信機５－ｎによる変換によって得られたその電気信号が信号処理装置６まで伝搬する。
　信号処理装置６は、バスで接続されたＣＰＵ等のプロセッサとメモリとを備える制御部と記憶部とを備え、プログラムを実行する。信号処理装置６は、光受信機５－１～５－Ｎが出力した各電気信号を取得する。
　信号処理装置６は、信号処理部６０－１～６０－Ｎを備える。以下、信号処理部６０－１～６０－Ｎをそれぞれ区別しない場合、信号処理部６０という。
　図３は、実施形態における信号処理部６０の構成の一例を説明する説明図である。信号処理部６０は、ＡＤ（アナログデジタル）コンバータ６１０を備える。ＡＤコンバータ６１０は、信号処理装置６に伝搬してきたアナログの電気信号を取得し、デジタル信号に変換する。すなわち、信号処理装置６は、ＡＤコンバータ６１０を備え、自装置まで伝搬してきたアナログの電気信号をデジタル信号に変換する。図３の例においては、１つの空間チャネルにおいて、ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱの4つのＡＤコンバータが用いられている。したがって図３の例においてＡＤコンバータ６１０は、４Ｎ個である。
　信号処理部６０は、デコード部６２０を備える。デコード部６２０は、信号処理装置６の備える制御部が備える。デコード部６２０は、推定信号生成処理を実行する。推定信号生成処理は、第ｎ主デジタル信号に基づいて光送信機１－ｎの送信したビット列を推定し、推定したビット列を表す電気信号を生成する処理である。すなわち、推定信号生成処理は、第ｎ主デジタル信号に基づき、光送信機１－ｎの送信したビット列の推定結果を表す電気信号を生成する処理である。したがって、推定信号生成処理は、光送信機１－ｎが送信した光信号を復号し、その光信号が表すビット列を推定する処理である。
　第ｎ主デジタル信号は、光受信機５－ｎによる変換によって得られたアナログの電気信号がＡＤコンバータ６１０によってデジタル信号に変換された結果の信号である。したがって、例えば第１主デジタル信号は、光受信機５－１による変換によって得られたアナログの電気信号がＡＤコンバータ６１０によってデジタル信号に変換された結果の信号である。そのため第ｎデジタル信号は、電気のデジタル信号である。
　以下、光送信機１－ｎの送信したビット列の推定結果を表す電気信号を、第ｎ推定信号という。したがって、例えば第１推定信号は、光送信機１－１の送信したビット列の推定結果を表す電気信号である。第ｎ推定信号は、ビット列の推定結果を表す電気信号であるので、ビット列を表す電気信号である。第ｎ推定信号という言葉を用いて推定信号生成処理を説明すれば、推定信号生成処理は、第ｎ主デジタル信号に基づいて第ｎ推定信号を生成する処理である。
　図３のハット（＾）がアクセント記号としてついたｂ１、ｂ２、ｂＮが表す信号はそれぞれ、第１推定信号、第２推定信号、第Ｎ推定信号の一例である。
　推定信号生成処理は、第ｎ主デジタル信号に基づいて第ｎ推定信号を生成する処理であるので、第ｎ推定信号は、光送信機１－ｎが送信したビット列の復号の結果である。
　デコード部６２０は、信号検出部６２１、マッピング部６２４及びデマッピング部６２５を備える。信号検出部６２１は、等化部６２２及び光位相回復部６２３を備える。
　等化部６２２は、等化処理を実行する。等化処理は、光送信機１－ｎが送信した光信号と光送信機１－１～１－Ｎのうちの光送信機１－ｎを除く少なくとも一部が送信した光信号との間の干渉の強さを、光送信機１－ｎが送信した光信号と補助シンボル列とに基づいて推定する処理である。補助シンボル列は、光送信機１－１～１－Ｎのうちの光送信機１－ｎを除く少なくとも一部が送信した光信号の復号の結果が表すシンボル列である。したがって、補助シンボル列は、例えば他の信号処理部６０が推定信号生成処理によって生成したビット列であってもよい。
　光送信機１－ｎが送信した光信号と他の光送信機１－ｐが送信した光信号との間の干渉によって波形歪み又は偏波回転が生じるので、光送信機１－ｎが送信した光信号と他の光送信機１－ｐが送信した光信号との間の干渉の大きさとは、波形歪み又は偏波回転の大きさである。等化処理は、例えば以下の参考文献１に記載の処理である。
　参考文献１：K. Shibahara et al., "Iterative Unreplicated Parallel Interference Canceler for MDL-Tolerant Dense SDM (12-Core × 3-Mode) Transmission Over 3000 km," in Journal of Lightwave Technology, vol. 37, no. 6, pp. 1560-1569, 2019.
