JP2014518601A - 高次変調を用いた複数の非同期データストリームの伝達 - Google Patents

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Abstract

本発明は、多数の光信号を処理するために、伝送器(1102)及び受信器(1104)を提供することを特徴とする。光伝達システム(100)において複数の非同期データストリームを伝達することにより、シンボル毎の複数ビットを実現する位相変調及び/又は振幅変調のような、高次変調を用いる。時分割多重化、偏光多重化、及び副搬送波多重化のような1以上の付加的多重化技術を、この高次変調と合わせて用いることができる。これは、スペクトル的に高効率なマルチデータストリーム伝達メカニズムを実現させるために、様々に組み合わせることができる。本システムはアンフレーミングされ(102)、同期化され(104)、そして、高次変調(112)の前に再フレーミングされ(106)タギングされた(108)多数の非同期信号を受け取る。差動エンコーディング(110)を行うこともある。多重化された光信号を受け取って、受信器回路(116)は、現場発振器なしでの直接検出又は現場発振器を有するコヒーレント検出のいずれかを採用することができる。
【選択図】図2

Description

(関連出願の相互参照)
この出願は、2011年4月19日に出願された米国出願番号13/089,437、表題「高次変調を用いた複数の非同期データストリームの伝達(Transport Of Multiple Asynchronous Data s Using Higher Order Modulation)」を継続するものであり、この開示内容を本出願にすべて組み込むものとする。
1.本発明の技術分野
本発明は一般に光伝達システムに関する。さらに詳細には、本発明の特徴は、高次変調を用いて光伝達システムを介した複数の非同期データストリームの伝達に関するものである。
2.先行技術
多くの既存のネットワーキングのシナリオは、利用可能な光ファイバスペクトルの使用を最適化する方法で、大都市圏又は地方のネットワークを横断するような、さまざまな地理的領域へ、ルーター又はスイッチから多くのデータストリームを伝達することを必要とする。入力されるデータストリームは、異なる独立の信号源からくるので、一般的に非同期で、概して位相外れとなっていて、+/−100ppm以内のクロックレートとなっている。
いくつかの解決手段としては、低速サービスを同期させて高速データ転送速度で伝送する、例えば、同期光ネットワーク(SONET)/同期ディジタルハイアラーキ(SDH)又は光伝達ネットワーク(OTN)ハイアラーキを用いる、時分割多重化(TDM)を採用する。他の解決手段としては、異なる入力データストリームを異なる波長にマッピングし、多重化して単一ファイバに送る波長分割多重化(WDM)を採用する。
TDMにおいて、入力非同期データストリームは、伝達コンテナにマッピングされ、TDMは多重化されて高速コンテナを作る。この高速コンテナ(ストリーム)は、単純なオンオフキーイングから位相及び偏光に基づく高次変調までの種々の光変調技術を用いて伝送される。しかし、TDMは、最速の電子的な伝送、受信、チャンネル障害、及び利用可能な処理技術による制限を受ける。従って、TDMのみの伝達における重大な欠陥には、コスト、複雑さ、及びTDM多重化ステージ及びそれに続く逆シリアル化のための負荷電力消費が含まれる。一般に、TDM集合体によるアプローチでは、高速とすることによる光学的及びエレクトロニクス的コスト高のみならず、付加的な多重化/分離化による複雑さを引き起こすことがある。
一方、従来のWDM技術(高密度WDM「DWDM」を含む)をこれらの低速非同期伝達に用いる場合、スペクトル効率は非常に低くなる。従って、光ファイバの全伝送容量を用いることができない可能性がある。
本発明の特徴は、TDMアプローチに伴う高速とすることによる光学的及びエレクトロニクス的コスト高と複雑さ、及び低速信号アプローチによるWDMのスペクトル的非効率性の問題に対処するものである。ここに説明するように、スペクトル的に高効率な高速ビットレートとすることができるとともに、光学的及びエレクトロニクス的に低コストとなる低速ボーレートを保持することが可能である。
本発明の実施の形態では、光伝達システムにおいて複数のデータストリームを伝達するためにシンボル毎の複数ビットを実現する位相変調及び/又は振幅変調のような、高次変調を提供する。時分割多重化、偏光多重化、及び副搬送波多重化のような付加的多重化技術は、この高次変調と合わせて用いることができる。これは、スペクトル的に高効率なマルチデータストリーム伝達メカニズムを実現させるために、様々に組み合わせることができる。
