JP5502363B2 - 光伝送装置および光伝送方法 - Google Patents

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Description

この発明は、光通信システムなどのデジタル通信装置に適用される光伝送装置および方法に関するものである。
従来の誤り訂正装置および方法では、誤り訂正符号化方式（ＦＥＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）として、ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ−Ｃｈｅｃｋ）符号を内符号とし、ＢＣＨ（Ｂｏｓｅ−Ｃｈａｕｄｈｕｒ ｉ−Ｈｏｃｑｕｅｎｇｈｅｍ）符号を外符号とする誤り訂正方法が適用されている（たとえば、非特許文献１参照）。また、ＬＤＰＣ符号を内符号とし、ＲＳ（Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ）符号を外符号とする誤り訂正方法も提案されている（例えば、特許文献１）。
上記非特許文献１および特許文献１による誤り訂正符号化方式を用いた受信装置では、ＬＤＰＣ符号の軟判定復号により誤り訂正を行い、ＬＤＰＣ符号の残留エラーを、それぞれ、ＢＣＨ符号あるいはＲＳ符号により誤り訂正することで、エラーフロア現象の発生を回避していた。
ＥＴＳＩ ＥＮ ３０２ ３０７ Ｖ１．１．１（２００５．０３）Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ（Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｅｒｉｅｓ）ｐ．１９−２３（５．３）
特開２００９−１７１６０号公報
従来の誤り訂正装置および方法では、外符号として単一の誤り訂正符号を用いていたので、ＬＤＰＣ符号の残留エラーが多いと特性が劣化するという問題点があった。また、多くの残留エラーを訂正するために外符号の冗長度を大きくすると伝送速度が上昇するので、高速の光通信システムの実現が困難になるという問題点があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、より高いビット誤りが生じる伝送路においても、内符号の軟判定復号による多くの残留エラーを、伝送速度の上昇を抑えることが可能な外符号により誤り訂正することで、エラーフロアの発生を回避し、高品質で高速な光通信システムを提供することを目的とする。
この発明に係る光伝送装置は、情報データにオーバヘッドと誤り訂正符号とを付加して形成された光伝送フレームを、通信路を介して伝送する光伝送装置であって、外符号として少なくとも２つの誤り訂正符号による連接符号あるいは積符号を用い、前記伝送フレームにおける前記外符号によるＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）符号化を行う外符号ＦＥＣ符号化手段と、内符号として軟判定復号のための誤り訂正符号を用い、前記光伝送フレームにおける前記内符号によるＦＥＣ符号化を行う内符号ＦＥＣ符号化手段と、受信した前記光伝送フレームにおける前記内符号の軟判定ＦＥＣ復号を行う内符号ＦＥＣ復号手段と、前記内符号ＦＥＣ復号手段により軟判定ＦＥＣ復号が行われた光伝送フレームにおける前記外符号の硬判定ＦＥＣ復号を行う外符号ＦＥＣ復号手段と、を備え、前記外符号ＦＥＣ符号化手段は、ＯＴＵｋ（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ−ｋ）フレーマに実装され、前記光伝送フレームに含まれ前記オーバヘッド、前記情報データであるペイロードおよびＦＥＣ冗長領域がそれぞれ行方向に隣接して２次元的に配列されたＯＴＵｋフレーム内の前記ＦＥＣ冗長領域を列方向に少なくとも２分割して前記外符号の少なくとも２つの誤り訂正符号を示す情報をそれぞれ格納し、前記内符号ＦＥＣ符号化手段は、前記ＯＴＵｋフレーム内の前記ＦＥＣ冗長領域に行方向に隣接して２次元的に前記内符号のためのＦＥＣ冗長領域を追加で設けて、前記内符号の軟判定復号のための誤り訂正符号を示す情報を格納し、前記外符号ＦＥＣ復号手段は、ＯＴＵｋフレーマに実装され、前記内符号ＦＥＣ復号手段により軟判定ＦＥＣ復号が行われた前記光伝送フレームの残留エラーによる誤り率が１×１０ −３ 以下のエラーフロア現象を解消するように、前記ＯＴＵｋフレームにおける前記外符号の硬判定ＦＥＣ復号を行うものである。
