JP2007325095A

JP2007325095A - ディジタル伝送システムおよびディジタル伝送方法

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Publication number: JP2007325095A
Application number: JP2006154830A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kubota; 寛和久保田; Hidekazu Yamada; 英一山田; Eiji Yoshida; 英二吉田; Yoshiaki Kisaka; 由明木坂; Yutaka Miyamoto; 宮本　　裕
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】波形劣化要因の状況が高速ないし低速（長周期）で変動する伝送路どちらに対しても対応可能であり、伝送品質劣化を抑圧し、安定した通信を可能にする。
【解決手段】伝送キャリアには光を使用し、変調光を偏波スクランブルし、伝送路としては光ファイバを使用し、等化特性を予め固定して設定したトランスバーサル型等化回路を有する受信装置を用いて偏波スクランブルされた変調光を受信して復調する。また、伝送路の途中に一つないし複数の偏波スクランブル回路を挿入して変調光を偏波スクランブルすることもできる。この場合には、送信側における偏波スクランブルに代えて伝送路の途中に挿入された偏波スクランブル回路によって変調光を偏波スクランブルすることもできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディジタルデータ信号を伝送し、受信したデータ信号の波形を等化して識別再生して出力するディジタル伝送システムに関する。

近年のディジタル伝送システムの高速化に伴い、伝送路における信号品質劣化は無視できなくなっている。光伝送システムでは伝送路の損失のみならず、波長分散（ＧＶＤ）や偏波モード分散（ＰＭＤ）、さらにマルチモードファイバを用いたシステムではモード分散による波形劣化が大きな課題である。

特に、ＰＭＤの状態は時間と共に変化していくため、静的な波形補償では対応できず、伝送路の状態変化に追随して等化特性を最適化していく適応等化技術が検討されてきた。

従来、小型、かつ、低コストな解決策の１つとして、電気回路による適応波形等化技術が適用されている。代表的な等化回路として、トランスバーサル型等化回路(Finite Impulse Response filter:有限インパルス応答フィルタとも呼ばれる)と再帰型等化回路(Infinite
Impulse Response filter:無限インパルス応答フィルタとも呼ばれる)が広く通信システムに適用されている（例えば、非特許文献１参照）。これらのフィルタはアナログ信号処理で構成（アナログフィルタ）してもよく、ディジタル信号処理で構成（ディジタルフィルタ）してもよい。トランスバーサル型等化回路の回路構成を図１に示す。

トランスバーサル型等化回路は、分配回路１０によって入力信号のレプリカを複数作り、遅延回路１１によって各レプリカに異なる遅延を与え、さらに、各レプリカに乗算回路１２によって信号強度の重み付けをして加算回路１３により重ね合せて出力する。分配数（段数）、および、各レプリカの重み付け設定を変更することで、等化回路の伝達関数を変更することができ、多様な波形等化を実現可能である。受信波形を時間軸でずらして、重み付けして加算または減算を行うことにより、符号間干渉部分を抑圧し、送信波形に近い波形へ整形することができる。伝送路の状態変化が前もってわからないため、各レプリカの重み付け設定を最適条件となるように自己学習させるのが適応等化である。

また、ＰＭＤの影響を軽減する方法として、入力信号の偏波を人工的にランダム化（スクランブル）する、偏波スクランブルという方法がある。偏波スクランブルは誤り訂正（ＦＥＣ）と共に用いたときに効果があり、その効果を引き出すためには、スクランブルの速度を、ＦＥＣの誤り訂正の処理単位（サブフレーム）の中の偏波をランダム化する必要があり、このためにはマイクロ秒のオーダーのスクランブル速度が必要である。偏波スクランブルと等化回路とを併用することで相乗効果を狙うことができる（例えば、非特許文献２参照）。