1つの実施の形態によれば、光伝送システムは、複数のN個の非同期データストリームからフレーミング情報を除去することによりアンフレーミングを実行するため、及び非同期データストリームを同期化するための少なくとも1つのモジュールを具備する。このシステムはまた、同期したデータストリームの再フレーミングのため、及びエンコードしたストリーム情報で同期したデータストリームをタギングするための少なくとも1つのモジュールを具備する。またこのシステムは、タギングした同期したデータストリームの光受信器への伝送に先立ち、タギングした同期したデータストリームを2レベルで光変調することができる高次変調器を具備する。
1つの実施例として、このシステムは、少なくとも1つの再フレーミング及びタギングモジュールから同期したデータストリームを受信するための差動エンコーダをさらに具備する。この差動エンコーダは、高次変調器が2レベルで光変調することに先立ち、同期したデータストリームに関する信号の位相と振幅のうちの少なくとも1つをエンコードするための動作が可能である。
他の実施例として、システムは、タギングした同期したデータストリームの偏光多重化、副搬送波多重化、及び時分割多重化のうちの少なくとも1つを行うマルチプレクサをさらに具備する。
1つの選択肢として、アンフレーミングモジュール及び同期化モジュールのうちの少なくとも1つは、第1のセットの非同期データストリームを操作して第1のセットの同期データストリームを作るための、第1のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールと、第2のセットの非同期データストリームを操作して第2のセットの同期データストリームを作るための、第2のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールとを具備する。ここで、再フレーミングモジュール及びタギングモジュールのうちの少なくとも1つは、第1のセットの同期データストリームのうちの対応するものを操作して第1のセットのタギングした同期データストリームを作るための、第1のセットの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールと、第2のセットの同期したデータストリームのうちの対応するものを操作して第2のセットのタギングした同期データストリームを作るための、第2のセットの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールとを具備する。高次変調器は、第1のセットのタギングした同期したデータストリームに2レベルの光変調を行うことにより第1の光変調した信号を作るための第1の高次変調器と、第2のセットのタギングした同期したデータストリームに2レベルの光変調を行うことにより第2の光変調した信号を作るための第2の高次変調器とを具備する。マルチプレクサは、第1の光変調した信号及び第2の光変調した信号を受信し、偏光多重化を行い、光受信器への伝送に先立って単一の多重化した光信号を生成する操作が可能である。
他の1つの選択肢として、アンフレーミングモジュール及び同期化モジュールのうちの少なくとも1つは、第1のセットの非同期データストリームを操作して第1のセットの同期データストリーム作るための第1のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールと、第2のセットの非同期データストリームを操作して第2のセットの同期データストリーム作るための第2のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールとを具備する。ここで、少なくとも1つの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールは、第1のセットの同期データストリームのうちの対応するものを操作して、第1のセットのタギングした同期データストリームを作るための、第1のセットの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールと、第2のセットの同期したデータストリームのうちの対応するものを操作して、第2のセットのタギングした同期したデータストリームを作るための、第2のセットの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールとを具備する。高次変調器は、第1のセットのタギングした同期したデータストリームに2レベルの光変調を行って第1の光変調した信号を作る第1の高次変調器と、第2のセットのタギングした同期したデータストリームに2レベルの光変調を行って第2の光変調した信号を作る第2の高次変調器とを具備する。マルチプレクサは、第1の光変調した信号と第2の光変調した信号とを受け取り、副搬送波多重化を行って、光受信器への伝送に先立って単一の多重化した光信号を生成する操作が可能である。
