JP2011077686A - 多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の変調方式に対応する光受信回路を容易に実現し、低消費電力で高速な多値変調光送受信装置および方法を得る。
【解決手段】ディジタル信号処理光トランシーバ（２０）は、通信路からの光受信信号を、Ｘ偏波成分のＩチャネルとＱチャネル、Ｙ偏波成分のＩチャネルとＱチャネルの計４チャネルに分離する受信フロントエンド（３０）と、４チャネルの信号に対して信号点判定を行い、信号点が２点しか存在しない場合には変調方式が２相位相変調であると判断し、Ｘ偏波のＩチャネル成分とＹ偏波のＩチャネル成分の２チャネルを選択して信号処理を施し、信号点が４点存在する場合には変調方式が４相位相変調であると判断し、Ｘ偏波、Ｙ偏波それぞれのＩチャネル成分とＱチャネル成分の４チャネルを選択して信号処理を施すディジタル信号処理部（５０）とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信システムなどのディジタル通信装置に適用される多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法に関するものである。

情報データおよびオーバヘッドを含むデータフレームに誤り訂正（ＦＥＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）符号を付加して構成されたＦＥＣフレームを光信号として送受信する従来の多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法に適用される光変調方式としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Ｏｎ Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ（ＯＯＫ）
２相位相変調（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ） ４相位相変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）
差動４相位相変調（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＱＰＳＫ：ＤＱＰＳＫ）

また、それぞれの光変調方式に対して、偏波直交多重を行うことで、より高ビットレートなデータを通信することが可能である（例えば、非特許文献１、２参照）。

ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｇ．７０９ ＯＩＦ−ＶＳＲ５−０１．０

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来の多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法において、複数の変調方式の使用に対応する場合には、それぞれの変調方式に適合する回路が必要であった。このため、高速な多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法を得るためには、回路構成が複雑となり、消費電力も増大してしまうといった問題があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、複数の変調方式に適合する光受信回路を容易に実現し、低消費電力で高速な多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法を得ることを目的とする。

本発明に係る多値変調光送受信装置は、フレーマとディジタル信号処理光トランシーバとを有し、情報データおよびオーバヘッドを含むデータフレームに誤り訂正符号を付加して構成されたＦＥＣフレームを光信号として送受信する光伝送装置に用いられる多値変調光送受信装置であって、ディジタル信号処理光トランシーバは、通信路からの光受信信号を、Ｘ偏波成分のＩチャネルとＱチャネル、Ｙ偏波成分のＩチャネルとＱチャネルの計４チャネルに分離する受信フロントエンドと、受信フロントエンドから受信した４チャネルの信号に対して信号点判定を行い、信号点が２点しか存在しない場合には変調方式が２相位相変調であると判断し、Ｘ偏波のＩチャネル成分とＹ偏波のＩチャネル成分の２チャネルを選択して信号処理を施すことで受信信号を生成し、信号点が４点存在する場合には変調方式が４相位相変調であると判断し、Ｘ偏波、Ｙ偏波それぞれのＩチャネル成分とＱチャネル成分の４チャネルを選択して信号処理を施すことで受信信号を生成するディジタル信号処理部とを有するものである。

また、本発明に係る多値変調光送受信方法は、フレーマとディジタル信号処理光トランシーバとを有し、情報データおよびオーバヘッドを含むデータフレームに誤り訂正符号を付加して構成されたＦＥＣフレームを光信号として送受信する光伝送装置に用いられる多値変調光送受信方法であって、通信路からの光受信信号を、Ｘ偏波成分のＩチャネルとＱチャネル、Ｙ偏波成分のＩチャネルとＱチャネルの計４チャネルに分離し、分離した４チャネルの信号に対して信号点判定を行い、信号点が２点しか存在しない場合には変調方式が２相位相変調であると判断し、Ｘ偏波のＩチャネル成分とＹ偏波のＩチャネル成分の２チャネルを選択して信号処理を施すことで受信信号を生成し、信号点が４点存在する場合には変調方式が４相位相変調であると判断し、Ｘ偏波、Ｙ偏波それぞれのＩチャネル成分とＱチャネル成分の４チャネルを選択して信号処理を施すことで受信信号を生成するものである。

