JP4884959B2

JP4884959B2 - 光ディジタル伝送システムおよび方法

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Publication number: JP4884959B2
Application number: JP2006353949A
Authority: JP
Inventors: 寛和久保田; 裕三宮川; 孝行小林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP2008167126A

Description

本発明は、ディジタルデータ信号を、光キャリアを変調することにより伝送する光ディジタル伝送システムに利用する。特に、光伝送路の特性の変動に対応する技術に関する。

近年の光ディジタル伝送システムの高速化のために光多値伝送方式が採用され始めているが、光多値伝送方式では伝送路に要求される条件が厳しくなる。また、送受信回路が複雑化してくる。

簡単な回路構成による光ディジタル伝送では、直接検波(direct detection)を使用する。直接検波を使用すると２乗検波となるため振幅の正負（位相）の判定はできないが回路は簡単になる。この場合には、コヒーレント検波の一つであるホモダイン検波を用いることで位相成分を抽出することができる。

一方、無線ディジタル伝送、電気のディジタル伝送においては大容量伝送方式としてパルス振幅変調方式(Pulse Amplitude Modulation :PAM)、位相変調方式(Phase Shift Keying :PSK)、直交振幅強度変調方式(Quadrature Amplitude Modulation :QAM)等が使用される（例えば、非特許文献１参照）。

光ディジタル伝送においても３値のデュオバイナリ変調方式(Duobinary Modulation)、４値の４相位相変調方式1(Quadruple Phase Shift Keying :QPSK)は確立された技術である（例えば、非特許文献２参照）。さらに、８相ＰＳＫや８ＱＡＭ、１６ＱＡＭ等より多値化した方式の検討も行われている（例えば、非特許文献３〜５参照）。

光ディジタル伝送においても無線技術をとり入れて直交振幅強度変調(ＱＡＭ)方式を行うことも可能だが、まだ光通信の広帯域性を使うところまでは成熟していない（例えば、非特許文献６参照）。

ＰＲＯＡＫＩＳ著（坂庭好一訳）「ディジタルコミュニケーション」科学技術出版、１９９９年Ａ．Ｓａｎｏ他、ＥＣＯＣ２００６、ｐａｐｅｒＭｏ３．２．１、２００６年Ｅ．ＡｇｒｅｌｌａｎｄＭ．Ｋａｒｌｓｓｏｎ、ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ、Ｖｏｌ．１４Ｎｏ．４，ｐ．１７００、２００６年Ｃ．ＫｉｍａｎｄＧ．Ｌｉ、ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓＶｏｌ．１２Ｎｏ．１５、ｐ．３４１５、２００４年Ｎ．Ｋｉｋｕｃｈｉ他、ＥＣＯＣ２００６、ｐａｐｅｒＴｕ３．２．１、２００６年Ｍ．Ｎａｋａｚａｗａ他、ＥｌｅｃｔｒｏｎＬｅｔｔ．２６Ｎｏ．１２Ｃ．Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ他、ＪＬＴ２２、２０３−２０７、２００４年

伝送路の伝送特性にあわせて信号誤りが生じないように送受信の諸条件を可変することは無線伝送では広く行われているが、光伝送においては光伝送路の状態変化が激しく無かったため、これまでは検討されていない。

しかし、光ネットワークが大規模化されるに伴い、光伝送路においても様々な状態が想定されるようになりつつあるため、光伝送路の状態が常に良好に保たれるとは限らず、光伝送路の状態が悪い場合には通信が不安定になる。

しかしながら、光デバイスにより構成される光ディジタル伝送用の送受信回路においては回路構成の変更が、スイッチ等の切替えによって容易に実現できるわけではなく、変調方式等の送受信の諸条件を可変することは、電子部品のみにより構成される無線ディジタル伝送または電気のディジタル伝送の送受信回路と比べると難しい。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、光伝送路の伝送特性に応じて送受信回路を変更することなく送受信の諸条件を変更することができる光ディジタル伝送システムおよび方法を提供することを目的とする。