さらなる選択肢として、少なくとも1つのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールは、複数のアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールを具備し、複数のアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールの各々は、対応するセットの非同期データストリームを操作して、対応するセットの同期データストリーム作るよう構成されている。少なくとも1つの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールは、複数の再フレーミングモジュール及びタギングモジュールを具備する。複数の再フレーミングモジュール及びタギングモジュールの各々は、同期データストリームのうちの対応する1つを操作して対応するタギングした同期データストリームを作るよう構成されている。ここで、マルチプレクサは、複数の時分割マルチプレクサを具備する。時分割マルチプレクサの各々は、タギングした同期データストリームのセットを多重化し、時分割多重化信号を生成する。高次変調器は、複数の時分割マルチプレクサから時分割多重化信号を受け取り、2レベルの光変調を行うことが可能である。
他の実施例として、システムは、少なくとも1つのモジュールが非同期データストリームにアンフレーミング及び同期化を行うことに先立ち、N個の非同期データストリームを変換して、光信号から電気信号に変換する複数の光電変換器をさらに具備する。さらなる実施例として、システムは、光受信器への伝送に先立ち、1以上の他の光信号を持つ高次変調器からの信号を多重化するための波長分割マルチプレクサをさらに具備する。またさらなる実施例として、高次変調器は、位相シフトキーイング又は矩形振幅変調を用いて2レベルの光変調を行うことが可能である。
他の実施の形態によれば、データの光伝送方法は、複数のN個の非同期データストリームを受信するステップと、複数のN個の非同期データストリームの各々にアンフレーミングを行うステップと、複数のN個の非同期データストリームを同期化するステップと、データストリームの1以上の特定の1つを特定するためのタグを有する構造化された伝送フレームにデータをマッピングするために同期したデータストリームを再フレーミング及びタギングするステップと、再フレーミングしタギングし同期したデータストリームに2レベルの光変調を行い、光受信器に伝送するよう構成した高次変調信号を作るステップと、を具備する。
1つの実施例として、この方法は、2レベルの光変調を行う前に、同期したデータストリームに結び付けて信号の位相及び振幅のうちの少なくとも1つで、同期したデータストリームに差動エンコーディングを行うステップをさらに具備する。
他の実施例として、この方法は、再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームの多重化を行うステップをさらに具備する。ここで、多重化には少なくとも、偏光多重化、副搬送波多重化、及び時分割多重化うちの少なくとも1つが含まれる。
1つの選択肢として、アンフレーミング及び同期化により、第1のセットの同期データストリーム及び第2のセットの同期データストリームを生成する。再フレーミング及びタギングにより、第1のセットの同期データストリームから第1のセットの、再フレーミングされタギングされた同期データストリームを作り、第2のセットの同期データストリームから第2のセットの、再フレーミングされタギングされた同期データストリームを作る。2レベルの光変調には、第1の高次変調信号を作るために第1のセットの、再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームに高次変調を行うステップと、第2の高次変調信号を作るために第2のセットのタギングされた同期したデータストリームに高次変調を行うステップとが含まれる。そして、多重化には、光受信器に伝送する前に、単一の多重化した光信号を生成するために、第1の高次変調信号及び第2の高次変調信号に偏光多重化を行うステップが含まれる。
