JP2014090302A - デジタルコヒーレント光伝送方法、送信装置及び受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、連続誤りの発生に対しても誤り訂正能力の低下を防ぎ、誤り訂正能力を向上させるデジタルコヒーレント光伝送方法、送信装置及び受信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法は、送信側でビット列並び変え手順でビット列を入れ変え、受信側で元のビット列に組み戻している。このため、送信側から受信側までの間で発生する連続誤りの位置を離し、不連続とすることができるので受信側の誤り訂正復号化で誤りを訂正することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速光信号伝送を可能とするデジタルコヒーレント光伝送方法、それを実現する送信装置及び受信装置に関するものである。

増え続けるトラヒックの需要に応えるために、光伝送システムの高速化が進められてきた。しかしながらビットレートの高速化によって、伝送路における歪みや雑音の影響を受けやすくなるため、伝送距離が制限されるという問題があった。その問題を解決するために適用された技術の一つが誤り訂正技術である。高速光伝送の基本プラットホームであるＯＴＮ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）におけるＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）の適用はＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ）の勧告Ｇ．７０９（非特許文献１を参照。）にて規定されており、現在では４０Ｇｂ／ｓ以上のＯＴＮ大容量光伝送システムにはＦＥＣが標準機能として搭載されている。

近年さらなる通信トラヒックの急増に伴いコヒーレント検波とデジタル信号処理（ＤＳＰ）を用いたデジタルコヒーレント光伝送技術（例えば、非特許文献２を参照。）による１００Ｇｂ／ｓ級の超高速光信号伝送システムの実用化が進められている。

図１７は、従来のデジタルコヒーレント光伝送技術を説明する図である。従来のデジタルコヒーレント光伝送技術では差動符号化によって直交するＸＹ偏波成分とＩＱ位相成分に伝送ビット列の情報を割り振ってデータ列（ＸＩ（ｎ），ＸＱ（ｎ），ＹＩ（ｎ），ＹＱ（ｎ））を生成する。差動符号変調の特徴として１ビットの誤り発生が差動符号化された隣のビットに波及して連続した誤りが発生し、誤り訂正能力が低下するという従来からの課題がある。この従来からの課題を解決するために誤り訂正符号化の後に隣接するビット間が時系列的にできるだけ離れるようにビットインタリーブ処理を施し、受信後に元の時間系列に戻すビットデインターリーブ処理の後に誤り訂正復号化することにより、連続誤りによる誤り訂正能力劣化を回避することが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開平９−１５３９１７号公報

ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．７０９ 超高速デジタルコヒーレント光伝送技術 ＮＴＴ技術ジャーナル ２０１１．３ １００Ｇｂｉｔ／ｓ光受信ＦＥモジュール技術 ＮＴＴ技術ジャーナル ２０１１．３

しかしながら、特許文献１の方法は、誤り訂正符号化のブロック長が長い場合、ビットインタリーブの処理長を長くする（隣り合うビットをできるだけ離れるように並び変える）必要があり、信号処理量の増大と伝送遅延の増加を招くという新たな課題を生じている。

本発明は、上記新たな課題を解決すべく、連続誤りの発生に対しても誤り訂正能力の低下を防ぎ、誤り訂正能力を向上させるデジタルコヒーレント光伝送方法、送信装置及び受信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、誤り訂正符号化の後にビット列の順番の並び変えを行い、連続誤りの位置を離し、不連続とすることによって誤り訂正能力の向上を図ることとした。

具体的には、本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法は、信号を送信する際に、
送信信号に対して誤り訂正符号化を行う第一誤り訂正符号化手順と、
前記誤り訂正符号化手順で誤り訂正符号化された信号に対してビット列の順番の並び変えを行うビット列並び変え手順と、
前記ビット列並び変え手順で並び変え処理された信号を差動符号化し、光信号として送信する差動符号化送信手順と、
を行い、
前記光信号を受信する際に、
前記差動符号化送信手順に対応する処理で前記光信号を差動復号化する差動復号化手順と、
前記差動復号化手順で復号化された信号に対して前記ビット列並び変え手順の操作と逆の操作を行いビット列の順番を戻すビット列組み戻し手順と、
前記ビット列組み戻し手順でビット列の順番を戻された信号に対して前記第一の誤り訂正手順の符号化に対応する復号化を行う第一誤り訂正復号化手順と、
を行う。

本デジタルコヒーレント光伝送方法は、送信側でビット列並び変え手順でビット列を入れ変え、受信側で元のビット列に組み戻している。このため、送信側から受信側までの間で発生する連続誤りの位置を離し、不連続とすることができるので受信側の誤り訂正復号化で誤りを訂正することができる。

従って、本発明は、連続誤りの発生に対しても誤り訂正能力の低下を防ぎ、誤り訂正能力を向上させるデジタルコヒーレント光伝送方法、送信装置及び受信装置を提供することができる。

