JP2001251244A - 伝送装置及び光伝送システム - Google Patents
伝送装置及び光伝送システムInfo
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Abstract
送装置および光伝送システムを提供すること。 【解決手段】 光ファイバで接続された高速光伝送シス
テムを構成し、送信側には、光信号送信回路10、誤り
訂正回路として働く光冗長ビット送信回路20、光冗長
ビット生成回路30及び光MUX40を設け、受信側に
も誤り訂正回路としての光冗長ビット受信回路70と共
に、光信号受信回路60、光冗長ビット処理回路80及
び光MUX50を設ける。誤り訂正回路は、例えば、光
多重回路(8:1/4:1光多重回路)/分離回路(1:
8/1:4光分離回路)、光分岐回路、光排他的論理和
回路(EXOR回路)、光論理積回路(AND回路)、光否
定的論理積回路(NAND回路)により構成する。これに
より伝送路で発生した符号誤りを自動検出し訂正できる
光伝送システムを構築する。
Description
で伝送する光伝送システムに関する。
よる伝送に代わって光伝送が盛んに利用され、光伝送を
応用したシステムでは、データトラフィック、特にイン
ターネットのIP(Internet Protocol)トラフィック
は急激に増加しており、その需要は半年で二倍ともいわ
れている。このような状況のもとで、将来の伝送システ
ムにはTbit/sを越えるような伝送容量が必要とな
る。このような莫大な伝送容量を実現するためには、光
ファイバの広帯域性を積極的に利用し波長によってチャ
ネル多重するWDM(Wavelength Division Multiplexi
ng)という技術と、光チャネルの1ビットのパルス幅を
短くして時間領域で多重するTDM(Time Division Mu
ltiplexing)という技術を併用しなければならない。ど
ちらか一方の技術だけを追求しても上記の伝送容量は困
難であり、両者の技術の併用が重要である。
るいはTDMによりチャネルのビットレートを上げてい
くというどちらの方法においても、伝送容量の拡大に伴
い、従来高品質であると考えられてきた光伝送の品質は
その限界が見え始めている。例えばWDMチャネル間隔
を狭めると、自己位相変調(SPM)や相互位相変調
(XPM)によって光ファイバ伝搬中にスペクトルが広
がり、隣接するチャネルにクロストークを引き起こす。
あるいはまた、光ファイバのゼロ分散波長の近傍では四
光波混合の効果により、チャネル間隔の二乗に逆比例し
てコヒーレントなクロストークを引き起こす。一方、T
DMにより各チャネルのビットレートを上げていくと、
ビットレートの2乗に比例して波長分散の効果によりパ
ルスが広がり波形劣化を引き起こす。またファイバコア
のわずかな楕円率はファイバに二つの主軸を生じさせ、
これらの主軸における伝搬速度の違いにより、やはり波
形劣化を生じさせる(即ち、偏波分散の効果)。さら
に、どちらの技術にも光アンプは必要不可欠であるが、
光アンプの自然放出雑音はアンプの接続ごとに累積して
いき、ある条件のもとではビット誤りにフロア特性を生
じさせることになる。
号(FEC)の光伝送システムへの適用が活発に研究さ
れている。FECは伝送路上の誤りの原因に関係なく品
質の劣化を改善するものである。したがって、アナログ
の回路(例えば補償回路)が劣化原因分だけ必要という
わけではなく、ディジタル回路が一種類で済むなどの効
果がある(但し、FECの効果は誤りの統計的性質にの
み依存する)。
ような[文献1]〜[文献3]にいくつかの提案がされ
ている。 [文献1]: ITU-TG.975;“Forward error correctio
n in submarine systems”Geneva,(1996)。
ward error correcting codes in synchronous fiber o
ptic transmission systems”,J. Lightwave Technol.,
Vol.15,No.1,pp43-52 (1997)。
公報:光伝送装置 富沢他。
適用されている符号があり、海底独自のフレームフォー
マットを有していることが示されている。[文献2]に
は、陸上系システムでの符号があることが示され、SD
H(Synchronous Digital Hierarchy)という国際標準
フォーマットの未使用OH領域を積極的に活用するもの
である。また[文献3]には、SDHに準拠しながら冗
長ビットを別波長で伝送するという提案が示されてい
る。
ム構成によれば、送信側と受信側にはそれぞれ、伝送路