本発明は、ディジタルデータを多値符号化し光キャリアを変調して送信する送信機と、前記多値符号化に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信機とを備えた光ディジタル伝送システムであって、本発明の特徴とするところは、前記送信機と前記受信機との間の光伝送路の伝送特性に応じて前記多値符号の多値数または変調方式またはその双方を可変する手段を備えたところにある。

これによれば、信号処理等を行わずに変調器へのデータ供給のみを変えることによって多値符号の多値数または変調方式またはその双方を変えるため、変調器や復調器などの送受信回路に手を加えること無く、また、信号処理のための電子的処理を行うこと無く、伝送容量を変化させることができる。

これにより、光伝送路の伝送特性が劣化した場合には、伝送容量を低減させることにより、送受信間で誤りなく信号を伝達することができる。

例えば、一つまたは複数の前記送信機および前記受信機に対して前記可変する手段を一元的に設けることができる。あるいは、前記可変する手段は、前記送信機または前記受信機に設けることができる。

また、本発明を送信機としての観点から観ることもできる。すなわち、本発明は、多値符号化に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信機に対し、ディジタルデータを多値符号化し光キャリアを変調して送信する送信機であって、本発明の特徴とするところは、自送信機と前記受信機との間の光伝送路の伝送特性に応じて前記多値符号の多値数または変調方式またはその双方を可変する手段を備えたところにある。

また、本発明を受信機としての観点から観ることもできる。すなわち、本発明は、ディジタルデータを多値符号化し光キャリアを変調して送信する送信機から送信された送信信号を受信し、前記多値符号化に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信機であって、本発明の特徴とするところは、前記送信機と自受信機との間の光伝送路の伝送特性に応じて前記送信機における前記多値符号の多値数または変調方式またはその双方を可変する手段を備えたところにある。

また、本発明は、ディジタルデータを多値符号化し光キャリアを変調して送信する送信機と、前記多値符号化に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信機とを備えた光ディジタル伝送システムに適用される光ディジタル伝送方法であって、本発明の特徴とするところは、一つまたは複数の前記送信機および前記受信機を一元的に管理する装置または前記送信機または前記受信機が、前記送信機と前記受信機との間の光伝送路の伝送特性に応じて前記多値符号の多値数または変調方式またはその双方を可変するところにある。

本発明によれば、変調器または復調器などの送受信回路を変更すること無く、簡便に、伝送容量を変更することができるため、光伝送路の伝送特性の変化に関わらず常に良好な通信を確保できる。

本発明の実施形態を図１〜図２３を参照して説明する。図１は本実施形態の伝送容量選択機能のブロック構成図である。図２は本実施形態の伝送容量選択機能の動作を示すフローチャートである。図３は伝送容量選択装置を備えた本実施形態の光ディジタル伝送システムの全体構成図である。図４は伝送容量選択部を備えた送信機を有する本実施形態の光ディジタル伝送システムの全体構成図である。図５は伝送容量選択部を備えた受信機を有する本実施形態の光ディジタル伝送システムの全体構成図である。

本実施形態は、図３に示すように、ディジタルデータを多値符号化し光キャリアを変調して送信する送信機１１と、前記多値符号化に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信機１２とを備えた光ディジタル伝送システムであって、特徴とするところは、送信機１１と受信機１２との間の光伝送路６０の伝送特性に応じて前記多値符号の多値数または変調方式またはその双方を可変する伝送容量選択装置１０を備えたところにある。

伝送容量選択装置１０は、図１に示す伝送容量選択機能を有し、伝送特性観測部１は受信機１２から伝送特性情報を受け取ることによって伝送特性観測を実施する。伝送容量選択部２は、伝送特性観測部１の観測結果に応じて伝送容量を選択し、その選択結果を送信機１１のプリコーダおよび受信機１２のデコーダに通知する。

図３では、送信機１１および受信機１２は１台ずつ描かれているが、複数台の送信機１１および受信機１２を一台の伝送容量選択装置１０が一元的に管理することもできる。

あるいは、図４に示すように、図１に示す伝送容量選択機能を有する伝送容量選択部２１を送信機２０に備える構成とすることもできる。あるいは、図５に示すように、図１に示す伝送容量選択機能を有する伝送容量選択部５１を受信機５０に備えることもできる。

