JP2014107734A - Optical transmission system, optical transmitter, optical receiver, optical transmission method, and optical receiving method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光伝送システム、光送信器、光受信器、光送信方法、光受信方法に関し、更に詳しくは、発生確率が一様分布に従うシンボルによって表される伝送対象の信号を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される信号に変換して多重化することにより、信号パワーを略一定に保った状態で振幅の大きな光信号の発生確率を低減し、光ファイバ伝送路中で発生する非線形光学効果の影響を低減する光信号伝送技術に関するものである。 The present invention relates to an optical transmission system, an optical transmitter, an optical receiver, an optical transmission method, and an optical reception method. More specifically, the present invention relates to a signal to be transmitted that is represented by symbols whose occurrence probability follows a uniform distribution. By converting and multiplexing signals represented by symbols that follow a Gaussian distribution, the generation probability of optical signals with large amplitude is reduced while the signal power is kept approximately constant, and nonlinearity generated in the optical fiber transmission line The present invention relates to an optical signal transmission technique for reducing the influence of an optical effect.
データ通信需要の増大に伴い、大容量トラヒックの伝送を可能とする光信号変調技術や光信号多重技術を用いた光伝送ネットワークが普及しつつある。一方で、データ伝送速度の増大に伴い、光ファイバ伝送路中で発生する非線形光学効果に起因する光信号波形劣化が、伝送速度や伝送距離を制限する主な要因の一つとなっている(非特許文献1)。このような状況において、非線形光学効果の影響を受けにくい光信号伝送方式が望まれる。 As the demand for data communication increases, optical transmission networks using optical signal modulation technology and optical signal multiplexing technology that enable transmission of large-capacity traffic are becoming widespread. On the other hand, along with an increase in data transmission speed, optical signal waveform degradation due to nonlinear optical effects that occur in optical fiber transmission lines is one of the main factors that limit transmission speed and transmission distance (non- Patent Document 1). Under such circumstances, an optical signal transmission system that is not easily affected by the nonlinear optical effect is desired.
光ファイバ伝送路中で発生する非線形光学効果は、光信号のパワー、すなわち光信号の強度に依存する。光信号の強度は振幅の二乗で表されるため、非線形光学効果に起因した光信号波形劣化は、振幅の大きな光信号に対して顕著になる。 The nonlinear optical effect generated in the optical fiber transmission line depends on the power of the optical signal, that is, the intensity of the optical signal. Since the intensity of the optical signal is expressed by the square of the amplitude, the optical signal waveform deterioration due to the nonlinear optical effect becomes remarkable for the optical signal having a large amplitude.
図14に、非線形光学効果に伴う光信号波形劣化の例として、光ファイバ伝送路への光信号の入射パワーと光信号の受信パワー(受信感度)との関係の一例を示す。同図に例示するように、入射パワーが大きくなると受信感度が急激に悪化する。同図の例では、入射パワーが7[dBm]付近で受信パワーが急激に低下している。これは、光ファイバ伝送理に入射される光信号のパワーが或る閾値を上回ると、甚大な光信号波形劣化が急激に発生することを意味している。 FIG. 14 shows an example of the relationship between the incident power of the optical signal to the optical fiber transmission line and the received power (reception sensitivity) of the optical signal as an example of optical signal waveform deterioration due to the nonlinear optical effect. As illustrated in the figure, when the incident power is increased, the reception sensitivity is rapidly deteriorated. In the example shown in the figure, the reception power rapidly decreases when the incident power is around 7 [dBm]. This means that when the power of the optical signal incident on the optical fiber transmission mechanism exceeds a certain threshold value, the optical signal waveform is greatly deteriorated.
一般に、光ファイバ通信では、データ情報は光信号の振幅や位相に重畳される。異なるデータ情報は異なる振幅/位相に対応し、各データ情報に対応する振幅/位相情報をシンボルと呼ぶ。通常、各シンボルの発生確率は一様分布を示し、振幅の大小にかかわらず各シンボルの発生頻度は一定である。一方で、非線形光学効果による光信号波形劣化は信号パワー(強度)の大きな光信号に対して顕著に発生する事象である。したがって、非線形光学効果による光信号波形劣化を抑えるためには、振幅の大きなシンボルの発生確率を小さくし、振幅の小さなシンボルの発生確率を大きくすることが望まれる。 In general, in optical fiber communication, data information is superimposed on the amplitude and phase of an optical signal. Different data information corresponds to different amplitude / phase, and the amplitude / phase information corresponding to each data information is called a symbol. Usually, the occurrence probability of each symbol shows a uniform distribution, and the occurrence frequency of each symbol is constant regardless of the amplitude. On the other hand, optical signal waveform deterioration due to the nonlinear optical effect is a phenomenon that occurs remarkably with respect to an optical signal having a large signal power (intensity). Therefore, in order to suppress the optical signal waveform deterioration due to the nonlinear optical effect, it is desired to reduce the probability of generating a symbol with a large amplitude and increase the probability of generating a symbol with a small amplitude.
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、光伝送路における非線形光学効果による光信号波形劣化を抑制することができる光伝送システム、光送信器、光受信器、光送信方法、光受信方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an optical transmission system, an optical transmitter, an optical receiver, an optical transmission method, which can suppress optical signal waveform deterioration due to a nonlinear optical effect in an optical transmission line, An object of the present invention is to provide an optical receiving method.
本発明によれば、上記目的は特許請求項の範囲に示した手段により達成される。
即ち、本発明による光送信器の一態様は、光伝送路を介して相互に接続された光送信器と光受信器とを備え、前記光送信器から前記光伝送路を介して前記光受信器に光信号を伝送する光伝送システムであって、前記光送信器は、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号部と、前記符号部により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重部と、を備え、前記光受信器は、前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離部と、前記分離部により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号部と、を備えた光伝送システムの構成を有する。
According to the invention, this object is achieved by the means indicated in the claims.
That is, an aspect of the optical transmitter according to the present invention includes an optical transmitter and an optical receiver connected to each other via an optical transmission path, and the optical reception from the optical transmitter via the optical transmission path. An optical transmission system for transmitting an optical signal to a transmitter, wherein the optical transmitter transmits an input data string represented by symbols according to a uniform distribution of occurrence probabilities and a transmission represented by symbols according to a Gaussian distribution of occurrence probabilities A coding unit that codes the data sequence; and a multiplexing unit that multiplexes the transmission data sequence obtained by the coding unit into the optical signal, wherein the optical receiver has an occurrence probability of Gaussian from the optical signal. A separation unit that separates a reception data sequence represented by symbols according to a distribution, and the reception data sequence obtained by the separation unit are decoded into an output data sequence represented by symbols that have a uniform occurrence probability Recovery It has a section, a configuration of an optical transmission system comprising a.
前記光伝送システムの一態様において、例えば、前記入力データ列および前記出力データ列を、(A1,A2,…AN)とし、前記送信データ列および前記受信データ列を、(B1,B2,…BN)とし、N×Nアダマール行列をHnとしたときに、前記符号部は、次式(1A)により、前記入力データ列を前記送信データ列に符号化し、前記復号部は、次式(2A)により、前記受信データ列を前記出力データ列に復号化する。 In one aspect of the optical transmission system, for example, the input data string and the output data string are (A 1 , A 2 ,... A N ), and the transmission data string and the received data string are (B 1 , B 2 ,... B N ) and the N × N Hadamard matrix is H n , the encoding unit encodes the input data sequence into the transmission data sequence according to the following equation (1A), and the decoding unit Decodes the received data string into the output data string according to the following equation (2A).
本発明による光送信器の一態様は、光信号を光伝送路に送出する光送信器であって、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号部と、前記符号部により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重部と、を備えた光送信器の構成を有する。 An aspect of the optical transmitter according to the present invention is an optical transmitter for sending an optical signal to an optical transmission line, and an input data sequence represented by symbols having a uniform probability of occurrence is represented by a Gaussian distribution. And a multiplexing unit that multiplexes the transmission data sequence obtained by the encoding unit into the optical signal.
前記光送信器の一態様において、例えば、前記入力データ列を、(A1,A2,…AN)とし、前記送信データ列を、(B1,B2,…BN)とし、N×Nアダマール行列をHnとしたときに、前記符号部は、前式(1A)により、前記入力データ列を前記送信データ列に符号化する。 In one aspect of the optical transmitter, for example, the input data sequence is (A 1 , A 2 ,... A N ), the transmission data sequence is (B 1 , B 2 ,... B N ), and N When the × N Hadamard matrix is set to H n , the encoding unit encodes the input data string into the transmission data string according to the previous equation (1A).
本発明による光受信器の一態様は、光伝送路から光信号を受信する光受信器であって、前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離部と、前記分離部により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号部と、を備えた光受信器の構成を有する。 An aspect of the optical receiver according to the present invention is an optical receiver that receives an optical signal from an optical transmission line, and separates a received data sequence represented by a symbol whose occurrence probability follows a Gaussian distribution from the optical signal. And a decoding unit that decodes the received data sequence obtained by the demultiplexing unit into an output data sequence represented by symbols according to a distribution with a uniform occurrence probability. .
前記光受信器の一態様において、例えば、前記受信データ列を、(B1,B2,…BN)とし、前記出力データ列を、(A1,A2,…AN)とし、N×Nアダマール行列をHnとしたときに、前記復号部は、前式(2A)により、前記受信データ列を前記出力データ列に復号化する。 In one aspect of the optical receiver, for example, the received data string is (B 1 , B 2 ,... B N ), the output data string is (A 1 , A 2 ,... A N ), and N When the × N Hadamard matrix is H n , the decoding unit decodes the received data sequence into the output data sequence according to the previous equation (2A).
本発明による光送信方法の一態様は、光信号を光伝送路に送出する光送信方法であって、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号段階と、前記符号段階により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重段階と、を含む光送信方法の構成を有する。 One aspect of an optical transmission method according to the present invention is an optical transmission method for transmitting an optical signal to an optical transmission line, wherein an input data sequence represented by symbols having a uniform distribution probability is represented by a Gaussian distribution. And a multiplexing step of multiplexing the transmission data sequence obtained by the encoding step into the optical signal.
本発明による光受信方法の一態様は、光伝送路から光信号を受信する光受信方法であって、前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離段階と、前記分離段階により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号段階と、を含む光受信方法の構成を有する。 One aspect of the optical receiving method according to the present invention is an optical receiving method for receiving an optical signal from an optical transmission line, and separating the received data string represented by symbols whose occurrence probability follows a Gaussian distribution from the optical signal. And a decoding step of decoding the received data sequence obtained by the separation step into an output data sequence represented by symbols having a uniform occurrence probability.
