JP2009529834A - 高ビットレートシステム用通信フォーマット - Google Patents

Abstract

ＤＱＰＳＫのような多値レベルデータ変調フォーマットが、シンボルレートに同期した、振幅、位相及び／または偏波変調と組み合せられた、装置、システム及び方法。

Description

関連出願の説明

本出願は、２００６年３月６日に出願された米国仮特許出願第６０/７７９７００号の出願日の優先権を主張する。この出願の明細書の教示は本明細書に参照として含まれる。

本発明は情報の光通信に関し、さらに詳しくは、光ファイバ通信システムを通じる伝送能力の改善に関する。

光増幅中継器を用いる海中または大陸横断陸上光波通信システムに用いられるような、非常に長い光ファイバ通信路では、通信路の光ファイバの長さに沿って蓄積する大きな減損によって性能が低下する。単データチャネル内のこれらの減損の発生源には、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）で発生する増幅自然放出（ＡＳＥ）雑音、単一モードファイバの屈折率のファイバを通って伝搬する光の強度への依存性によって生じる非線形効果及び異なる光周波数を異なる群速度で進行させる色分散を含めることができる。また、偏波依存効果は、異なる偏波を異なる群遅延で進行させる偏波モード分散及び／または異なる偏波に異なる減衰を与える偏波依存損失のような時間で変動する減損を生じさせ得る。さらに、いくつかの光チャネルが同じファイバ上に並存し得る波長分割多重化（ＷＤＭ）システムに対しては、ファイバの非線形屈折率によって生じるチャネル間クロストークが問題となり得る。

いくつかのシステムにおいては、チャネルあたりのデータレートを高くして長距離通信システムを動作させることが有利であり得る。複数の同期デジタルハイアラーキー（ＳＤＨ）標準、例えば１０Ｇｂ/ｓ及び４０Ｇｂ/ｓ、が有用と見なされ得る。一般的に言って、システムの性能を制限する減損は（雑音で生じる）ランダムネスに関係する受信アイパターンにおける劣化及び決定論的劣化（すなわち受信ビットパターンにおける歪）の２つのタイプの劣化をおこさせ得る。第２のタイプの歪は時にシンボル間干渉またはＩＳＩと称される。ビットレートが毎秒数１０ギガビットの範囲まで高まると、受信パルスの形状に影響を与えるこれらの減損を制御すること及びＩＳＩを制限することが有用であり得る。

受信波形の歪は通信線路の構成によって、また通信パルスの形状によっても、影響を受ける。既知の長距離システムは、データビットストリームの１及び０にしたがって通信パルスがオン／オフされる、オンオフキーイング（ＯＯＫ）を用いて実施されている。オンオフキーイングは、ゼロ復帰（ＲＺ）フォーマット、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）フォーマット及びチャープゼロ復帰（ＣＲＺ）フォーマットのような、様々な既知のフォーマットで実施することができる。一般に、ＲＺフォーマットにおいては伝送される光パルスがビット期間の全体は占めず、隣接ビット間でゼロに戻るが、ＮＲＺフォーマットでは二進数の１が連続して送られる場合に光パルスは値が一定である特性を有する。ＣＲＺのようなチャープフォーマットにおいては、ビット同期正弦波位相変調が伝送されるパルスにかけられる。

位相偏移キーイング（ＰＳＫ）は当業者には既知の別の変調方法である。ＰＳＫ変調においては、１及び０が光搬送波の位相差または位相遷移によって識別される。ＰＳＫは送信器を、１を示す第１の位相にしたがい、次いで０を示す第２の位相にしたがってオンにすることによって実施することができる。差分位相偏移キーイング（ＤＰＳＫ）フォーマットにおいては、信号の光強度を一定に保つことができ、１と０は差分位相遷移によって示される。ＤＰＳＫ変調フォーマットには、ＤＰＳＫ信号にゼロ復帰振幅変調がかけられるＲＺ-ＤＰＳＫ，及びＣＲＺ-ＤＰＳＫが含まれる。

多値レベル変調フォーマットも注目されている。多値レベル変調フォーマットでは複数のデータビットを単一の伝送されるシンボル上にエンコードすることができる。そのようなフォーマットでは、スペクトル効率を高め、上述した減損に対する余裕を向上させることができる。多くの多値レベル変調フォーマットが知られている。１シンボルあたり２ビットをエンコードするに有用な多値レベル変調フォーマットの例には、直交位相偏移キーイング（ＱＰＳＫ）、情報が４つの差分位相にエンコードされる差分直交位相偏移キーイング（ＤＱＰＳＫ）及び振幅偏移キーイングと差分二進位相偏移キーイングの組合せ（ＡＳＫ-ＤＢＰＳＫ）がある。１シンボルあたり３ビットをエンコードするに有用な８シンボルレベルをもつ多値レベル変調フォーマットには、差分８レベル位相偏移キーイング（Ｄ８ＰＳＫ）及びＡＳＫ-ＤＱＰＳＫがある。直交振幅偏移キーイングと差分直交位相変調の組合せ（ＱＡＳＫ-ＤＱＰＳＫ）を用いて、１６シンボルレベル、すなわち１シンボルあたり４ビット、を提供することができる。