Ｍ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｈ．Ｎｏｓａｋａ，Ｍ．Ｉｄａ，Ｋ．Ｋｕｒｉｓｈｉｍａ，ａｎｄＭ．Ｔｏｋｕｍｉｔｓｕ、ｐａｐｅｒＴｕＧ４，ＯＦＣ２００４、"ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰＭＤｅｑｕａｌｉｚｅｒＩＣｓｆｏｒａ４０−Ｇｂｉｔ／ｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ" Ｂ．ＷｅｄｄｉｎｇａｎｄＣ．Ｎ．Ｈａｓｌａｃｈ，ｐａｐｅｒＷＡＡＩ，ＯＦＣ２００１，"ＥｎｈａｎｃｅｄＰＭＤｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｂｙｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓｃｒａｍｂｌｉｎｇａｎｄｆｏｒｗａｒｄｅｒｒｏｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ" Ｈ．Ｂｕｌｏｗ，ｅｔａｌ．，ｐａｐｅｒＷＥ４，ＯＦＣ１９９９、"ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅＭａｘｉｍｕｍＳｐｅｅｄｏｆＰＭＤＦｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｉｎＩｎｓｔａｌｌｅｄＦｉｅｌｄＦｉｂｅｒ"

伝送路における波形劣化要因となる偏波モード分散（ＰＭＤ）は時間的に高速変動しうることが知られている。特に、ＰＭＤは光ファイバの振動などに伴い、ミリ秒オーダーの変動が発生する（非特許文献３参照）。

従来の適応等化回路は、複数の重み付け係数を伝送路条件に合せて逐次最適化を行うため、ミリ秒以下の高速変動に対しては追随できず、波形の等化特性を維持できないという課題があった。

高速変動に対処する方法として、各波形等化回路の等化特性を最適化するのではなく、等化特性の異なる複数の波形等化回路の出力信号の中から、最適な信号を後段で選択する方法があるが、一つのデータチャネルに対して複数の等化回路が必要であり、かつ、それらの出力から最適な信号を選択するための付加回路が必要となるため、回路規模の増大、構成の複雑化を招くという課題があった。

偏波スクランブルと等化回路の併用においては、等化回路は適応制御が前提であり、偏波スクランブルのスクランブル速度は等化回路が応答する速度で制限されてしまう。このため、偏波スクランブルを有効に効果させる高速なスクランブルとは両立は困難であり、そのため効果は限定的であった。

本発明は、波形劣化要因の状況が高速ないし低速（長周期）で変動する伝送路どちらに対しても対応可能であり、伝送品質劣化を抑圧し、安定した通信を可能にするディジタル伝送システムおよび方法を実現することを目的とする。

本発明は、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、高速な偏波スクランブルと波形の等化特性を固定した等化回路とを用いることで偏波スクランブルによる劣化軽減効果を最大限に引き出しつつ、等化回路による波形整形効果を利用することにある。

本発明の特徴とは、偏波スクランブルの速度をサブフレーム周期より短い数マイクロ秒（数百ｋＨｚ）以下とし、等化回路は初期設定を完了した後は一切の制御を行わないことにある。

また、この等化回路は単一の３段以上のトランスバーサル型等化回路である。

また、偏波スクランブルは送信端のみ、ないし、送信端および伝送路内の複数箇所で行うことが可能である。

すなわち、本発明は、ディジタルデータ信号を送信する送信装置と、そのディジタルデータ信号を伝送する伝送路と、そのディジタルデータ信号を受信する受信装置とを備えた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、伝送キャリアには光を使用し、前記送信装置に変調光を偏波スクランブルする偏波スクランブル回路を有し、前記伝送路としては光ファイバを使用し、前記受信装置内に等化特性を予め固定して設定したトランスバーサル型等化回路を有するところにある。

また、前記伝送路の途中に一つないし複数の偏波スクランブル回路を有する構成とすることもできる。この場合には、前記送信装置に設けられた偏波スクランブル回路に代えて前記伝送路の途中に設けられた偏波スクランブル回路を用いることができる。

また、本発明をディジタル伝送方法の観点から観ることもできる。すなわち、ディジタルデータ信号を送信する送信装置と、そのディジタルデータ信号を伝送する伝送路と、そのディジタルデータ信号を受信する受信装置とを備えたディジタル伝送システムにおいて用いられる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、伝送キャリアには光を使用し、変調光を前記送信装置で偏波スクランブルし、前記伝送路としては光ファイバを使用し、前記受信装置では、等化特性を予め固定して設定したトランスバーサル型等化回路を用いて偏波スクランブルされた前記変調光を受信して復調するところにある。