上述の本発明は、次のように換言することができる。
本発明による光送信器の一態様は、光信号を生成し、光ファイバ伝送路へ送出する光送信器において、複数の異なるデータ情報を有するデータ列A1, A2, …. ANに対して符号化処理を施すことで、それぞれのデータ列の各シンボルの発生確率を一様分布からガウス分布に変換し、信号パワーの大きなシンボルの発生確率を低減することを特徴とする、光送信器の構成を有する。ここで、データ列A1, A2, …, ANは光信号の振幅/位相情報を有するものとし、その値は任意の複素数で表されるものとする。
The above-described present invention can be restated as follows.
One aspect of an optical transmitter according to the present invention is an optical transmitter that generates an optical signal and sends it to an optical fiber transmission line, and encodes data sequences A1, A2,... AN having a plurality of different data information. By performing processing, the probability of occurrence of each symbol in each data string is converted from a uniform distribution to a Gaussian distribution, and the probability of occurrence of a symbol having a large signal power is reduced. Have. Here, it is assumed that the data strings A1, A2,..., AN have amplitude / phase information of the optical signal, and the values are represented by arbitrary complex numbers.
本発明による光送信器の一態様は、光信号を生成し、光ファイバ伝送路へ送出する光送信器において、複数の異なるデータ情報を有するデータ列A1, A2, …. ANに対してN×Nアダマール行列を用いて前記式(1A)に示される符号化処理を施すことで、それぞれのデータ列の各シンボルの発生確率がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNを生成することを特徴とする光送信器の構成を有する。ここで、データ列A1, A2, …, AN、データ列B1, B2, …, BNは光信号の振幅/位相情報を有するものとし、その値は任意の複素数で表されるものとする。 One aspect of an optical transmitter according to the present invention is an optical transmitter that generates an optical signal and sends it to an optical fiber transmission line, and N × for data strings A1, A2,... AN having a plurality of different data information By performing the encoding process shown in the above equation (1A) using the N Hadamard matrix, the generation probability of each symbol of each data string generates data strings B1, B2,. It has the structure of the characteristic optical transmitter. Here, it is assumed that the data sequences A1, A2,..., AN, and the data sequences B1, B2,..., BN have amplitude / phase information of the optical signal, and the values are represented by arbitrary complex numbers.
本発明による光送受信器の一態様は、光信号を生成し、光ファイバ伝送路へ送出する光送信器と、光信号を検波し、送信信号を復元する光受信器と備えた光送受信器において、複数の異なるデータ情報を有するデータ列A1, A2, …. ANに対して前式(1A)に示される符号化処理を施すことで、それぞれのデータ列の各シンボルの発生確率がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNを生成することを特徴とし、かつ、データ列B1, B2, …, BNに対して前式(2A)に示される復号化処理を施すことで、データ列A1, A2, …, ANを復元することを特徴とする光送受信器の構成を有する。ここで、データ列A1, A2, …, AN、データ列B1, B2, …, BNは光信号の振幅/位相情報を有するものとし、その値は任意の複素数で表されるものとする。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。 One aspect of an optical transceiver according to the present invention is an optical transceiver including an optical transmitter that generates an optical signal and transmits the optical signal to an optical fiber transmission line, and an optical receiver that detects the optical signal and restores the transmitted signal. By applying the encoding process shown in the previous equation (1A) to the data strings A1, A2,... AN having a plurality of different data information, the probability of occurrence of each symbol in each data string follows a Gaussian distribution. The data string B1, B2,... BN is generated, and the data string A1 is obtained by performing the decoding process shown in the above equation (2A) on the data string B1, B2,. , A2,..., AN is restored. Here, it is assumed that the data sequences A1, A2,..., AN, and the data sequences B1, B2,..., BN have amplitude / phase information of the optical signal, and the values are represented by arbitrary complex numbers. Further, the threshold determination for data is performed on the data strings A1, A2,..., AN.
前記光送信器および光送受信器の一態様において、例えば、前記光送信器が、符号器、光変調器、光源、合波器から構成されており、各データ列A1, A2, …, ANがデジタル電気信号として符号器に入力され、前式(1A)に示される符号化処理が施されることで各シンボルの発生確率分布がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNが生成され、それぞれのデータ列が有するデータ情報がデジタル電気信号として異なる光変調器に入力され、それぞれ異なる任意の波長λ1, λ2, …, λNを有する光に振幅/位相情報として重畳され、このように生成された光信号を、合波器を用いて波長多重し、光ファイバ伝送路へ送出する。データ列が複素数で表される場合は、光変調器として光ベクトル変調器(IQ変調器)を用いて、データ列の実数成分を同相成分として、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。 In one aspect of the optical transmitter and optical transmitter / receiver, for example, the optical transmitter includes an encoder, an optical modulator, a light source, and a multiplexer, and each data sequence A1, A2,. A digital electric signal is input to the encoder and subjected to the encoding process shown in the previous equation (1A), thereby generating data sequences B1, B2,..., BN in which the probability distribution of each symbol follows a Gaussian distribution, Data information included in each data string is input as a digital electric signal to different optical modulators, and is superimposed on light having different wavelengths λ1, λ2, ..., λN as amplitude / phase information and generated in this way. The optical signal is wavelength-multiplexed using a multiplexer and sent to an optical fiber transmission line. When the data sequence is represented by a complex number, an optical vector modulator (IQ modulator) is used as the optical modulator, and the real number component of the data sequence is used as the in-phase component and the imaginary number component is used as the quadrature phase component. Further, the threshold determination for data is performed on the data strings A1, A2,..., AN.
前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光受信器が、分波器、デジタルコヒーレント受信器、遅延調整器、復号器から構成されており、データ列B1, B2, …, BNが重畳された波長多重された光信号が分波器により波長分離され、それぞれの光信号がデジタルコヒーレント受信器に入射されることで、光信号の振幅/位相情報を保持した状態でデジタル電気信号に変換され、かつ光ファイバ伝送路で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化が補償され、かつ遅延調整器により光ファイバ伝送路の波長分散等により発生する各データ列間の遅延差を可変遅延線等の遅延調整器により補償することでデータ列B1, B2, …, BNがデジタル電気信号として得られ、さらに復号器にて前式(2A)に示される演算処理を施すことにより、データ列A1, A2, …, ANを復元する。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。 In one aspect of the optical transceiver, for example, the optical receiver is composed of a demultiplexer, a digital coherent receiver, a delay adjuster, and a decoder, and data strings B1, B2,. Wavelength-multiplexed optical signals are separated by a demultiplexer, and each optical signal is incident on a digital coherent receiver to be converted into a digital electrical signal while retaining the amplitude / phase information of the optical signal. In addition, linear optical signal waveform deterioration caused by chromatic dispersion and polarization mode dispersion caused in the optical fiber transmission line is compensated, and between each data string generated by the wavelength dispersion of the optical fiber transmission line by the delay adjuster. Data strings B1, B2,..., BN are obtained as digital electric signals by compensating the delay difference with a delay adjuster such as a variable delay line, and further, the arithmetic processing shown in the above equation (2A) is performed by the decoder. Especially Thus, the data strings A1, A2,..., AN are restored. Further, the threshold determination for data is performed on the data strings A1, A2,..., AN.
前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光送信器が、符号器、時分割多重器、光変調器、光源から構成されており、各データ列A1, A2, …, ANがデジタル電気信号として符号器に入力され、前式(1A)に示される符号化処理が施されることで各シンボルの発生確率分布がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNが生成され、かつ時分割多重器によりデータ列B1, B2, …, BNが時多重されたデータ列Cが生成され、データ列Cが有するデータ情報がデジタル電気信号として光変調器に入力され、任意の波長λの光に振幅/位相情報として重畳され、このように生成された光信号を光ファイバ伝送路へ送出することを特徴とする。データ列が複素数で表される場合は、光変調器として光ベクトル変調器(IQ変調器)を用いて、データ列の実数成分を同相成分として、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。 In one aspect of the optical transceiver, for example, the optical transmitter is composed of an encoder, a time division multiplexer, an optical modulator, and a light source, and each data sequence A1, A2,..., AN is a digital electric signal. Is input to the encoder, and the encoding process shown in the previous equation (1A) is performed to generate the data sequences B1, B2,..., BN in which the probability distribution of each symbol follows a Gaussian distribution, and time division A data string C in which the data strings B1, B2,..., BN are time-multiplexed is generated by the multiplexer, and the data information of the data string C is input to the optical modulator as a digital electrical signal, and is converted into light of an arbitrary wavelength λ. The optical signal superimposed on the amplitude / phase information and transmitted in this way is sent to the optical fiber transmission line. When the data sequence is represented by a complex number, an optical vector modulator (IQ modulator) is used as the optical modulator, and the real number component of the data sequence is used as the in-phase component and the imaginary number component is used as the quadrature phase component. Further, the threshold determination for data is performed on the data strings A1, A2,..., AN.
前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光受信器が、デジタルコヒーレント受信器、時分割多重器、復号器から構成されており、データ列Cが重畳された光信号がデジタルコヒーレント受信器に入射されることで、光信号の振幅/位相情報を保持した状態でデジタル電気信号に変換し、かつ光ファイバ伝送路で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化を補償し、さらに時分割多重器によりデータ列Cを時分離することでデータ列B1, B2, …, BNが得られ、さらに復号器にて前式(2A)に示される演算処理を施すことにより、データ列A1, A2, …, ANを復元することを特徴とする。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。 In one aspect of the optical transceiver, for example, the optical receiver is composed of a digital coherent receiver, a time division multiplexer, and a decoder, and an optical signal on which the data sequence C is superimposed is a digital coherent receiver. Incident light converts the optical signal amplitude / phase information into a digital electrical signal and reduces linear optical signal waveform degradation due to chromatic dispersion and polarization mode dispersion generated in the optical fiber transmission line. By compensating and further time-separating the data sequence C by a time division multiplexer, the data sequences B1, B2,... BN are obtained, and further the arithmetic processing shown in the previous equation (2A) is performed by the decoder. , Data strings A1, A2,..., AN are restored. Further, the threshold determination for data is performed on the data strings A1, A2,..., AN.