本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法は、前記差動符号化送信手順前に、前記ビット列並び変え手順で並び変え処理された信号に対して誤り訂正符号化を行う第二誤り訂正符号化手順と、
前記前記ビット列組み戻し手順前に、前記差動復号化手順で複合化された信号に対して、前記第二誤り訂正符号化手順の符号化に対応する復号化を行う第二誤り訂正復号化手順と、
をさらに行う。

本デジタルコヒーレント光伝送方法は、ビット列の並べ変えを行った後にさらに誤り訂正符号化を行っている。本デジタルコヒーレント光伝送方法では、２段の誤り訂正符号化がそれぞれ独立であり、それぞれが単独で誤り訂正機能を有するものを組み合わせた（連接した）ため訂正能力を上げることができる。

本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法は、前記ビット列並び変え手順は、２チャネル間で一方のチャネルのシンボル前半にあるビット列と他方のチャネルのシンボル後半にあるビット列とを入れ替えることを特徴とする。

この場合、前記第一誤り訂正符号化手順は、シンボル単位で誤り訂正符号化を行う。このように並べ変えを行うことで、ブロック訂正符号に適するようになり、シンボル内に収まる範囲での誤りの連続発生（バースト誤り）を訂正する能力が向上する。後述する実施形態１は発生した連続誤りを同一シンボル内に集まるように並び変えを行っている。

本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法は、前記ビット列並び変え手順は、同一チャネル内でビット列を入れ替えることを特徴とする。このように並べ変えを行うことで連続誤りが時間的に散らばるようになり、ランダム誤り訂正符号による訂正能力を向上させることができる。

本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法は、フレーム同期を行うため、前記ビット列並び変え手順は、フレーム同期に関する信号部分でのビット列の入れ替えを未処理とすることを特徴とする。

本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法は、誤り訂正符号化手段、ビット列並び換え手段及び差動符号化手段を有する送信装置と、差動復号化手段、ビット列組み戻し手段及び誤り訂正復号化手段を有する受信装置からなる光伝送システムで実現できる。

本発明は、連続誤りの発生に対しても誤り訂正能力の低下を防ぎ、誤り訂正能力を向上させるデジタルコヒーレント光伝送方法、送信装置及び受信装置を提供することができる。

本発明に係る送信装置及び受信装置を説明する図である。 ＯＴＮにおける誤り訂正符号化の処理を説明する図である。 情報列を4つの物理レーンに割り当てる例を説明する図である。 差動変換符号の1ビット誤りが波及する事象を説明する図である。 差動変換符号の1ビット誤りが波及する事象を説明する図である。 差動符号の誤り波及を説明する図である。 本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法でのビット並び変えの操作について説明する図である。 本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法でのビット並び変えの効果を説明する図である。 本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法でのビット並び変えの効果を説明する図である。 本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法でのビット並び変えの効果を説明する図である。 本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法でのビット並び変えの効果を説明する図である。 本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法でのビット並び変えの効果を説明する図である。 本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法でのビット並び変えの操作及び効果について説明する図である。 本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法でのビット並び変えの操作及び効果について説明する図である。 本発明に係るデジタルコヒーレント光伝送方法でのビット並び変えの操作及び効果について説明する図である。 本発明に係る送信装置及び受信装置を説明する図である。 従来の送信装置及び受信装置を説明する図である。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の光伝送システム３０１を説明する図面である。送信装置１０１は、送信クライアント信号を誤り訂正符号化する第一の誤り訂正符号化手段１１、誤り訂正符号化された信号のビット列の並び変えを行うビット列並び変え手段１２、ビット列を並び変えた信号を差動符号化し伝送信号として送信する差動符号化送信手段１３から構成される。一方、受信装置１０２は、受信信号を差動復号化して受信する差動復号化受信手段２３、差動復号化された信号をビット列並び変え手段１２でのビット列並び変えの逆の並び変えを行いもとのビットの順番に戻すビット列組み戻し手段２２、元の順番に戻された信号について誤り訂正復号化を行い、もとのクライアント信号を復元する第一の誤り訂正復号化手段２１から構成される。

光伝送システム３０１は、信号を送信する際に、
第一の誤り訂正符号化手段１１が送信信号に対して誤り訂正符号化を行う第一誤り訂正符号化手順と、
ビット列並び変え手段１２が前記誤り訂正符号化手順で誤り訂正符号化された信号に対してビット列の順番の並び変えを行うビット列並び変え手順と、
差動符号化送信手段１３が前記ビット列並び変え手順で並び変え処理された信号を差動符号化し、光信号として送信する差動符号化送信手順と、
を行い、
前記光信号を受信する際に、
差動復号化受信手段２３が前記差動符号化送信手順に対応する処理で前記光信号を差動復号化する差動復号化手順と、
ビット列組み戻し手段２２が前記差動復号化手順で復号化された信号に対して前記ビット列並び変え手順の操作と逆の操作を行いビット列の順番を戻すビット列組み戻し手順と、
第一の誤り訂正復号化手段２１が前記ビット列組み戻し手順でビット列の順番を戻された信号に対して前記第一の誤り訂正手順の符号化に対応する復号化を行う第一誤り訂正復号化手順と、
を行うデジタルコヒーレント光伝送方法を行う。