他の1つの選択肢として、アンフレーミング及び同期化により、第1のセットの同期データストリーム及び第2のセットの同期データストリームを生成する。再フレーミング及びタギングにより、第1のセットの同期データストリームから第1のセットの、再フレーミングされタギングされた同期データストリームを作り、第2のセットの同期データストリームから第2のセットの、再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームを作る。2レベルの光変調には、第1の高次変調信号を作るために第1のセットの、再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームに高次変調を行うステップと、第2の高次変調信号を作るために第2のセットのタギングされた同期したデータストリームに高次変調を行うステップとが含まれる。そして、多重化には、光受信器に伝送する前に、単一の多重化した光信号を生成するために、第1の高次変調信号及び第2の高次変調信号に副搬送波多重化を行うステップが含まれる。
さらなる選択肢として、アンフレーミング及び同期化により、第1のセットの同期データストリーム及び第2のセットの同期データストリームを生成する。再フレーミング及びタギングにより、第1のセットの同期データストリームから第1のセットの、再フレーミングされタギングされた同期データストリームを作り、第2のセットの同期データストリームから第2のセットの、再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームを作る。多重化には、第1の時分割多重化信号を生成するために第1の光変調した信号に第1の時分割多重化を行うステップと、第2の時分割多重化信号を生成するために第2の光変調した信号に第2の時分割多重化を行うステップとが含まれる。そして、2レベルの光変調には、第1の時分割多重化信号と第2の時分割多重化信号とに2光変調を行うステップが含まれる。
他の実施例として、この方法はさらに、アンフレーミング及び同期化をおこなう前に、N個の非同期データストリームを光信号から電気信号に変換するステップを具備する。さらに他の実施例として、この方法はさらに、光受信器に伝送する前に、他の1つ以上の光信号の高次変調信号に波長分割多重化を行うステップを具備する。そして他の実施例として、2レベルの光変調は、位相シフトキーイング又は矩形振幅変調を採用する。
さらなる実施の形態として、光トランシーバは、複数のN個の非同期データストリームからフレーミング情報を取り去ることによりアンフレーミングを行うため、及び非同期データストリームを同期化するための、少なくとも1つのモジュールを具備する。またこのトランシーバは、同期したデータストリームを再フレーミングし、エンコードしたストリーム情報で同期したデータストリームをタギングするための少なくとも1つのモジュールと、タギングした同期したデータストリームを光受信器に伝送する前にタギングした同期したデータストリームの2レベルの光変調を行うことができる高次変調器とを具備する。このトランシーバはさらに、遠隔にある高次変調器からタギングした同期したデータストリームを受信し、受信したストリームのセットを出力するために受信したタギングした同期したデータストリームの復調及び検出のうちの少なくとも1つを行うことができる光受信器モジュールと、受信したストリームのセットをデコードしてデコードしたストリームを生成することのできるデコーダと、デコードしたストリームを再フレーミングするための少なくとも1つのモジュールとを具備する。
1つの実施例として、この光トランシーバはさらに、デコードしたストリームを再フレーミングする前に、デコードしたストリームにタグによる識別及び再順序付けを行うための手段を具備する。他の実施例として、この光トランシーバはさらに、受信したストリームのセットにおける伝送障害を除去するために受信したストリームのセットに信号調整を行うための手段を具備する。さらに他の実施例として、この光受信器モジュールは、受信したタギングした同期したデータストリームから差動位相情報を抽出するために、バランスド光検出器で直接検出を行うことができる。そして、他の実施例として、光受信器モジュールには、受信したタギングした同期したデータストリームから位相状態を抽出するために、コヒーレント検出を行うことができる1以上のローカル発振器が含まれる。