この発明は、誤り訂正装置において、より高いビット誤りが生じる伝送路においても、内符号の軟判定復号による多くの残留エラーを、伝送速度の上昇を抑えることが可能な外符号により誤り訂正することで、エラーフロアの発生を回避し、高品質で高速な光通信システムを提供することができる。
この発明の実施の形態１による誤り訂正装置を示す構成図 この発明の実施の形態１による誤り訂正装置を示す構成図 この発明の実施の形態１による誤り訂正装置を説明するための説明図 この発明の実施の形態１による誤り訂正装置を説明するための説明図 この発明の実施の形態１による誤り訂正装置を説明するための説明図 この発明の実施の形態２による誤り訂正装置を説明するための説明図 この発明の実施の形態３による誤り訂正装置を説明するための説明図
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る誤り訂正装置および方法を用いたデジタル伝送システム（以下、単に「伝送システム」という）を示す構成図である。図１において、光伝送装置１ａ、１ｂは、クライアント送受信信号と光送受信信号の相互変換、例えば、クライアント信号と光伝送フレームとのマッピング、デマッピング処理や、誤り訂正符号化および復号処理、電気／光変換などを行い、通信路２を介して、光伝送装置１ａおよび１ｂ間で双方向通信を行う。
図２は、図１に示した光伝送装置１ａ、１ｂの詳細を示す構成図である。図２において、ＯＴＵｋ（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ−ｋ）フレーマ１０は、クライアント送信信号をＯＴＵｋフレームにマッピングし、フレーム同期や保守制御に必要な情報を付加して光伝送フレームを生成し、ＳＦＩ（Ｓｅｒｄｅｓ Ｆｒａｍｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）送信信号をデジタル信号処理光トランシーバ２０へ出力するＯＴＵｋフレーム生成１０１と、デジタル信号処理光トランシーバ２０からのＳＦＩ受信信号に対してフレーム同期や保守制御に必要な情報を終端し、クライアント信号をＯＴＵｋフレームからデマッピングし、クライアント受信信号を出力するＯＴＵｋフレーム終端１０３から構成される。ＯＴＵｋフレーム生成１０１は外符号ＦＥＣ符号化手段としての硬判定ＦＥＣエンコーダ１０２を有し、ＯＴＵｋフレーム終端１０３は外符号ＦＥＣ復号手段としての硬判定ＦＥＣデコーダ１０４を有している。また、デジタル信号処理光トランシーバ２０は、ＯＴＵｋフレーマ１０からのＳＦＩ送信信号に対して軟判定用の誤り訂正符号により符号化する内符号ＦＥＣ符号化手段としての軟判定ＦＥＣエンコーダ２０１と、軟判定ＦＥＣエンコーダ２０１の出力信号をＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換するＤ／Ａ変換２０２と、Ｄ／Ａ変換２０２からのアナログ信号を光信号に変換して光送信信号を通信路に出力するＥ／Ｏ（電気／光）２０３と、通信路２からの光受信信号をアナログ信号に変換するＯ／Ｅ（光／電気）２０４と、アナログ信号をｑビットの軟判定受信データに変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換２０５と、軟判定受信データの軟判定復号を行い、誤りを訂正してＳＦＩ受信信号をＯＴＵｋフレーム１０へ出力する内符号ＦＥＣ復号手段としての軟判定ＦＥＣデコーダ２０６から構成される。