通信システムのビットレートを高めると、対応する通信劣化が一層顕著になり得る。上掲の減損の観点から、従来手法を用いて、４０Ｇｂ/ｓ信号を大洋横断距離にわたり十分な性能余裕をもって伝送することは困難であろう。

本開示にしたがえば、同期オーバーヘッド変調を多値レベル伝送フォーマットと組み合せて用いることによって、単チャネル及びＷＤＭのいずれに対しても、長距離高速光通信の改善された性能が得られる方法及び装置が提供される。このオーバーヘッド変調は、シンボルレートと同期している、振幅変調、位相変調及び／または偏波変調の組合せとすることができる。

例えば、１シンボルあたり２ビットを送るために差分直交位相偏移キーイング（ＤＱＰＳＫ）を用いることができる。１シンボルあたり２ビットを用いることで、ＰＭＤ及び色分散に関連する減損のような、シンボルの長さに依存するいくつかのタイプの減損を軽減することができる。高速データ信号を分波し、エンコードして、（普通には「同相」成分及び「直交」成分に対するＩ及びＱとして知られる）２つの経路上に載せることができる。Ｉ成分及びＱ成分はＤＱＰＳＫ変調器を用いて光信号を変調するために用いることができる。この基本ＤＱＰＳＫ信号上に、シンボルレートに同期しているオーバーヘッド変調を加えることができる。得られる信号は光波通信システムに通常見られる歪に対する余裕がさらに大きく、したがって優れた伝送性能を与えることができる。

すなわち、本開示の一態様にしたがえば、多値レベルデータ変調フォーマットを用いて光信号上にデータを変調して、あるシンボルレートで与えられる複数の出力シンボルのそれぞれにエンコードされた複数のデータビットを有するデータ変調信号を与えるように構成されたデータ変調器、及び、光信号の振幅、光信号の位相及び光信号の偏波からなる群から選ばれる少なくとも１つの特性のシンボルレートにおける周期変調を与えるように構成された少なくとも１つのオーバーヘッド変調器を有する、光信号を伝送するための装置が提供される。

本開示の別の態様にしたがえば、送信器、送信器に結合された光通信路及び光通信路に結合された受信器を備える通信システムが提供される。送信器は、多値レベルデータ変調フォーマットを用いて光信号上にデータを変調して、あるシンボルレートで与えられる複数の出力シンボルのそれぞれにエンコードされた複数のデータビットを有するデータ変調信号を与えるように構成されたデータ変調器、及び、光信号の振幅、光信号の位相及び光信号の偏波からなる群から選ばれる少なくとも１つの特性のシンボルレートにおける周期変調を与えるように構成された少なくとも１つのオーバーヘッド変調器を有することができる。

本開示のまた別の態様にしたがえば、光通信システム上の伝送のために光信号を変調する方法が提供され、本方法は、あるシンボルレートで与えられる複数の出力シンボルのそれぞれに複数のデータビットをエンコードするために多値レベル変調フォーマットを用いて光信号上にデータを変調する工程、及び、光信号の振幅、光信号の位相及び光信号の偏波からなる群から選ばれる少なくとも１つの特性のシンボルレートにおける周期変調をかける工程を含む。

参照される以下の詳細な説明は、同様の参照数字が同様の要素を表す添付図面とともに読まれるべきである。

全般的に、本開示にしたがうシステム及び方法は、シンボルレートに同期する、振幅変調、位相変調及び／または偏波変調と組み合された多値レベルデータ変調フォーマットを備えることができる。多値レベル変調と組み合される、振幅変調、位相変調及び／または偏波変調は本明細書において「オアーバーヘッド変調」と称される。本開示にしたがう、多値レベル変調フォーマットとシンボルレートで同期しているオーバーヘッド変調を用いれば、単チャネル光通信システム及びＷＤＭ光通信システムのいずれに対しても、長距離高速光通信において高い性能が得られる。

光ファイバ内のある中心波長をもつ光波は、時間とともに連続的に変化させ得る、振幅、位相（周波数）及び偏波状態の、３つの特性を有する。「変調フォーマット」が意味することは、その光波に与えられている情報／データにしたがってこれらの特性の１つないしさらに多くが変化させられることである。その他のパラメータが情報信号にしたがうように拘束されることはない。本明細書に用いられるように、「多値レベル変調フォーマット」は、それぞれの伝送シンボルにおいて１つより多くのデータビットのエンコードを可能にする、いずれかの変調フォーマットを指すとする。例えば、ＤＱＰＳＫは１シンボルあたり２ビットのエンコードを可能にする４シンボルレベルを提供する多値レベル変調フォーマットである。その他の多値レベル変調フォーマットには、ＱＰＳＫ，ＡＳＫ-ＤＢＰＳＫ，Ｄ８ＰＳＫ，ＡＳＫ-ＤＱＰＳＫ，ＡＱＳＫ-ＤＱＰＳＫがあるが、これらには限定されない。