本発明に係る多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法によれば、受信フロントエンドでは、多値変調の方式や偏波多重の有無に関わらず、その構成を同一とし、後段でのディジタル信号処理部での信号処理のみを異なる構成とし、後段の回路の入力部に１：２ＤＥＭＵＸなどの簡単な回路を追加することで、あらゆる変調方式に対応することを可能とすることにより、複数の変調方式に対応する光受信回路を容易に実現し、低消費電力で高速な多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る誤り訂正を用いたディジタル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詳細を示す構成図である。 本発明の実施の形態２における光伝送装置の詳細を示す構成図である。

以下、本発明の多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る誤り訂正（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）を用いたディジタル通信システムを示す構成図である。以下の説明においては、このようなディジタル通信システムのことを、単に「光通信システム」と称す。図１における光通信システムは、２つの光伝送装置１ａ、１ｂ、および通信路２で構成されている。

図２は、本発明の実施の形態１における光伝送装置１ａ、１ｂの詳細を示す構成図である。図２における光伝送装置１ａ（１ｂ）は、ＯＴＵｋ（ｋ＝０，１，２，３，４・・・）（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ―ｋ）フレーマ１０およびディジタル信号処理光トランシーバ２０を備えている。そして、ＯＴＵｋフレーマ１０は、ＯＴＵｋフレーム生成１１およびマルチレーン分配１２を備えた送信部と、マルチレーン同期１３およびＯＴＵｋフレーム終端１４を備えた受信部とで構成されている。ここで、ＯＴＵｋフレーム生成１１は、硬判定ＦＥＣエンコーダ１１ａを有しており、ＯＴＵｋフレーム終端１４は、硬判定ＦＥＣデコーダ１４ａを有している。

一方、ディジタル信号処理光トランシーバ２０は、マルチレーン同期２１、軟判定ＦＥＣエンコーダ２２、マルチレーン分配２３、プリコーダ２４、多重化２５、Ｄ／Ａ変換２６、およびＥ／Ｏ変換２７を備えた光送信部と、受信フロントエンド３０、Ａ／Ｄ変換４０、およびディジタル信号処理部５０を備えた光受信部とで構成されている。

ここで、受信フロントエンド３０は、偏波ビームスプリッタ３１（ＰＢＳ３１）、ローカルオシレータ３２（ＬＯ３２）、偏波ビームスプリッタ３３（ＰＢＳ３３）、９０°光ハイブリッド３４、Ｏ／Ｅ変換３５、およびＡＭＰ３６を備えている。また、ディジタル信号処理部５０は、多重分離＆適応等化フィルタ５１、１：２ＤＥＭＵＸ５２ａ、５２ｂ、セレクタ５３ａ、５３ｂ（ＳＥＬ５３ａ、５３ｂ）、マルチレーン同期５４、軟判定ＦＥＣデコーダ５５、およびマルチレーン分配５６を備えている。

次に、図２に示す光伝送装置１ａ（１ｂ）の動作について説明する。まず始めに、ＯＴＵｋフレーマ１０の動作について説明する。ＯＴＵｋフレーム生成１１は、硬判定ＦＥＣエンコーダ１１ａを有しており、クライアント送信信号をデータフレームとしてのＯＴＵｋフレームにマッピングし、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を生成し、マルチレーン分配１２へ出力する。

マルチレーン分配１２は、ＯＴＵｋフレーム生成１１で生成されたＯＴＵｋフレームを複数のレーンに分配して、ＳＦＩ（Ｓｅｒｄｅｓ Ｆｒａｍｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）送信信号をディジタル信号処理光トランシーバ２０へ出力する。

一方、マルチレーン同期１３は、ディジタル信号処理光トランシーバ２０からのＳＦＩ受信信号に対して複数レーン間の同期をとって、ＯＴＵｋフレームをＯＴＵｋフレーム終端１４へ出力する。

ＯＴＵｋフレーム終端１４は、硬判定ＦＥＣデコーダ１４ａを有しており、マルチレーン同期１３により同期がとられた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、クライアント受信信号をＯＴＵｋフレームからデマッピングし、クライアント受信信号を出力する。

次に、ディジタル信号処理光トランシーバ２０の動作について説明する。マルチレーン同期２１は、ＯＴＵｋフレーマ１０からのＳＦＩ送信信号に対して複数レーン間の同期をとったＳＦＩ送信信号を軟判定ＦＥＣエンコーダ２２へ出力する。