本発明の特徴による、典型的な光トランシーバ構造を図解したものである。 本発明の特徴による、複数の非同期データストリームから同期ストリームへの変換を図解したものである。 本発明の特徴による、高次変調を伴う偏光多重化及び副搬送波多重化の使用を図解したものである。 本発明の特徴による、高次変調を伴う時分割多重化を図解したものである。 本発明の特徴による、典型的な高次変調の使用時のコンステレーションを図解したものである。 本発明の特徴による、典型的な高次変調の使用時のコンステレーションを図解したものである。 本発明の特徴による、埋め込まれたタグを用いてフレームを特定する1つの方法を図解したものである。 本発明の特徴による、埋め込まれたタグを用いてフレームを特定する第2の方法を図解したものである。 本発明の特徴による、16−QAM高次変調を用いたシステムを図解したものである。 本発明の特徴による、典型的な矩形16−QAM伝送器構成を図解したものである。 本発明の特徴による、典型的な星形16−QAM伝送器構成を図解したものである。 本発明の特徴による、典型的な伝送器及び受信器の動作を図解したものである。
本発明の特徴、特性、及び利点は、以下の実施の形態の説明及び添付図を参照して考慮することで理解できる。異なる図面において同じ参照番号を使った場合は、同じか又は類似の構成要素を特定する。さらに、以下の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術範囲は添付請求項及びその均等範囲により定義される。
ここに提示する通り、本発明の実施の形態による光システムはシンボル毎に複数のビットを伝送するために高次変調を用いる。このシステムは、受信器でデータストリームを復元するためにデータストリーム識別子を伴う差動エンコーディングを採用する。以下に詳述するように、バランスド受信器を用いる直接検出又は光ローカル発振器を用いるコヒーレント検出のどちらも受信器で用いることができる。
図1は、本発明の特徴による光トランシーバシステム100を図解したブロック図である。システム100は、入力側に複数の低速クライアント信号、及び、出力側にDWDM波長の1つの高速信号を採用する。この実施の形態に示すように、複数のN個の非同期データストリームがシステム100に入力される。例えば、各ストリームが、Rギガビット/秒の所定のデータ転送速度、一般的には+/−100ppmの差異に収まるような、N個のデータストリームはそれぞれほんの少しだけ異なるデータ転送速とすることができる。このN個のストリームはペイロードレベルのアンフレーミングモジュール102を通過して同期化ブロック104で同期化される。アンフレーミングモジュール102はインフィニバンド、イーサネット、又はSONETフレーミングを除去する。データストリームは、同期化ブロック104で整列させられる。同期化を採用する伝送シナリオのために、同期化ブロック104は、すべてのストリームを、すべての伝送が同じデータ転送速度で行われるような、同じ参照クロックで再時間設定することができる。アンフレーミング及び同期化は、同じ装置又は違う装置で別々に又は同時に行うことができる。アンフレーミングモジュール102〜102で受け取られる前に、データストリームは、変換器モジュール105〜105により光信号から電気信号に変換することができる。これらの変換器モジュール105は、入力ストリームが光信号の代わりに電気信号として受け取られる場合は省略することができる。
同時に、ストリームは、1以上のフレーミングモジュール106で再フレーミングされ、ストリームのデータを復元させるためにブロック108でタギングされる。フレーミングモジュール106では、ヘッダー又はマーカーのような情報をストリームに付加し、タギングブロック108では、ストリーム情報をエンコードする。再フレーミング及びタギングは、同じ装置又は異なる装置で別々に又は同時に行うことができる。フレーミングセクション及びタギングセクションでは、入力クライアントデータを構造化された固定サイズの伝送フレームにマッピングする機能及びヘッダー情報の付加を行う。このヘッダー情報の一部として、タグが特定のクライアントストリームを識別するために付加される。このタグは、受信器の場所でクライアントストリームを復元するために用いられる。