　光位相回復部６２３は、光位相回復処理を実行する。光位相回復処理は、処理対象である第ｎ主デジタル信号に含まれる位相雑音を、光送信機１－ｎが送信した光信号と光送信機１－１～１－Ｎのうちの光送信機１－ｎを除く少なくとも一部が送信した光信号の復号の結果が表すシンボル列とに基づき、推定する処理である。光位相回復処理の処理対象の信号は、具体的には、第ｎ主デジタル信号である。光位相回復処理は、例えば以下の参考文献２に記載の処理である。
　参考文献２：Kohki Shibahara, Takayuki Mizuno, and Yutaka Miyamoto, "MIMO carrier phase recovery for carrier-asynchronous SDM-MIMO reception based on the extended Kalman filter," Opt. Express 29, pp. 17111-17124, 2021.
　等化処理の処理対象の信号が第１主デジタル信号である場合を例に、参考文献１に記載の等化処理と参考文献２に記載の光位相回復処理とを、数式を用いて説明する。第１主デジタル信号は、光送信機１－１～１－Ｎの送信する光信号の初期位相が同期している場合には、例えば以下の式（１）で表されるｙ１である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ｈｉｊは、光送信機１－ｉから光受信機５－ｊへのパスに対応するチャネル行列成分を表す。ただし、ｉ及びｊは１以上Ｎ以下の整数である。ただし、指数関数の肩にあるｊは、虚数単位を意味する。φt ｉは光送信機１－ｉが備える光源の位相雑音を表す。φr ｉは、光受信機５－ｉの備える光源の位相雑音を表す。ｎｉは受信信号ｉに重畳する雑音を表す。φt ｉとφr ｉとの和が、第ｎ主デジタル信号に含まれる位相雑音の一例である。
　式（１）中の右辺第２項は、光送信機１－１が送信した光信号に重畳したクロストークを表す。信号処理部６０－ｐ（ｐ≠1）からの出力信号である第ｐ推定信号に基づき、等化処理及び光位相回復処理によって、クロストークを除去するための情報が得られる。より具体的には、等化処理ではｈ１ｉが推定され、光位相回復処理では、肩が式（１）の第２項におけるj(φt i+φr i)である指数関数の値が推定される。ｈｉｊが光送信機１－ｉが送信した光信号と他の光送信機１－ｊが送信した光信号との間の干渉の大きさを表す量である。
　等化処理及び光位相回復処理によって推定されたｈｉｊと、肩が式（１）の第２項におけるj(φt i+φr i)である指数関数の値とを用いれば、クロストークの除去が可能である。
　そこで信号検出部６２１は、ｈ１ｉと、肩が式（１）の第２項におけるj(φt i+φr i)である指数関数の値と、を用いて処理対象である第ｎ主デジタル信号からクロストークの除去を行う。以下、処理対象を第ｎ主デジタル信号とする処理であって、等化処理及び光位相回復処理の結果に基づいて処理対象のクロストークを除去する処理を除去処理という。
　このように、信号検出部６２１は、等化処理、光位相回復処理及び除去処理、を実行する。除去処理の結果、クロストークが除去された第ｎ主デジタル信号が得られる。
　光位相回復処理は、例えば以下の参考文献３に記載の処理であってもよい。
　参考文献３：T. Pfau, S. Hoffmann, and R. Noe, “Hardware-Efficient Coherent Digital Receiver Concept With Feedforward Carrier Recovery for M-QAM Constellations,” Journal of Lightwave Technology vol. 27, no. 8, pp. 989-999, 2009.
