JP5896841B2 - 光通信システム - Google Patents
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Description
光信号電力対雑音電力限界の克服技術としては、従来のオンオフキーイング(OOK:On−Off Keying)に対して、2値位相偏移変調(BPSK:Binary Phase−Shift Keying)や4値PSK(QPSK:Quaternary Phase−Shift Keying)が用いられる。
さらに、これらの光変調信号を、同期検波システムにデジタル信号処理を組み合わせて受信するデジタルコヒーレント光通信システムが注目されている(たとえば、非特許文献1、非特許文献2参照)。
これにより、伝送路で生じる波長分散および偏波モード分散(PMD:Polarization−Mode Dispersion)などに起因した線形な波形歪みに対し、優れた等化特性や優れた雑音耐力を実現している。
一方、差動符号化および差動復号化を用いずに、位相スリップを回避する技術も検討されている(たとえば、特許文献2、特許文献3、特許文献4参照)。
また、時系列順および時系列逆順の両方向データ復号を重ね合わせ照合し、その後、各方向で復号される同一シンボルの復号結果に不整合があるか否かを判定することにより、位相スリップの発生を検知し、誤り訂正で認識して訂正することも開示されている。
さらに、特許文献4に記載の技術では、誤り訂正の連続誤り耐性を高めるために、誤り訂正符号の符号化則に制約が加わるので、ランダム誤りに対する耐性が低下するとう課題があった。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1に係る光通信システムについて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態1〜6は、この発明を具体化する際の一例であって、この発明をそれら具体例の範囲内に限定するものではない。
図1において、光通信システムは、送信部10と、伝送部20を介して送信部10に接続された受信部30と、を備えている。
なお、XI、XQ、YI、YQの4レーンによる表現は一般的であり、DP−BPSKは、その一部、単一偏波信号もその一部、DP−16QAMは、I/Qにそれぞれ2ビットを割り当てた拡張と考えればよい。
図2は従来システムのビット割り付け動作を比較例として示す説明図であり、既知信号を参照信号として挿入する場合のビット割り付け動作を示している。
図2、図3の縦軸において、4つのレーンは、XIレーン101、XQレーン102、YIレーン103およびYQレーン104からなる。
送信ビット列生成部11から生成された送信ビット列は、参照ビット列挿入部12に入力される。
この発明の実施の形態1の特徴は、送信部10内の参照ビット列挿入部12によるビット割り付け動作(図3)と、受信部30内の参照ビット列解析部32による復号および解析処理動作と、にある。
しかし、光通信システムにおいては、光分岐多重装置による帯域狭窄化による伝送品質劣化が激しくなる点、および、アナログ/デジタル変換器などのハードウェア動作速度を高速化させる必要性がある点などに鑑みて、極力小さい冗長度で伝送することが望まれおり、冗長度の増加を抑圧することが要求されている。
すなわち、図3のビット割り付け動作は、10タイムスロットに1タイムスロットの情報ビットを、参照信号の符号化率(=1/2)で符号化したことに相当するので、全体の冗長度は「5.26%」であり、従来動作(図2)における冗長度(=10%)のほぼ半分に相当する。これにより、伝送路側の伝送速度は、従来の伝送速度(1.1倍)よりも低い「1.0526倍」に抑制される。
また、追加挿入する冗長ビットについては、一部に既知信号を用いることにより、さらに信頼度を高めることも可能である。
このとき、伝送部20には、通常、伝送媒体として、光ファイバ、光増幅器や合分波器などが用いられており、伝送過程において雑音の重畳や波形歪みが生じる。
一方、搬送波位相推定をX偏波とY偏波とで独立に行う場合には、位相スリップもX偏波とY偏波とで独立に生じる。
また、参照ビット列解析部32は、参照信号符号化された情報ビット301、302と、参照信号符号化された冗長ビット311、312とを抽出し、参照ビット列挿入部12において施した参照信号符号化則に基づき復号化する。