で発生した符合誤りを自動的に検出して電気的に処理す
る誤り訂正回路(即ち誤り訂正符号回路(FEC))が
設けられている。送信側の誤り訂正回路は、電気信号の
冗長ビットを送信する電気冗長ビット送信回路2であ
り、電気信号の冗長ビットを生成する電気冗長ビット生
成回路3から電気信号送信回路1を介して、正しく訂正
された電気信号が光信号に変換され光MUX4から送信
される。
はふたたび電気信号に変換され、受信側の誤り訂正回路
にて符合誤りが自動的に訂正される。この受信側の誤り
訂正回路は、電気信号の冗長ビットを受信する電気冗長
ビット受信回路7であり、信号は電気信号受信回路6を
介して、電気信号の冗長ビットを処理する電気冗長ビッ
ト処理回路8に供給され、正しい状態になる。
処理を介した伝送によりある程度の速度までは通信が可
能となる。しかしながら、チャネル当たりのビットレー
トが上昇し、80Gbit/s程度になると、電気による
信号処理は実現困難である。上述の如く従来のFEC回
路は電気処理を前提としており、せいぜい数Gbit/s
が限界である。現在10Gbit/s程度の伝送速度で実
現されているFECでは低速(数10Mbit/s)にま
でばらしてTTLレベルで処理されているのがほとんど
であるが、100Gbit/sクラスの信号をこのレベル
までばらすのは装置構成上高コスト手成る。文献[3]
は最もボトルネックとなっているメモリとCPUを除い
たという点で効果的であるが、それでも必要となる回
路、すなわち排他的論理和回路やパターン認識回路の電
気回路動作は100Gbit/s程度では不可能である。
を行い高速伝送が可能な伝送装置および光伝送システム
を提供することにある。
達成するため、本発明では次のような手段を講じてい
る。本発明は、上記[文献3]に開示のアーキテクチャ
を踏襲しながら、いわゆる「全光処理」あるいは「光−
電気−光処理」を前提としたFECとそれを有する伝送
システムを実現しようとするものである。このため本発
明では、伝送装置が光ファイバで接続された高速光伝送
システムにおいて、この伝送装置が、伝送路で発生した
符号誤りを自動的に検出し訂正する誤り訂正回路を備
え、この誤り訂正回路は、光多重/分離回路と、光分岐
回路と、光排他的論理和回路と、光論理積回路と、光否
定的論理積回路とによって構成されるような特徴の伝送
装置及び光伝送システムを提案する。
本発明の要旨について詳しく説明する。 (第1実施形態)図1に本発明の伝送装置のシステム構
成を示している。この伝送装置のシステム構成では、送
信側と受信側にそれぞれ、伝送路で発生した符合誤りを
自動的に検出して光のままで処理する誤り訂正回路(F
EC)が設けられている。
の誤り訂正回路として働き光信号の冗長ビットを送信す
る光冗長ビット送信回路20と、光信号の冗長ビットを
生成する光冗長ビット生成回路30が設けられている。
そして、正しく訂正された光信号はそのまま変換されず
に光MUX40からネットワークへ送信される。一方、
光MUX50を介して受信した光信号は、受信側の誤り
訂正回路にて符合誤りが自動的に訂正される。受信側に
は、この受信側の誤り訂正回路として働き光信号の冗長
ビットを受信する光冗長ビット受信回路70と、光信号
受信回路60と、光信号の冗長ビットを処理する光冗長
ビット処理回路80が設けられている。よって、図中の
各回路ブロックが光処理あるいは光−電気−光処理であ
る点で、従来装置(図14参照)とは異なることがわか
る。
するため、図2には光信号送信回路の構成を示し、図3
には光冗長ビット送信回路の構成を示す。図2の如く光
信号送信回路10は、8:1光多重回路11と、積分器
(NOT回路)12から成り、前述の光冗長ビット生成
回路30からの光信号を光MUX40へ送信するように
構成されている。また、図3の如く光冗長ビット送信回
路20は、4:1光多重回路21と、積分器(NOT回
路)22から成り、前述の光冗長ビット生成回路30か
らの光信号を光MUX40へ送信するように構成されて
いる。
回路11は光多重化回路である。光多重化はOTDM
(Optical Time Division Multiplexing)でもよいし、
WDMでもよい。光冗長ビット送信回路20の4:1光
多重化回路21も同様である。特に光冗長ビット生成回
路30の内部において、光分岐回路部と光EXOR回路
部がともに光処理あるいは光−電気−光処理で行われて
おり、100Gbit/sクラスでも動作可能である。
の構成を示す。なお、ここでは一例として、(12,
8)Hamming符号の例をあげるが、必ずしもこの
符号でなくともよい。光冗長ビット生成回路30は、光
分岐部31と、光EXOR32とから成り、図示のよう