［誤り訂正符号化処理及び誤り訂正復号化処理］
以下具体的な動作例について説明する。図２はＯＴＮにおける誤り訂正符号化の処理を説明する図である。図２の誤り訂正符号化の処理は第一の誤り訂正符号化手段１１でなされる。図中の１つのＯＴＵフレームはＯＴＵｒｏｗ＃１〜＃４からなる。ＯＴＵフレームを構成する一つのｒｏｗは３８２４バイトの情報信号（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙｔｅｓ）とその後につづく２５５バイトのＦＥＣコード（Ｐａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｂｙｔｅｓ）の合計４０８０バイトで構成される。１フレームはｒｏｗが４行（ｒｏｗ＃１〜＃４）からなる。

次にＰａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｂｙｔｅｓの生成方法について説明する。ＯＴＵｒｏｗ＃１の先頭から１〜１６バイト目までを順番に１バイトずつ、１６個のｒｏｗからなるＦＥＣ ｓｕｂ−ｒｏｗ＃１〜＃１６のＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙｔｅｓに割り当てていく。続いて１７〜３２バイト目までを同様にＦＥＣ ｓｕｂｒｏｗ＃１〜＃１６のＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙｔｅｓまで順番に割り当てていき、３３バイト以降も同様にＦＥＣ ｓｕｂｒｏｗ＃１〜＃１６のＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙｔｅｓに割り当てていく。ＯＴＵｒｏｗ＃１のＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙｔｅｓ部は３８２４バイトあり、これをｓｕｂｒｏｗ＃１〜＃１６に全て割り当てると一つのＦＥＣ ｓｕｂｒｏｗのＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙｔｅｓは３８２４／１６＝２３９バイトとなる。このＦＥＣｓｕｂｒｏｗのＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙｔｅｓを元にＲＳ（２５５，２３９）により１６バイトのパリティを作製しＦＥＣ ｓｕｂｒｏｗのＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙｔｅｓの後に付加する。

各ＦＥＣ ｓｕｂ ｒｏｗのＰａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｂｙｔｅの作製が完了した後、そのｃｈｅｃｋ ｂｙｔｅｓをＦＥＣ ｓｕｂｒｏｗ＃１から順番に１バイトづつＯＴＵｒｏｗ＃１のＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙｔｅｓの後に割り当てていく。ＦＥＣｓｕｂｒｏｗのＰｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｂｙｔｅｓは全部で１６×１６＝２５６バイトあるので、ＯＴＵｒｏｗ＃１のＰａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｂｙｔｅｓは３８２４＋２５６＝４０８０バイトとなる。これでＯＴＵｒｏｗ＃１の誤り訂正符号化が完成である。

同様の操作をＯＴＵｒｏｗ＃２，＃３，＃４にも施し４０８０バイト×４行のＯＴＵフレームが完成する。以上がＯＴＮにおけるＯＴＵフレームの誤り訂正符号化処理の説明である。

なお、第一の誤り訂正復号化手段２１は、第一の誤り訂正符号化手段１１の誤り訂正符号化の処理に対応して信号を復号化し、信号の誤り訂正を完了させる。

［差動符号化処理及び差動復号化処理］
続いて、差動符号化送信手段１３及び差動復号化受信手段２３の動作を説明する。
まずＯＴＵフレームを並び変えを行わずそのまま差動符号化して伝送する場合について考える。図３はＯＴＵフレームをレーン１（ａ（ｎ））、レーン２（ｂ（ｎ））、レーン３（ｃ（ｎ））、レーン４（ｄ（ｎ））の４つの物理レーンに割り当てる例を示している。図３の例では情報列の先頭から順に１６バイトを一つの単位として、レーン１（ａ（ｎ））、レーン２（ｂ（ｎ））、レーン３（ｃ（ｎ））、レーン４（ｄ（ｎ））に順番に割り当てている。すなわちレーン１（ａ（ｎ））には１〜１６バイト、６５〜８０バイト、１２９〜１４４バイト、・・・を割当て、レーン２（ｂ（ｎ））には１７〜３２バイト、８１〜９６バイト、１４５〜１６０バイト、・・・を、レーン３（ｃ（ｎ））には３３〜４８バイト、９７〜１１２バイト、１６１〜１７６バイト・・・を、レーン４（ｄ（ｎ））には４９〜６４バイト、１１３〜１２８バイト、１７７〜１９２バイト・・・と割り当てていく。