たとえば、+90度スリップ時には、I−chとQ−chとのレーン入れ替わりが生じるとともに、Q−chの論理極性反転が生じる。
さらに、−90度スリップ時には、I−chとQ−chとのレーン入れ替わりが生じるとともに、I−chの論理極性反転が生じる。
したがって、参照ビット列解析部32での復号化における符号探索を、位相スリップによるレーン入れ替わりと論理極性反転とを考慮して行うことにより、さらに簡易に、かつ高確率に復号することが可能である。
このように、参照ビット列解析部32において「位相スリップ」がほぼ補償され、残存する誤りの多くは「ランダム誤り」である受信ビット列が、ビット列受信部33に入力される。
こうして、受信部30のビット列受信部33から生成されたビット列は、外部通信装置に入力される。
また、参照信号符号化則に基づき符号化される情報ビット列の一部は、4つの主信号データレーンXI、XQ、YI、YQに対し、同一タイムスロットに割り付けられる。
一方、受信部30内の参照ビット列解析部32においては、参照信号符号化された情報ビットの一部を参照信号復号化し、復号化した情報ビットの一部を既知の参照信号のように取り扱うことにより、位相スリップを検出および補償する。
なお、上記実施の形態1(図3)では、4つのレーン101〜104の各々に対し、参照信号符号化されていない情報ビット321〜324の前に、同時に参照信号符号化された情報ビット301、302と、参照信号符号化された冗長ビット311、312とを挿入したが、図4のように、XIレーン101およびXQレーン102の参照信号符号化されていない情報ビット421〜424と、YIレーン103、YQレーン104の参照信号符号化されていない情報ビット423〜427とを、互いに半周期分(5タイムスロット)だけシフトさせて、各情報ビット421〜427の前に、参照信号符号化された情報ビット401〜404と、参照信号符号化された冗長ビット411〜414とを挿入してもよい。
図4は図3の変形例であり、情報ビット列を参照信号符号化して受信側で復号化することにより、参照信号とする場合のビット割り付け動作を示している。
この場合、送信部10内の参照ビット列挿入部12は、図4の特徴を有する参照信号符号化処理を行う。
または、仮に参照信号周期を2倍(20タイムスロット)に設定した場合でも、参照信号の頻度を、見かけ上同一(1倍)に保つことが可能である。
一方、搬送波位相推定をX偏波とY偏波とで独立に行う場合には、位相スリップもX偏波とY偏波とで独立に生じる。
一方、搬送波位相推定をX偏波とY偏波とで独立に場合、参照ビット列解析部32は、X偏波とY偏波とで独立に位相スリップを検出および補償する必要がある。
すなわち、1つのタイムスロットにおいて、X偏波またはY偏波の一方の信号を参照し、その参照結果を他方の偏波に適用することにより、参照信号周期を2倍としても、参照信号の頻度を同一に保つことができる。
なお、上記実施の形態1(図3)では、変調対象が偏波多重QPSK(DP−QPSK:Dual−Polarization QPSK)信号の場合を示したが、図5のように、DP−16QAM信号の場合であっても、同様に適用可能である。
なお、この発明の実施の形態3に係る光通信システムの構成は、図1と同様であり、送信部10内の参照ビット列挿入部12および受信部30内の参照ビット列解析部32の動作のみが前述と異なる。
縦軸においては、XI0レーン111、XQ0レーン112、YI0レーン113およびYQ0レーン114と、XI1レーン121、XQ1レーン122、YI1レーン123およびYQ1レーン124と、が示されている。
上記特徴により、前述の実施の形態1と同じ冗長度で、参照信号のビット数を2倍にすることが可能である。
なお、上記実施の形態3(図5)では、各レーン101〜104、111〜114に対し、参照信号符号化された情報ビット501、502を挿入したが、図6のように、上半分の各レーン101〜104に対しては、参照信号符号化された情報ビット601、602を挿入し、下半分の各レーン111〜114に対しては、各情報ビット601、602と同じタイミングで参照信号符号化された冗長ビット613、614を挿入してもよい。