本明細書で術語「シンボル」は１度に伝送される最小単位を指して用いられる。本明細書で術語「シンボルレート」は１秒毎に伝送されるシンボルの数、すなわちヘルツ（Ｈｚ）を指して用いられる。多値レベル変調フォーマットを用いてエンコードされるデータに対しては、複数のデータビットが単一シンボルにおいて同時に伝送され、この結果、ビットレートの分数になるシンボルレートが得られる。例えば、ＤＱＰＳＫ変調信号はそれぞれのシンボルに対して２ビットのデータを含み、この結果、ビットレートの１/２であるシンボルレートが得られる。

図１は本開示にしたがうＷＤＭ通信システム１００の一例示的実施形態の簡略なブロック図である。本通信システムは送信端末１０４から、１つないしさらに多くの、遠隔地におかれた受信端末１０６に光情報路１０２を通じて複数の光チャネルを伝送するためにはたらく。例示的システム１００は送信器から５０００ｋｍないしそれ以上の距離にある受信器にチャネルを伝送するために構成された長距離海中システムとすることができる。例示的実施形態は光システムに関して説明され、長距離光ＷＤＭシステムに関して有用であるが、本明細書に論じられる広汎な概念は別のタイプの信号を送信及び受信する別の通信システムにおいて実施することができる。

当業者であれば、システム１００が説明を容易にするために極めて簡略化された２局間システムとして表されていることを認めるであろう。例えば、送信端末１０４及び受信端末１０６はいずれも、もちろん、トランシーバとして構成することができ、よってそれぞれを送信機能及び受信機能のいずれをも果たすように構成することができる。しかし、説明を容易にするため、端末は本明細書においては送信機能または受信機能だけに関して表され、説明される。本開示にしたがうシステム及び方法を広範なネットワークコンポーネント及びネットワーク構成に組み込み得ることは当然である。本明細書に図示される例示的実施形態は、限定としてではなく、単に説明として提供される。

図示される例示的実施形態において、複数の送信器ＴＸ１,ＴＸ２,...,ＴＸＮのそれぞれは、随伴入力ポート１０８-１,１０８-２,...,１０８-Ｎ上でデータ信号を受け取り、随伴波長λ_１,λ_２,...,λ_Ｎ上でデータ信号を送信する。送信器ＴＸ１,ＴＸ２,...,ＴＸＮの内の１つないしさらに多くを、多値レベル変調フォーマットを用い、シンボルレートにおける同期オーバーヘッド変調を用いて、随伴波長上でデータを変調するように構成することができる。送信器は、もちろん、説明を容易にするために極めて簡略化された形態で示される。当業者であれば、それぞれの送信器がそれぞれの随伴波長においてデータ信号を所望の振幅及び変調で送信するために構成された電気コンポーネント及び光コンポーネントを有し得ることを認めるであろう。

送信波長または送信チャネルはそれぞれ、複数の接続路１１０-１,１１０-２,...,１１０-Ｎ上を搬送される。データチャネルはマルチプレクサまたは合波器１１２によって合波されて光路１０２上の集約信号にされる。光情報チャネル１０２は、光導波路ファイバ、光増幅器、光フィルタ、分散補償モジュール、並びにその他の能動コンポーネント及び受動コンポーネントを有することができる。

集約信号は、１つないしさらに多くの、遠隔地受信端末１０６で受信することができる。デマルチプレクサ１１４が、波長λ_１,λ_２,...,λ_Ｎで伝送されたチャネルを随伴受信器ＲＸ１,ＲＸ２,...,ＲＸＮに結合された随伴接続路１１６-１,１１６-２,...,１１６-Ｎ上に分離する。受信器ＲＸ１,ＲＸ２,...,ＲＸＮの内の１つないしさらに多くを、伝送された信号を復調し、随伴出力路１１８-１,１１８-２,１１８-３,...,１１６-Ｎ上に随伴出力データ信号を与えるように構成することができる。

図２は本開示にしたがう一例示的送信器２５０の簡略化したブロック図である。図示される例示実施形態は特定の多値レベル変調フォーマット、すなわちＤＱＰＳＫを含み、シンボルレートにおける同期オーバーヘッド変調を与えるための変調器の配置を有するが、本明細書に説明される例示的実施形態が、限定としてではなく、例証として提示されていることは当然である。本開示にしたがうシステムは、いずれの多値レベル変調フォーマット及び／またはオーバーヘッド変調構成を用いても実施できる。

図示される例示的実施形態２５０は、連続波（ＣＷ）光信号２０１を生成するためのレーザ２００を有する。光信号は、多値レベルデータ変調フォーマットを用いて光信号２０１上にデータ信号をエンコードするためのデータ変調器に結合させることができる。図示される実施形態において、例えば、光信号２０１はよく知られた態様で信号に情報を載せるためにＤＱＰＳＫ変調フォーマットにしたがって信号を変調するＤＱＰＳＫデータ変調器２０２に結合され、変調光情報信号２０３が生成される。ＤＱＰＳＫ変調フォーマットを用いれば、変調光情報信号２０３は１シンボルあたり２データビットを有することができる。