図３は、例えば、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．７０９に示されたＯＴＵｋフレームを示す構造図である。図３において、ＯＴＵｋフレームは、クライアント信号のような実際の通信データを格納するためのペイロード、フレーム同期のためのＦＡ ＯＨ（Frame Alignment OverHead）、保守監視情報のためのＯＴＵｋ ＯＨおよびＯＤＵｋ ＯＨ（Optical channel Data Unit−k OverHead）、および、ペイロードのマッピングのためのＯＰＵｋ ＯＨ（Optical channel Payload Unit−k OverHead）から構成され、さらに、伝送後の光品質の劣化によるビット誤りを訂正するための誤り訂正符号の情報を格納するＦＥＣ冗長領域を有している。通常、誤り訂正符号としてはリード・ソロモン符号（以下、ＲＳ符号とする。）（２５５，２３９）が用いられる。なお、一般的に、ＦＡ ＯＨ、ＯＴＵｋ ＯＨ、ＯＤＵｋ ＯＨ、および、ＯＰＵｋ ＯＨから構成された部分をオーバヘッドと呼ぶ。
このように、光通信システムにおいては、伝送フレームとして、実際に送信したい情報データであるペイロードに、オーバヘッドと誤り訂正符号とを付加したものを形成し、それを高速かつ長距離に伝送している。
次に動作について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、ＯＴＵｋフレーマ１０とデジタル信号処理光トランシーバ２０間のＳＦＩ送信信号およびＳＦＩ受信信号における伝送フレームの構成を示しており、図３に示したＯＴＵｋフレームと同一の構成であるが、ＦＥＣ冗長領域を２つの硬判定ＦＥＣ冗長領域に分割している。また、図４（ｂ）は、軟判定ＦＥＣエンコーダ２０１の出力信号および軟判定デコーダ２０６の入力信号における伝送フレームの構成を示しており、図４（ａ）の伝送フレームに対して、さらに、軟判定ＦＥＣ冗長領域が付加されている。まず、ＯＴＵｋフレーム生成１０１では、クライアント送信信号を図４（ａ）のペイロードへマッピングし、ＯＨへ各種オーバヘッド情報を付加し、硬判定ＦＥＣエンコーダ１０２にて、外符号としての誤り訂正符号化を行い、硬判定ＦＥＣ冗長領域に誤り訂正符号情報を格納する。ここで、硬判定ＦＥＣエンコーダ１０２では、例えば、ＲＳ符号とＢＣＨ符号との連接符号化を行い、それぞれの誤り訂正符号情報を２分割したＦＥＣ冗長領域にそれぞれ格納する。次に、軟判定ＦＥＣエンコーダ２０１では、内符号として軟判定復号のための誤り訂正符号、たとえば、ＬＤＰＣ符号化を行い、軟判定ＦＥＣ冗長領域に誤り訂正符号情報を格納する。
一方、受信側では、Ａ／Ｄ変換２０５が、通信路により品質の劣化した受信アナログ信号をアナログ／デジタル変換して、ｑビットの軟判定受信データを軟判定ＦＥＣデコーダ２０６へ出力する。軟判定ＦＥＣデコーダ２０６は、ｑビットの軟判定情報と、軟判定ＦＥＣ冗長領域に格納されたＬＤＰＣ符号の誤り訂正符号情報を用いて軟判定復号処理を行い、ＳＦＩ受信信号としてＯＴＵｋフレーム終端１０３へ出力する。
ここで、軟判定ＦＥＣデコーダ２０６の復号処理では、軟判定復号を行うので、入力誤り率が大きくてもある程度誤り訂正が可能となるが、図５の内符号の線で示すように、残留エラーが生じてエラーフロア現象が発生する。このため、硬判定ＦＥＣデコーダ１０４では、例えば、ＲＳとＢＣＨの連接符号の繰り返し復号を行い、エラーフロア現象を解消する。
以上のように、内符号として高いビット誤りを中程度のビット誤りに訂正可能な軟判定ＦＥＣ符号を用い、外符号として中程度のビット誤りのエラーフロア現象を回避できる硬判定の連接符号を用いたので、速度上昇を抑えつつ誤り訂正性能を向上させることができ、高速で長距離の光通信システムを実現することができる。
また、ＯＴＵｋフレームにて硬判定ＦＥＣ符号処理を行い、ＯＴＵｋフレームに対して追加で設けた冗長領域により軟判定ＦＥＣ符号処理を行うよう構成し、硬判定ＦＥＣ符号化および復号をＯＴＵｋフレーマで、軟判定ＦＥＣ符号化および復号をデジタル信号処理光トランシーバで行うよう構成したので、最適な回路規模配分で半導体集積回路化が可能となる。