なお、この発明の実施の形態4に係る光通信システムの構成は、図1と同様であり、送信部10内の参照ビット列挿入部12および受信部30内の参照ビット列解析部32の動作のみが前述と異なる。
上記特徴により、前述の実施の形態3(図5)と比べて、冗長度が約1.5倍に増加するものの、参照信号の復号成功確率をさらに向上させることが可能である。
なお、上記実施の形態1〜4(図1)では、光信号の誤り訂正について具体的に言及しなかったが、図7のように、誤り訂正符号化を行う送信部1100と、伝送部1200と、誤り訂正復号化を行う受信部1300とにより、光通信システムを構成してもよい。
図7において、光通信システムを構成する送信部1100は、主信号誤り訂正符号化部1101と、参照信号符号化部1102と、送信端信号処理部1103と、光変調部1104と、により構成されている。
この発明の実施の形態5の特徴は、送信部1100内の参照信号符号化部1102によるビット割り付け動作と、受信部1300内の参照信号復号化部1308による復号動作および主信号搬送波位相推定部1305による位相スリップを検出および補償動作と、にある。
まず、送信部1100において、主信号誤り訂正符号化部1101は、外部通信装置から入力されるビット系列を、たとえば低密度パリティ検査符号のような誤り訂正符号で符号化し、誤り訂正符号化されたビット系列を参照信号符号化部1102に入力する。
なお、光信号の具体的な生成方法については、前述の非特許文献1、非特許文献2に記載されているので、ここでは詳述を省略する。
このとき、伝送部1200には、通常、伝送媒体として光ファイバ、光増幅器や合分波器などが用いられており、伝送過程において雑音の重畳や波形歪みが生じる。
また、主信号フレーム同期部1310は、参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットを除去する機能を有していてもよい。
なお、この発明の実施の形態5(図7)におけるビット割り付け動作は、前述の実施の形態1〜4(図3〜図6)と同様に行われる。
一方、受信部1300は、主信号誤り訂正復号化部1311を有し、参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットの除去後に、主信号誤り訂正復号化部1311により主信号の誤り訂正復号化を行う。
また、参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットの一部は既知信号であってもよい。
さらに、受信部1300は、冗長ビットをも参照信号として用いることができる。
なお、上記実施の形態5(図7)では、受信部1300において参照信号搬送波位相推定部1306を用いたが、図8のように、受信部1300Aにおいて、主信号位相補償部1312を用いるとともに、主信号搬送波位相推定部1305Aの挿入位置を変えてもよい。
なお、この発明の実施の形態6(図8)におけるビット割り付け動作は、前述の実施の形態1〜4(図3〜図6)と同様に行われる。
Claims (17)
- 光信号を送信する送信部と、前記送信部からの光信号を伝送する伝送部と、前記伝送部を介した光信号を受信する受信部と、により構成された光通信システムであって、
前記送信部は、送信される主信号に含まれる情報ビット列の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき符号化し、
前記受信部は、
前記送信部における参照信号符号化則に基づき、前記送信部により符号化された前記情報ビット列の一部を復号することにより前記参照信号として取り扱い、
前記送信部、前記伝送部および前記受信部における前記主信号に対する透過特性に起因した通信品質変化を、前記参照信号を用いて補償することを特徴とする光通信システム。 - 前記受信部は、前記通信品質変化に含まれる位相スリップを検出および補償することを特徴とする請求項1に記載の光通信システム。
- 前記送信部は、前記情報ビット列の一部を符号化するための参照ビット列挿入部を有し、