データ変調器２０２は、光信号２０１に載せられるべきデータを、ショートリーチ光信号とすることができる入力データ源２０４から受け取ることができる。入力データ源から受け取られたデータは、変調器２０２によって与えられる多値レベルデータ変調フォーマットとは異なる、変調フォーマットを用いて変調することができる。光信号２０４は光受信器２０５において電気信号に変換することができる。光受信器２０５はデマルチプレクサ２０８に電気データ信号２０６及びクロック信号２０７を供給することができる。デマルチプレクサ２０８は、例えば、２本の線路２０９（Ｄ１）及び２１０（Ｄ２）上にビットデインターリーブ信号を供給することができ、クロック信号２０７のレートの１/２のレートの第２のクロック信号２１１（Ｃｌｋ/２）を供給することができる。ここで、２つのデータ信号２０９及び２１０は既知のＤＱＰＳＫエンコーダ回路２１２を用いてエンコードすることができ、エンコードされた信号はＩ線路２１３上及びＱ線路２１４上に出力させることができ、この出力はＤＱＰＳＫ変調器２０２を駆動することができる。

得られたＤＱＰＳＫ信号２０３はさらに、シンボルレートで同期して駆動される１つないしさらに多くのオーバーヘッド変調段を経ることができる。図示される例示的実施形態において、シンボルレートはクロックレートの１/２，すなわちＣｌｋ/２である。オーバーヘッド変調段には、振幅変調器２１５，位相変調器２１６及び／または偏波変調器２１７を含めることができ、これにより（シンボルレートで）同期変調されたＤＱＰＳＫ信号２１８を得ることができる。（１つまたは複数の）変調段は、シンボルレートクロック信号２１１（Ｃｌｋ/２）がそれぞれに随伴する遅延調節及び振幅調節を受けた後のシンボルレートクロック信号によって駆動することができる。例えば、振幅変調器２１５を駆動するクロック信号は初めに遅延素子２１９を通り、次いで振幅調節素子２２０を通ることができる。位相変調器２１６を駆動するクロック信号は初めに遅延素子２２１を通り、次いで振幅調節素子２２２を通ることができる。偏波変調器２１７を駆動するクロック信号は初めに遅延素子２２３を通り、次いで振幅調節素子２２４を通ることができる。

例示的な、シンボルレートクロック２１１が振幅変調器２１５を駆動する態様は、振幅変調器が作用する光信号２０３の電場成分を考察することによって説明することができる。ｘ-ｙ座標において、これらの成分は式（１）：

及び式（２）：

と表すことができる。ここで、ωは光搬送波周波数、Ａ_ｘ（ｔ）及びＡ_ｙ（ｔ）はいかなる強度変調も含み得るであろう実数電場振幅、また、φ_ｘ（ｔ）及びφ_ｙ（ｔ）は光位相成分であって、変調器２０２及び存在するかもしれないその他いずれかの光位相変調によってかけられるデータ変調を含む。

振幅変調器２１５は、周期的であり、クロック信号２１１に等しく、クロック信号２１１に位相ロックされた、基本周波数成分を有する、関数Ｆ（ｔ）で実数振幅Ａ_ｘ（ｔ）及びＡ_ｙ（ｔ）だけを変えることによって、光信号を変調することができる。変調器２１５は、信号２０３の強度にＩ（ｔ）が乗じられるような、振幅変調をさらにかけることができる。

ここで、周期関数Ｆ（ｔ）は[＋１,−１]に限定された範囲内にあるように規格化されているとする。Ｉ（ｔ）は式（３）：

で与えることができ、式（３）のＢは式（４）：

で与えられる。ここで、Ａ_ａｍは変調器２１５によって信号２０３にかけられた振幅変調の深さ（％）、Ψ_ａｍはデータ変調に対する変調の位相角である。

したがって、Ｉ（ｔ）は、周期関数Ｆ（ｔ）の、最大値が１であり、最小値がＢであって、Ψ_ａｍだけ時間がオフセットされた、スケール変換形とすることができる。ＡＭ（振幅変調）レベルは振幅調節素子２２０によって設定することができ、オフセットΨ_ａｍは可変遅延素子２１９によって調節される。振幅変調器２１５からでる信号２２５は、式（５）：

及び式（６）：

で与えられる電場成分によって表すことができる。

重畳変調の表式は、上記説明に適合するいずれかの周期関数による一般形で与えられる。しかし、正弦波変調が特に有用であり得る。また、技術上よく知られているように、振幅変調器２１５を駆動する電気信号は、シンボルレートの１/２の周波数をもつ正弦波信号とし、（振幅変調器２１５がマッハ−ツェンダー干渉計タイプの変調器であるとすれば）２倍の電圧で駆動することができる。