次にストリームは、信号位相及び/又は振幅をエンコードする差動エンコーダ110に送られることが好ましい。受信器でデータストリームの復元が可能となるように、データストリーム識別子を用いて差動エンコーディングを行うことが好ましい。データストリーム識別子は、例えば、100又は1011のような、簡単な3ビット又は4ビットのバイナリコードとすることができる。差動エンコーディングを行った信号は、次に、光変調器複合体112に送られる。ここで、例えば、nレベルの変調信号にグレイコーディングを用いることにより、個々のストリームデータが複数のコンストレーションポイントにマッピングされる。これらのコンストレーション(振幅変調及び位相変調の組み合わせを表す)の各々は、持続波(CW)レーザ114により生成された搬送波に変調され、これらの変調された光信号の複数のインスタンスは、光ファイバケーブルを介してDWDM波長で伝送させるために一緒に多重化される。
1つの実施例として、高次変調は16QAMを用いて4ビット/シンボルを伝送する。この例では、シンボル(ボー)レートは、40Gb/sのビットレートで10Gb/sとすることができる。これにより、単一のWDM波長で、50GHzの波長グリッドを用いて4つの10Gb/sデータストリームの伝送ができる。従って、このシステムは、高いスペクトル効率の高速ビットレートを可能とする一方、低速ボーレートを維持することができる。以下の説明する他の例では、高次変調を1以上の付加的な変調スキームと組み合わせて用いることができる。これらには、偏光多重化、副搬送波多重化、及び中間TDM多重化が含まれる。
図1に示す受信器で、DWDM信号は、復調器及び/又は検出器として機能する光受信器モジュール116に入力される。1つの実施例として、受信器モジュール116は、差動位相情報を抽出するためにバランスド光検出器で直接検出を行うことができる。他の実施例として、受信器モジュール116は、位相状態を抽出するために光ハイブリッドで現場発振器ベースの同期検出を採用することができる。モジュール116は、ディジタル信号プロセッサ(DSP)による終端処理と共に、又はこの終端処理なしで、信号をきれいにするために用いることができる。
シグナルコンディショナ118をシステム100の一部として含めることができる。これを含める場合は、シグナルコンディショナ118は分散のような伝送障害を除去するために用いられ、信号がファイバを横断してしまった後の障害を補償する。シグナルコンディショナ118には、例えば有限インパルス応答(FIR)フィルター又は最尤推定量(MLSE)を用いる、色分散の補償、位相及び偏光の復元を含めることが望ましい。これは、既知の適応等化アルゴリズムを用いて実行される。結果として生じたストリームはデコーダ120によりデコードされる。再フレーミングは、個々の再フレーミングモジュール122〜122により行われる。このとき、識別及び/又は再順序付けはブロック124で実行される。タグ識別及び再順序付け(必要であれば)は、再フレーミング処理が行われる前に実行することができる。再フレーミング、タギング、及び再順序付けは、同じ装置又は異なる装置で別々に又は同時に行うことができる。次いで、電気・光変換器モジュール126〜126は、下流の機器(不図示)に送られる信号をN個の光データストリームに変換するために用いることができる。代替的に、電気信号が下流のシステムに送られる時は、光変換器モジュール126を省略することができる。
上記説明に従い、図2は、複数の非同期データストリーム202〜202を高次変調を伴う光信号として伝達するための典型的なシステム200を図解したものである。図は、光ファイバを介して伝送する前に複数の変調された信号(Nストリーム)の波長多重化を示す。非同期クロック領域と同期クロック領域との分離は、PHYレイヤフレーム及び/又はMACレイヤフレームへの非同期データストリームの再マッピング(例えば、ブロック204〜204に示したアンフレーミング)を行うことにより実行され、次いで、同期参照信号として共通の参照クロック208を用いて、同期して再フレーミング(例えば、ブロック206〜206で示したようなフレーミング及びタギング)が実行される。
次に、例えば、図1の変調器複合体112に関して説明したように、同期データストリームは、ブロック210にて複数レベル変調により変調される。N個の同期ビットストリームについて、2シンボル変調スキームは、その後、2のシンボル変調されたストリームにマッピングされるNビットシンボルの1つとして同期ストリームの各々を扱うことができるように、用いられる。これらの変調されたストリームは、波長領域でさらなる多重化を行うためにあらかじめ定めたキャリア波長で運ぶことができる。付加的な多重化された光信号は、ブロック212に示すように、伝送する前にWDM多重化信号に付加することができる。逆の処理が、受け取られた信号に用いられ非同期データストリーム202〜202が得られる。