前記受信部は、前記情報ビット列の一部を復号するとともに、前記参照信号を用いて前記通信品質変化を補償するための参照ビット列解析部を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光通信システム。 - 光信号を送信する送信部と、前記送信部からの光信号を伝送する伝送部と、前記伝送部を介した光信号を受信する受信部と、により構成された光通信システムであって、
前記送信部は、光変調部を有し、送信される主信号に含まれる情報ビット列の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき符号化するとともに、前記光変調部を介して光信号に変換して送信し、
前記受信部は、光復調部を有し、前記伝送部を介して受信される前記光信号のコヒーレント検波を行うとともに、
前記光復調部での復調処理において有限通りの位相スリップが残留した信号に対し、前記位相スリップに起因した主信号データレーン入れ替わりおよび論理極性反転を事前情報として用い、前記送信部において符号化された前記情報ビット列の一部を復号することにより、前記参照信号として取り扱い、
前記送信部、前記伝送部および前記受信部における前記主信号に対する透過特性に起因した通信品質変化を、前記参照信号を用いて補償することを特徴とする光通信システム。 - 前記受信部は、前記通信品質変化に含まれる前記位相スリップを検出および補償することを特徴とする請求項4に記載の光通信システム。
- 前記送信部は、前記情報ビット列の一部を符号化するための参照信号符号化部を有し、
前記受信部は、符号化された前記情報ビット列の一部を復号するための参照信号復号化部と、前記参照信号を用いて前記通信品質変化を補償するための主信号搬送波位相推定部と、を有することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の光通信システム。 - 前記参照信号符号化部は、前記参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットを前記情報ビット列に割り付け、
前記参照信号復号化部は、前記冗長ビットを復号することを特徴とする請求項6に記載の光通信システム。 - 前記送信部は、主信号誤り訂正符号化部を有し、前記参照信号符号化則に基づく符号化における参照ビット列の挿入前に、前記主信号誤り訂正符号化部により前記主信号の誤り訂正符号化を行い、
前記受信部は、主信号誤り訂正復号化部を有し、前記参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットの除去後に、前記主信号誤り訂正復号化部により前記主信号の誤り訂正復号化を行うことを特徴とする請求項7に記載の光通信システム。 - 前記送信部において、
前記参照信号符号化則に基づき符号化される前記情報ビット列の一部は、
前記主信号誤り訂正符号化部により符号化されていることを特徴とする請求項8に記載の光通信システム。 - 前記参照信号符号化則に基づき符号化された冗長ビットの一部は既知信号であることを特徴とする請求項7から請求項9までのいずれか1項に記載の光通信システム。
- 前記受信部は、前記冗長ビットをも前記参照信号として用いることを特徴とする請求項7から請求項10までのいずれか1項に記載の光通信システム。
- 前記送信部において、
前記参照信号符号化則に基づき符号化される前記情報ビット列の一部は、
偏波多重直交位相変調における直交偏波成分X/Y、直交位相成分I/Qに基づく4つの主信号データレーンXI、XQ、YI、YQのそれぞれに均等に割り付けられることを特徴とする請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載の光通信システム。 - 前記送信部において、
前記参照信号符号化則に基づき符号化される前記情報ビット列の一部は、
前記4つの主信号データレーンXI、XQ、YI、YQに対し、同一タイムスロットに割り付けられることを特徴とする請求項12に記載の光通信システム。 - 前記送信部において、
前記参照信号符号化則に基づき符号化される前記情報ビット列の一部は、
前記4つの主信号データレーンXI、XQ、YI、YQのうちの2つの主信号データレーンXI、XQに対しては、第1のタイムスロットに割り付けられ、
他の2つの主信号データレーンYI、YQに対しては、前記第1のタイムスロットとは異なる第2の同一タイムスロットに割り付けられることを特徴とする請求項12に記載の光通信システム。 - 前記送信部において、