また、前記伝送路の途中に一つないし複数の偏波スクランブル回路を挿入して前記変調光を偏波スクランブルすることもできる。この場合には、前記送信装置における偏波スクランブルに代えて前記伝送路の途中に挿入された偏波スクランブル回路によって変調光を偏波スクランブルすることもできる。

本発明によれば、伝送路のＰＭＤが高速ないし低速（長周期）で変動した場合のどちらにも対応でき、従来に比べて大きなＰＭＤを持つ伝送路においても安定にディジタルデータの伝送が可能なディジタル伝送システムを実現することができる。

また、本発明によれば、初期設定を完了した後は一切の制御を行わなくて済むように構成されているため、ディジタル伝送システムの簡略化を図ることができる。

（第一実施例）
第一実施例によるディジタル伝送システムの構成を図２に示す。送信装置１は送信データであるディジタル信号を外部より受け取り、これを信号発生回路２で光信号（変調光）に変換する。データ変調には光の偏波情報を除くあらゆる情報（振幅、周波数、位相など）を使用することができる。発生した光信号は偏波スクランブル回路３によってその偏波情報をランダム化する。ランダム化する速度はＦＥＣのサブフレーム内で十分にランダムになるような速度をとる。

このような高速な偏波スクランブル回路３として、ＬＮ変調器を用いた偏波スクランブル、磁気光学効果（ＭＯ）を用いた偏波スクランブル、または、ファイバ型の偏波スクランブルなどを使用することができる。伝送路４を伝送後の光信号は、受信装置５の光−電気変換回路６によって電気信号に変換され、波形の等化特性を固定した等化回路７により波形の補正を行う。波形の等化特性は劣化要因とその量に応じて、予め設定しておく。このような等化回路７として、単一の３段以上のトランスバーサル型等化回路を使用することができる。補正後の波形を識別回路８によってディジタルデータに復元し、エラー訂正回路（図示省略）により送信データを復元する。

（第二実施例）
第二実施例によるディジタル伝送システムの構成を図３に示す。第二実施例では、第一実施例の構成に加えて、伝送路４−１、４−２、４−３の間にも偏波スクランブル回路３−１、３−２を設置することで、さらなる伝送特性の拡大を図っている。通常、この偏波スクランブル回路３−１、３−２は光中継装置と共に設置するが、単独で設置してもよい。

また、伝送路４−１〜４−３に挿入された偏波スクランブル回路３−１および３−２によって変調光の偏波スクランブルが可能なので、送信装置１内の偏波スクランブル回路３を設置しない構成とすることもできる。また、偏波スクランブル回路３−１、３−２は必ずしも全ての光中継装置に設置する必要はなく、任意の数だけ設置することができる。
（実施例の評価）
本実施例の評価を図４および図５を参照して説明する。図４に数値解析により評価した本実施例の効果を示す。図４は横軸に群遅延時間差をとり、縦軸に伝送品質をとる。信号発生回路２に振幅情報と位相情報とを使用するＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式を用い、４４Ｇｂｉｔ／ｓの信号を伝送する条件で計算し、劣化要因としてＰＭＤの指標となる群遅延時間差をとり、伝送品質が最良の条件（群遅延時間差がない場合）に比較して２ｄＢ低下する群遅延時間差を伝送限界として設定している。

本実施例のディジタル伝送システムを用いる（４）ことにより、何ら制御を行わない場合（１）と比べて約３０％、偏波スクランブルのみを行った場合（２）に比べて約２０％、固定型等化回路のみを使用した場合（３）に比べて約１０％の伝送性能拡大を図ることができる。偏波スクランブルと適応制御型等化回路を使用した場合（５）には伝送限界以内のあらゆる劣化要因量において品質劣化が最小に抑えられるが、伝送性能拡大効果は本実施例に比較して数％未満である。