軟判定ＦＥＣエンコーダ２２は、ＦＥＣ符号化手段であり、マルチレーン同期２１により同期がとられたＳＦＩ送信信号を、軟判定用の誤り訂正符号により符号化する。マルチレーン分配２３は、軟判定符号化された信号を複数のレーンに分配する。プリコーダ２４は、多値光信号を生成する。

多重化２５は、プリコーダ２４の出力を多重化する。Ｄ／Ａ変換２６は、多重化２５の出力信号をＤ／Ａ変換する。Ｅ／Ｏ変換２７は、Ｄ／Ａ変換２６からの電気信号であるアナログ信号を、光信号に変換して光送信信号を通信路２に出力する。

一方、受信フロントエンド３０は、通信路２からの光受信信号を電気のアナログ信号に変換する。具体的には、この受信フロントエンド３０は、通信路２から受信した光信号のＸ偏波とＹ偏波を分離するＰＢＳ３１と、コヒーレント受信を行うためのＬＯ３２と、ＬＯを偏波分離するＰＢＳ３３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３４と、受信した光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換３５と、Ｏ／Ｅ変換された信号を増幅するＡＭＰ３６とで構成されている。さらに、Ａ／Ｄ変換４０は、ＡＭＰ３６を介して受信したアナログ信号をｑビットの軟判定受信データに変換する。

次に、ディジタル信号処理部５０は、Ａ／Ｄ変換後の信号に対してディジタル信号処理を施し、ＳＦＩ受信信号を生成し、ＯＴＵｋフレーマ１０に出力する。具体的には、このディジタル信号処理部５０内の多重分離＆適応等化フィルタ５１は、ｑビットの軟判定受信データを多重分離し、多重分離した信号をディジタル信号処理して、受信信号の歪みを補正する。

１：２ＤＥＭＵＸ５２ａ、５２ｂは、それぞれ多重分離＆適応等化フィルタ５１の出力を２分配する。ＳＥＬ５３ａ、５３ｂは、それぞれ１：２ＤＥＭＵＸ５２ａ、５２ｂにより２分配された信号と、分配されていない多重分離＆適応等化フィルタ５１からの出力信号のいずれか一方を選択する。

マルチレーン同期５４は、複数のレーン間の同期を取って各レーンのスキュー調整と、レーン入れ替えを行う。軟判定ＦＥＣデコーダ５５は、レーン毎にｑビットの軟判定受信データの軟判定復号を行う。さらに、マルチレーン分配５６は、ＳＦＩ受信信号をＯＴＵｋフレームへ出力する。

このような一連動作を踏まえ、本実施の形態１における多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法の技術的特徴について説明する。図２に示すように、ディジタル信号処理光トランシーバ２０内の光受信部は、受信フロントエンド３０、Ａ／Ｄ変換４０、およびディジタル信号処理部５０で構成されている。そして、受信フロントエンド３０では、多値変調の方式や偏波多重の有無に関わらず、その構成を同一としている。

その一方で、後段のディジタル信号処理部５０では、多値変調の方式や偏波多重の有無により、異なる信号処理を実施できる構成としている。すなわち、多重分離＆適応等化フィルタ５１とマルチレーン同期５４との間に、２つの１：２ＤＥＭＵＸ５２ａ、５２ｂと、２つのＳＥＬ５３ａ、５３ｂを設けることで、あらゆる変調方式に対応することを可能としている。この結果、複数の変調方式に対応する光受信回路を容易に実現し、低消費電力で高速な多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法を実現している。

より詳細に説明すると、光受信信号は、受信フロントエンド３０にて、Ｘ偏波成分のＩチャネルとＱチャネル、Ｙ偏波成分のＩチャネルとＱチャネルの計４チャネルに分離される。一方、ディジタル信号処理部５０内の多重分離＆適応等化フィルタ５１では、変調方式に応じて、受信した４チャネルの信号の信号点判定が行われる。

この時、変調方式が２相位相変調の場合には、信号点が２点しか存在しないため、受信信号を回転することにより、Ｘ偏波のＩチャネル成分とＹ偏波のＩチャネル成分の２チャネルが出力されることになる。

一方、変調方式が４相位相変調の場合には、信号点が４点存在するため、Ｘ偏波、Ｙ偏波それぞれに対してＩチャネル成分と、Ｑチャネル成分が生成され、４チャネルが出力される。