前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光送信器が、符号器、光変調器、光源、偏波結合器、合波器から構成されており、各データ列A1, A2, …, ANがデジタル電気信号として符号器に入力され、前式(1A)に示される符号化処理が施されることで各シンボルの発生確率分布がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNが生成され、それぞれのデータ列が有するデータ情報がデジタル電気信号として異なる光変調器に入力され、それぞれ異なる任意の波長λ1, λ2, …, λN/2を有する光に振幅/位相情報として重畳され、さらに偏波結合器を用いて同じ波長の光信号どうしを偏波多重することで偏波多重信号を生成し、このように生成された光信号を合波器を用いて波長多重し、光ファイバ伝送路へ送出することを特徴とする。このとき、B1を重畳する光変調器とB2を重畳する光変調器には同じ波長λ1の光が入射されることとする。同様に、B3を重畳する光変調器とB4を重畳する光変調器には同じ波長λ2の光が入射されるといった具合に、Bnを重畳する光変調器とBn+1を重畳する光変調器には同じ波長の光が入射されることとする。ここで、nは奇数であるとする。
データ列が複素数で表される場合は、光変調器として光ベクトル変調器(IQ変調器)を用いて、データ列の実数成分を同相成分として、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。
In one aspect of the optical transceiver, for example, the optical transmitter is composed of an encoder, an optical modulator, a light source, a polarization coupler, and a multiplexer, and each data string A1, A2,. Is input to the encoder as a digital electrical signal, and the data string B1, B2,..., BN in which the probability distribution of each symbol follows a Gaussian distribution is generated by performing the encoding process shown in the previous equation (1A). The data information of each data string is input as a digital electrical signal to different optical modulators, superimposed as amplitude / phase information on light having different arbitrary wavelengths λ1, λ2,. A polarization multiplexed signal is generated by polarization multiplexing optical signals of the same wavelength using a wave coupler, and the optical signal thus generated is wavelength multiplexed using a multiplexer, and an optical fiber transmission line It is characterized by being sent to. At this time, light of the same wavelength λ1 is incident on the optical modulator that superimposes B1 and the optical modulator that superimposes B2. Similarly, an optical modulator that superimposes Bn and an optical modulator that superimposes Bn + 1, such that light of the same wavelength λ2 is incident on the optical modulator that superimposes B3 and the optical modulator that superimposes B4 It is assumed that light having the same wavelength is incident on. Here, n is an odd number.
When the data sequence is represented by a complex number, an optical vector modulator (IQ modulator) is used as the optical modulator, and the real number component of the data sequence is used as the in-phase component and the imaginary number component is used as the quadrature phase component. Further, the threshold determination for data is performed on the data strings A1, A2,..., AN.
前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光受信器が、分波器、デジタルコヒーレント受信器、遅延調整器、復号器から構成されており、請求項4に記載のデータ列B1, B2, …, BNが重畳された偏波多重かつ波長多重された光信号が分波器により波長分離され、それぞれの光信号がデジタルコヒーレント受信器に入射されることで、光信号の振幅/位相情報を保持した状態でデジタル電気信号に変換し、かつ光ファイバ伝送路で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化を補償するとともに偏波分離を行い、かつ遅延調整器により光ファイバ伝送路の波長分散等により発生する各データ列間の遅延差を可変遅延線等の遅延調整器により補償することでデータ列B1, B2, …, BNがデジタル電気信号として得られ、さらに復号器にて前式(2A)に示される演算処理を施すことにより、データ列A1, A2, …, ANを復元することを特徴とする。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。 In one aspect of the optical transceiver, for example, the optical receiver includes a duplexer, a digital coherent receiver, a delay adjuster, and a decoder, and the data strings B1, B2, and B2 according to claim 4, ..., polarization-multiplexed and wavelength-multiplexed optical signals with superimposed BN are wavelength-separated by a demultiplexer, and each optical signal is incident on a digital coherent receiver, so that the amplitude / phase information of the optical signal is obtained. The digital signal is converted into a digital electric signal in the held state, and linear optical signal waveform deterioration due to chromatic dispersion and polarization mode dispersion generated in the optical fiber transmission line is compensated, polarization separation is performed, and a delay adjuster is used. Data strings B1, B2, ..., BN are obtained as digital electrical signals by compensating for the delay difference between the data strings generated by chromatic dispersion in the optical fiber transmission line by a delay adjuster such as a variable delay line. Decryption By performing the arithmetic processing shown in Equation (2A) in the data string A1, A2, ..., characterized by restoring the AN. Further, the threshold determination for data is performed on the data strings A1, A2,..., AN.
前記光送受信器の一態様において、例えば、前記光送信器が、符号器、時分割多重器、光変調器、光源、偏波結合器、合波器から構成されており、各データ列A1, A2, …, ANがデジタル電気信号として符号器に入力され、前式(1A)に示される符号化処理が施されることで各シンボルの発生確率分布がガウス分布に従うデータ列B1, B2, …, BNが生成され、かつ時分割多重器によりデータ列B1, B2, …, BNが時多重されたデータ列C1, C2, …, CN/Mが生成され、それらデータ列が有するデータ情報がデジタル電気信号として光変調器に入力され、それぞれ異なる任意の波長λ1, λ2, …, λN/2Mを有する光に振幅/位相情報として重畳され、さらに偏波結合器を用いて同じ波長の光信号どうしを偏波多重することで偏波多重信号を生成し、このように生成された光信号を合波器を用いて波長多重し、光ファイバ伝送路へ送出することを特徴とする。このとき、C1を重畳する光変調器とC2を重畳する光変調器には同じ波長λ1の光が入射されることとする。同様に、C3を重畳する光変調器とC4を重畳する光変調器には同じ波長λ2の光が入射されるといった具合に、Cnを重畳する光変調器とCn+1を重畳する光変調器には同じ波長の光が入射されることとする。ここで、nは奇数であるとする。また、時分割多重の多重数をMとしている。
データ列が複素数で表される場合は、光変調器として光ベクトル変調器(IQ変調器)を用いて、データ列の実数成分を同相成分として、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。
In one aspect of the optical transceiver, for example, the optical transmitter is composed of an encoder, a time division multiplexer, an optical modulator, a light source, a polarization coupler, and a multiplexer, and each data string A1, A2,..., AN are input to the encoder as digital electrical signals and subjected to the encoding process shown in the previous equation (1A), whereby the occurrence probability distribution of each symbol is a data string B1, B2,. , BN is generated, and data sequences B1, B2,..., BN are time-multiplexed by the time division multiplexer, and data sequences C1, C2,..., CN / M are generated. As an electrical signal, it is input to the optical modulator and superimposed as amplitude / phase information on light having arbitrary different wavelengths λ1, λ2, ..., λN / 2M, and optical signals of the same wavelength are also connected using a polarization coupler. Polarization multiplexed signal is generated by polarization multiplexing, and the optical signal thus generated is generated. The wavelength-multiplexed with a multiplexer, characterized in that it sent to the optical fiber transmission line. At this time, light of the same wavelength λ1 is incident on the optical modulator that superimposes C1 and the optical modulator that superimposes C2. Similarly, an optical modulator that superimposes Cn and an optical modulator that superimposes Cn + 1, such that light having the same wavelength λ2 is incident on the optical modulator that superimposes C3 and the optical modulator that superimposes C4. It is assumed that light having the same wavelength is incident on. Here, n is an odd number. Also, M is the number of time division multiplexing.
When the data sequence is represented by a complex number, an optical vector modulator (IQ modulator) is used as the optical modulator, and the real number component of the data sequence is used as the in-phase component and the imaginary number component is used as the quadrature phase component. Further, the threshold determination for data is performed on the data strings A1, A2,..., AN.
前記光送受信器の一態様において、前記光受信器が、分波器、デジタルコヒーレント受信器、遅延調整器、時分割多重器、復号器から構成されており、データ列C1, C2, …, CN/Mが重畳された偏波多重かつ波長多重された光信号が分波器により波長分離され、それぞれの光信号がデジタルコヒーレント受信器に入射されることで、光信号の振幅/位相情報を保持した状態でデジタル電気信号に変換し、かつ光ファイバ伝送路で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化を補償するとともに偏波分離を行い、かつ遅延調整器により光ファイバ伝送路の波長分散等により発生する各データ列間の遅延差を可変遅延線等の遅延調整器により補償することでデータ列C1, C2, …, CN/Mがデジタル電気信号として得られ、さらに時分割多重器によりデータ列C1, C2, …, CN/Mを時分離することでデータ列B1, B2, …, BNが得られ、それらデータ列に対して復号器にて前式(2A)に示される演算処理を施すことにより、データ列A1, A2, …, ANを復元することを特徴とする。また、データに対する閾値判定はデータ列A1, A2, …, ANに対して実施することとする。 In one aspect of the optical transceiver, the optical receiver is composed of a demultiplexer, a digital coherent receiver, a delay adjuster, a time division multiplexer, and a decoder, and a data sequence C1, C2,. Wavelength-separated polarization multiplexed and wavelength multiplexed optical signals with / M superimposed, and each optical signal is incident on a digital coherent receiver to hold the amplitude / phase information of the optical signal In this state, the signal is converted into a digital electrical signal, and linear optical signal waveform deterioration caused by chromatic dispersion and polarization mode dispersion caused in the optical fiber transmission line is compensated, polarization separation is performed, and a delay adjuster is used. By compensating for the delay difference between each data sequence generated by the chromatic dispersion of the fiber transmission line by a delay adjuster such as a variable delay line, the data sequences C1, C2, ..., CN / M are obtained as digital electrical signals, Time division multiplexing To obtain data strings B1, B2, ..., BN by time-separating the data strings C1, C2, ..., CN / M, and the operation shown in the previous formula (2A) by the decoder for these data strings By performing the processing, the data strings A1, A2,..., AN are restored. Further, the threshold determination for data is performed on the data strings A1, A2,..., AN.
本発明によれば、伝送対象の光信号の振幅が大きくなるシンボルの発生確率を小さくすると共に、その光信号の振幅が小さくなるシンボルの発生確率を大きくすることができる。従って、非線形光学効果の影響を受けにくい光信号を生成することができ、光伝送路における非線形光学効果による光信号の波形劣化を抑制することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to reduce the probability of occurrence of a symbol that increases the amplitude of an optical signal to be transmitted and increase the probability of occurrence of a symbol that decreases the amplitude of the optical signal. Therefore, it is possible to generate an optical signal that is not easily affected by the nonlinear optical effect, and it is possible to suppress the waveform deterioration of the optical signal due to the nonlinear optical effect in the optical transmission path.
次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
なお、全実施形態おより全図面にわたって、同一符号は同一要素を表している。
(本発明の原理の説明)
本発明の実施形態の説明に先だって、本発明の原理を説明する。
概略的に、本発明は、光信号に重畳するデータ情報、すなわち光信号の振幅/位相情報を、例えばアダマール行列を用いて符号化して、中心極限定理に基づき各シンボルの発生確率を一様分布から近似的にガウス分布に変換することにより、振幅の大きなシンボルの発生確率を小さくし、振幅の小さなシンボルの発生確率を大きくする技術である。アダマール行列の詳細については、例えば文献“Digital Communication”の422ページに記載されている。ただし、アダマール行列に限らず、データ列を複数の異なる方法で平均化し、かつ変換前と変換前後とでデータ列が1対1に対応する行列であれば、任意の行列を用いることができる。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the same reference numeral represents the same element throughout all the embodiments and all the drawings.
(Description of the principle of the present invention)
Prior to the description of the embodiments of the present invention, the principle of the present invention will be described.