いずれの場合でも図２に示すように、受信機１２、３０または受信機部５２からの伝送特性情報を伝送特性観測部１が受け取り、その観測結果（Ｓ１）により、伝送特性が良好であれば（Ｓ２）、伝送容量を通常に保ち（Ｓ３）、伝送特性が良好でなければ（Ｓ２）、伝送容量を低減させる（Ｓ４）。

以下では、具体的な伝送容量の選択手法について第一〜第三の実施形態として説明する。

（第一の実施形態）
図６に多値光ディジタル伝送の模式構成を示す。プリコーダ７０に入力される複数の入出力データ列により変調器７１でキャリア光を変調した後、光伝送路６０を通して伝送し、復調器７２により入出力データ列を復調し、デコーダ７３によりデータを復元する。

図７は本発明の模式構成例であり、複数の入出力データ列の中から、一部のデータ列のみを使用することで、伝送容量を犠牲とすることにより光伝送路６０の伝送特性が悪い場合にも良好な伝送特性を確保する。

どれだけの伝送容量で通信可能であるかは、データ伝送の開始に先立って、伝送特性観測部１の観測結果に応じて伝送容量選択部２が判断する。この判断方法は、電気通信のモデムや無線通信では広く使用されている方法であり詳細な説明は省略する。

図８〜図１３に、４値振幅変調（ＰＡＭ）の送受信回路の模式構成例を示す。図８に示すように、２つの同期した２値のデータ列Ｄ１、Ｄ２に対し、０、１、２、３の４値のデータ列を発生させるＤＡ（ディジタル→アナログ）変換器を通し、その４値の振幅で振幅変調器８０により振幅変調を行えばよい。ＤＡ変換器の例として、Ｄ１の振幅を乗算器８１により２倍したものに加算器８２によりＤ２の振幅を足すことにより、０、１、２、３の４値のデータ列を得ることができる。

図９は、Ｄ１、Ｄ２に論理回路（ＸＯＲ）８３を入れてプリコードを行った例である。受信側ではこの４値の振幅を判定し、ディジタル信号に復元するＡＤ（アナログ→ディジタル）変換を行う。その例が図１２および図１３である。レベル弁別回路８４ではＤ１は判定電圧ｔｈ２より小さい場合は“０”、その他の場合は“１”と判定できる。すなわち、Ｄ１は判定電圧ｔｈ１およびｔｈ３には依存しない。

Ｄ２は図８の場合には判定電圧ｔｈ１より小さい、あるいは、判定電圧ｔｈ２より大きく、かつ、判定電圧ｔｈ３より小さい場合に“０”、その他の場合に“１”と判定できる。また、図９の場合には判定電圧ｔｈ１より小さい、あるいは、判定電圧ｔｈ３より大きい場合に“０”、その他の場合に“１”と判定でき、図９の場合にはＤ２の判定の際に判定電圧ｔｈ２の依存性を無くすことができる。このようなコーディングはグレイ符号としてよく知られているものである。図１０にデータ列と振幅との相応関係を示し、図１１に信号点配置を示す。

図８の場合はＤ１およびＤ２に同じデータを入れることにより、データは“００”もしくは“１１”となる。４状態の中から振幅の変化が最も大きい２状態のみを使用することができ、雑音など伝送状態の劣化に強くなる。

図９の場合はＤ２のデータを常に“０”に固定することにより４状態の中から振幅の変化が最も大きい２状態のみを使用することができ、雑音など伝送状態の劣化に強くなる。

どちらの場合も受信回路に特別な工夫を行うこと無く、光伝送路に雑音が少ない場合には変調方式を大容量の４値ＡＳＫ、雑音が多い場合には雑音に強い２値ＡＳＫと変更することができ、光伝送路の状態が悪い場合にも４値ＡＳＫに比較して良好な伝送特性を確保できる。

（第二の実施形態）
本実施形態は４値ＰＡＭで正負を含めた４振幅値を使用する例である。例えば、図１４に示すように、第一の実施形態で得られた０、１、２、３の４値から減算器８５により各々１．５を引く（バイアスをかける）ことで発生させることができる。