次に差動エンコーディングの例について説明する。たとえばＤＰ−ＱＰＳＫ変調では、Ｘ偏波成分の変調シンボルを（ＸＩ（ｎ），ＸＱ（ｎ））、Ｙ偏波成分の変調シンボルを（ＹＩ（ｎ）， ＹＱ（ｎ））とし、それぞれの変調シンボルに対してＱＰＳＫ変調を行う。具体的な例としては図３で示した４つの物理レーンに対して以下の式により差動符号化処理を実行し、Ｘ偏波成分のシンボル（ＸＩ（ｎ），ＸＱ（ｎ））を得る。

ここでオーバーライン“⁻”は論理否定（ＮＯＴ）、“＋”は論理和（ＯＲ）、“＊”は論理積（ＡＮＤ）を意味する。

Ｙ偏波成分のシンボル（ＹＩ（ｎ），ＹＱ（ｎ））については、以下の式により差動符号化処理を実行する。

逆に（ＸＩ（ｎ），ＸＱ（ｎ））から元のビット列（ａ（ｎ），ｂ（ｎ））を得るには以下の演算によって差動復号化処理を行う。

同様に（ｃ（ｎ），ｄ（ｎ））は（ＹＩ（ｎ），ＹＱ（ｎ））から以下の演算によって差動復号化処理を実施することで得られる。

差動符号変換を行うＤＰ−ＱＰＳＫ変調方式においてはＸＩ−ＸＱ間、ＹＩ−ＹＱ間で符号誤りの波及が発生しうる。誤りが波及する原理を具体的に説明する。図４は一例で、「送信信号（符号化前）」の列は送信したい情報ビット列の６ビットの組み合わせを示している。「差動符号化信号Ｉ（ｎ）」の列は式（１）および（２）で差動変換したＸ偏波のビット列ＸＩ（ｎ）を示している（Ｉ（ｎ−３）およびＱ（ｎ−３）は０（初期値）に設定）。右の「受信信号（Ｉ（ｎ）でエラー）」は差動符号化した信号を受信し、ＸＩ（ｎ−１）で符号誤りが発生した場合のビット列を示している（具体的にはＸＩ（ｎ−１）のビットを反転させた）。さらに右列の「差動復号化」の列はＸＩ（ｎ−１）で受信誤りが発生したビット列に対して差動復号化を実施した結果を示している。

差動復号化した結果と符号化前の送信信号の比較を行い、ビットが一致しない（符号誤りとなった）位置を“Ｅ”で表したのが、「Ｅｒｒｏｒ位置」の列である。例えばａ（ｎ），ｂ（ｎ），ａ（ｎ−１），ｂ（ｎ−１），ａ（ｎ−２），ｂ（ｎ−２）＝“００００００”の場合を例にすると、差動符号化したビット列（Ｉ（ｎ），Ｑ（ｎ），Ｉ（ｎ−１），Ｑ（ｎ−１），Ｉ（ｎ−２），Ｑ（ｎ−２），Ｉ（ｎ−３），Ｑ（ｎ−３））は“００００００００”、差動符号化した信号を受信しその際Ｉ（ｎ−１）ビットで符号誤りが発生した場合のビット列（Ｉ（ｎ），Ｑ（ｎ），Ｉ（ｎ−１），Ｑ（ｎ−１），Ｉ（ｎ−２），Ｑ（ｎ−２），Ｉ（ｎ−３），Ｑ（ｎ−３））は“００１０００００”、それを差動復号化したａ（ｎ），ｂ（ｎ），ａ（ｎ−１），ｂ（ｎ−１），ａ（ｎ−２），ｂ（ｎ−２）が“０１１０”となる。符号化前のビット列と受信後に復号化したビット列を比較すると、ｂ（ｎ）とａ（ｎ−１）が反転しており、この２ビットで符号誤りが発生していることが判る。

他の組み合わせを参照すると送信ビット列の全ての組み合わせについて、差動符号化した信号に１ビット誤りが発生した場合、差動復号化のビット列では２ビットの誤りが発生することが判る。また発生した２ビットの誤りのうち１ビットはａの系列（ａ（ｎ）またはａ（ｎ−１））で発生し、残り１ビットはｂの系列（ｂ（ｎ）またはｂ（ｎ−１））で発生することが図４より確認できる。また、復号後のエラーとなるレーン（ａ，ｂ）に注目すると、復号後の誤りビット位置はａ（ｎ−２），ｂ（ｎ−２）のパタンに依存するが、ａおよびｂレーンに１ビットずつ発生する確率とａレーンのみまたはｂレーンのみに２ビット発生する確率は等しい（１／２）ことが判る。