にHamming符号を入力すると、光信号送信回路1
0と光冗長ビット送信回路20とにこれを二分岐して送
るように構成されている。
し、図6には光冗長ビット受信回路70の構成を示し、
図7には光冗長ビット処理回路80の構成を示す。光信
号受信回路60には1:8光分離回路62が配備され、
光での識別再生を行なう光識別再生回路63,65,6
6、光クロック抽出回路64が配備されているが、この
後段の二つは無くともよい。光冗長ビット受信回路70
には、1:4光分離回路72が配備され、光での識別再
生を行なう光識別再生回路73,75,76、光クロッ
ク抽出回路74が配備されているが、この後段の二つは
無くともよい。
かじめ合わせてあると仮定する。光冗長ビット処理回路
80も前述の光冗長ビット生成回路30と同様に、光分
岐部81と光EXOR部83により構成される他、ビッ
ト別光EXOR回路82と光AND(NAND)回路に
よる光パターン識別回路84により構成されている。
号処理回路として必要な光処理回路素子は、光分岐回路
と光EXOR回路と光AND(又はNAND)回路であ
る。ここで、光分岐回路は光カプラで充分である。
R回路の構成と、入力ポートの説明を示す。図8(a)
に示された構成の光EXOR回路は、二つの入力ポート
と、各ポートにカプラ、制御光により光を遮断する光ゲ
ート回路87と、各カプラの一出力を制御光とし、別ポ
ートの光ゲート回路88を駆動させる光配線と、二つの
光ゲート回路87,88の出力を合波する光合波器とし
てのカプラにより構成されている。
1から“0”、ポート2から“0”が入力されると、各
光ゲート回路は光を透過させるモードになっているが、
信号光自体が0なので、EXOR回路の出力は“0”で
ある。また、ポート1から“1”、ポート2から“0”
が入力される場合、光ゲート回路1は信号通過モード、
光ゲート回路は信号遮断モードであり、出力はポート1
からの信号光の通過のみとなり、EXOR回路の出力は
“1”となる。ポート1から“0”、ポート2から
“1”の場合も上下対称であるので、同様である。ポー
ト1とポート2の両方より“1”が入力される場合は、
光ゲート回路1と2は両者とも光遮断モードであり、E
XOR出力は“0”となる。これにより、EXOR論理
が確認される。
ており、数々の方式が提案されているが、本発明では、
図8(a)の光EXOR回路82の構成と、図8(b)
の入力ポートの説明によれば、全く同じ素子構成で光ゲ
ート回路の論理を反転させると、光AND回路となるこ
とを示している。
光AND回路とNAND回路の構成と、入力ポートにつ
いて示している。図9(a)に示す光AND回路におい
て、図9(b)に示すような入力ポートの内容となる。
すなわち、光ゲート回路93を正論理、すなわち制御光
が来ると信号光を通過させるモードとする。ポート1か
ら“0”、ポート2から“0”が入力される場合、光ゲ
ート回路93,94は両者とも光遮断モードなのでAN
D回路全体の出力は0である。またポート1から
“0”、ポート2から“1”が入力されると光ゲート1
は通過モード、ゲート2は遮断モードだが、ポート1に
は信号“0”が来ているので、AND回路の出力は
“0”である。ポート1から“1”、ポート2から
“0”の場合も上下対称なので同様である。ポート1と
ポート2から“1”が入力されると両方のゲート1,2
が通過モードになり合波されて“1”となる。この場
合、両方のブランチの光が干渉して消し合わないように
する注意が必要である。また“1”の出力がEXORの
場合の二倍となる点も注意が必要である。
す。FECによる誤りビット特定には、パターン認識の
技術が用いられるが、これにはAND回路と同時にNA
ND回路が必要である。またこのときの入力ポートは、
図9(d)に示すような内容となる。すなわち、ここで
ポート1には、正論理の光ゲート1とさらに光二分岐と
位相シフタとカプラが並列に接続されており、ポート2
には負論理の光ゲート2が配置されており、それぞれの
光ゲートは他方の光ゲートの入力を制御光としている。
ポート1から“0”、ポート1から“0”が入力される
場合、光ゲート回路1は光遮断モード、ゲート2は光透
過モードであるが、ポート2の信号は“0”なので、N
AND回路の出力は“0”である。
“1”が入力されると光ゲート1,2は通過モードとな
り、ポート2には信号“1”が来ているので、AND回
路は出力が“1”である。ポート1から“1”、ポート
2から“0”の場合は、両方のゲートは遮断モードであ
り、NAND出力は“0”である。
るとゲート1は通過モード、ゲート2は遮断モードにな
る。ゲート1の出力は“1”だが、サブブランチの位相
がπだけずれているので、合波されて“0”となり、最