In general, the present invention encodes data information to be superimposed on an optical signal, that is, amplitude / phase information of the optical signal using, for example, a Hadamard matrix, and uniformly distributes the probability of occurrence of each symbol based on the central limit theorem. This is a technique for reducing the probability of occurrence of a symbol with a large amplitude and increasing the probability of occurrence of a symbol with a small amplitude by approximately converting to a Gaussian distribution. Details of the Hadamard matrix are described, for example, on page 422 of the document “Digital Communication”. However, the matrix is not limited to a Hadamard matrix, and any matrix can be used as long as the data string is averaged by a plurality of different methods and the data string corresponds one-to-one before and after the conversion.
図1は、本発明の原理を説明するための説明図であり、シンボルの発生確率の分布が信号パワーの分布に与える影響を説明するための図である。同図(a)に、信号パワーの平均が等しい状況において、各シンボルの発生確率が一様分布に従う場合と、各シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合の信号振幅と発生確率密度との関係の一例を示す。同図(a)に実線で示すように、各シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合、点線で示す一様分布に従う場合に比べて信号振幅の大きなシンボルの発生確率が小さくなり、信号振幅の小さなシンボルの発生確率が大きくなる傾向を示す。 FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the principle of the present invention, and for explaining the influence of the distribution of symbol occurrence probability on the distribution of signal power. FIG. 4A shows the relationship between the signal amplitude and the probability of occurrence when the occurrence probability of each symbol follows a uniform distribution and the occurrence probability of each symbol follows a Gaussian distribution in a situation where the average signal power is equal. An example is shown. As shown by a solid line in FIG. 6A, when the probability of occurrence of each symbol follows a Gaussian distribution, the probability of occurrence of a symbol with a large signal amplitude is smaller than when the probability of occurrence of a symbol follows a uniform distribution indicated by a dotted line. It shows a tendency that the probability of occurrence of symbols increases.
図1(b)に、同様に信号パワーの平均が等しい状況における信号パワーの発生確率分布を示す。同図(b)に実線で示すように、シンボルの発生確率が点線で示す一様分布に従う場合に比べて、シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合、信号パワーの小さなシンボルの発生確率が大きくなる。例えば、信号パワーの平均よりも小さなパワーを有するシンボルが発生する確率は、一様分布の場合で53%であり、ガウス分布の場合で64%である。これは、一様分布の場合よりもガウス分布の場合の方が、非線形光学効果に伴う光信号波形劣化が生じにくいことを意味している。 FIG. 1B shows the signal power generation probability distribution in the same situation where the average signal power is the same. As shown by a solid line in FIG. 5B, when the symbol occurrence probability follows a Gaussian distribution, the symbol generation probability with a small signal power increases as compared to when the symbol occurrence probability follows a uniform distribution indicated by a dotted line. . For example, the probability that a symbol having a power smaller than the average of the signal power is generated is 53% in the case of uniform distribution and 64% in the case of Gaussian distribution. This means that the optical signal waveform deterioration due to the nonlinear optical effect is less likely to occur in the case of the Gaussian distribution than in the case of the uniform distribution.
各シンボルの発生確率の分布を一様分布からガウス分布に変換する本発明の手法を説明する。まず、複数の異なるデータ情報を有するデータ列A1,A2,…,AN(Nは2以上の整数)を考える。ここで、A1,A2,…,ANの各データ列は、光信号の振幅/位相情報を表し、任意の複素数で表されるものとする。また、各データ列は、互いに独立な一様分布に従うものとする。一般に、データ情報に対応する各シンボルの発生確率は一様分布を示すので、データ列A1,A2,…,ANにおける各シンボルの発生確率はそれぞれ独立な一様分布に従う。ここで、これらデータ列A1,A2,…,ANに対して下式(1)に示すN×Nアダマール行列Hnを用いて、下式(2)に示す演算、すなわち符号化を実行する。この演算操作は、データ列A1,A2,…,ANをN個の異なる方法で多重化(平均化)することを意味する。ここで、本実施形態では、Nを多重数と称す。
なお、N×Nアダマール行列のNの値は、光信号波形劣化の閾値以下となる光の振幅の度数分布が所望の値、例えば従来の光送受信機よりも多くなる程度に、光の振幅の度数分布が近似的にガウス分布になる値であればよい。
The method of the present invention for converting the distribution of occurrence probability of each symbol from a uniform distribution to a Gaussian distribution will be described. First, consider data strings A 1 , A 2,..., A N (N is an integer of 2 or more) having a plurality of different data information. Here, A 1, A2, ..., each data string of A N represents the amplitude / phase information of the optical signal, and those represented by arbitrary complex. Each data string follows a uniform distribution independent of each other. In general, since the occurrence probability of each symbol corresponding to the data information indicates a uniform distribution, the data sequence A 1, A2, ..., occurrence probability of each symbol in A N follows the independent uniform distribution. Here, using the N × N Hadamard matrix Hn shown in the following equation (1) for these data strings A 1 , A 2,..., A N , an operation shown in the following equation (2), that is, encoding is executed. . This arithmetic operation means that the data strings A 1 , A 2,..., A N are multiplexed (averaged) by N different methods. Here, in this embodiment, N is referred to as a multiplexing number.
Note that the N value of the N × N Hadamard matrix is such that the frequency distribution of the light amplitude that is equal to or less than the threshold value of the optical signal waveform deterioration is larger than a desired value, for example, a conventional optical transceiver. Any value may be used as long as the frequency distribution is approximately Gaussian.
式(2)において、B1,B2,…,BNは符号化後のデータ列を表し、例えばN=4の場合、符号化後のデータ列B1,B2,…,BNは、式(3)により表される。 In formula (2), B 1 , B 2 ,..., B N represent encoded data strings. For example, when N = 4, the encoded data strings B 1 , B 2 ,. , Represented by equation (3).
図2に、変調方式として64QAMを用いた場合における信号パワーと発生回数との関係の一例を示す。ここで、図2(a)は、符号化する前(シンボルの発生確率が一様分布に従う場合)のデータ列A1,A2,…,ANに対応する光信号の信号パワーと発生回数との関係(点線)と、多重数Nを4として上記データ列を符号化した後(シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合)のデータ列B1,B2,…,BNに対応する光信号の信号パワーの分布と発生回数との関係(実線)を示す。また、図2(b)は、符号化する前(シンボルの発生確率が一様分布に従う場合)の信号パワーと発生回数との関係(点線)と、多重数Nを8として上記データ列を符号化した後(シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合)の信号パワーの分布と発生回数との関係(実線)を示す。更に、図2(c)は、符号化する前(シンボルの発生確率が一様分布に従う場合)の信号パワーと発生回数との関係(点線)と、多重数Nを16として上記データ列を符号化した後(シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合)の信号パワーの分布と発生回数との関係(実線)を示す。ここで、図2(a)から(c)のそれぞれにおいて、符号化前の信号パワーの平均と符号化後の信号パワーの平均はともに等しく、0.21である。 FIG. 2 shows an example of the relationship between the signal power and the number of occurrences when 64QAM is used as the modulation method. Here, FIG. 2A shows the signal power and the number of occurrences of optical signals corresponding to the data strings A 1 , A 2,..., A N before encoding (when the occurrence probability of symbols follows a uniform distribution). And the optical signal corresponding to the data sequence B 1 , B 2 ,..., B N after encoding the data sequence with the multiplexing number N being 4 (when the probability of symbol occurrence follows a Gaussian distribution) The relationship between the signal power distribution and the number of occurrences (solid line) is shown. FIG. 2B shows the relationship between the signal power and the number of occurrences before encoding (when the occurrence probability of symbols follows a uniform distribution) (dotted line), and the number of multiplexing N is 8, and the data string is encoded. The relationship (solid line) between the distribution of signal power and the number of occurrences is shown (when the occurrence probability of symbols follows a Gaussian distribution). Further, FIG. 2C shows the relationship between the signal power and the number of occurrences before the encoding (when the occurrence probability of symbols follows a uniform distribution) (dotted line), and the number of multiplexing N is 16, and the data string is encoded. The relationship (solid line) between the distribution of signal power and the number of occurrences is shown (when the occurrence probability of symbols follows a Gaussian distribution). Here, in each of FIGS. 2A to 2C, the average of the signal power before encoding and the average of the signal power after encoding are both equal to 0.21.
図2(a)〜(c)から理解されるように、符号化を施すことにより、シンボルの発生が低パワーに集中するようになる。また、多重数Nが大きいほどシンボルの発生がより低パワー側に集中する傾向を示す。この例では、多重数N=8の場合と多重数N=16の場合とでは、信号パワーの分布に大きな違いは見られないため、多重数Nは8から16程度で十分であるといえる。平均パワー以下の信号が発生する確率は、シンボルの発生確率が一様分布に従う場合(符号化前)では49%であり、シンボルの発生確率が多重数N=16のガウス分布に従う場合(符号化後)では62%である。 As can be understood from FIGS. 2A to 2C, by performing the encoding, the generation of symbols is concentrated at low power. In addition, as the multiplexing number N increases, the generation of symbols tends to concentrate on the lower power side. In this example, since there is no significant difference in the signal power distribution between the multiplexing number N = 8 and the multiplexing number N = 16, it can be said that the multiplexing number N is about 8 to 16. The probability that a signal of less than average power is generated is 49% when the probability of symbol occurrence follows a uniform distribution (before encoding), and the probability of occurrence of a symbol follows a Gaussian distribution with a multiplexing number N = 16 (encoding). The latter is 62%.
図3に、変調方式として16QAMを用いた場合における信号パワーと発生回数との関係の一例を示す。ここで、図3(a)は、符号化する前(シンボルの発生確率が一様分布に従う場合)のデータ列A1,A2,…,ANに対応する光信号の信号パワーと発生回数との関係(点線)と、多重数Nを4として上記データ列を符号化した後(シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合)のデータ列B1,B2,…,BNに対応する光信号の信号パワーの分布と発生回数との関係(実線)を示す。また、図3(b)は、符号化する前(シンボルの発生確率が一様分布に従う場合)の信号パワーと発生回数との関係(点線)と、多重数Nを8として上記データ列を符号化した後(シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合)の信号パワーの分布と発生回数との関係(実線)を示す。更に、図3(c)は、符号化する前(シンボルの発生確率が一様分布に従う場合)の信号パワーと発生回数との関係(点線)と、多重数Nを16として上記データ列を符号化した後(シンボルの発生確率がガウス分布に従う場合)の信号パワーの分布と発生回数との関係(実線)を示す。ここで、図3(a)から(c)のそれぞれにおいて、符号化前の信号パワーの平均と符号化後の信号パワーの平均はともに等しく、0.27である。 FIG. 3 shows an example of the relationship between the signal power and the number of occurrences when 16QAM is used as the modulation method. Here, FIG. 3A shows the signal power and the number of occurrences of the optical signals corresponding to the data strings A 1 , A 2,..., A N before encoding (when the occurrence probability of symbols follows a uniform distribution). And the optical signal corresponding to the data sequence B 1 , B 2 ,..., B N after encoding the data sequence with the multiplexing number N being 4 (when the probability of symbol occurrence follows a Gaussian distribution) The relationship between the signal power distribution and the number of occurrences (solid line) is shown. FIG. 3B shows the relationship between the signal power before the encoding (when the probability of occurrence of symbols follows a uniform distribution) and the number of occurrences (dotted line), and the number of multiplexing N is 8, and the data string is encoded. The relationship (solid line) between the distribution of signal power and the number of occurrences is shown (when the occurrence probability of symbols follows a Gaussian distribution). Further, FIG. 3C shows the relationship between the signal power before the encoding (when the probability of occurrence of symbols follows a uniform distribution) and the number of occurrences (dotted line), and the number of multiplexing N is 16, and the data string is encoded. The relationship (solid line) between the distribution of signal power and the number of occurrences is shown (when the occurrence probability of symbols follows a Gaussian distribution). Here, in each of FIGS. 3A to 3C, the average of the signal power before encoding and the average of the signal power after encoding are both equal to 0.27.
