JP6289176B2 - 光伝送装置および光伝送方法 - Google Patents

Description

この発明は、光伝送路を用いて通信データを送受信する光伝送装置において、光伝送路の波長分散特性を推定するための既知信号であるトレーニング系列が通信データに挿入されることによる光伝送路の伝送データ量の増加を抑制することができる光伝送装置および光伝送方法に関するものである。

従来の光送受信装置および光送受信方法は、光変調方式として、Ｏｎ Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ（ＯＯＫ）、２相位相変調（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）、などを用いている。近年、インターネットにおけるトラフィックの増大により、光通信システムの大容量化が求められており、ディジタル信号処理技術を用いた多値の位相変調信号を扱う方式が研究されている。多値変調信号には、４相位相変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）、差動４相位相変調（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＱＰＳＫ：ＤＱＰＳＫ）、８相位相変調（Ｅｉｇｈｔ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：８ＱＡＭ）などがある。

光強度のオン／オフを２値信号に割り当てて直接検波する従来の方式に対して、ディジタルコヒーレント受信方式は、光強度と位相情報をコヒーレント受信方式により抽出する。そして、抽出された強度と位相情報をアナログ／ディジタル（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器により量子化し、ディジタル信号処理部によって復調を行う。

ディジタルコヒーレント受信方式の利点の一つとして、送信光源と局部発信光源の周波数および位相を受信光に対して同期させるメカニズムをディジタル信号処理として実装できるという利点が挙げられる。これにより、実現難度の高い光ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を実装しなくても、送信光源と局部発信光源の周波数および位相を受信光に対して同期させることができる。また、ディジタルコヒーレント受信方式は、光信号対雑音比（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ―ｔｏ―Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＯＳＮＲ）耐力および伝送路の波形歪耐力があるという特長を有する。

波形歪は、伝送路である光ファイバの屈折率が波長の関数になることから生じる波長分散と呼ばれる現象や、光の強度で屈折率が変わることから生じる非線形効果と呼ばれる現象がある。波長分散の場合、一般に、信号は、ある波長帯域を持つために、それぞれの波長が感じる屈折率の違いから波形が歪む。

ディジタルコヒーレント受信方式では、この波形歪みと逆関数の特性を持つディジタルフィルタ（分散補償器）を使用することにより、波形歪み補正を行う。このとき、分散補償器は、伝送路である光ファイバの波長分散の大きさを知る必要があるため、送受信器間で既知信号となるトレーニング系列を設けている。この結果、トレーニング系列の波形歪みの状態から、分散補償器であるディジタルフィルタの係数を求めることが可能となる（例えば、特許文献１参照）。また、非線形効果についても、既知信号となるトレーニング系列から波形歪を補正することが可能である（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−３１３０１３号公報 特開平５−１６０８６５号公報

ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．７０９

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１または特許文献２では、通信データにトレーニング系列が挿入されることにより、光伝送路に伝送されるデータ量が増大し、光伝送路または光伝送装置の帯域が不足するという課題があった。さらに、光伝送中継装置に設けられた光フィルタの周波数帯域狭窄によって信号が劣化してしまうという課題もあった。

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あり、光伝送路の波長分散特性を推定するための既知信号であるトレーニング系列が通信データに挿入されることによる光伝送路の伝送データ量の増加を抑制することができる光伝送装置および光伝送方法を得ることを目的とする。

この発明に係る光伝送装置は、光伝送路を介して対向配置され、光伝送路を用いて通信データを互いに送受信する第１光伝送装置および第２光伝送装置を含んで構成された光伝送装置であって、対向配置された第１光伝送装置および第２光伝送装置のそれぞれは、光伝送路の波長分散特性を推定するための既知信号であるトレーニング系列を、予め送信時に通信データに挿入しておくトレーニング系列挿入部を送信部に備え、他方の光通信装置から送信された通信データを、光伝送路を介して受信した際に、トレーニング系列の波形歪みから光伝送路の波長分散特性を推定することにより、通信データの波長分散を補償する分散補償部と、分散補償部が推定した光伝送路の波長分散特性を、他方の光通信装置内のトレーニング系列挿入部に対して通知する波長分散特性通知部とを受信部に備え、第１光伝送装置および第２光伝送装置のそれぞれの送信部内におけるトレーニング系列挿入部は、トレーニング系列の通信データへの挿入頻度を、自身が送信した通信データに対する返答として他方の光通信装置内の波長分散特性通知部から通知された光伝送路の波長分散特性に応じて可変設定するものである。