終的にNAND回路の出力は“0”となる。このNAN
D回路はポート1に否定のついたNAND回路である。
両方のポートに否定のついたNAND回路は光回路では
実現困難である。しかし、FECのアプリケーションを
考えると、シンドロームが全部“0”であるとは、誤り
が無い状態であり、この場合、エラービット特定の必要
はない。したがって、エラーがある場合は必ずシンドロ
ームのどこかのビットが“1”であり、このビットと他
のビットとのNANDあるいはANDで光パターン認識
回路84は構成できる。
ing符号のLSBエラー特定シンドロームである例え
ば(0,0,0,1)のパターン認識回路を示すと、上
述の光パターン認識回路84とLSBポートにEXOR
が接続されれば、このパターンが来た場合に、訂正パル
スをEXORに出力し、エラーを訂正することができ
る。
施形態について説明する。第2実施形態としての伝送装
置及び伝送システムの基本的な構成は、前述した第1実
施形態と実質的に同じでよいが、ここに使用する回路素
子が次のように異なっている。まず、光処理回路素子に
ついての具体的な構成例をあげると、図11(a),
(b)に示す一例は光ゲート回路の構成である。
は全光処理とし、負論理の過飽和吸収体を用いてもよい
し、この他のものでもよい。また、図11(b)に示す
ように、正論理の光ゲート(例えば過飽和吸収体)と位
相シフタをマッハツェンダ干渉型に組んだものでもよい
し、この他のものでもよい。さらに、NOLM(Nonlin
ear Optical Loop Mirror)を用いてもよいし、半導体
光アンプ(SOA:Semiconductor Optical Amplifie
r)をマッハツェンダ型に構成したものでもよい。光ゲ
ートを光−電気−光処理とするならば、図12(a)に
示すように、高速高出力の光受信器(例えば、UTC−
PD:Uni-Traveling Photo Diode)250と電界吸収
型光(EA)変調器240を直結してもよい。また図12
(b)に示すように、構成的には、光受信器290と所
定のマッハツェンダ型変調器との構成にしてもよい。光
素子としては、例えばLiNbO3(LN結晶)270
を用いてもよいし、その他のものでもよい。
あるいは第2実施形態では、例示の如くシステム構成さ
れていることによって、従来のような電気信号を用いず
に、光信号にてすべての誤り訂正処理が行なえるように
なる。したがって、例えば、チャネル当たり100Gbi
t/sクラスの超高速データ信号に対して誤り訂正をい
わゆる「光段」で行なうことができ、従来に比較して高
品質・大容量の光通信が可能となる。
(BER)曲線の理論値によれば、ここで伝送路中の誤り
がランダムに発生していると仮定して、本発明に係わる
誤り訂正回路(FEC)を用いれば、例えば10-6の
誤り率が10-11に低減される。更にまた、光S/N設
計として、およそ3dBのマージンを稼ぐことができる。
ての伝送系が全光処理である以外にも光−電気−光処理
を前提としたFECの運用が可能であり、このほかにも
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能
である。
い高速伝送が可能な伝送装置および光伝送システムを提
供することが可能となる。
ムの構成を示すブロック構成図。
成図。
成図。
成図。
ット特定パターンを示す説明図。
し、図8(a)は、光EXOR回路の構成を示す構成
図、図8(b)は、入力ポートの説明図。
D回路の構成とその入力ポートについて示し、図9
(a)は、光AND回路の構成を示す構成図、図9
(b)は、この回路の入力ポートの内容を示す説明図、
図9(c)は、光NAND回路の構成を示す構成図、図
9(d)は、この回路の入力ポートの内容を示す説明
図。
構成図。
を示し、図11(a)は、全光処理とし過飽和吸収体を
用いた回路の構成図、図11(b)は、過飽和吸収体と
位相シフタとの組合せの回路の構成図。
を示し、図12(a)は、光受信器と電界吸収型光変調
器を用いた回路の構成図、図12(b)は、光受信器と
マッハツェンダ型変調器を用いた回路の構成図。
の理論値を比較して示すグラフ。
ムの構成を示すブロック構成図。
Claims (14)
- 【請求項1】 伝送装置が光ファイバで接続された高速
光伝送システムにおいて、 前記伝送装置は、伝送路で発生した符号誤りを自動的に
検出し訂正する誤り訂正回路を具備し、 前記誤り訂正回路は、光多重/分離回路と、光分岐回路
と、光排他的論理和回路と、光論理積回路と、光否定的
論理積回路により構成されることを特徴とする伝送装置
及び光伝送システム。 - 【請求項2】 前記光排他的論理和回路および前記光論