以上は図４の説明であるが、説明文中の「Ｘ偏波」を「Ｙ偏波」、「ＸＩ（ｎ）」を「ＹＩ（ｎ）」、「式（１）および（２）」を「式（３）および（４）」と読み替えても同様の説明が成り立つ。また図４はＸＩ（ｎ−１）で符号誤りが生じた場合の波及説明であるが、ＸＱ（ｎ−１）で符号誤りが発生した場合の波及説明を図５に示す。図４との違いは誤り発生がＱ（ｎ−１）で発生することであるが、１ビットの符号誤りが差動復号化後に２ビットの符号誤りとして波及し、ａおよびｂレーンに１ビットずつ発生する確率とａレーンのみまたはｂレーンのみに２ビット発生する確率は等しい（１／２）点は図４のケースと同じである。以上の説明より差動符号信号で情報を伝送する際には伝送路で発生した１ビットの符号誤りが受信後の差動復号化したビット列では２ビット誤りに波及することが判る。

図６は上記誤り波及の検討結果に基づきａおよびｂの２つのレーンで発生する誤りの例を図示したものである。図６（１）では同一レーンに２ビット発生する２つの例（ａ（２）およびａ（３）で発生する場合、ｂ（２）およびｂ（３）で発生する場合）が、図６（２）では異なるレーンに１ビットずつ発生する２つの例（ａ（３）およびｂ（２）で発生する場合、ａ（２）およびｂ（３）で発生する場合）が図示されている。以後仮に誤り訂正符号が１バイト（８ビット）の訂正が可能なシンボル訂正符号とすると、図６（１）の同一レーンに発生する場合の２つの例は同一シンボル内に誤りビットが収まっており、誤り訂正復号で訂正可能である。一方図６（２）の異なるレーンに１ビットずつ発生する場合は同一のＦＥＣ ｓｕｂ ｒｏｗ中の異なるシンボル間にまたがっており、誤り訂正復号で訂正することができない。

［ビット列並び変え処理及びビット列組み戻し処理］
本実施形態では、誤り訂正符号化手段１１で誤り訂正符号化した後に、ビット列並び変え手段１２で信号のビット列を並び変えてから差動符号化伝送を行う。また、受信信号に対して差動復号化受信手段２３で差動復号化した後、ビット列組み戻し手段２２でビット列を元に戻す並び変えを行ってから誤り訂正復号化手段２１で誤り訂正復号を行う。なお、本実施形態では、第一の誤り訂正符号化手段１１が、リードソロモン等のブロック訂正符号を用いてシンボル単位で誤り訂正符号化を行うものとする。

以下具体的にビット列並び変え手段１２の並び変え処理及びビット列組み戻し手段２２の組み戻し処理、並びにその効果について説明する。本実施形態では誤り訂正符号後に同一偏波となる隣り合ったシンボル間で前半のシンボル長／２ビットと後半のシンボル長／２を入れ換える操作を実施する。ただしフレームを構成する信号の内フレーム同期を確立するためのＦＡＳ（Ｆｌａｍｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｓｉｇｎａｌ）バイトおよび複数のフレームを連結して１フレームを超える長さのフレームを構成する際のカウンタとして使用するＭＦＡＳ（Ｍｕｌｔｉ−Ｆｒａｍｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｓｉｎｇａｌ）バイトについては、並び変えを行うとフレーム同期の確立ができなくなるので並び変え対象から除く。

以後説明を簡単にするために１シンボル長を１バイト（８ビット）と仮定する。図７はビット並び変えの操作について説明する図である。ビット列並び変え手段１２は、２チャネル間で一方のチャネルのシンボル前半にあるビット列と他方のチャネルのシンボル後半にあるビット列とを入れ替える。図７（１）は送信側の誤り訂正符号化後のビット列入れ換え操作で、レーン１の前半の１／２シンボル長（ここではａ（１）〜ａ（４）の４ビット）とレーン２の後半の１／２シンボル長（ｂ（５）〜ｂ（８）の４ビット）の入れ換えを行う。

ビット列組み戻し手段２２は、ビット列並び変え手段１２と逆の動作を行う。図７（２）は受信後の差動復号化を行った後のビット列入れかえ操作でレーン１の前半の１／２シンボル長（ｂ（５）〜ｂ（８）の４ビット）とレーン２の後半の１／２シンボル長（ａ（１）〜ａ（４）の４ビット）の入れ換えを行う。この操作の後では各レーンのビット列は本来の送信する順番に戻っている。

図８は伝送路の１ビット誤りが差動復号化の２ビット誤りに波及した場合にビット列入れ換えによって誤り位置がどのように変わるかの一例を図示したものである。図８（１）は差動復号化後の２ビットの誤りが発生した状態で、ここではレーン１のｂ（６）とレーン２のｂ（３）で符号誤りが発生しており、シンボル間にまたがっているためこのままでは誤り訂正ができない。図８（２）はビット並び変えの操作を行った状態でレーン１にあったｂ（５）〜ｂ（８）が本来のレーン２の位置に戻り、符号誤りが発生したｂ（３）とｂ（６）の２ビットは１シンボルの中に収まるため誤り訂正復号化により２ビットとも訂正することができる。