図3(a)〜(c)から理解されるように、変調方式として64QAMを用いた場合と同様に、符号化を施すことにより、シンボルの発生が低パワーに集中するようになる。また、多重数Nが大きいほどシンボルの発生がより低パワー側に集中する傾向を示す。この例では、多重数N=4の場合と多重数N=8の場合と多重数N=16とでは、信号パワーの分布に大きな違いが見られないため、多重数Nは4から16程度で十分であるといえる。平均パワー以下の信号が発生する確率は、シンボルの発生確率が一様分布に従う場合(符号化前)では25%であり、シンボルの発生確率が多重数N=16のガウス分布に従う場合(符号化後)では62%である。 As can be understood from FIGS. 3A to 3C, as in the case where 64QAM is used as the modulation method, the generation of symbols is concentrated at low power by performing encoding. In addition, as the multiplexing number N increases, the generation of symbols tends to concentrate on the lower power side. In this example, there is no significant difference in signal power distribution between the multiplexing number N = 4, the multiplexing number N = 8, and the multiplexing number N = 16, so the multiplexing number N is about 4 to 16. That's enough. The probability of occurrence of a signal of less than average power is 25% when the symbol occurrence probability follows a uniform distribution (before encoding), and the symbol occurrence probability follows a Gaussian distribution with a multiplexing number N = 16 (encoding). The latter is 62%.
上述のシンボルの発生が低パワーに集中する符号化後のデータ列B1,B2,…,BNに対応する光信号を、送信側から光伝送路を介して受信側に伝送することにより、光伝送路上での非線形光学効果による光信号波形劣化を抑制することが可能になる。 By transmitting the optical signals corresponding to the encoded data strings B 1 , B 2 ,..., B N in which the generation of the above-described symbols is concentrated at low power from the transmission side to the reception side via the optical transmission path. It is possible to suppress optical signal waveform deterioration due to the nonlinear optical effect on the optical transmission line.
一方、受信側では、上述の送信側における符号化と同様の式(1)で示されるN×Nアダマール行列を用いて、符号化後のデータ列B1,B2,…,BNに対して下式(4)に示す演算を実行する。これにより、受信側において、符号化後のデータ列B1,B2,…,BNが符号化前のデータ列A1,A2,…,ANに復号化される。復号化されたデータ列A1,A2,…,ANの各データに対する閾値判定が実施され、シンボルが識別される。
On the other hand, on the receiving side, using the N × N Hadamard matrix shown in the same formula and the coding (1) on the transmission side of the above, the data sequence B 1 after encoding,
本発明は、光の振幅の三乗で影響する三次の非線形光学効果を中心とする非線形光学効果による光信号の波形劣化を抑圧するものである。特に、本発明は、光信号の振幅/位相情報を、例えばアダマール行列を用いて符号化することにより、中心極限定理に基づき各シンボルの発生確率を一様分布から近似的にガウス分布に変換する。これにより、信号パワーの平均が等しい状況下で振幅の小さなシンボルの発生確率を大きくする。本発明によれば、或る閾値となる光振幅の値を境に光信号の波形劣化がステップ関数状に無視できなくなる状況下で、特に波形劣化の頻度を低減できる効果がある。 The present invention suppresses waveform degradation of an optical signal due to a nonlinear optical effect centered on a third-order nonlinear optical effect that is influenced by the cube of the amplitude of light. In particular, the present invention encodes the amplitude / phase information of an optical signal using, for example, a Hadamard matrix, thereby converting the probability of occurrence of each symbol from a uniform distribution to an approximately Gaussian distribution based on the central limit theorem. . As a result, the probability of occurrence of a symbol having a small amplitude is increased under the situation where the average signal power is equal. According to the present invention, there is an effect that the frequency of waveform deterioration can be reduced particularly in a situation where the waveform deterioration of the optical signal cannot be ignored in the form of a step function with respect to the value of the optical amplitude serving as a certain threshold value.
図2および図3の例では、波形劣化が無視できなくなる光の振幅の値として、光振幅の平均値を用いたが、波形劣化が無視できなくなる光の振幅の値として、本発明による光送信器および光受信器の光の振幅で超過する度数よりも、従来の光送受信機の光の振幅で超過する度数の方が多くなる任意の光の振幅の値の場合に、本発明は有効である。 2 and 3, the average value of the optical amplitude is used as the value of the amplitude of the light whose waveform deterioration cannot be ignored. However, the optical transmission according to the present invention is used as the value of the amplitude of the light whose waveform deterioration cannot be ignored. The present invention is effective in the case of an arbitrary light amplitude value in which the frequency exceeding the light amplitude of the conventional optical transceiver is larger than the frequency exceeding the light amplitude of the optical receiver and the optical receiver. is there.
(第1実施形態)
次に、図4および図5を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。
本実施形態では、上述した本発明の原理に基づいて生成した符号化後のデータ列B1,B2,…,BNを波長多重して伝送する。
(First embodiment)
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 and FIG.
In the present embodiment, the encoded data strings B 1 , B 2 ,..., B N generated based on the principle of the present invention described above are wavelength-multiplexed and transmitted.
[構成の説明]
本実施形態による光伝送システムは、光伝送路900を介して相互に接続された図4の光送信器100と図5の光受信器200とを備え、光送信器100から光伝送路900を介して光受信器200に光信号を伝送するものである。本実施形態では、光伝送路900として、光ファイバ伝送路を想定するが、この例に限定されず、光信号を伝送することができること限度として、任意の媒体を用いることができる。
[Description of configuration]
The optical transmission system according to the present embodiment includes the
図4に、本実施形態による光伝送システムが備える光送信器100の構成の一例を示す。光送信器100は、光信号Sを生成して光伝送路900に送出するものであり、符号部110と多重部120とを備える。ここで、符号部110は、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列A1,A2,…,ANを、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列B1,B2,…,BNに符号化(変換)するものである。多重部120は、符号部110により得られた送信データ列B1,B2,…,BNを光信号Sに多重化するものである。ここで、入力データ列A1,A2,…,ANは、複数の異なるデータを有するデータ列であり、光信号の振幅および位相情報を表し、任意の複素数により表される。また、各データ列は互いに独立な一様分布に従う。
なお、図4において、実線の矢印は光信号を表し、点線の矢印は電気信号を表す。他の図においても同様である。
FIG. 4 shows an example of the configuration of the
In FIG. 4, solid arrows represent optical signals, and dotted arrows represent electrical signals. The same applies to the other drawings.