位相変調器２１６及び偏波変調器２１７が信号に作用する態様は、振幅変調器２１５の態様と同様とすることができる。これらのコンポーネントは式（５）及び（６）に関して説明したような態様で、さらに位相項を含めて、作用することができる。例えば変調器２１６及び２１７によってかけられるシンボルレート同期変調は正弦波変調とすることができる。変調段２１６及び２１７は、振幅は変えずに、信号２０１の光位相を変えることができる。この場合、光信号にかけられる位相変調は、偏波変調器２１７にともなう位相Ψ_２及び光位相変調器２１６にともなう位相Ψ_１の、２つの個別で独立な位相を含むことができる。すなわち、偏波変調器２１７から出力される光信号２１８の位相角φ_ｘ及びφ_ｙは、式（７）：

及び（８）：

で表すことができる。ここで、ａ_ｘ及びａ_ｙは偏波変調器の位相変調指数、ｂは光位相変調器の位相変調指数、Ψ_１及びΨ_２はそれぞれ遅延素子２２１及び２２３で設定される位相オフセット、Ωはクロック２１１で設定されるビットレートである。

式（７）及び（８）が示すように、光位相変調器２１６は光信号のｘ成分及びｙ成分のいずれにも同じ位相変調をかけることができる。したがって、光位相変調器２１６は信号２０３の光位相を、その偏波は変調することなく、変調することができる。光位相変調器２１６が偏波を変調しない理由は、光信号の偏波変調が位相φ_ｘとφ_ｙの差に比例し、光位相変調器２１６はφ_ｘ及びφ_ｙを等量だけ変調するから、φ_ｘとφ_ｙの差は光位相変調器２１６によって影響されないことであろう。原理的に、（ａ_ｘ ^２＋ａ_ｙ ^２）の値を一定に維持し、相対位相差φ_ｘ−φ_ｙを０と２πの間で変えながら、比ａ_ｘ/ａ_ｙを変えることにより、これらの電場成分を有する単色光の全ての可能な偏波状態（ＳＯＰ）を得ることができる。しかし、偏波変調器２１７は、変調サイクルにわたるその平均値が小さい「偏波度」（ＤＯＰ）を与えるに十分な、位相φ_ｘとφ_ｙの差だけを変えることによって光信号のＳＯＰを変調するようにはたらくことができる。

したがって、出力信号２１８は実質的にゼロに等しくすることができる偏波度を有することができ、スクランブル偏波と称される。偏波変調器２１７はポアンカレ球の完全な大円上で光情報信号２１８のＳＯＰをトレースするようにはたらくことができる。あるいは、光信号のＳＯＰはポアンカレ球に沿って往復することができる。いずれの場合にも、それぞれの変調サイクルにわたるＳＯＰの平均値は値１よりかなり小さくすることができる。

当業者であれば、図２に示される様々な変調器の機能が例示を目的としているに過ぎず、２つないしさらに多くの変調器が単一の機能ユニットとして実現され得ることを認めるであろう。例えば、データ変調器２０２は、データ信号２１３及び２１４に適切な電気駆動信号を供給させることによって振幅変調器２１５としても機能することができる。さらに、位相変調器２１６の機能と偏波変調器２１７の機能は、米国特許第５５２６１６２号明細書の図３に示される態様と同様の態様で複合することができる。この特許明細書の教示は本明細書に参照として含まれる。

当業者であれば、変調器をいかなる順序でも備え得ることを認めるであろう。例えば、図２Ａに示されるように、データ変調の前にオーバーヘッド変調をかけることができる。すなわち、（１つまたは複数の）オーバーヘッド変調器の出力にデータ変調器を結合することができ、あるいはオーバーヘッド変調の一部をデータ変調の前にかけ、オーバーヘッド変調の別の部分をデータ変調の後にかけることができる。また、説明したデータ変調器の内の１つまたは２つしか用いないことも有用であり得る。例えば、いくつかの用途では、偏波変調が必要とされず、素子２１７，２２４及び２２３を省くことができるであろう。また、オーバーヘッド変調は、例えばレーザの直接変調により、電気波形によっておこさせることができる。本明細書に用いられるような表現「通信する」または「結合された」は、１つのシステム素子によって搬送される信号が「通信する」素子または「結合された」素子にそれによって与えられる、いずれかの接続、結合、リンク等を差す。そのような「通信する」素子または「結合された」素子は相互に直接に接続される必要はなく、中間の光コンポーネントまたは光素子を介することができる。

図３は、ＣＲＺ-ＤＱＰＳＫ波形（すなわち、偏波変調なしの、同期振幅及び位相変調波形）を送信するように構成された、本発明にしたがう送信器にともなう一連の例示的波形を示す。例えば、データパターン３０１は、送信器２５０で与えられる多値レベル変調フォーマットとは異なる、代表的な「ショートリーチ」フォーマットにしたがって変調された信号２０４上の出力データを表す。波形３０１のデータビットは本開示にしたがう送信器へのビットレートＢ（または、等価的にビット時間Ｔ＝１/Ｂ）での入力に見ることができる。パターン３０１のこの入力データストリームは、例えば、４０Ｇｂ/ｓのビットレートで動作でき、このビットレートではビット時間がＴ〜２５ｐｓになるであろう。波形３０２及び３０３は図２の計測点２２５における信号の例示的な振幅及び位相を示す。振幅特性３０２は、シンボル時間Ｓの約４０％を占めるパルスを示す。これらのパルスは、振幅変調係数（変調深さ）が１００％の、振幅変調器２１５で形成された。本図において、シンボル時間Ｓは入力データのビット時間の２倍（２Ｔ）であるとして示される。