なお、上記実施例では、内符号として軟判定ＦＥＣのＬＤＰＣ符号の例を示したが、他の軟判定ＦＥＣ、例えば、畳み込み符号やブロックターボ符号等を持いてもよく、また、硬判定ＦＥＣの外符号としてＲＳとＢＣＨによる連接符号の例を示したが、他の連接符号、例えば、ＲＳとＲＳ、ＢＣＨとＢＣＨを用いてもよく、さらに、外符号として積符号を用いても上記実施例と同様な効果を奏することはいうまでもない。
また、上記実施例において、各誤り訂正符号処理の前段や後段において随時、インタリーブやデインタリーブを行い、伝送路で生じる誤りを誤り訂正復号する際に分散させてもよい。
実施の形態２．
以上の実施の形態１では、外符号の硬判定ＦＥＣに連接符号あるいは積符号などを用いるようにしたものであるが、次に、図６に示すように、外符号としてＯＴＵｋフレームと同一の硬判定ＦＥＣ冗長領域とする実施形態を示す。外符号に関する構成および動作以外は、実施の形態１における構成および動作と同様である。硬判定ＦＥＣとしては、例えば、一般的なＲＳ（２５５、２３９）符号や、符号長を長くしたＲＳ（１０２０、９５６）のペアレント符号などがある。これにより、例えば最適な回路規模配分で半導体集積回路化が可能となるといった実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
実施の形態３．
以上の実施の形態２では、外符号の硬判定ＦＥＣにＲＳ等の符号を用い、ＯＴＵｋフレームのＦＥＣ冗長領域に外符号の符号化情報を格納するようにしたものであるが、次に、図７に示すように、外符号としてＯＴＵｋフレームのＦＥＣ冗長領域の一部を用い、残りの領域と、ＯＴＵｋフレームに対して追加で設けたＦＥＣ冗長領域とを内符号のＦＥＣ冗長領域とする実施形態を示す。外符号に関する構成および動作以外は、実施の形態１における構成および動作と同様である。硬判定ＦＥＣとしては、例えば、ＲＳ（２４８、２３９）符号や、符号長を長くしたＲＳ（９９２、９５６）のペアレント符号などがある。これにより、例えば最適な回路規模配分で半導体集積回路化が可能となるといった実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
１０ ＯＴＵｋフレーマ
２０ デジタル信号処理光トランシーバ
１０２ 硬判定ＦＥＣエンコーダ
１０４ 硬判定ＦＥＣデコーダ
２０１ 軟判定ＦＥＣエンコーダ
２０６ 軟判定ＦＥＣデコーダ

Claims (8)

  1. 情報データにオーバヘッドと誤り訂正符号とを付加して形成された光伝送フレームを、通信路を介して伝送する光伝送装置であって、
    外符号として少なくとも２つの誤り訂正符号による連接符号あるいは積符号を用い、前記光伝送フレームにおける前記外符号によるＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）符号化を行う外符号ＦＥＣ符号化手段と、
    内符号として軟判定復号のための誤り訂正符号を用い、前記光伝送フレームにおける前記内符号によるＦＥＣ符号化を行う内符号ＦＥＣ符号化手段と、
    受信した前記光伝送フレームにおける前記内符号の軟判定ＦＥＣ復号を行う内符号ＦＥＣ復号手段と、
    前記内符号ＦＥＣ復号手段により軟判定ＦＥＣ復号が行われた光伝送フレームにおける前記外符号の硬判定ＦＥＣ復号を行う外符号ＦＥＣ復号手段と、
    を備え、
    前記外符号ＦＥＣ符号化手段は、ＯＴＵｋ（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ−ｋ）フレーマに実装され、前記光伝送フレームに含まれ前記オーバヘッド、前記情報データであるペイロードおよびＦＥＣ冗長領域がそれぞれ行方向に隣接して２次元的に配列されたＯＴＵｋフレーム内の前記ＦＥＣ冗長領域を列方向に少なくとも２分割して前記外符号の少なくとも２つの誤り訂正符号を示す情報をそれぞれ格納し、
    前記内符号ＦＥＣ符号化手段は、前記ＯＴＵｋフレーム内の前記ＦＥＣ冗長領域に行方向に隣接して２次元的に前記内符号のためのＦＥＣ冗長領域を追加で設けて、前記内符号の軟判定復号のための誤り訂正符号を示す情報を格納し、