このように、受信フロントエンド３０では、多値変調の方式や偏波多重の有無に関わらず、その構成は同一となり、構成が異なるのは、後段のディジタル信号処理部５０での信号処理である。すなわち、後段の回路の入力部に１：２ＤＥＭＵＸ５２ａ、５２ｂとＳＥＬ５３ａ、５３ｂといった簡単な回路を追加することで、変調方式に応じた適切な信号を選択して信号処理を行うことができ、あらゆる変調方式に対応することを可能としている。

なお、Ｘ偏波、Ｙ偏波、Ｉチャネル、Ｑチャネルのレーンの状態は、多重分離＆適応等化フィルタ５１での処理により、入れ替わることがある。入れ替わった場合は、マルチレーン同期５４にて、ＯＴＵｋフレームのＭＦＡＳの情報から補正することが可能である。

以上のように、実施の形態１によれば、受信フロントエンドの構成については、使用する変調方式に関わらず、常に４チャネル(レーン)分を処理している。その一方で、後段のディジタル信号処理部では、ＤＰ―ＢＰＳＫの場合には２チャネル分が出力され、ＤＰ−ＱＰＳＫの場合には４チャネル分が出力される。そして、さらに後段のＯＴＮ−ＭＬＤや誤り訂正復号部において、変調方式に関わらず４チャネル動作を実現するべく、１：２ＤＥＭＵＸ部およびＳＥＬ部を加えることにより、回路の共通化を図っている。この結果、低消費電力で多様な変調方式をサポートする光受信部を構成することが可能となる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、ディジタル信号処理部５０内で、１：２ＤＥＭＵＸ５２ａ、５２ｂと、ＳＥＬ５３ａ、５３ｂを、多重分離＆適応等化フィルタ５１とマルチレーン同期５４との間に設けた構成とした場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、ディジタル信号処理部５０内の構成が先の実施の形態１とは異なり、先の実施の形態１と同様の効果を得る多値変調光送受信装置および多値変調光送受信方法について説明する。

図３は、本発明の実施の形態２における光伝送装置１ａ、１ｂの詳細を示す構成図である。基本的な構成は、先の実施の形態１における図２の構成と同様であり、ディジタル信号処理部５０内の構成だけが異なっている。そこで、この相違点を中心に、以下に説明する。

本実施の形態２におけるディジタル信号処理部５０は、多重分離＆適応等化フィルタ５１、１：２ＤＥＭＵＸ５２ａ、５２ｂ、２レーン用のマルチレーン同期５４ａと軟判定ＦＥＣデコーダ５５ａ、４レーン用のマルチレーン同期５４ｂと軟判定ＦＥＣデコーダ５５ｂ、およびマルチレーン分配５６を備えている。

先の実施の形態１では、多重分離＆適応等化フィルタ５１とマルチレーン同期５４との間に、２つの１：２ＤＥＭＵＸ５２ａ、５２ｂと、２つのＳＥＬ５３ａ、５３ｂを設けることで、あらゆる変調方式に対応することを可能としていた。これに対して、本実施の形態２では、マルチレーン同期（５４ａ、５４ｂ）と軟判定ＦＥＣデコーダ（５５ａ、５５ｂ）を、２レーン対応のブロックと４レーン対応のブロックに分けて個別に設けることで、先の図２に示したＳＥＬ５３ａ、５３ｂを不要とすることができる。

偏波多重４相位相変調のように４レーン全てを使用する変調方式を採用した場合には、４レーン対応のブロックで処理を行う。一方、偏波多重２相位相変調のように２レーンのみを使用する変調方式を採用した場合には、２レーン対応のブロックで処理を行う。このような処理を行うことで、あらゆる変調方式に対応することが可能となる。

また、図３では、１：２ＤＥＭＵＸ５２ａ、５２ｂを、それぞれ第１レーンと第３レーンに配置している。しかしながら、先に述べたように、多重分離＆適応等化フィルタ５１では、どのレーンにどの信号が出力されるか分からないという不確定要素がある。このため、第１レーンから第４レーンまでの全てに１：２ＤＥＭＵＸを配置して、マルチレーン同期（２レーン）５４ａに入力し、マルチレーン同期でのレーン入れ替えを実施する際に、必要な２レーンを選択して処理を行うようにしてもよい。