　等化処理の処理対象の信号が第１主デジタル信号である場合を例に、参考文献１に記載の等化処理と参考文献３に記載の光位相回復処理とを、数式を用いて説明する。第１主デジタル信号は、光送信機１－１～１－Ｎの送信する光信号の初期位相が同期していない場合には、例えば以下の式（２）で表されるｙ１である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここでφ1は以下の式（３）で定義される量である。φ１は、光送信機が備える光源の位相同期性により簡易な形式で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（３）の右辺第２項は、光送信機１－１が送信した光信号に重畳したクロストークを表す。信号処理部６０－ｐ（ｐ≠1）からの出力信号である第ｐ推定信号に基づき、等化処理及び光位相回復処理によって、クロストークを除去するための情報が得られる。
　より具体的には、等化処理ではｈ１ｉが推定され、光位相回復処理では肩がｊφ１である指数関数の値が推定される。信号検出部６２１は、第ｎ主デジタル信号に対する除去処理の実行により、等価処理で推定されたｈ１ｉと、光位相回復処理で推定された、肩がｊφ１である指数関数の値と、を用いて、クロストークが除去された第ｎ主デジタル信号を得る。
　マッピング部６２４は、処理対象に対してマッピング処理を実行する。マッピング処理は、ビット列を処理対象とする処理であって、処理対象のビット列をシンボル列に変換する処理である。変換により得られたシンボル列は、補助シンボル列の一例である。等化部６２２に入力されるシンボル列は、マッピング部６２４の出力である。したがって、マッピング部６２４には、等化処理及び光位相回復処理に用いられるシンボル列の変換元の他のビット列が入力される。入力されたビット列がマッピング処理の処理対象である。
　図３においてハット（＾）がアクセント記号としてついたｘ２、ｘＮが表す信号はどちらも補助シンボル列の一例である。ハット（＾）がアクセント記号としてついたｘ２は、第２推定信号を処理対象とするマッピング処理の結果として得られた補助シンボル列である。ハット（＾）がアクセント記号としてついたｘＮは、第Ｎ推定信号を処理対象とするマッピング処理の結果として得られた補助シンボル列である。図３の例において、マッピング部６２４の数はＮ－１個である。
　デマッピング部６２５は、デマッピング処理を実行する。デマッピング処理は、処理対象をビット列に変換する処理である。デマッピング処理の処理対象は、除去処理によってクロストークが除去された第ｎ主デジタル信号である。デマッピング処理によって得られた信号は、第ｎ主デジタル信号からクロストークが除去された信号、が表すビット列である。したがって、デマッピング処理によって得られた信号は、光送信機１－ｎの送信したビット列の推定結果を表す電気信号である。
　等化処理、光位相回復処理、除去処理及びデマッピング処理によって、第ｎ主デジタル信号に基づいて光送信機１－ｎの送信したビット列の推定結果を表す電気信号が得られる。したがって、等化処理、光位相回復処理、除去処理及びデマッピング処理は、推定信号生成処理に含まれる処理である。
　なお、マッピング処理については、マッピング処理によって得られるシンボル列が等化処理及び光位相回復処理で利用可能であれば必ずしも実行される必要はない。マッピング処理が実行される場合、マッピング処理もまた推定信号生成処理に含まれる処理である。
　このように推定信号生成処理は、光送信機１－ｎによって電気信号から光信号に変換されたビット列を、高速なアナログ信号や量子化されたデジタル信号ではなく、補助シンボル列を用いて推定する。すなわち、推定信号生成処理は、第１前提条件及び第２前提条件を満たす必要なく、光送信機１－ｎによって電気信号から光信号に変換されたビット列を推定する。
　第１前提条件は、異コア用光送受信機間の光位相が同期されているという条件である。第２前提条件は、受信側信号を処理する信号処理装置間で異コアを伝搬した光信号の受信信号をトランスファーするインタフェースが構成されている、という条件である。
　図４は、実施形態における信号処理装置６のハードウェア構成の一例を示す図である。信号処理装置６は、バスで接続されたＣＰＵ等のプロセッサ９３とメモリ９４とを備える制御部６１を備え、プログラムを実行する。信号処理装置６は、プログラムの実行によって制御部６１、接続部６２及び記憶部６３を備える装置として機能する。
　より具体的には、プロセッサ９３が記憶部６３に記憶されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをメモリ９４に記憶させる。プロセッサ９３が、メモリ９４に記憶させたプログラムを実行することによって、信号処理装置６は、制御部６１、接続部６２及び記憶部６３を備える装置として機能する。
　制御部６１は、信号処理装置６が備える各種機能部の動作を制御する。制御部６１は、デコード部６２０を備える。したがって制御部６１は、例えば推定信号生成処理を実行する。すなわち制御部６１は、光送信機１－１～１－Ｎの送信した光信号であってマルチコアファイバ３を伝搬した光信号、がデジタルの電気信号に変換された信号、のうちの第ｎ主デジタル信号と、補助シンボル列とに基づき、第ｎ主デジタル信号のクロストークを除去する。