理積回路は、複数の入力ポートを有し、 それぞれの前記ポートには前記光分岐回路と光ゲート回
路を直列に配設し、 それぞれの前記ポートの前記光ゲート回路からの出力を
光合波するカプラを有して成り、 前記光ゲート回路の制御入力には、別のポートからの光
入力信号が供給可能に接続されていることを特徴とす
る、請求項1に記載の伝送装置及び光伝送システム。 - 【請求項3】 前記光排他的論理和回路内に具備される
光ゲート回路は、 光制御信号入力により信号光を遮断する光デバイスによ
り構成されることを特徴とする、請求項2に記載の伝送
装置及び光伝送システム。 - 【請求項4】 前記光排他的論理和回路内に具備される
光ゲート回路は、 光二分岐回路と、光制御信号入力により信号光に対して
透明になる光デバイスで構成される光ゲート回路と、各
二分岐されたブランチ間の光位相をπだけずらす手段
と、分岐されたブランチを再び合波するカプラを有し、 前記光ゲート回路が片方のブランチに、前記位相を与え
る手段がもう片方のブランチに配設されることを特徴と
する、請求項2に記載の伝送装置及び光伝送システム。 - 【請求項5】 前記光排他的論理和回路及び前記光論理
積回路内に具備される光ゲート回路は、 光信号により電気信号を変換する光−電気変換回路と、
電気信号により光を変調する電気−光変調回路と、によ
って構成されることを特徴とする、請求項2に記載の伝
送装置及び光伝送システム。 - 【請求項6】 前記電気−光変調回路は、電界吸収型光
変調器であることを特徴とする、請求項5に記載の伝送
装置及び光伝送システム。 - 【請求項7】 前記電気−光変調回路は、マッハツェン
ダ干渉型変調器であることを特徴とする、請求項5に記
載の伝送装置及び光伝送システム。 - 【請求項8】 前記光論理積回路内に具備される光ゲー
ト回路は、 光制御信号入力により信号光を通過させる光−光デバイ
スにより構成されることを特徴とする、請求項2に記載
の伝送装置及び光伝送システム。 - 【請求項9】 前記光論理積回路内に具備される光ゲー
ト回路は、 光二分岐回路と、 光制御信号入力により信号光に対して遮断する光−光デ
バイスで構成される光ゲート回路と、 それぞれ二分岐されたブランチ間の光位相をπだけずら
す手段と、 分岐されたブランチを再び合波するカプラとを有し、 前記光ゲート回路が片方のブランチに、前記位相をπだ
けずらす手段がもう片方のブランチに配備されることを
特徴とする、請求項2に記載の伝送装置及び光伝送シス
テム。 - 【請求項10】 前記光否定的論理積回路は、複数の入
力ポートを有し、 それぞれの前記ポートに光分岐回路と光ゲート回路を直
列に配設し、 片方の前記ポートには、さらに光分岐回路と位相πシフ
タとカプラを有し、 それぞれの前記ポートの前記光ゲート回路出力及びカプ
ラ出力を光合波するカプラを有し、 前記光ゲート回路の制御入力に別のポートからの光入力
信号が接続され、 前記位相πシフタのある方のポートに配備される前記光
ゲート回路は、制御光に対して透明になる前記光ゲート
とし、 もう一方の前記ポートに前記光ゲートは制御光に対し信
号光を遮断する光ゲート回路として働くことを特徴とす
る、請求項1に記載の伝送装置及び光伝送システム。 - 【請求項11】 送信側および受信側にそれぞれ誤り訂
正回路を有する光伝送システムにおいて、 送信側の誤り訂正回路は、光信号の冗長ビットを送信す
る光冗長ビット送信回路を具備し、 受信側の誤り訂正回路は、光信号の冗長ビットを受信す
る光冗長ビット受信回路を具備していることを特徴とす
る伝送装置を含む光伝送システム。 - 【請求項12】 前記光冗長ビット送信回路および前記
光冗長ビット受信回路は、 光排他的論理和回路を具備していることを特徴とする、
請求項11に記載の伝送装置を含む光伝送システム。 - 【請求項13】 前記光冗長ビット生成回路は、光排他
的論理和回路から構成され、 前記光冗長ビット処理回路は、光排他的論理和回路と、
特定のパターンを認識するための光パターン認識回路と
を具備していることを特徴とする、請求項11に記載の
伝送装置を含む光伝送システム。 - 【請求項14】 前記光パターン認識回路は、光否定的
論理積回路を具備していることを特徴とする、請求項1
3に記載の伝送装置を含む光伝送システム。
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Cited By (2)
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2000
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