システムのＢＥＲを改善するため、本開示にしたがうシステムの１つないしさらに多くの送信器は変調データに前方エラー訂正（ＦＥＣ）コーディングを施すためのエンコーダを有することができる。当業者には知られているように、ＦＥＣコーディングは、本質的に、それについて先に知られている情報がないデータエラーの検出及び訂正に適するコードのデータストリームへの組入れを含む。エラー訂正コードはあるデータストリームに対して生成（すなわちエンコード）され、受信器に送られる。受信器はエラー訂正コードを復号するためのＦＥＣデコーダを有することができ、受信したデータストリーム内のいかなるエラーも訂正するためにそのコードを用いる（すなわちデコードする）。

数多くのエラー訂正コードが知られており、それぞれが、どのようにコードが生成されるかに関し、したがってどのようにコードがはたらくかに関する、様々な特性をもつ。これらのいくつかの例は、線形ハミングコード及び巡回ハミングコード、巡回ボーズ（Bose）-ショウドゥリ（Chaudhuru）-ホッケンゲム（Hocquenghem）（ＢＣＨ）コード、コンボリューション（ヴィテルビ（Viterbi））コード、巡回ゴレイ（Golay）−ファイア（Fire）コード、及び、ターボコンボリューションコード及び乗積コード（ＴＣＣ，ＴＰＣ）のような、より新しいいくつかのコードである。様々なエラー訂正コードを実施するためのハードウエア及びソフトウエアの構成が当業者に知られている。本開示にしたがうシステムにおいて、例えば、７％のＦＥＣオーバーヘッドが用いられれば、実シンボルレートが７％高まり、対応するシンボル期間が７％減じるであろう。

波形３０３は計測点２２５における信号の光位相を示す。ここでは、ＲＺ-ＤＱＰＳＫ信号がπ/２ラジアンずつ隔てられた４つの値／レベル（すなわち、０,π/２,π,３π/２）の内の１つをとる。波形３０４は図２の計測点２２６における光信号を示す。波形３０３と３０４の違いは、位相変調器２１６でかけられた正弦波位相変調である。波形３０４は、ピーク−ピーク位相変調が１ラジアンの正弦波位相変調を示す。参照数字３０４で示される信号の位相はシンボル時間にかけて値が一定ではないが、連続するビット間の位相差は一定である。したがって、差分位相復調器はこのままでいかなる「背中合せ」劣化の対価も払わずに信号を復調することができる。このことは、名称を「光通信システムの改善された性能のための同期振幅変調（Synchronous amplitude modulation for improved performance of optical transmission system）」とする、ニール・エス・バーガノ（Neal S. Bergano）の米国特許出願公開第２００４/０１６１２４５号明細書に説明されている。この明細書の教示は完全に本明細書に参照として含まれる。

図４は、本開示にしたがうシステムが光通信システムの非線形余裕を改善できることの例示的な実験的検証を示す。振幅変調器２１５，位相変調器２１６及び／または偏波変調器２１７によって変調をさらにかけることに対する動機は、光データ通信システムにおける伝送性能を改善することである。図４は、図２に示される例示的送信器を用いることで可能になる３つの相異なる変調フォーマットについて集められたデータを示す。

この実験では、チャネル間隔が１３３ＧＨｚの、２８のＷＤＭチャネルを４２.７Ｇｂ/ｓのビットレートで送信した。２つの２１.４Ｇｂ/ｓのプリコーデッド２^１５−１疑似ランダムビットストリームでＤＱＰＳＫ変調器を駆動した。隣接するチャネルをランダム偏極（ＰＲＺ）または直交偏極（ＣＲＺ）させて、反転及び遅延データパターンで変調した。

前分散補償の後、ＷＤＭ信号を６５５０ｋｍの伝送距離の巡回ループ試験台に送り込んだ。１２の単段Ｃ帯ＥＤＦＡ，９つの４５ｋｍ勾配整合スパン及び２つの３０ｋｍ補償スパンで４６８ｋｍループ試験台を構成した。６５５０ｋｍの伝送距離になる、４６８ｋｍループ試験台の１４回通過に対してデータを集めた。勾配整合スパンは、２７ｋｍの大実効面積ファイバ（１００μｍ^２，＋２０ｐｓ/ｎｍ/ｋｍ）及び、これに続く、１８ｋｍの逆分散ファイバ（３０μｍ^２，−４０ｐｓ/ｎｍ/ｋｍ）で構成した。残留分散勾配の測定値は２ｆｓ/ｎｍ^２/ｋｍであり、（ファイバ、ＥＤＦＡ及び全コンポーネントを含む）試験台のＰＭＤ測定値は０.０５６ｐｓ/ｋｍ^１/２であった。