また、この発明に係る光伝送方法は、光伝送路を介して対向配置され、光伝送路を用いて通信データを互いに送受信する２台の光伝送装置により実行される光伝送方法であって、２台の光伝送装置のいずれか一方の光伝送装置において、光伝送路の波長分散特性を推定するための既知信号であるトレーニング系列を予め挿入した通信データを、２台の光伝送装置のいずれか他方の光伝送装置に送信する通信データ送信ステップと、他方の光伝送装置において、通信データ送信ステップにより一方の光伝送装置から送信された通信データの受信時にトレーニング系列の波形歪みから光伝送路の波長分散特性を推定することにより、通信データの波長分散を補償する波長分散補償ステップと、他方の光伝送装置において、波長分散補償ステップで推定した光伝送路の波長分散特性を、一方の光伝送装置に対して通知する波長分散特性通知ステップと、一方の光伝送装置において、トレーニング系列の通信データへの挿入頻度を、通信データ送信ステップにおいて自身が送信した通信データに対する返答として他方の光通信装置による波長分散特性通知ステップによって通知された光伝送路の波長分散特性に応じて可変設定するトレーニング系列挿入ステップとを有するものである。

この発明によれば、光伝送路を用いて通信データを送受信する光伝送装置において、光伝送路の波長分散特性を推定するための既知信号であるトレーニング系列の通信データへの挿入頻度を、光伝送路の波長分散特性に応じて設定するようにしている。この結果、通信データにトレーニング系列が挿入されることによる光伝送路の伝送データ量の増加を抑制することができる光伝送装置および光伝送方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１における光伝送装置を用いた光通信システムを示す構成図である。 本発明の実施の形態１における光伝送装置の構成を示す例示図である。 本発明の実施の形態１における受信フロントエンドの構成を示す例示図である。 本発明の実施の形態２における、トレーニング系列をＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．７０９で規定されるＯＤＴＵフレームのＴＳに挿入する場合の一例を示す説明図である。

以下、この発明における、光伝送装置および光伝送方法の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における光伝送装置を用いた光通信システムを示す構成図である。図１に示す光通信システムは、光伝送装置１ａ、１ｂ、及び光伝送路３を備えて構成される。図１に示す光伝送装置１ａ、１ｂは、通信データの送信機能または受信機能を有しており、光伝送路３を介して通信データをやり取りすることができる。

図２は、図１に示す光伝送装置１ａ、１ｂの構成を示す例示図であり、光伝送装置１ａが送信側、光伝送装置１ｂが受信側である場合の詳細構成図を示している。まず、本実施の形態１における光伝送装置１ａ、１ｂの各構成要素の機能およびデータの流れを説明するが、簡単のために、以下の説明では、光伝送装置１ａは送信のみを行い、光伝送装置１ｂは受信のみを行うものとする。

光伝送装置１ａの送信部１０は、ＯＴＵｋフレーム生成部１１、誤り訂正符号化部１２、シンボルマッピング部１３、ＭＬＤフレーム生成部１４、トレーニング系列挿入部１５、多重化・Ｄ／Ａ変換部１６、および光変調部１７を備えて構成される。

また、光伝送装置１ｂの受信部２０は、受信フロントエンド２１、Ａ／Ｄ変換・多重分離部２２、分散補償部２３、偏波分離・位相推定部２４、波長分散特性通知部２５、ＭＬＤフレーム同期部２６、誤り訂正復号化部２７、およびＯＴＵｋフレーム終端部２８を備えて構成される。

まず、送信部１０において、ＯＴＵｋフレーム生成部１１は、クライアント送信信号をデータフレームとしてのＯＴＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ、非特許文献１参照）ｋフレーム（ｋ＝０，１，２，３，４・・・）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（以下、「通信データ」という）を生成する。

誤り訂正符号化部１２は、生成されたＯＴＵｋフレームのＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）部に誤り訂正用の冗長ビットを生成する。シンボルマッピング部１３は、ＯＴＵｋフレームから多値変調信号を生成する。ＭＬＤフレーム生成部１４は、ＯＴＵｋフレームを複数のレーンに分配（Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｎｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）する。

トレーニング系列挿入部１５は、光伝送路３の波長分散特性を受信側で推定するための既知信号となるトレーニング系列を、予め通信データに挿入しておく。多重化・Ｄ／Ａ変換部１６は、通信データを多重化、およびＤ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換する。光変調部１７は、アナログ電気信号をＥ／Ｏ（電気／光）変換して光伝送路３に伝送する。

次に、受信部２０において、受信フロントエンド２１は、光伝送路３を介して伝送された光信号をＯ／Ｅ（光／電気）変換する。Ａ／Ｄ変換・多重分離部２２は、アナログ電気信号化された通信データをＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換、および多重分離する。分散補償部２３は、トレーニング系列の波形歪みから光伝送路３の波長分散特性を推定することにより、通信データの波長分散を補償する。

偏波分離・位相推定部２４は、光伝送路３で直交された２つ以上の偏波を分離するとともに通信データの位相状態を推定する。波長分散特性通知部２５は、分散補償部２３が推定した光伝送路３の波長分散特性を送信部１０のトレーニング系列挿入部１５に通知することにより、送信部１０と受信部２０とで光伝送路３の波長分散特性の情報を共有する。