以上のように、実施の形態２によれば、先の実施の形態１とは異なる構成を備えたディジタル信号処理部を用いることによっても、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、受信フロントエンドの構成については、使用する変調方式に関わらず、常に４チャネル(レーン)分を処理している。その一方で、後段のディジタル信号処理部では、ＤＰ―ＢＰＳＫの場合には２レーン対応のブロックで処理され、ＤＰ−ＱＰＳＫの場合には４レーン対応のブロックで処理される構成とすることで、回路の共通化を図っている。この結果、低消費電力で多様な変調方式をサポートする光受信部を構成することが可能となる。

１ａ、１ｂ 光伝送装置、２ 通信路、１０ ＯＴＵｋフレーマ、１１ ＯＴＵｋフレーム生成、１１ａ 硬判定ＦＥＣエンコーダ、１２ マルチレーン分配、１３ マルチレーン同期、１４ ＯＴＵｋフレーム終端、１４ａ 硬判定ＦＥＣデコーダ、２０ ディジタル信号処理光トランシーバ、２１ マルチレーン同期、２２ 軟判定ＦＥＣエンコーダ、２３ マルチレーン分配、２４ プリコーダ、２５ 多重化、２６ Ｄ／Ａ変換、２７ Ｅ／Ｏ変換、３０ 受信フロントエンド、３１ 偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、３２ ローカルオシレータ（ＬＯ）、３３ 偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、３４ ９０°光ハイブリッド、３５ Ｏ／Ｅ変換、３６ ＡＭＰ、４０ Ａ／Ｄ変換、５０ ディジタル信号処理部、５１ 多重分離＆適応等化フィルタ、５２ａ、５２ｂ １：２ＤＥＭＵＸ、５３ａ、５３ｂ セレクタ、５４、５４ａ、５４ｂ マルチレーン同期、５５、５５ａ、５５ｂ 軟判定ＦＥＣデコーダ、５６ マルチレーン分配。

Claims (3)

1. フレーマとディジタル信号処理光トランシーバとを有し、情報データおよびオーバヘッドを含むデータフレームに誤り訂正符号を付加して構成されたＦＥＣフレームを光信号として送受信する光伝送装置に用いられる多値変調光送受信装置であって、
   前記ディジタル信号処理光トランシーバは、
   通信路からの光受信信号を、Ｘ偏波成分のＩチャネルとＱチャネル、Ｙ偏波成分のＩチャネルとＱチャネルの計４チャネルに分離する受信フロントエンドと、
   前記受信フロントエンドから受信した前記４チャネルの信号に対して信号点判定を行い、信号点が２点しか存在しない場合には変調方式が２相位相変調であると判断し、Ｘ偏波のＩチャネル成分とＹ偏波のＩチャネル成分の２チャネルを選択して信号処理を施すことで受信信号を生成し、信号点が４点存在する場合には変調方式が４相位相変調であると判断し、Ｘ偏波、Ｙ偏波それぞれのＩチャネル成分とＱチャネル成分の４チャネルを選択して信号処理を施すことで受信信号を生成するディジタル信号処理部と
   を有することを特徴とする多値変調光送受信装置。
2. 請求項１に記載の多値変調光送受信装置において、
   前記ＦＥＣフレームは、ＯＴＵｋフレームであることを特徴とする多値変調光送受信装置。
3. フレーマとディジタル信号処理光トランシーバとを有し、情報データおよびオーバヘッドを含むデータフレームに誤り訂正符号を付加して構成されたＦＥＣフレームを光信号として送受信する光伝送装置に用いられる多値変調光送受信方法であって、
   通信路からの光受信信号を、Ｘ偏波成分のＩチャネルとＱチャネル、Ｙ偏波成分のＩチャネルとＱチャネルの計４チャネルに分離し、分離した前記４チャネルの信号に対して信号点判定を行い、信号点が２点しか存在しない場合には変調方式が２相位相変調であると判断し、Ｘ偏波のＩチャネル成分とＹ偏波のＩチャネル成分の２チャネルを選択して信号処理を施すことで受信信号を生成し、信号点が４点存在する場合には変調方式が４相位相変調であると判断し、Ｘ偏波、Ｙ偏波それぞれのＩチャネル成分とＱチャネル成分の４チャネルを選択して信号処理を施すことで受信信号を生成することを特徴とする多値変調光送受信方法。

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