受信器において、後分散補償の後に、測定したチャネルをフィルタリングし、２１.４ＧＨｚマッハ−ツェンダー遅延干渉計を用いて復調した。２つの光出力を平衡受信器に送った。

従前の研究では、非線形余裕を改善するためにスペクトル効率を犠牲にして同期変調を用い得ることが示されていた（ニール・エス・バーガノ等，Electronics Letters，１９９６年，第３２巻、第１号、ｐｐ.５２〜５４）。ＤＱＰＳＫの光スペクトルはＤＢＰＳＫの約１/２であるから、同期変調に十分なスペクトル空間（同じスペクトル効率）を利用することができる。

図４は、６５５０ｋｍ伝送後の、ＰＲＺ-ＤＱＰＳＫフォーマット、ＣＲＺ-ＤＱＰＳＫフォーマット及びＲＺ-ＤＱＰＳＫフォーマットについての性能を示す。同期偏波（ＰＲＺ）変調フォーマット及び同期位相（ＣＲＺ）変調フォーマットはいずれも、光スペクトル密度がより低いことにより、ＲＺ-ＤＱＰＳＫ単独よりも優れた非線形余裕を示した。ＰＲＺ-ＤＱＰＳＫもそれぞれのビット内での高速偏波変化から利益を得ることができる。ＲＺ-ＤＱＰＳＫフォーマットに比較して、チャネルパワー余裕は−1．５ｄＢ高められ、性能が１ｄＢ改善された。

図５は、振幅変調レベル／深さが様々な、本開示にしたがう例示的システムの出力における振幅「アイダイヤグラム」を示す。振幅変調器の変調係数及び位相変調器の変調指数はいずれも（例えば、それぞれ振幅変調手段２２０，２２２を用いて）調節可能であり、特定のシステム構成の伝送特性を最適化するために用い得るであろう。例えば、アイダイヤグラム５０１〜５０６は、０％（すなわち無同期振幅変調）から、２０％，４０％，６０％，８０％及び１００％まで変化する変調深さに対応する。いくつかの用途においては光帯域幅を犠牲にしてもパルス幅を狭くすることが有利であり得ようが、別の用途では訂正技術のトレードオフのために逆になるであろう。同様の態様において、いくつかの用途では変調器２１６において大きな位相変調指数を用いることが有利であり得ようが、別の用途では訂正技術のトレードオフのために逆になるであろう。

図６は、データシンボルと同期振幅変調の間の（例えば、可変遅延手段２１９を用いる）遅延設定が様々な、本開示にしたがうシステムの出力における振幅「アイダイヤグラム」を示す。図６の全アイダイヤグラムは６０％のＡＭ（振幅変調）係数について示されている。したがって、０°のタイミングオフセット及び６０％のＡＭ係数について計算されたアイダイヤグラム６０１は、アイダイヤグラム５０４と同様である。アイダイヤグラム６０２及び６０３はそれぞれ−１５°及び−３０°について計算され、アイダイヤグラム６０４及び６０５はそれぞれ＋１５°及び＋３０°について計算されている。この調節可能な「スキュー」を用いて伝送性能を改善することができるであろう。

デバイス及び遅延の同様の最適化は位相変調区画及び偏波変調区画にも適する。位相変調とともに用いられるときには振幅変調器に対する最適変調係数が変わり得るから、最適性能を達成するためには、３つの同期変調の全てを合せて最適化することができる。受信光フィルタも選ばれた変調フォーマットに最適に選ぶことができる。

本開示に説明される実施形態、ただし本開示にしたがうシステムまたは方法を利用するいくつかの実施形態は、限定としてではなく、説明として、本明細書に述べられる。当業者には容易に明らかになるであろう多くのその他の実施形態が、本開示の精神及び範囲を実質的に逸脱せずになされ得る。

本開示にしたがうシステムの一例示的実施形態の簡略化したブロック図を示す 図２は、本開示にしたがう送信器の一例示的実施形態の簡略化したブロック図を示す 図２Ａは、本開示にしたがう送信器の別の例示的実施形態の簡略化したブロック図を示す 本開示にしたがう送信器の一例示的実施形態にともなう波形を示す 本開示にしたがう一実施形態の伝送性能を示すＱ値対パワーのグラフを含む シンボルレート同期ＡＭ変調量が変動している、本開示にしたがう一実施形態の振幅特性についてのアイダイヤグラムを示す データとシンボルレート同期ＡＭ変調の間の相対タイミング偏移量が変動している、本開示にしたがう一実施形態の振幅特性についてのアイダイヤグラムを示す

符号の説明

１００ ＷＤＭ通信システム
１０２ 光情報路
１０４ 送信端末
１０６ 受信端末
１０８ 入力ポート
１１０，１１６ 接続路
１１２ マルチプレクサ
１１４ デマルチプレクサ
１１８ 出力路