ＭＬＤフレーム同期部２６は、複数のレーンに分配されたＭＬＤのスキューの状態を補正する。誤り訂正復号化部２７は、送信側で付加された冗長ビットを使用して誤り訂正を行う。ＯＴＵｋフレーム終端部２８は、ＯＴＵｋフレーム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、通信データをＯＴＵｋフレームからデマッピングし、クライアント受信信号として出力する。

図３は、本実施の形態１における受信フロントエンド２１の構成を示す例示図である。受信フロントエンド２１は、光伝送路３から受信した光信号のＸ偏波とＹ偏波を分離する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、コヒーレント受信を行うためのローカルオシレータ（ＬＯ）と、ＬＯを偏波分離するＰＢＳと、偏波分離された光信号とＬＯの信号を混合する９０°光ハイブリッドと、受信した光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換部と、Ｏ／Ｅ変換された信号を増幅するＡＭＰとを備えて構成される。

このように、本実施の形態１における光伝送装置１は、トレーニング系列挿入部１５において、光伝送路３の波長分散特性を推定するための既知信号であるトレーニング系列を、予め送信時に通信データに挿入するようにしている。この結果、分散補償部２３において、通信データの受信時にトレーニング系列の波形歪みから光伝送路３の波長分散特性を推定するとともに、通信データの波長分散を補償することができる。

ここで、光伝送路３の波長分散特性を推定するために必要なトレーニング系列の情報量は、一般的に光伝送路３の波長分散の大きさと相関関係があることが知られている。

そこで、本実施の形態１における波長分散特性通知部２５は、図２に示すように、偏波分離・位相推定部２４の後段において、通信データの受信後のトレーニング系列の波形歪みから推定される光伝送路３の波長分散特性（例えば、多値信号のシンボルが回転したかどうかを示す位相スリップの発生頻度）を、送信部１０のトレーニング系列挿入部１５に通知している。ここで、波長分散特性通知部２５から送信部１０への通知手段としては、逆方向通信で使用しているＯＴＮのオーバヘッドに情報を格納する方法や、Ｄａｔａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌを用いることが可能である。

そして、トレーニング系列挿入部１５は、トレーニング系列の通信データへの挿入頻度（例えば、挿入周期）を、光伝送路３の波長分散特性に応じて設定するようにしている。この結果、光伝送路３の波長分散特性に応じて、トレーニング系列を通信データに挿入する頻度を最適制御することにより、光伝送路３の伝送データ量を抑制することができる。

このようなトレーニング系列の挿入頻度の具体的な設定方法としては、例えば、トレーニング系列挿入部１５は、波長分散特性通知部２５から受信した波長分散特性のうちの光伝送路３の位相スリップの発生頻度に、トレーニング系列の挿入頻度（挿入周期）を比例させるようにすればよい。あるいは、波長分散特性通知部２５から受信した波長分散特性が予め定めた閾値を超えていれば、第１の挿入頻度を設定し、波長分散特性が予め定めた閾値以下であれば、第２の挿入頻度を設定するようにしてもよい。

また、トレーニング系列の挿入頻度の設定は、光伝送装置１の設置時に１回のみ実施するようにしてもよいし、光伝送装置１の運用中に光伝送路３の状態の変化に応じて動的に変更させるようにしてもよい。

以上のように、実施の形態１では、光伝送路の波長分散特性を推定するための既知信号であるトレーニング系列の通信データへの挿入頻度を、光伝送路の波長分散特性に応じて設定するようにしている。この結果、通信データにトレーニング系列が挿入されることによる光伝送路の伝送データ量の増加を抑制することができる光伝送装置および光伝送方法を得ることができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、トレーニング系列を挿入する具体的な箇所については特に言及しなかった。そこで、本実施の形態２では、本願の発明をＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．７０９規格に適用する場合の例として、トレーニング系列を光チャネルデータトリビュタリユニット（ＯＤＴＵ）フレームのトリビュタリスロット（ＴＳ）に挿入する方法について説明する。

図４は、トレーニング系列を、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．７０９で規定されるＯＤＴＵフレームのＴＳに挿入する場合の一例を示す説明図である。本実施の形態２における光伝送路３に伝送される通信データは、図４に示すようなＯＤＴＵフレームに格納される。光伝送装置１の構成および機能は、先の実施の形態１と同じである。

図４に示すＯＤＴＵフレームは、オーバヘッド（ＯＨ）と、トリビュタリスロット（ＴＳ）とＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）パリティから構成される。ＯＨには、監視制御用の情報が格納される。ＴＳには、様々なビットレートを有する通信データを効率良く収容することが可能である。ＦＥＣパリティには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が格納される。