本実施形態では、符号部110は、前述の式(1)に示すN×Nアダマール行列Hnを用いて入力データ列A1,A2,…,ANを送信データ列B1,B2,…,BNに符号化するための行列演算を実施する演算処理部111を備える。演算処理部111は、前述の式(2)の演算を実施することにより、入力データ列A1,A2,…,ANを送信データ列B1,B2,…,BNに符号化する。
In the present embodiment, the
多重部120は、N個の光源1211〜121Nと、N個の光変調部1221〜122Nと、合波部123とを備える。光源1211〜121Nは、それぞれ、波長λ1〜λNの連続光(CW光)を発生させるものである。光変調部1221〜122Nは、光源1211〜121Nが発生させた連続光を送信データ列B1,B2,…,BNに基づいて光変調することにより、波長λ1〜λNに対応したN個の変調光を生成するものである。合波部123は、光変調部1221〜122Nにより生成された波長λ1〜λNに対応したN個の変調光を合成して光信号Sを生成するものである。合波部123により生成された光信号Sは、光伝送路900に送出される。
The
図5に、本実施形態による光伝送システムが備える光受信器200の構成の一例を示す。光受信器200は、光伝送路900から光信号Sを受信して、この光信号Sからデータ列を復元するものであり、分離部210と復号部220とを備える。このうち、分離部210は、光信号Sから、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離するものである。ここで、本実施形態では、分離部210により分離して得られる受信データ列は、上述の光送信器100における送信データ列B1,B2,…,BNに相当する。以下では、上述の送信データ列と同様に、分離部210により得られる受信データ列を、B1,B2,…,BNと称す。
FIG. 5 shows an example of the configuration of the
分離部210は、分波部211、N個のデジタルコヒーレント受信部2121〜212N、遅延調整部2131〜213Nを備える。このうち、分波部211は、光伝送路900から入射された光信号Sを波長ごとにN個の光信号に分波(波長分離)するものである。デジタルコヒーレント受信部2121〜212Nは、分波部211により分波されたN個の光信号と局発光(図示なし)との検波結果をデジタル信号に変換して出力するものである。デジタルコヒーレント受信部2121〜212Nとして、従来から光デジタルコヒーレント通信で用いられる一般的なデジタルコヒーレント受信器を用いることができる。遅延調整部2131〜213Nは、デジタルコヒーレント受信部2121〜212Nから出力されたデジタル信号に対し、光伝送路900における波長分散等に起因する遅延を補償するための処理を実施するものである。遅延調整部2131〜213Nから受信データ列B1,B2,…,BNが分離部210の出力信号として出力される。
The
復号部220は、分離部210により得られた受信データ列B1,B2,…,BNを、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化するものである。ここで、本実施形態では、復号部220により復号化された出力データ列は、上述の光送信器100における入力データ列A1,A2,…,ANに相当する。以下では、上述の入力データ列と同様に、復号部220により復号化して得られる出力データ列を、A1,A2,…,ANと称す。
The
本実施形態では、復号部220は、前述の式(1)に示すN×Nアダマール行列Hnを用いて受信データ列B1,B2,…,BNを出力データ列A1,A2,…,ANに符号化するための行列演算を実施する演算処理部221を備える。演算処理部221は、前述の式(4)の演算を実施することにより、受信データ列B1,B2,…,BNを出力データ列A1,A2,…,ANに復号化する。
In this embodiment, the
次に、本実施形態による光伝送システムを構成する光送信器100および光受信器200の動作を説明する。
本実施形態では、光送信器100は、符号部110における符号化により得られた複数のデータ列B1,B2,…,BNを、異なる波長の光に重畳することにより波長多重を行って伝送する。
Next, operations of the
In the present embodiment, the
図4の光送信器100では、入力データ列A1,A2,…,ANはデジタル電気信号として符号部110に入力され、前述の式(2)に示される演算処理が施されることにより送信データ列B1,B2,…,BNが生成される。送信データ列B1,B2,…,BNを構成する個々のデータ列B1、データ列B2、…、データ列BNが有するデータ情報は、それぞれ、デジタル電気信号として異なる光変調部1221〜122Nに入力され、異なる波長λ1,λ2,…,λNの光に振幅/位相情報として重畳される。このようにして生成された光信号Sを、合波部123を用いて波長多重した後に光伝送路900へ送出する。各データ列が複素数である場合、例えば、光変調部1221〜122Nとして光ベクトル変調器(IQ変調器)を用いて、データ列の実数成分を同相成分とし、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。
In the
一方、図5の光受信器200では、波長多重された光信号Sが分波部211により分波(波長分離)され、分波された各光信号がデジタルコヒーレント受信部2121〜212Nに入射される。デジタルコヒーレント受信部1211〜212Nは、振幅/位相情報を保持した状態で、入射した光信号をデジタル電気信号に変換する。また、デジタルコヒーレント受信部1211〜212Nは、光伝送路900で生じた波長分散や偏波モード分散等に起因した線形の光信号波形劣化を補償するための処理を実施して受信データ列B1,B2,…,BNを得る。
On the other hand, in the
ここで、受信データ列B1,B2,…,BNの各データ列間では、光伝送路900の波長分散や、光送信器100における各データ間での経路差に起因した既知の遅延差が生じるため、遅延調整部2131〜213Nによりこれを補償する。この遅延調整部2131〜213Nとして、可変遅延線などを用いることができる。こうして遅延調整が施された受信データ列B1,B2,…,BNは、デジタル電気信号として復号部220に入力される。
Here, the received data sequence B 1, B 2, ..., in between the data string of B N, the wavelength dispersion and the
復号部220は、前述の式(4)に示される演算処理を実施することにより、受信データ列B1,B2,…,BNから出力データ列A1,A2,…,ANを生成し、これにより、送信側の入力データ列A1,A2,…,ANを復元する。復号部220により得られた出力データ列A1,A2,…,ANの各データに対して閾値判定が実施され、シンボルが識別される。
The
上述した第1実施形態によれば、各シンボルの発生確率を一様分布ではなく、振幅の大きなシンボルの発生確率を小さくし、振幅の小さなシンボルの発生確率を大きくすることができる。これにより、非線形光学効果による光信号波形劣化を抑制することができる。 According to the first embodiment described above, the probability of occurrence of each symbol is not uniformly distributed, the probability of occurrence of a symbol with a large amplitude can be reduced, and the probability of occurrence of a symbol with a small amplitude can be increased. Thereby, optical signal waveform deterioration by a nonlinear optical effect can be suppressed.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
本実施形態では、上述した本発明の原理に基づいて生成した符号化後のデータ列B1,B2,…,BNを時分割多重することで単一の波長の光に重畳して伝送する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, the encoded data strings B 1 , B 2 ,..., B N generated based on the principle of the present invention described above are time-division multiplexed to be superimposed on a single wavelength of light and transmitted. To do.
図6は、本実施形態による光伝送システムが備える光送信器300の構成の一例を示すブロック図であり、図7は、本実施形態による光伝送システムが備える光受信器400の構成の一例を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an exemplary configuration of the
図6に示すように、本実施形態による光送信器300は、符号部110と多重部320とを備える。このうち、多重部320は、時分割多重部321、光源322、光変調部323から構成されている。ここで、時分割多重部321は、送信データ列B1,B2,…,BNをデジタル電気信号のデータ列Cに時多重するものである。光変調部323は、時分割により多重化された送信データ列B1,B2,…,BNに基づいて、光源322が発生させた波長λの連続光を光変調することにより光信号Sを生成するものである。光信号Sは光伝送路900に送出される。
As shown in FIG. 6, the
一方、図7に示すように、光受信器400は、分離部410と復号部220とから構成される。本実施形態では、分離部410は、デジタルコヒーレント受信部411、時分割多重部412から構成される。ここで、デジタルコヒーレント受信部411は、光伝送路900から入射される光信号Sと局発光(図示なし)との検波結果をデジタル電気信号のデータ列Cに変換して出力するものである。デジタルコヒーレント受信部411としては、従来から光デジタルコヒーレント通信で用いられる一般的なデジタルコヒーレント受信器を用いることができる。時分割多重部412は、デジタル信号Cを受信データ列B1,B2,…,BNに時分離するものであり、上述の光送信器300における時分割多重部321とは逆の処理を実施するものである。受信データ列B1,B2,…,BNは復号部220に入力される。
On the other hand, as illustrated in FIG. 7, the
なお、複数の異なるデータ情報を有する入力データ列A1,A2,…,ANは光信号の振幅/位相情報を表し、任意の複素数で表されるものとする。また、入力データ列A1,A2,…,ANの各データ列は互いに独立な一様分布に従うものとする。 It is assumed that input data strings A 1 , A 2 ,..., A N having a plurality of different data information represent amplitude / phase information of the optical signal and are represented by arbitrary complex numbers. The input data sequence A 1, A 2, ..., each data string of A N shall comply with the mutually independent uniform distribution.
次に、本実施形態による光伝送システムを構成する光送信器300および光受信器400の動作を説明する。
図6の光送信器300において、入力データ列A1,A2,…,ANの各データ列はデジタル電気信号として符号部110に入力される。符号部110は、前述の式(2)に示される演算処理を実施することにより送信データ列B1,B2,…,BNを生成する。送信データ列B1,B2,…,BNの各データ列が有するデータ情報は、デジタル電気信号として時分割多重部321に入力され、時分割多重部321は、時多重により新たなデータ列Cを生成する。データ列Cはデジタル電気信号として光変調部323に入力される。光変調部323は、データ列Cを振幅/位相情報の形で波長λの局発光に重畳して光信号Sを生成する。このようにして生成された光信号Sは、光伝送路900へ送出される。データ列が複素数である場合には、例えば、光変調部323として光ベクトル変調器(IQ変調器)を用いて、データ列の実数成分を同相成分とし、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。
Next, operations of the
In the
一方、図7の光受信器400において、光伝送路900から光信号Sがデジタルコヒーレント受信部411に入射される。デジタルコヒーレント受信部411は、振幅/位相情報を保持した状態で光信号Sをデジタル電気信号に変換し、光伝送路900で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化を補償することによりデータ列Cを得る。データ列Cはデジタル電気信号として時分割多重部412に入力される。時分割多重部412は、データ列Cを時分離して受信データ列B1,B2,…,BNを出力する。受信データ列B1,B2,…,BNはデジタル電気信号として復号部220に入力される。
On the other hand, in the
復号部220は、前述の式(4)に示される演算処理を実施することにより、受信データ列B1,B2,…,BNから出力データ列A1,A2,…,ANを生成し、これにより、送信側の入力データ列A1,A2,…,ANを復元する。復号部220により生成された出力データ列A1,A2,…,ANの各データに対して閾値判定が実施され、シンボルが識別される。
The
図8は、本実施形態による光伝送システムにおける時分割多重部321による時多重および時分割多重部421による時分離を説明するための説明図である。ここでは、データ列Bmのタイムスロットtにおける値をBm(t)としている。同図(a)に示すように、受信データ列B1,B2,…,BNを構成するデータ列B1、データ列B2、…データ列BNを所定のルールに従って直列化してデータ列Cを生成することにより、受信データ列B1,B2,…,BNをデータ列Cに時多重する。また、同図(b)に示すように、データ列Cを構成する各データ列を、時多重とは逆のルールに従って並列化することにより、データ列Cを受信データ列B1,B2,…,BNに時分離する。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining time multiplexing by the time
図9は、本実施形態による光伝送システムにおいて、変調方式として16QAMを用いた場合における光信号の特性を説明するための特性図である。同図(a)および同図(b)は、データ列A1,A2,…,ANとして64QAMを用いた場合における、データ列B1とデータ列Cの同相成分の振幅の発生分布をそれぞれ示す。ここで、多重数Nは4としている。また、同図(c)および同図(d)は、同様の条件における、データ列B1とデータ列Cの信号パワーの発生分布をそれぞれ示す。同図(a)および同図(b)に例示されるように、時多重されたデータ列であるデータ列Cの振幅の発生分布は、時多重される前のデータであるデータ列B1の振幅の発生分布と同様に、ガウス分布となる。また、同図(c)および同図(d)に例示されるように、データ列Cの信号パワーはデータ列B1の信号パワーとほぼ同等の発生分布を示す。ここでは、データ列A1,A2,…,ANとして64QAMを用いているので、データ列A1,A2,…,ANの信号パワーの発生分布は、図2(a)における点線の特性に示す通りである。 FIG. 9 is a characteristic diagram for explaining the characteristics of an optical signal when 16QAM is used as a modulation method in the optical transmission system according to the present embodiment. FIG (a) and FIG. (B), the data sequence A 1, A 2, ..., in the case of using the 64QAM as A N, the amplitude occurrence distribution of the in-phase component data string B 1 and a data row C Each is shown. Here, the multiplexing number N is four. Further, FIG. (C) and FIG (d) is shown in the same conditions, the data sequence B 1 and a data row C of the occurrence distribution of the signal power, respectively. As illustrated in FIGS. 6A and 6B, the amplitude distribution of the data string C, which is a time-multiplexed data string, is the distribution of the data string B 1 that is the data before time-multiplexing. Similar to the amplitude distribution, a Gaussian distribution is obtained. Further, as illustrated in FIG. (C) and FIG (d), the signal power of the data string C show almost the same occurrence distribution and signal power data string B 1. Here, the data sequence A 1, A 2, ..., because of the use of 64QAM as A N, the data sequence A 1, A 2, ..., generation distribution of the signal power of A N is the dotted line in FIGS. 2 (a) As shown in the characteristics.
本実施形態によれば、上述の第1実施形態に比べて、光受信器400において遅延調整が不要である。また、光送信器300において多重数Nに相当する個数の光変調部を準備する必要がない。従って、光送信器300および光受信器400の構成を簡略化することができる。
According to the present embodiment, delay adjustment is unnecessary in the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
本実施形態では、上述した本発明の原理に基づいて生成した符号化後のデータ列B1,B2,…,BNを異なる波長の光に重畳し、偏波多重信号として伝送する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, encoded data strings B 1 , B 2 ,..., B N generated based on the principle of the present invention described above are superimposed on light of different wavelengths and transmitted as polarization multiplexed signals.