　接続部６２は、ＡＤコンバータ６１０を備える。したがって、接続部６２は、光受信機５－１～５－Ｎに接続され、第ｎ主デジタル信号を生成する。接続部６２は、推定信号生成処理によって出力された信号の出力先に接続された回路である出力回路６３０を備える。そのため、接続部６２は、推定信号生成処理によって出力された信号の出力先に接続される。
　記憶部６３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などのコンピュータ読み出し可能な記憶媒体装置（non-transitory computer-readable recording medium）を用いて構成される。記憶部６３は信号処理装置６に関する各種情報を記憶する。記憶部６３は、例えば推定信号生成処理によって得られた第ｎ推定信号の表すビット列を記憶する。
　図５は、実施形態における信号処理装置６が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。接続部６２が第ｎ主デジタル信号を生成する（ステップＳ１０１）。次に制御部６１が、推定信号生成処理を第ｎ主デジタル信号に対して実行する（ステップＳ１０２）。次に制御部６１が、ステップＳ１０２における推定信号生成処理の結果を、出力する（ステップＳ１０３）。
＜実験結果＞
　実施形態における信号処理装置６を用いた実験結果の例を説明する。実験では、信号伝送シミュレーションが行われた。実験において光伝送システム１００は、光送信機及び光受信機の数はいずれも２であった。実験では、変調速度１０ＧＢａｕｄの１６ＱＡＭ信号が生成され、受信された。光送信機の光源と光受信機の光源との線幅は、どちらも１００ｋＨｚであった。
　実験において、マルチコアファイバ３を伝搬中の一方の信号と他方の信号との間のクロストークは１５ｄＢであった。実験では、光送信機１－１～１－２の送信する光信号の初期位相が同期していないという条件を満たすシミュレーションと、光送信機１－１～１－２の送信する光信号の初期位相が同期しているという条件を満たすシミュレーションとが行われた。
　図６は、実施形態における信号処理装置６を用いた実験結果の一例を示す第１の図である。より具体的には図６の結果は、光送信機１－１～１－２の送信する光信号の初期位相が同期していないという条件を満たすシミュレーションの結果の一例である。
　図６の縦軸は、一方の信号系列のビット誤り率を示す。横軸は、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal to Noise Ratio）を示す。“Theory”の結果は、クロストークが無いという仮定の下で得られた理論の結果を示す。”ＸＴ補償なし“の結果は、クロストーク補償なしのシミュレーションの結果を示す。”技術１“の曲線は、光位相回復処理が参考文献２の処理である場合に得られた結果を示す。”技術２“の曲線は、光位相回復処理が参考文献３の処理である場合に得られた結果を示す。
　シミュレーションにおいては、クロストーク補償のための等化処理における重み係数を成分に持つ行列には、クロストーク量が既知であるとした分離行列が用いられた。
　図６の結果は、クロストーク補償を行わない場合、ＯＳＮＲが増加してもクロストーク量が一定であるため、その特性はビット誤り率が一定の線に漸近することを示す。図６の結果は、”技術２”のクロストーク補償の特性については、送信側光源光位相が同期していないため等化処理がクロストーク成分を増加させ、クロストーク補償なしの曲線より特性が劣化することを示す。
　図６の結果は、”技術１”のクロストーク補償法を適用した場合の結果が、”Theory”の結果に近いことを示す。この結果は送信側光源光位相が非同期の場合においても、クロストークが補償可能であることを示している。
　図７は、実施形態における信号処理装置６を用いた実験結果の一例を示す第２の図である。図７の結果は、光送信機１－１～１－２の送信する光信号の初期位相が同期しているという条件を満たす実験結果の一例である。
　“Theory”、”ＸＴ補償なし”、“技術１”及び“技術２”の定義は図６と同様である。図７は、”技術１”のクロストーク補償法を適用した場合の結果が、”Theory”の結果に近いことを示す。さらに図７は、送信側光源光位相の同期条件があるために、”技術２”のクロストーク補償法を適用した場合の結果は、”技術１“のクロストーク補償法によって得られた特性と概ね同様の特性を示す、ことを示す。
　このように構成された信号処理装置６は、光送信機１－ｎによって電気信号から光信号に変換されたビット列を、高速なアナログ信号や量子化されたデジタル信号ではなく、補助シンボル列を用いて推定する。すなわち、信号処理装置６は、上述の第１前提条件及び第２前提条件を満たす必要なく、光送信機１－ｎによって電気信号から光信号に変換されたビット列を推定する。