上記説明ではレーン１の前半の１／２シンボル長（ａ（１）〜ａ（４）の４ビット）とレーン２の後半の１／２シンボル長（ｂ（５）〜ｂ（８）の４ビット）の入れ換えを行う例について説明したが、レーン１の後半の１／２シンボル長（ａ（５）〜ａ（８）の４ビット）とレーン２の前半の１／２シンボル長（ｂ（１）〜ｂ（４）の４ビット）の入れ換えを行ってもよい。

図９及び図１０は８ビットを１シンボルとした場合にレーン１およびレーン２間でのエラー発生の組み合わせについてビット並び変えの効果によって誤り訂正の確率がどれくらい変わるか見積もったものである。並び変え方法はａ（１）〜ａ（４）とｂ（５）〜ｂ（８）を入れ換える方法でビットの並び変えを実施しない場合、波及した誤りも含めて訂正可能な確率は３２の発生パタンに対して１８パタンであったが、ビットの並び変えを実施することにより訂正確率は２８パタンとなりほぼ１．５倍誤り波及の影響を低減できることが判る。また図１１及び図１２はビット並び変えのもう一つの例でａ（５）〜（８）とｂ（１）〜ｂ（４）の並び変えを行う例である。この場合も約１．５倍の改善が見積もられる。

（実施形態２）
実施形態１ではブロック訂正符号を前提としていたが、本実施形態では１バイト（連続する８ビット）中の１ビットの訂正が可能なビット単位の誤り訂正符号、例えばランダム訂正符号等の非ブロック訂正符号を想定する。本実施形態のビット列並び変え手段１２は、同一チャネル内でビット列を入れ替える。

本実施形態は、差動符号化による誤り波及は同一レーンで発生する場合必ず隣り合った２ビットとなることに着目している。このため、ビット列並び変え手段１２は、データを誤り訂正符号化した１バイト単位に区切り、奇数番面の１バイト中の偶数番目のビット（２，４，６，８）を次の１バイト中の偶数番目のビット（２，４，６，８）と入れ換える処理を行う。図１３（１）は誤り訂正符号化された情報ビット列を示す。図１３（２）はビット入れ換えを実施したビット列で本例ではａ（２）とａ（１０）、ａ（４）とａ（１２）、ａ（６）とａ（１４）、ａ（８）とａ（１６）とが入れ換わっている。

差動符号化し伝送後１ビット誤りが発生すると、差動復号化した際に２ビット誤りが発生する。２ビットの誤りが異なるレーン間にまたがった場合はそれぞれ個別に誤り訂正されるが、同一のバイト内に符号誤りが発生した場合はそのままでは訂正できない。本実施形態では図１３（２）のようにビット並び変えを行っており、図１３（３）に示すように同一バイト内で２ビット誤りが発生しても図１３（４）に示す様に、ビット列組み戻し手段２２がビット列組み戻し操作を行うのでそれぞれ異なるバイト領域の１ビットずつの符号誤りになる。このため、本実施形態の光伝送システムは２ビットとも誤り訂正することができる。

図１４は上記のビット入れ換えの変形例で、データを誤り訂正符号化した１バイト単位に区切り、奇数番面の１バイト中の奇数番目のビット（１，３，５，７）を次の１バイト中の偶数番目のビット（１，３，５，７）と入れ換える処理をビット列並び変え手段１２で行う。この入れ換え操作によっても同様に図１４（３）に示すように同一バイト内で２ビット誤りが発生しても図１４（４）に示す様に、ビット列組み戻し手段２２がビット列入れ換え操作を行うのでそれぞれ異なるバイト領域の１ビットずつの符号誤りになる。このため、本実施形態の光伝送システムは、２ビットとも誤り訂正することができる。

なお本実施形態の説明では誤り符号化領域を１バイトと仮定したが、それ以外の場合も適用可能である。たとえば、Ｎバイト中の１ビット訂正可能な誤り訂正符号を採用した場合にはデータを誤り訂正符号化したＮバイト単位に区切り、奇数番面のＮバイト中の偶数番目のビット（２，４，６，８，・・・）を次の１バイト中の偶数番目のビット（２，４，６，８，・・・）と入れ換える処理を送信側で行い、差動復号化に元の順番に入れ換える操作を行うことで同様の効果を得ることができる。

（実施形態３）
本実施形態は、実施形態２で説明したビット列並び変え手段１２が同一チャネル内でビット列を入れ替える形態の他の例である。本実施形態のビット列並び変え手段１２は、フレーム同期に関する信号部分でのビット列の入れ替えを未処理とする。

本実施形態ではＯＴＮでの適用を想定している。ＯＴＮはＯＴＵフレーム構造を利用する通信方式であり、４×４０８０＝１６３２０バイトで１フレームが構成される。ここからＦＡＳ ＯＨ（ＦＡＳおよびＭＦＡＳ）領域７バイトを除くと１６３１３バイトとなる。この１６３１３バイトに対してビット列入れ換えを行う。