Claims (27)

1. 光信号を送信するための装置において、
   多値レベルデータ変調フォーマットを用いて光信号上でデータを変調して、あるシンボルレートで与えられる複数の出力シンボルのそれぞれにエンコードされた前記データの複数のビットを有するデータ変調信号を与えるように構成されたデータ変調器、及び
   前記光信号の振幅、前記光信号の位相及び前記光信号の偏波からなる群から選ばれる少なくとも１つの特性の前記シンボルレートにおいて周期変調をかけるように構成された少なくとも１つのオーバーヘッド変調器、
   を有することを特徴とする装置。
2. 前記シンボルレートにおける前記周期変調が、前記光信号の前記振幅、前記光信号の前記位相及び前記光信号の前記偏波からなる群から選ばれる少なくとも２つの特性の周期変調を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記シンボルレートにおける前記周期変調が、前記光信号の前記振幅、前記光信号の前記位相及び前記光信号の前記偏波のそれぞれの周期変調を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記装置が前記周期変調のレベルを選択的に変えるための少なくとも１つの振幅調節機構をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記装置が前記出力シンボルに対する前記周期変調のタイミングを選択的に変えるための少なくとも１つの可変遅延節機構をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記多値レベルデータ変調フォーマットが差分直交位相偏移キーイング（ＤＱＰＳＫ）変調フォーマットであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記多値レベルデータ変調フォーマットが直交位相偏移キーイング（ＱＰＳＫ）変調フォーマットであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記データ変調信号が前方エラー訂正（ＦＥＣ）コーディングを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記シンボルレートにおける前記周期変調が、前記データ変調器に結合されたクロックによって確立されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記少なくとも１つのオーバーヘッド変調器が前記データ変調器の出力に結合されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記データ変調器が前記少なくとも１つのオーバーヘッド変調器の出力に結合されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 前記データが、前記多値レベルデータ変調フォーマットとは異なる変調フォーマットで前記装置に受け取られることを特徴とする請求項１に記載の装置。
13. 通信システムにおいて、
    送信器であって、
    多値レベルデータ変調フォーマットを用いて光信号上でデータを変調して、あるシンボルレートで与えられる複数の出力シンボルのそれぞれにエンコードされた前記データの複数のビットを有するデータ変調信号を与えるように構成されたデータ変調器、及び
    前記光信号の振幅、前記光信号の位相及び前記光信号の偏波からなる群から選ばれる少なくとも１つの特性の前記シンボルレートにおける周期変調をかけるように構成された少なくとも１つのオーバーヘッド変調器、
    を有する送信器、
    前記送信器に結合された光通信路、及び
    前記光通信路に結合された受信器、
    を備えることを特徴とするシステム。
14. 前記シンボルレートにおける前記周期変調が、前記光信号の前記振幅、前記光信号の前記位相及び／または前記光信号の前記偏波からなる群から選ばれる少なくとも２つの特性の周期変調を含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
15. 前記シンボルレートにおける前記周期変調が、前記光信号の前記振幅、前記光信号の前記位相及び前記光信号の前記偏波のそれぞれの周期変調を含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
16. 前記送信器が、前記周期変調のレベルを選択的に変えるための少なくとも１つの振幅調節機構をさらに有することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
17. 前記送信器が、前記出力シンボルに対する前記周期変調のタイミングを選択的に変えるための少なくとも１つの可変遅延節機構をさらに有することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
18. 前記多値レベルデータ変調フォーマットが差分直交位相偏移キーイング（ＤＱＰＳＫ）変調フォーマットであることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
19. 前記多値レベルデータ変調フォーマットが直交位相偏移キーイング（ＱＰＳＫ）変調フォーマットであることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
20. 前記データ変調信号が前方エラー訂正（ＦＥＣ）コーディングを含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
21. 前記シンボルレートにおける前記周期変調が、前記データ変調器に結合されたクロックによって確立されることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
22. 前記少なくとも１つのオーバーヘッド変調器が、前記データ変調器の出力に結合されることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
23. 前記データ変調器が前記少なくとも１つのオーバーヘッド変調器の出力に結合されることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
24. 前記データが前記多値レベルデータ変調フォーマットとは異なる変調フォーマットで前記送信器に受け取られることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
25. 光通信システム上での伝送のために光信号を変調する方法において、前記方法が、
    前記光信号上にデータを、あるシンボルレートで与えられる複数の出力シンボルのそれぞれにおいて前記データの複数のビットをエンコードするために、多値レベルデータ変調フォーマットを用いて、変調する工程、及び
    前記光信号の振幅、前記光信号の位相及び前記光信号の偏波からなる群から選ばれる少なくとも１つの特性の前記シンボルレートにおける周期変調をかける工程、
    を含むことを特徴とする方法。
26. 前記方法が前記シンボルレートにおける前記周期変調のレベルを選択的に調節する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 前記方法が前記出力シンボルに対する前記出力信号の前記振幅の前記周期変調のタイミングを選択的に変える工程をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。

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