また、負の振幅は位相反転でもあるので、図１５のように位相変調器８６および強度変調器８７により発生することもできる。ここで位相変調器８６と強度変調器８７の順序は逆になってもよい。

受信側では位相の判別が必要であることから、図１６のように受信光と同じ周波数を持つ局発光８８を使用したホモダイン受信を行う。図１７のようにＤＰＳＫ方式として局発光を用いないこともできる。ＤＰＳＫ方式の場合には識別後のデータをデコードするか送信時にプリコーダを使用することにより、元の送信データを復元する（例えば、非特許文献７参照）。

本実施形態の場合の振幅レベルを図１８に、また、信号点配置を図１９に示す。光伝送路の状態が悪い場合は、この中で最も符号間距離の離れている−３と＋３の符号位置を使用すればよい。この符号位置を使用するためには図１４の場合には、第一の実施形態と同様に、Ｄ１、Ｄ２に同じデータを入力すればよく、また、図１５の場合には振幅変調部のＤ２に、常に最大透過率となる符号を入力し、データはＤ１にのみ乗せればよい。

また、図１４で第一の実施形態のときに使用したグレイコードでコーディングされているならば、第一の実施形態と同様にＤ１にのみデータを乗せればよい。それらの場合には、変調方式は２値のＰＳＫと等価となり、伝送路の状態が悪い場合にも４値ＰＡＭに比較して良好な伝送特性を確保できる。

（第三の実施形態）
第三の実施形態は４値位相変調（ＱＰＳＫ）あるいは４値直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用する例である。

ＱＰＳＫあるいは４値ＱＡＭを使用した場合には、一つの対角線上の２状態のみを使用すれば、２値のＰＳＫ（ＢＰＳＫ）となる。４ＱＡＭの場合には符号間距離の遠い対角線を用いる。これは信号点配置に応じて、片方にのみデータを乗せるあるいは双方に同じデータを乗せることにより実現できる。

図２０にＱＰＳＫ変調器の例を示し、図２１〜図２３に信号点配置の例を示す。なお、図２１および図２２はＱＰＳＫの信号点配置の例であり、図２３はＱＡＭの信号点配置の例である。図２０のＱＰＳＫ変調器は、マッハツェンダ干渉計を利用した例である。伝送路の状態が悪い場合にも４値ＱＡＭ、ＱＰＳＫに比較して良好な伝送特性を確保できる。

（その他の実施形態）
上述した実施形態において伝送信号はＲＺパルス化してもよい。また、上述した実施形態では４値のみを示したが、より多値の伝送においても同様の構成を考えることが可能である。例えば、８ＰＳＫを伝送路の状態に応じて順次ＱＰＳＫ、ＢＰＳＫと変調方式を変更していくことなどが可能である。

本発明によれば、光ディジタル伝送システムにおいて光伝送路の伝送特性の変化に対応することができるため、様々な環境下における光ネットワークの構築に寄与することができる。

本実施形態の伝送容量選択機能のブロック構成図。本実施形態の伝送容量選択機能の動作を示すフローチャート。伝送容量選択装置を備えた本実施形態の光ディジタル伝送システムの全体構成図。伝送容量選択部を備えた送信機を有する本実施形態の光ディジタル伝送システムの全体構成図。伝送容量選択部を備えた受信機を有する本実施形態の光ディジタル伝送システムの全体構成図。多値光ディジタル伝送の模式構成を示す図。本発明の模式構成例を示す図。第一の実施形態のＤＡ変換器の構成図（その１）。第一の実施形態のＤＡ変換器の構成図（その２）。データ列と振幅との相応関係を示す図。信号点配置を示す図。第一の実施形態のＡＤ変換器の構成例（その１）。第一の実施形態のＡＤ変換器の構成例（その２）。第二の実施形態のＤＡ変換器の構成例（その１）。第二の実施形態のＤＡ変換器の構成例（その２）。第二の実施形態のＡＤ変換器の構成例（その１）。第二の実施形態のＡＤ変換器の構成例（その２）。データ列と振幅との相関関係を示す図。信号点配置を示す図。第三の実施形態のＱＰＳＫ変調器の例を示す図。ＱＰＳＫの信号点配置の例を示す図（その１）ＱＰＳＫの信号点配置の例を示す図（その２）。ＱＡＭの信号点配置の例を示す図（その３）。