図５に本実施例に使用する等化回路７の等化特性の模式図を示す。図５は横軸に劣化要因の大きさをとり、縦軸に伝送品質をとる。等化回路７は劣化要因がある大きさのときに伝送品質が最良になるようにパラメータが調整される。しかしそのパラメータは、劣化要因の量が異なる場合には最適ではなく、多くの場合には劣化要因が小さい場合に、等化回路を使用しない場合よりも伝送品質が悪くなる。適応等化を行う場合には劣化要因の量によってパラメータを動的に変化させるが、高速にかつ最適に制御することは困難である。

本実施例では、初期設定完了後パラメータを変化させない。そのため、伝送品質が最良になることにこだわらず、広い範囲の劣化要因に対して等化特性が得られるように調整を行う。トランスバーサル型等化回路の段数を多くすることで、最適化された状態での伝送品質は改善されるが、逆に劣化要因の量が調整したパラメータからずれた場合の補正効果が小さくなるため、トランスバーサル型等化回路の段数は５段以内としてよい。

以上述べたように、本実施例によれば、波形劣化要因の状況が高速ないし低速（長周期）で変動する伝送路どちらに対しても対応可能な波形等化を行うことが可能であり、伝送品質劣化を抑圧し、安定した通信を可能にするディジタル伝送システムを実現することが可能となる。

本発明によれば、伝送路のＰＭＤが高速ないし低速（長周期）で変動した場合のどちらにも対応でき、従来に比べて大きなＰＭＤを持つ伝送路においても安定にディジタルデータの伝送が可能なディジタル伝送システムを実現することができるので、ユーザに対する通信品質の向上に寄与することができる。

また、本発明によれば、初期設定を完了した後は一切の制御を行わなくて済むように構成されているため、ディジタル伝送システムの簡略化を図ることができるので、ネットワーク管理者におけるネットワークの効率的運用に寄与することができる。

トランスバーサル型等化回路の構成例を示す図。第一実施例のディジタル伝送システムの構成を示す図。第二実施例のディジタル伝送システムの構成を示す図。実施例の効果を示す図。本実施例に用いる等化回路の等化特性設定を示す図。

符号の説明

１送信装置
２信号発生回路
３、３−１、３−２偏波スクランブル回路
４、４−１、４−２、４−３伝送路
５受信装置
６光−電気変換回路
７等化回路
８識別回路
１０分配回路
１１遅延回路
１２乗算回路
１３加算回路

Claims

ディジタルデータ信号を送信する送信装置と、そのディジタルデータ信号を伝送する伝送路と、そのディジタルデータ信号を受信する受信装置とを備えたディジタル伝送システムであって、
伝送キャリアには光を使用し、
前記送信装置に変調光を偏波スクランブルする偏波スクランブル回路を有し、
前記伝送路としては光ファイバを使用し、
前記受信装置内に等化特性を予め固定して設定したトランスバーサル型等化回路を有する
ことを特徴とするディジタル伝送システム。
前記伝送路の途中に一つないし複数の偏波スクランブル回路を有する請求項１記載のディジタル伝送システム。
前記送信装置に設けられた偏波スクランブル回路に代えて前記伝送路の途中に設けられた偏波スクランブル回路を用いる請求項１または２記載のディジタル伝送システム。
ディジタルデータ信号を送信する送信装置と、そのディジタルデータ信号を伝送する伝送路と、そのディジタルデータ信号を受信する受信装置とを備えたディジタル伝送システムにおいて用いられるディジタル伝送方法であって、
伝送キャリアには光を使用し、変調光を前記送信装置で偏波スクランブルし、前記伝送路としては光ファイバを使用し、前記受信装置では、等化特性を予め固定して設定したトランスバーサル型等化回路を用いて偏波スクランブルされた前記変調光を受信して復調する
ことを特徴とするディジタル伝送方法。
前記伝送路の途中に一つないし複数の偏波スクランブル回路を挿入して前記変調光を偏波スクランブルする請求項４記載のディジタル伝送方法。
前記送信装置における偏波スクランブルに代えて前記伝送路の途中に挿入された偏波スクランブル回路によって変調光を偏波スクランブルする請求項４または５記載のディジタル伝送方法。