ＴＳには、通信データ以外にも監視制御用の情報を格納することが可能である。また、ＯＤＴＵフレームに格納するＴＳの個数は、自由に設定することが可能である（１ＴＳは１．２５％の冗長度に相当する）。

そこで、本実施の形態２では、位相スリップ検出・補正用の既知信号であるトレーニング系列をＯＤＴＵフレームのＴＳに格納する。この結果、光伝送路３の波長分散特性を推定するために必要となるトレーニング系列を格納するためのＴＳ領域を、挿入タイミングに合わせて柔軟に確保することが可能となる。また、トレーニング系列のためのヘッダ等の余分な情報を追加付加することなく、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．７０９規格に準拠した形でトレーニング系列を格納することができるようになる。

以上のように、実施の形態２では、光伝送路の波長分散特性を推定するための既知信号であるトレーニング系列を、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．７０９で規定される光チャネルデータトリビュタリユニット（ＯＤＴＵ）フレームのトリビュタリスロット（ＴＳ）に挿入するようにしている。この結果、トレーニング系列のためのヘッダ等の余分な情報を追加付加することなく、光伝送路の伝送データ量の増大を更に抑制することができる。

１、１ａ、１ｂ 光伝送装置、３ 光伝送路、１０ 送信部、１１ ＯＴＵｋフレーム生成部、１２ 誤り訂正符号化部、１３ シンボルマッピング部、１４ ＭＬＤフレーム生成部、１５ トレーニング系列挿入部、１６ 多重化・Ｄ／Ａ変換部、１７ 光変調部、２０ 受信部、２１ 受信フロントエンド、２２ Ａ／Ｄ変換・多重分離部、２３ 分散補償部、２４ 偏波分離・位相推定部、２５ 波長分散特性通知部、２６ ＭＬＤフレーム同期部、２７ 誤り訂正復号化部、２８ ＯＴＵｋフレーム終端部。

Claims (3)

1. 光伝送路を介して対向配置され、前記光伝送路を用いて通信データを互いに送受信する第１光伝送装置および第２光伝送装置を含んで構成された光伝送装置であって、
   対向配置された前記第１光伝送装置および前記第２光伝送装置のそれぞれは、
   前記光伝送路の波長分散特性を推定するための既知信号であるトレーニング系列を、予め送信時に前記通信データに挿入しておくトレーニング系列挿入部
   を送信部に備え、
   他方の光通信装置から送信された前記通信データを、前記光伝送路を介して受信した際に、前記トレーニング系列の波形歪みから前記光伝送路の前記波長分散特性を推定することにより、前記通信データの波長分散を補償する分散補償部と、
   前記分散補償部が推定した前記光伝送路の前記波長分散特性を、前記他方の光通信装置内の前記トレーニング系列挿入部に対して通知する波長分散特性通知部と
   を受信部に備え、
   前記第１光伝送装置および前記第２光伝送装置のそれぞれの前記送信部内における前記トレーニング系列挿入部は、前記トレーニング系列の前記通信データへの挿入頻度を、自身が送信した前記通信データに対する返答として前記他方の光通信装置内の前記波長分散特性通知部から通知された前記光伝送路の前記波長分散特性に応じて可変設定する
   光伝送装置。
2. 請求項１に記載の光伝送装置において、
   前記トレーニング系列挿入部は、前記トレーニング系列を、ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．７０９で規定されるＯＤＴＵフレームのＴＳに挿入する
   光伝送装置。
3. 光伝送路を介して対向配置され、前記光伝送路を用いて通信データを互いに送受信する２台の光伝送装置により実行される光伝送方法であって、
   前記２台の光伝送装置のいずれか一方の光伝送装置において、前記光伝送路の波長分散特性を推定するための既知信号であるトレーニング系列を予め挿入した通信データを、前記２台の光伝送装置のいずれか他方の光伝送装置に送信する通信データ送信ステップと、
   前記他方の光伝送装置において、前記通信データ送信ステップにより前記一方の光伝送装置から送信された前記通信データの受信時に前記トレーニング系列の波形歪みから前記光伝送路の前記波長分散特性を推定することにより、前記通信データの波長分散を補償する波長分散補償ステップと、
   前記他方の光伝送装置において、前記波長分散補償ステップで推定した前記光伝送路の前記波長分散特性を、前記一方の光伝送装置に対して通知する波長分散特性通知ステップと、
   前記一方の光伝送装置において、前記トレーニング系列の前記通信データへの挿入頻度を、前記通信データ送信ステップにおいて自身が送信した前記通信データに対する返答として前記他方の光通信装置による前記波長分散特性通知ステップによって通知された前記光伝送路の前記波長分散特性に応じて可変設定するトレーニング系列挿入ステップとを有する
   光伝送方法。

Images