符号の説明

１伝送特性観測部
２伝送容量選択部
１０伝送容量選択装置
１１、２０、４０送信機
１２、３０、５０受信機
２１、５１伝送容量選択部
２２送信機部
５２受信機部
６０光伝送路
７０プリコーダ
７１変調器
７２復調器
７３デコーダ
８０振幅変調器
８１乗算器
８２加算器
８３論理回路
８４レベル弁別回路
８５減算器
８６位相変調器
８７強度変調器
８８局発光

Claims

光キャリアを、正負を含めた４値振幅変調、または４値位相変調、または４値直交振幅変調を行う変調手段によって、多値符号化されたディジタルデータで変調して送信する送信機と、
前記多値符号化に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信機と
を備えた光ディジタル伝送システムにおいて、
前記送信機と前記受信機との間の光伝送路の伝送特性が劣化した場合に、前記変調手段において使用する符号の信号点を、前記４値振幅変調を行う変調手段の場合には、該変調の信号点配置図中の最も符号間距離が離れている２状態のみとし、前記４値位相変調または前記４値直交振幅変調を行う変調手段の場合には、該変調の信号点配置図中の一つの対角線上の２状態のみとする変調方式に変更する手段を備えた
ことを特徴とする光ディジタル伝送システム。
前記変更する手段は、一つまたは複数の前記送信機および前記受信機に対して選択した伝送容量を通知する伝送容量選択装置に設けられた請求項１記載の光ディジタル伝送システム。
前記変更する手段は、前記送信機または前記受信機に設けられた請求項１記載の光ディジタル伝送システム。
多値符号化に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信機に対し、光キャリアを、正負を含めた４値振幅変調、または４値位相変調、または４値直交振幅変調を行う変調手段によって、多値符号化されたディジタルデータで変調して送信する送信機において、
自送信機と前記受信機との間の光伝送路の伝送特性が劣化した場合に、前記変調手段において使用する符号の信号点を、前記４値振幅変調を行う変調手段の場合には、該変調の信号点配置図中の最も符号間距離が離れている２状態のみとし、前記４値位相変調または前記４値直交振幅変調を行う変調手段の場合には、該変調の信号点配置図中の一つの対角線上の２状態のみとする変調方式に変更する手段を備えた
ことを特徴とする送信機。
光キャリアを、正負を含めた４値振幅変調、または４値位相変調、または４値直交振幅変調を行う変調手段によって、多値符号化されたディジタルデータで変調して送信する送信機から送信された送信信号を受信し、前記多値符号化に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信機において、
前記送信機と自受信機との間の光伝送路の伝送特性が劣化した場合に、前記変調手段において使用する符号の信号点を、前記４値振幅変調を行う変調手段の場合には、該変調の信号点配置図中の最も符号間距離が離れている２状態のみとし、前記４値位相変調または前記４値直交振幅変調を行う変調手段の場合には、該変調の信号点配置図中の一つの対角線上の２状態のみとする変調方式に変更する手段を備えた
ことを特徴とする受信機。
光キャリアを、正負を含めた４値振幅変調、または４値位相変調、または４値直交振幅変調を行う変調手段によって、多値符号化されたディジタルデータで変調して送信する送信機と、
前記多値符号化に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信機と
を備えた光ディジタル伝送システムに適用される光ディジタル伝送方法において、
一つまたは複数の前記送信機および前記受信機を管理する装置または前記送信機または前記受信機が、前記送信機と前記受信機との間の光伝送路の伝送特性が劣化した場合に、前記変調手段において使用する符号の信号点を、前記４値振幅変調を行う変調手段の場合には、該変調の信号点配置図中の最も符号間距離が離れている２状態のみとし、前記４値位相変調または前記４値直交振幅変調を行う変調手段の場合には、該変調の信号点配置図中の一つの対角線上の２状態のみとする変調方式に変更する
ことを特徴とする光ディジタル伝送方法。