図１５は、本実施形態のビット列並び変え手段１２が行うビット列入れ換え方法を説明する図面ある。１６３１３バイトが１６３１３＝１１×１４８３で素因数分解できることから、１フレームのＦＡＳを除いた１６３１３バイトを１１バイト毎の１４８３個のブロックに分ける。ビット入れ換えは分けた１１バイト毎に、Ｎ（１≦Ｎ≦１１；自然数）バイトのｍビット目（１＜ｍ＜９；自然数）で（Ｎ＋ｍ−１ ｍｏｄ １１）バイト目のｍビット目を置換する。ここでｍｏｄは剰余演算子であり、（ｌ ｍｏｄ ｍ）はｌをｍで除算した余りを示す。

受信装置１０２のビット列組み戻し手段２２は、差動復号化の後、図１５の入れ換え方法の逆で組み戻しを行い、ビット列をもとの順番に戻す。

本実施形態では同一のバイト内にある８ビットそれぞれが異なるバイトへ配置されるよう入れ換えが行われるため、１バイト全部すなわち８ビット連続で誤りが発生した場合でも、受信側でのビット入れ換えが行われると異なるバイト中の符号誤りとなるので訂正することが可能である。

（実施形態４）
図１６は、本実施形態の光伝送システム３０２を説明する図面である。光伝送システム３０２は、図１の光伝送システム３０１の構成に比べて、送信装置１０１’がビット列並び変え手段１２と差動符号化送信手段１３の間に第二の誤り訂正符号化手段１４を配置し、受信装置１０２’が差動化復号受信手段２３とビット列組み戻し手段２２の間に第二の誤り訂正復号化手段２４を配置している。

光伝送システム３０２は、差動符号化送信手順前に、ビット列並び変え手順で並び変え処理された信号に対して第二の誤り訂正符号化手段１４が誤り訂正符号化を行う第二誤り訂正符号化手順と、
ビット列組み戻し手順前に、差動復号化手順で複合化された信号に対して第二の誤り訂正復号化手段２４が第二誤り訂正符号化手順の符号化に対応する復号化を行う第二誤り訂正復号化手順と、
をさらに行う。

光伝送システム３０２は、第二の誤り訂正符号化手段１４及び第二の誤り訂正復号化手段２４と、第一の誤り訂正符号化手段１１及び第一の誤り訂正復号化手段２１と（２段の誤り訂正回路）がそれぞれ独立し、それぞれで誤り訂正が可能な符号を組み合わせた連接符号を構成している。連接符号の例としては畳み込み符号とリードソロモンの組み合わせがある。たとえば、第二の誤り訂正符号化手段１４及び第二の誤り訂正復号化手段２４は畳み込み符号を使用し、第一の誤り訂正符号化手段１１及び第一の誤り訂正復号化手段２１はリードソロモン符号を使用することができる。

光伝送システム３０２は、送信装置１０１’で第一の誤り訂正符号化手段１１がリードソロモン符号を利用して第一の誤り訂正符号化処理を行い、ビット列並び変え手段１２がビット列の並び変えを行った信号に対し、第二の誤り訂正手段１４が畳み込み符号を利用して第一の誤り訂正符号化処理と関連無く第二の誤り訂正符号化処理を行う。また、光伝送システム３０２は、受信装置１０２’で誤り訂正復号化手段２４が畳み込み符号を利用して第二の誤り訂正復号化処理を行い、ビット列組み戻し手段２２がビット列の組み戻しを行った信号に対し、第一の誤り訂正復号化手段２１がリードソロモン符号を利用して第二の誤り訂正復号化処理と関連無く第一の誤り訂正復号化処理を行う。このように、それぞれが誤り訂正が可能な複数の訂正符号を組み合わせることによって、より強力な訂正能力が達成できる。

以下は、本実施形態の光伝送システムを説明したものである。
本光伝送システムは、誤り訂正符号化、ビットインターリーブ処理、差動符号化して送信し、差動復号化、ビットデインターリーブ処理、誤り訂正復号化して受信する際に、差動符号で課題となる連続誤り（バースト）耐性を向上することを課題としている。

差動符号化は、前の符号との変化（差分）を振幅・周波数・位相に対応させるもので、ＯＳＮＲ対力、周波数利用効率、波長分散耐力、偏波モード分散耐力等に優れる等の利点の一方、１ビットの誤り発生が隣接するビットに影響して連続誤りとなる欠点がある。本光伝送システムは、ビット位置の入れ換えにより、連続誤りの位置を離し、不連続とすることで誤り訂正能力の向上を図ることとしている。