図10は、本実施形態による光伝送システムが備える光送信器500の構成の一例を示すブロック図である。光送信器500は、符号部110と多重部520とを備える。このうち、多重部520は、光源5211〜521N/2、光変調部5221〜522N、偏波結合部5231〜523N/2、合波部524から構成される。光源5211〜521N/2は、波長λ1〜λN/2の光を発生させるものである。光変調部5221〜522Nは、送信データ列B1,B2,…,BNに基づいて波長λ1〜λN/2の光を光変調して変調光(x偏波、y偏波)を生成するものである。偏波結合部5231〜523N/2は、光変調部5221〜522Nからの変調光を偏波結合して光信号D1〜DN/2を発生させるものである。光信号D1〜DN/2は合波部524に入力される。合波部524は、光信号D1〜DN/2を光信号Sに合成するものである。光信号Sは光伝送路900に送出される。
FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the
図11に、本実施形態による光伝送システムが備える光受信器600の構成の一例を示す。光受信器600は、光伝送路900から光信号Sを受信してデータ列を復元するものであり、分離部610と復号部220とを備える。このうち、分離部610は、光信号Sから、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列B1,B2,…,BNを分離するものである。
FIG. 11 shows an example of the configuration of the
分離部610は、分波部611、N個のデジタルコヒーレント受信部6121〜612N/2、遅延調整部6131〜613Nを備える。このうち、分波部611は、光伝送路900から入射された光信号Sを波長ごとにN/2個の光信号に分波(波長分離)するものである。デジタルコヒーレント受信部6121〜612N/2は、分波部611により分波されたN/2個の光信号と局発光(図示なし)との検波結果をデジタル電気信号に変換して出力するものである。遅延調整部6131〜613Nは、デジタルコヒーレント受信部6121〜612N/2から出力されるデジタル信号に対し、光伝送路900における波長分散等に起因する遅延を補償するための処理を実施するものである。遅延調整部6131〜613Nから受信データ列B1,B2,…,BNは、分離部610の出力信号として復号部220に出力される。
The separating
なお、複数の異なるデータ情報を有する入力データ列A1,A2,…,ANは光信号の振幅/位相情報を表し、任意の複素数で表されるものとする。また、入力データ列A1,A2,…,ANの各データ列は互いに独立な一様分布に従うものとする。 It is assumed that input data strings A 1 , A 2 ,..., A N having a plurality of different data information represent amplitude / phase information of the optical signal and are represented by arbitrary complex numbers. The input data sequence A 1, A 2, ..., each data string of A N shall comply with the mutually independent uniform distribution.
次に、本実施形態による光伝送システムが備える光送信器500および光受信器600の動作を説明する。
図10において、入力データ列A1,A2,…,ANの各データ列は、デジタル電気信号として符号部110に入力される。符号部110は、前述の式(2)に示される演算処理を施すことによりデータ列B1,B2,…,BNを生成する。それぞれのデータ列が有するデータ情報は、デジタル電気信号として異なる光変調器5221〜522Nに入力され、振幅/位相情報として異なる波長λ1, λ2, …,λN/2の光に重畳される。このとき、データ列B1を重畳する光変調器5221とデータ列B2を重畳する光変調器5222には同じ波長λ1の光が入射される。同様に、データ列B3を重畳する光変調器5223とデータ列B4を重畳する光変調器5224には同じ波長λ2の光が入射されるといったように、データ列Bnを重畳する光変調器とデータ列Bn+1を重畳する光変調器には同じ波長の光が入射される。ここで、nは奇数である。
Next, operations of the
In FIG. 10, each data string of input data strings A 1 , A 2 ,..., A N is input to the
このようにして光変調部5221〜522Nにより生成された光信号を、偏波結合部5231〜523N/2を用いて同じ波長の光信号の組を偏波多重することにより、偏波多重信号D1〜DN/2を生成する。さらに、合波部524は、偏波多重信号D1〜DN/2を波長多重して光信号Sを生成して光伝送路900へ送出する。データ列が複素数である場合には、例えば、光変調器5221〜522Nとして光ベクトル変調器(IQ変調器)を用いて、データ列の実数成分を同相成分とし、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。
The polarization of the optical signals generated by the optical modulators 522 1 to 522 N in this manner is polarization-multiplexed by using the polarization couplers 523 1 to 523 N / 2 to polarize and multiplex the optical signals. generating a
図11の光受信器600では、分波部611は、波長多重された光信号Sを波長分離し、波長分離された各光信号がデジタルコヒーレント受信部6121〜612N/2に入射される。デジタルコヒーレント受信部6121〜612N/2は、振幅/位相情報を保持した状態で光信号をデジタル電気信号に変換され、光伝送路900で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化を補償し、偏波分離を施す。このようにして、受信データ列B1,B2,…,BNが得られる。各データ列間では、光伝送路900の波長分散や、送信器における各データ間での経路差に起因した既知の遅延差が生じているため、遅延調整器6131〜613Nによりこれを補償する。遅延調整器6131〜613Nとしては、可変遅延線などを用いることができる。こうして遅延調整が施されたデータ列B1,B2,…,BNは、デジタル電気信号として復号部220に入力される。復号部220は、前述の式(4)に示される演算処理を実施することにより、受信データ列B1,B2,…,BNから出力データ列A1,A2,…,ANを生成し、これにより、送信側の入力データ列A1,A2,…,ANを復元する。復号部220により生成された出力データ列A1,A2,…,ANの各データに対して閾値判定が実施され、シンボルが識別される。
In the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態を説明する。
本実施形態は、第1実施形態と第2実施形態と第3実施形態を組み合わせ、すなわち、波長多重と時分割多重と偏波多重の組み合わせに相当する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
This embodiment is a combination of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, that is, a combination of wavelength multiplexing, time division multiplexing, and polarization multiplexing.
図12は、本実施形態による光伝送システムが備える光送信器700の構成の一例を示すブロック図であり、図13は、本実施形態による光伝送システムが備える光受信器800の構成の一例を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram illustrating an exemplary configuration of the
図12の光送信器700は、符号部110と多重部720とから構成される。このうち、多重部720は、時分割多重部7211〜721N/M、光源7221〜722N/2M、光変調部7231〜723N/M、偏波結合部7241〜724N/2M、合波部725から構成される。ここで、時分割多重部7211〜721N/Mは、第2実施形態の時分割多重部321に対応する要素であり、送信データ列B1,B2,…,BNを時多重して送信データ列C1,C2,…,CN/Mを生成するものである。光変調部7231〜723N/Mは、第3実施形態の光変調部5221〜522Nに対応する要素であり、時多重された送信データ列C1,C2,…,CNに基づいて、光源7221〜722N/2Mが発生させた波長λ1,λ2,…,λN/2Mの連続光を光変調して変調光(x偏波、y偏波)を生成するものである。偏波結合部7241〜724N/2Mは、第3実施形態の5231〜523N/2に対応する要素であり、光変調部7231〜723N/Mからの変調光(x偏波、y偏波)を偏波結合して光信号D1〜DN/2Mを発生させるものである。光信号D1〜DN/2Mは合波部725に入力される。合波部725は、光信号D1〜DN/2Mを光信号Sに合成するものである。光信号Sは光伝送路900に送出される。
An
図13の光受信器800は、分離部810と復号部220とから構成される。このうち、分離部810は、分波部811、デジタルコヒーレント受信部8121〜812N/2M、遅延調整部8131〜813N/M、時分割多重部8141〜814N/Mから構成される。このうち、分波部811は、第3実施形態の分波部611に対応する要素であり、光伝送路900から入射される光信号Sを波長ごとにN/2個の光信号D1〜DN/2Mに分波(波長分離)するものである。デジタルコヒーレント受信部8121〜812N/2Mは、第3実施形態のデジタルコヒーレント受信部6121〜612N/2に対応する要素であり、分波部811により分波されたN/2M個の光信号と局発光(図示なし)との検波結果をデジタル信号に変換して出力するものである。遅延調整部8131〜813N/2Mは、第3実施形態の遅延調整部6131〜613Nに対応する要素であり、デジタルコヒーレント受信部8131〜813N/2Mから出力されるデジタル信号に対し、光伝送路900における波長分散等に起因する遅延を補償するための処理を実施するものである。遅延調整部8131〜813N/2Mからのデータ列C1,C2,…,CN/Mは、時分割多重部8141〜814N/Mに入力される。時分割多重部8141〜814N/Mは、データ列C1,C2,…,CN/Mを受信データ列B1,B2,…,BNに時分離するものである。
The
なお、複数の異なるデータ情報を有する入力データ列A1,A2,…,ANは光信号の振幅/位相情報を表し、任意の複素数で表されるものとする。また、入力データ列A1,A2,…,ANの各データ列は互いに独立な一様分布に従うものとする。 It is assumed that input data strings A 1 , A 2 ,..., A N having a plurality of different data information represent amplitude / phase information of the optical signal and are represented by arbitrary complex numbers. The input data sequence A 1, A 2, ..., each data string of A N shall comply with the mutually independent uniform distribution.