    前記外符号ＦＥＣ復号手段は、ＯＴＵｋフレーマに実装され、前記内符号ＦＥＣ復号手段により軟判定ＦＥＣ復号が行われた前記光伝送フレームの残留エラーによる誤り率が１×１０ −３ 以下のエラーフロア現象を解消するように、前記ＯＴＵｋフレームにおける前記外符号の硬判定ＦＥＣ復号を行うことを特徴とする光伝送装置。
  2. 前記内符号は、ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ−Ｃｈｅｃｋ）符号であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
  3. 前記外符号は、ＲＳ（Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ）とＢＣＨ（Ｂｏｓｅ−Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ−Ｈｏｃｑｕｅｎｇｈｅｍ）による連接符号あるいは積符号であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光伝送装置。
  4. 前記外符号は、ＢＣＨとＢＣＨによる連接符号あるいは積符号であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光伝送装置。
  5. 前記外符号は、ＲＳとＲＳによる連接符号あるいは積符号であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光伝送装置。
  6. 前記外符号ＦＥＣ復号手段は、繰り返し復号を行うことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光伝送装置。
  7. 前記内符号ＦＥＣ符号化手段および前記内符号ＦＥＣ復号手段は光トランシーバに実装されたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光伝送装置。
  8. 情報データにオーバヘッドと誤り訂正符号とを付加して形成された光伝送フレームを、通信路を介して伝送する光伝送方法であって、
    外符号として少なくとも２つの誤り訂正符号による連接符号あるいは積符号を用い、前記光伝送フレームにおける前記外符号によるＦＥＣ符号化を行う外符号ＦＥＣ符号化ステップと、
    内符号として軟判定復号のための誤り訂正符号を用い、前記光伝送フレームにおける前記内符号によるＦＥＣ符号化を行う内符号ＦＥＣ符号化ステップと、
    受信した前記伝送フレームにおける前記内符号の軟判定ＦＥＣ復号を行う内符号ＦＥＣ復号ステップと、
    前記内符号ＦＥＣ復号ステップにより軟判定ＦＥＣ復号が行われた光伝送フレームにおける前記外符号の硬判定ＦＥＣ復号を行う外符号ＦＥＣ復号ステップと、
    を備え、
    前記外符号ＦＥＣ符号化ステップは、ＯＴＵｋフレーマが、前記光伝送フレームに含まれ前記オーバヘッド、前記情報データであるペイロードおよびＦＥＣ冗長領域がそれぞれ行方向に隣接して２次元的に配列されたＯＴＵｋフレーム内の前記ＦＥＣ冗長領域を列方向に少なくとも２分割して前記外符号の少なくとも２つの誤り訂正符号を示す情報をそれぞれ格納し、
    前記内符号ＦＥＣ符号化ステップは、前記ＯＴＵｋフレーム内の前記ＦＥＣ冗長領域に行方向に隣接して２次元的に前記内符号のためのＦＥＣ冗長領域を追加で設けて、前記内符号の軟判定復号のための誤り訂正符号を示す情報を格納し、
    前記外符号ＦＥＣ復号ステップは、ＯＴＵｋフレーマが、前記内符号ＦＥＣ復号ステップにより軟判定ＦＥＣ復号が行われた前記光伝送フレームの残留エラーによる誤り率が１×１０ −３ 以下のエラーフロア現象を解消するように、前記ＯＴＵｋフレームにおける前記外符号の硬判定ＦＥＣ復号を行うことを特徴とする光伝送方法。
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