本光伝送システムは、送信側の伝送装置と受信側の伝送装置とからなっており、
（１）：前記送信側の伝送装置は、
送信信号に対して誤り訂正符号化を行う誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化された信号に対してビット列の順番の並び変えを行う第一のビット列並び変え手段と、
前記ビット列並び変え手段により並び変え処理された信号を差動符号化して光信号として送信する差動符号化送信手段とを備え、
前記受信側の伝送装置は、
前記送信された差動符号化信号を受信して差動復号化する差動復号化手段と、
前記差動復号化手段により復号化された信号に対して前記ビット列並び変え手段と逆の操作を行いビット列の順番を元に戻す第二のビット列並び変え手段と、
前記第二のビット列並び変え手段によって元の順番にもどされた信号に対して前記第一の誤り訂正手段による符号化の復号化を行う第一の誤り訂正復号化手段と、
を備えることを特徴とする光伝送システム。

（２）：前記差動符号化手段が偏波多重４値位相変調方式による変調であることを特徴とする上記（１）記載の光伝送システム。

（３）：前記誤り訂正符号化手段がシンボル単位の誤り訂正符号化を行うことを特徴とする上記（１）〜（２）記載の光伝送システム。

（４）：前記第一の誤り訂正手段がリードソロモン符号であることを特徴とする上記（３）記載の光伝送システム。

（５）：前記第一のビット列並び変え手段はＸＩチャネルおよびＸＱチャネルのどちらか一方のチャネルの１シンボル中の前半Ｎビット（Ｎは前記シンボル長の１／２）と、もう一方のチャネルの１シンボル中の後半Ｎビットを入れ換えることを特徴とする上記（１）〜（４）記載の光伝送システム。

（６）：前記第一のビット列並び変え手段はＹＩチャネルおよびＹＱチャネルのどちらか一方のチャネルの１シンボル中の前半Ｎビット（Ｎは前記シンボル長の１／２）と、もう一方のチャネルの１シンボル中の後半Ｎビットを入れ換えることを特徴とする上記（１）〜（４）記載の光伝送システム。

（７）：前記送信信号はＯＴＵフレームであることを特徴とする上記（１）〜（６）に記載の光伝送システム。

（８）：前記第一のビット列並び変え手段は前記ＯＴＵフレームのフレーム同期（ＦＡＳ）バイトならびにマルチフレーム同期バイト（ＭＦＡＳ）以外の領域について並び変えを実施することを特徴とする上記（７）記載の光伝送システム。

１１：第一の誤り訂正符号化手段
１２：ビット列並び変え手段
１３：差動符号化送信手段
１４：第二の誤り訂正符号化手段
２１：第一の誤り訂正復号化手段
２２：ビット列組み戻し手段
２３：差動復号化受信手段
２４：第二の誤り訂正復号化手段
１０１、１０１’、１０１＊：送信装置
１０２、１０２’、１０２＊：受信装置
３００、３０１、３０２：光伝送システム

Claims (8)

1. 信号を送信する際に、
   送信信号に対して誤り訂正符号化を行う第一誤り訂正符号化手順と、
   前記誤り訂正符号化手順で誤り訂正符号化された信号に対してビット列の順番の並び変えを行うビット列並び変え手順と、
   前記ビット列並び変え手順で並び変え処理された信号を差動符号化し、光信号として送信する差動符号化送信手順と、
   を行い、
   前記光信号を受信する際に、
   前記差動符号化送信手順に対応する処理で前記光信号を差動復号化する差動復号化手順と、
   前記差動復号化手順で復号化された信号に対して前記ビット列並び変え手順の操作と逆の操作を行いビット列の順番を戻すビット列組み戻し手順と、
   前記ビット列組み戻し手順でビット列の順番を戻された信号に対して前記第一の誤り訂正手順の符号化に対応する復号化を行う第一誤り訂正復号化手順と、
   を行うデジタルコヒーレント光伝送方法。
2. 前記差動符号化送信手順前に、前記ビット列並び変え手順で並び変え処理された信号に対して誤り訂正符号化を行う第二誤り訂正符号化手順と、
   前記前記ビット列組み戻し手順前に、前記差動復号化手順で複合化された信号に対して、前記第二誤り訂正符号化手順の符号化に対応する復号化を行う第二誤り訂正復号化手順と、
   をさらに行うことを特徴とする請求項１に記載のデジタルコヒーレント光伝送方法。
3. 前記ビット列並び変え手順は、２チャネル間で一方のチャネルのシンボル前半にあるビット列と他方のチャネルのシンボル後半にあるビット列とを入れ替えることを特徴とする請求項１又は２に記載のデジタルコヒーレント光伝送方法。
4. 前記第一誤り訂正符号化手順は、シンボル単位で誤り訂正符号化を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のデジタルコヒーレント光伝送方法。
5. 前記ビット列並び変え手順は、同一チャネル内でビット列を入れ替えることを特徴とする請求項１又は２に記載のデジタルコヒーレント光伝送方法。
6. 前記ビット列並び変え手順は、フレーム同期に関する信号部分でのビット列の入れ替えを未処理とすることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のデジタルコヒーレント光伝送方法。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のデジタルコヒーレント光伝送方法で光信号を送信する送信装置。
8. 請求項１から６のいずれかに記載のデジタルコヒーレント光伝送方法で光信号を受信する受信装置。

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