次に、本実施形態による光伝送システムを構成する光送信器700および光受信器800の動作を説明する。
図12において、入力データ列A1,A2,…,ANの各データ列は、デジタル電気信号として符号部110に入力される。符号部110は、前述の式(2)に示される演算処理を施すことにより送信データ列B1,B2,…,BNを生成する。それら送信データ列は時分割多重部7211〜721N/Mに入力される。時分割多重部7211〜721N/Mは、送信データ列B1,B2,…,BNを時多重してデータ列C1,C2,…,CN/Mを生成する。ここでは、時分割多重の多重数をMとしている。それぞれのデータ列が有するデータ情報は、デジタル電気信号として異なる光変調器7231〜723N/Mに入力され、振幅/位相情報として、異なる波長λ1, λ2, …, λN/2Mの光に重畳される。このとき、データ列C1を重畳する光変調器7231とデータ列C2を重畳する光変調器7232には同じ波長λ1の光が入射される。同様に、データ列C3を重畳する光変調器7233とデータ列C4を重畳する光変調器7234には同じ波長λ2の光が入射されるといったように、データ列Cnを重畳する光変調器とデータ列Cn+1を重畳する光変調器には同じ波長の光が入射される。ここで、nは奇数である。
Next, operations of the
In FIG. 12, each data sequence of input data sequences A 1 , A 2 ,..., A N is input to the
このようにして光変調部7231〜723N/Mにより生成された光信号を、偏波結合部7241〜724N/2Mを用いて同じ波長の光信号の組を偏波多重して、偏波多重信号D1〜DN/2Mを生成する。さらに、合波部725は、偏波多重信号D1〜DN/2Mを波長多重して光信号Sを生成して光伝送路900へ送出する。データ列が複素数である場合には、例えば、光変調器7241〜724N/2Mとして光ベクトル変調器(IQ変調器)を用いて、データ列の実数成分を同相成分として、虚数成分を直交位相成分として変調を施す。
In this way, the optical signals generated by the optical modulation units 723 1 to 723 N / M are polarization-multiplexed with a pair of optical signals having the same wavelength using the polarization coupling units 724 1 to 724 N / 2M , Polarization multiplexed signals D 1 to D N / 2M are generated. Further, the
図13の光受信器800では、分波部811は、波長多重された光信号を波長分離し、それぞれの光信号D1,D2,…,DN/2Mがデジタルコヒーレント受信部8121〜612N/2Mに入射される。デジタルコヒーレント受信部8121〜812N/2Mでは、光信号は、振幅/位相情報を保持した状態でデジタル電気信号に変換され、光伝送路900で生じた波長分散や偏波モード分散に起因した線形の光信号波形劣化が補償され、偏波分離が施される。このようにして、受信データ列C1,C2,…,CN/Mが得られる。
In the
ここで、各データ列間では、光伝送路900の波長分散や、送信器における各データ間での経路差に起因した既知の遅延差が生じているため、遅延調整器8131〜813N/2Mによりこれを補償する。遅延調整器8131〜813N/Mとしては、可変遅延線などを用いることができる。こうして遅延調整が施されたデータ列C1,C2,…,CN/Mは、デジタル電気信号として時分割多重部8141〜814N/Mに入力される。時分割多重部8141〜814N/Mは、データ列C1,C2,…,CNを時分割して受信データ列B1,B2,…,BNを生成する。受信データ列B1,B2,…,BNは復号部220に入力される。復号部220は、前述の式(4)に示される演算処理を実施することにより、受信データ列B1,B2,…,BNから出力データ列A1,A2,…,ANを生成し、これにより、送信側の入力データ列A1,A2,…,ANを復元する。このデータ列A1,A2,…,ANの各データに対して閾値判定が実施され、シンボルが識別される。
Here, since there is a known delay difference due to the chromatic dispersion of the
上述した各実施形態では、本発明を光送信器および光受信器として表現したが、本発明は、光送信方法および光受信方法として表現することもできる。この場合、本発明による光送信方法は、光信号を光伝送路に送出する光送信方法であって、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号段階と、前記符号段階により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重段階と、を含む光送信方法として表現することができる。
また、本発明による光受信方法は、光伝送路から光信号を受信する光受信方法であって、前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離段階と、前記分離段階により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号段階と、を含む光受信方法として表現することができる。
In each of the embodiments described above, the present invention is expressed as an optical transmitter and an optical receiver. However, the present invention can also be expressed as an optical transmission method and an optical reception method. In this case, the optical transmission method according to the present invention is an optical transmission method for sending an optical signal to an optical transmission line, and an input data sequence represented by symbols having a uniform probability of occurrence is represented by a Gaussian distribution. It can be expressed as an optical transmission method including a code step for encoding a transmission data sequence represented by a symbol according to the above and a multiplexing step for multiplexing the transmission data sequence obtained by the code step to the optical signal. .
The optical reception method according to the present invention is an optical reception method for receiving an optical signal from an optical transmission line, and a separation step of separating a received data sequence represented by symbols having an occurrence probability following a Gaussian distribution from the optical signal. And a decoding step of decoding the received data sequence obtained by the separation step into an output data sequence represented by symbols having a uniform probability of occurrence. .
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の変形や修正が可能である。
例えば、上述した各実施形態による光送信器および光受信器は、位相と振幅のいずれか一方の情報を用いて符復号化しても良く、デジタル信号処理以外のアナログ信号処理で処理してもよい。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be arbitrarily modified or modified without departing from the gist of the present invention.
For example, the optical transmitters and optical receivers according to the above-described embodiments may be code-decoded using either phase or amplitude information, or may be processed by analog signal processing other than digital signal processing. .
100…光送信器、110…符号部、120…多重部、1211〜121N…光源、1221〜122N…光変調部、123…合波部、200…光受信器、210…分離部、211…分波部、2121〜212N…デジタルコヒーレント受信部、2131…213N…遅延調整部、220復号部、300…光送信器、310…符号部、320…多重部、321…時分割多重部、322…光源、323…光変調部、400…光受信器、410…分離部、411…デジタルコヒーレント受信部、412…時分割多重部、500…光送信器、520…多重部、5211〜521N/2…光源、5221〜522N…光変調部、5231〜523N/2…偏波結合部、524…合波部、600…光受信器、610…分離部、611…分波部、6121〜612N/2…デジタルコヒーレント受信部、6131〜613N…遅延調整部、700…光送信器、720…多重部、7211〜721N/M…時分割多重部、7221〜722N/2M…光源、7231〜723N/2M…光変調部、7241〜724N/2M…偏波結合部、725…合波部、800…光受信器、810…分離部、811…分波部、8121〜812N/2M…デジタルコヒーレント受信部、8131〜813N/M…遅延調整部、8141〜814N/M…時分割多重部、900…光伝送路(光ファイバ)。 100 ... optical transmitter, 110 ... encoding unit, 120 ... multiplexing unit, 121 1 to 121 N ... light source, 122 1 to 122 N ... optical modulation section, 123 ... multiplexing unit, 200 ... optical receiver, 210 ... separating portion , 211 ... demultiplexing unit, 212 1 to 212 N ... digital coherent receiving unit, 213 1 ... 213 N ... delay adjustment unit, 220 decoding unit, 300 ... optical transmitter, 310 ... encoding unit, 320 ... multiplexing unit, 321 ... Time division multiplexing unit, 322... Light source, 323 .. optical modulation unit, 400... Optical receiver, 410 .. separation unit, 411... Digital coherent reception unit, 412. 521 1 to 521 N / 2 ... Light source, 522 1 to 522 N ... Optical modulation unit, 523 1 to 523 N / 2 ... Polarization coupling unit, 524 ... multiplexing unit, 600 ... optical receiver, 610. 611 ... branching unit, 612 1 to 612 N / 2 ... digital coherent receiving unit, 613 1 to 613 N ... delay adjustment unit, 700 ... optical transmitter, 720 ... multiplexing unit, 721 1 to 721 N / M ... time division multiplexing , 722 1 to 722 N / 2M ... light source, 723 1 to 723 N / 2M ... optical modulator, 724 1 to 724 N / 2M ... polarization coupling part, 725 ... multiplexing part, 800 ... optical receiver, 810 ... separation unit, 811 ... demultiplexing unit, 812 1 to 812 N / 2M ... digital coherent reception unit, 813 1 to 813 N / M ... delay adjustment unit, 814 1 to 814 N / M ... time division multiplexing unit, 900 ... Optical transmission line (optical fiber).
Claims (8)
前記光送信器は、
発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号部と、
前記符号部により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重部と、
を備え、
前記光受信器は、
前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離部と、
前記分離部により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号部と、
を備えた光伝送システム。 An optical transmission system comprising an optical transmitter and an optical receiver connected to each other via an optical transmission path, and transmitting an optical signal from the optical transmitter to the optical receiver via the optical transmission path. ,
The optical transmitter is
A coding unit that encodes an input data sequence represented by symbols having a uniform probability of occurrence into transmission data sequences represented by symbols having a probability of occurrence of Gaussian distribution;
A multiplexing unit that multiplexes the transmission data sequence obtained by the encoding unit into the optical signal;
With
The optical receiver is:
A separation unit that separates a reception data sequence represented by a symbol whose occurrence probability follows a Gaussian distribution from the optical signal;
A decoding unit that decodes the received data sequence obtained by the demultiplexing unit into an output data sequence represented by symbols that have a uniform distribution of occurrence probabilities;
Optical transmission system equipped with.
前記符号部は、次式(1)により、前記入力データ列を前記送信データ列に符号化し、
前記復号部は、次式(2)により、前記受信データ列を前記出力データ列に復号化する、請求項1に記載の光伝送システム。
The encoding unit encodes the input data string into the transmission data string according to the following equation (1):
The optical transmission system according to claim 1, wherein the decoding unit decodes the received data string into the output data string according to the following equation (2).
発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号部と、
前記符号部により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重部と、
を備えた光送信器。 An optical transmitter for sending an optical signal to an optical transmission line,
A coding unit that encodes an input data sequence represented by symbols having a uniform probability of occurrence into transmission data sequences represented by symbols having a probability of occurrence of Gaussian distribution;
A multiplexing unit that multiplexes the transmission data sequence obtained by the encoding unit into the optical signal;
With optical transmitter.
前記符号部は、次式(3)により、前記入力データ列を前記送信データ列に符号化する、請求項3に記載の光送信器。
The optical transmitter according to claim 3, wherein the encoding unit encodes the input data string into the transmission data string according to the following equation (3).
前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離部と、
前記分離部により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号部と、
を備えた光受信器。 An optical receiver for receiving an optical signal from an optical transmission line,
A separation unit that separates a reception data sequence represented by a symbol whose occurrence probability follows a Gaussian distribution from the optical signal;
A decoding unit that decodes the received data sequence obtained by the demultiplexing unit into an output data sequence represented by symbols that have a uniform distribution of occurrence probabilities;
With optical receiver.
前記復号部は、次式(4)により、前記受信データ列を前記出力データ列に復号化する、請求項5に記載の光受信器。
The optical receiver according to claim 5, wherein the decoding unit decodes the received data string into the output data string according to the following equation (4).
発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される入力データ列を、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される送信データ列に符号化する符号段階と、
前記符号段階により得られた送信データ列を前記光信号に多重化する多重段階と、
を含む光送信方法。 An optical transmission method for sending an optical signal to an optical transmission line,
A coding stage that encodes an input data sequence represented by symbols whose occurrence probability follows a uniform distribution into a transmission data sequence whose occurrence probability is represented by a symbol that follows a Gaussian distribution;
A multiplexing stage for multiplexing the transmission data sequence obtained by the code stage on the optical signal;
Including an optical transmission method.
前記光信号から、発生確率がガウス分布に従うシンボルによって表される受信データ列を分離する分離段階と、
前記分離段階により得られた前記受信データ列を、発生確率が一様な分布に従うシンボルによって表される出力データ列に復号化する復号段階と、
を含む光受信方法。 An optical receiving method for receiving an optical signal from an optical transmission line,
Separating from the optical signal a received data sequence represented by symbols whose occurrence probability follows a Gaussian distribution;
A decoding step of decoding the received data sequence obtained by the separation step into an output data sequence represented by symbols having a uniform probability of occurrence;
Including an optical receiving method.
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