　したがって、信号処理装置６は、信号処理装置６内での電気信号の送受信に要する時間を軽減することができる。光伝送システムの伝送容量は、信号処理装置６による信号処理の性能にも影響を受けるため、信号処理装置６内での電気信号の送受信に要する時間を軽減することができる信号処理装置６は、毎秒１００ギガビット級を超える光信号のスループット要求特性を満たす通信を可能にする。そのため、信号処理装置６は光伝送システムにおける伝送容量を向上させることができる。
（変形例）
　なお、光送信機１－１～１－Ｎのクロックは同期していてもよい。
　なお、信号処理装置６は、波長分散補償部、クロック再生部又は周波数オフセット補償部をさらに備えてもよい。光送信機１－１～１－Ｎが備える信号処理部１０は、ビット列を表す電気信号に対して前方誤り訂正符号化を行ってもよい。このような場合、デマッピング部６２５は、前方誤り訂正符号化に対する復号の処理を行う。
　なお信号処理部６０－１～６０－Ｎにおける各処理は順序を問わず逐次的に行われてもよいし、並列的に行われてもよい。並列的に処理が行われる場合、ｑ回目（ｑは自然数）後の信号処理部６０－ｎからの出力において、ｑが増加するに従いビットの判定誤り率は低下する。信号処理部６０－１～６０－Ｎにおける各処理とは、具体的には、等化処理、光位相回復処理、除去処理、マッピング処理及びデマッピング処理の各処理である。
　なお光送信機１－１～１－Ｎが送信する光信号の初期位相の同期は、例えば単一光源から分岐された光を各光送信機へ与えることで行われる。光送信機１－１～１－Ｎが送信する光信号の初期位相の同期は、例えば光注入同期レーザを用いて光位相ロックすることで行われる。
　なお、信号処理装置６は、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の情報処理装置を用いて実装されてもよい。この場合、信号処理装置６が備える各機能部は、複数の情報処理装置に分散して実装されてもよい。
　なお光送信機１－ｎは、第ｎ送信機の一例である。したがって光送信機１－１は第１送信機の一例であり、光送信機１－Ｎは第Ｎ送信機の一例である。
　なお、信号処理装置６の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
　１００…光伝送システム、　１－１～１－Ｎ、１－ｎ…光送信機、　１０…信号処理部、　１１…インタフェース部、　１２…記憶部、　１４…ＤＡコンバータ、　１５…光源、　１６…光増幅部、　１７…光変調部、　２…空間多重合波器、　３…マルチコアファイバ、　４…空間多重分波器、　５－１～５－Ｎ…光受信機、　６…信号処理装置、　６０－１～６０－Ｎ…信号処理部、　６１０…ＡＤコンバータ、　６２０…デコード部、　６２１…信号検出部、　６２２…等化部、　６２３…光位相回復部、　６２４…マッピング部、　６２５…デマッピング部、　６１…制御部、　６２…接続部、　６３０…出力回路、　６３…記憶部、　９１…プロセッサ、　９２…メモリ、　９３…プロセッサ、　９４…メモリ

Claims (5)

  1. 　ビット列を表す電気信号を、ビット列を表す光信号に変換し、変換により得られた光信号を送信する第１送信機～第Ｎ送信機（Ｎは２以上の整数）の送信した光信号であってマルチコアファイバを伝搬した光信号、がデジタルの電気信号に変換された信号、のうち、第ｎ送信機（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の送信した信号である第ｎ主デジタル信号と、前記第１送信機～第Ｎ送信機のうちの前記第ｎ送信機を除く少なくとも一部が送信した光信号の復号の結果が表すシンボル列とに基づき、前記第ｎ主デジタル信号のクロストークを除去する制御部、
    　を備える信号処理装置。
  2. 　前記制御部は、第ｎ光送信機が送信した光信号と第ｐ光送信機（ｐは１以上Ｎ以下の整数であって、ｎとは異なる整数）が送信した光信号との間の干渉の大きさと、前記第ｎ主デジタル信号に含まれる位相雑音と、を第ｎ主デジタル信号と、前記シンボル列とに基づき推定する、
    　請求項１に記載の信号処理装置。
  3. 　前記第１送信機～第Ｎ送信機の出力する光信号の初期位相は同期している、
    　請求項１に記載の信号処理装置。
  4. 　ビット列を表す電気信号を、ビット列を表す光信号に変換し、変換により得られた光信号を送信する第１送信機～第Ｎ送信機（Ｎは２以上の整数）の送信した光信号であってマルチコアファイバを伝搬した光信号、がデジタルの電気信号に変換された信号、のうち、第ｎ送信機（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の送信した信号である第ｎ主デジタル信号と、前記第１送信機～第Ｎ送信機のうちの前記第ｎ送信機を除く少なくとも一部が送信した光信号の復号の結果が表すシンボル列とに基づき、前記第ｎ主デジタル信号のクロストークを除去する制御ステップ、
    　を有する信号処理方法。
  5. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の信号処理装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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