前記参照信号符号化則に基づき符号化される前記情報ビット列の一部は、
前記4つの主信号データレーンXI、XQ、YI、YQの各々に対して、異なるタイムスロットに割り付けられることを特徴とする請求項12に記載の光通信システム。 - 光信号を送信する送信部と、前記送信部からの光信号を伝送する伝送部と、前記伝送部を介した光信号を受信する受信部と、により構成された光通信システムであって、
前記送信部は、
外部通信装置から入力されるデータに基づき、主信号の誤り訂正符号化を行う主信号誤り訂正符号化部と、
前記主信号の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき参照信号符号化する参照信号符号化部と、
前記主信号を誤り訂正符号化しかつ参照信号符号化した信号に対応する光信号を生成する光変調部と、を備え、
前記受信部は、
前記伝送部から入力される光信号をコヒーレント検波した後に、アナログ/デジタル変換により離散化および標本化した主信号を生成する光復調部と、
前記光復調部を介した主信号から参照信号フレームの同期をとる参照信号フレーム同期部と、
前記参照信号フレーム同期部を介した主信号を一時保持する主信号バッファ部と、
前記参照信号フレーム同期部を介した主信号から、参照信号復号のための搬送波位相を推定する参照信号搬送波位相推定部と、
前記参照信号搬送波位相推定部により搬送波位相が推定された参照信号の尤度情報を生成する参照信号尤度生成部と、
前記参照信号の尤度情報に基づき、前記参照信号を復号する参照信号復号化部と、
前記主信号バッファ部内の主信号についての搬送波位相を推定するとともに、前記主信号の搬送波位相の推定結果と前記参照信号の復号結果とに基づき、前記主信号の位相スリップを検出および補償する主信号搬送波位相推定部と、
前記主信号搬送波位相推定部により位相スリップが検出および補償された主信号の尤度情報を生成する主信号尤度生成部と、
前記主信号の尤度情報に基づき、前記主信号のフレーム同期を行う主信号フレーム同期部と、
前記主信号フレーム同期部によりフレーム同期された前記主信号の尤度情報に基づき、前記主信号の誤り訂正復号を行う主信号誤り訂正復号化部と、
を備えたことを特徴とする光通信システム。 - 光信号を送信する送信部と、前記送信部からの光信号を伝送する伝送部と、前記伝送部を介した光信号を受信する受信部と、により構成された光通信システムであって、
前記送信部は、
外部通信装置から入力されるデータに基づき、主信号の誤り訂正符号化を行う主信号誤り訂正符号化部と、
前記主信号の一部を、参照信号を生成するための参照信号符号化則に基づき参照信号符号化する参照信号符号化部と、
前記主信号を誤り訂正符号化しかつ参照信号符号化した信号に対応する光信号を生成する光変調部と、を備え、
前記受信部は、
前記伝送部から入力される光信号をコヒーレント検波した後に、アナログ/デジタル変換により離散化および標本化した主信号を生成する光復調部と、
前記光復調部を介した主信号および前記参照信号の双方の復号化に用いられる主信号搬送波位相を推定する主信号搬送波位相推定部と、
前記主信号搬送波位相推定部を介した主信号から参照信号フレームの同期をとる参照信号フレーム同期部と、
前記参照信号フレーム同期部を介した主信号を一時保持する主信号バッファ部と、
前記主信号搬送波位相推定部により前記主信号の搬送波位相が推定され、かつ前記参照信号フレーム同期部により参照信号フレーム同期された参照信号の尤度情報を生成する参照信号尤度生成部と、
前記参照信号の尤度情報に基づき、前記参照信号を復号する参照信号復号化部と、
前記主信号の搬送波位相の推定結果と前記参照信号の復号結果とに基づき、前記主信号の位相スリップを検出および補償する主信号位相補償部と、
前記位相スリップが検出および補償された主信号の尤度情報を生成する主信号尤度生成部と、
前記主信号のフレーム同期を行う主信号フレーム同期部と、
前記主信号フレーム同期部によりフレーム同期された前記主信号の尤度情報に基づき、前記主信号の誤り訂正復号を行う主信号誤り訂正復号化部と、
を備えたことを特徴とする光通信システム。
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