上述のように、付加的な変調スキームを高次変調とともに採用することができる。図3は、高次変調を第2の直交多重化方法(例えば、偏光多重化又は副搬送波多重化)と結合させる、典型的な構成300を提供する。この実施の形態において、偏光多重化又は副搬送波多重化のクロック領域は完全に独立させることができる。例えば、それぞれブロック302及び302で処理される2つのセットのストリーム(1から1及び2から2)があることが示されている。アンフレーミング処理が完了すると、上部セットのストリーム(1〜1)が第1の共通クロック304を有し、下部セットのストリーム(2〜2)が第2の共通クロック304を有することとなる。第1の共通クロックと第2の共通クロックとはお互いに独立していることが望ましい。例えば、クロックは、ラインごとのカードに基づいて選択することができる。各ラインカードは一般的に1つまたは2つの波長を意味する。
図3に示すストリームセットの伝送及び受信処理は、以下に説明するさらなる多重化を条件として、図1及び2について上述したように進めることができる。伝送側では、図2のブロック210及び図1光変調器複合体112の機能を持つ、それぞれ光変調器複合体306及び306により、一旦別々のストリームセット(1〜1及び2から2まで)が処理されると、これらは、例えば偏光多重化や副搬送波多重化により、ブロック308でまとめて多重化される。偏光多重化は、偏光ビームコンバイナ(PBC)を用いて行うことができる。副搬送波多重化は、副搬送波の櫛形部(DWDMグリッドよりはるかにスペースが狭い)が、直列に繋げた変調器及びRFを用いて多重化され、RFから光へ変換してレーザ源を変調する、FPGAまたはASIC又は他の機構により行うことができる。ブロック308から結果として生じる出力は、多重化された光信号であり、続いて、WDMマルチプレクサ310に送られる。ここで、WDMマルチプレクサ212と同様に、付加的な多重光信号を追加することができ、結果として生じる光ストリームは、光ケーブル(不図示)を介して伝送可能となる。受信側では、逆の処理が行われ、光ケーブルからの入力がWDM多重分離され、付加的な多重光信号を偏光分離化又は副搬送波分離化の前に除去する。
この実施の形態における副搬送波多重化は、協同搬送又は多重搬送を採用することができる。副搬送波変調と共に、追加の伝送器及び受信器が用いられるが、合成光スペクトルを単一のITUグリッドウインドウを通して伝送することができ、さらにスペクトル的に効率化することができる。サポートしているデータストリームの全数は、副搬送波の数(例えば、2)と等しい数だけ増加する。
図4は、高次変調と中間TDM多重化ステージとの組み合わせを含む典型的なシステム400を示す。この実施の形態において、TDMステージでは、共通クロックを用いて2つの入力ストリームを同期して多重化する。図示の通り、システム400は、図2のシステム200と同様と構成となる。ここで、非同期ストリーム402,402,・・・,402は、共通のローカルクロック408からのタイミングを用いて、アンフレーミングモジュール404及びフレーミング/タギングモジュール406により処理され、対応する同期ストリームのペアとなる。ブロック410で、多重レベル変調で変調する前に、各同期ストリームのペアは、多重化信号を生成するためのそれぞれのブロック412で時分割多重化が行われる。
中間的なTDM多重化ステージ(ブロック412〜412)では、多くの入力データストリームをサポートすることが可能なように、データ転送速度を増大させる。例えば、高次変調を用いるだけで、シンボル速度Rをもつ2の大きさのコンストレーションがそれぞれRのデータ転送速度で動作するN個のストリームをサポートする。中間的なTDMステージをこの実施の形態で用いることにより、出力信号のシンボル速度がR*Tに増加する。ここで、Tは、中間的なTDMステージで多重化されたデータストリームの数であり、サポートされるデータストリームの総数はN*Tとなる。同等に(又は代替的に)、中間的なステージをコンストレーションの大きさに減少させる。本例では、データストリームは、ブロック412にて、一緒にTDM多重化されるが、追加のストリームを追加することもできる。例えば、4以上のストリームを一緒に多重化することができる。そして、WDMマルチプレクサ212に関して上述したように、追加の多重化光信号を、結果として生じる光ストリームを伝送する前に、WDMマルチプレクサ414で追加することができる。
いくつかの異なる構成について説明したが、ここでのどの様な特性の組み合わせも高次変調と共に採用することができる。1つの実施例として、システムには、高次変調と併せて、偏光多重化、副搬送波多重化、及びTDM多重化のいずれか又はすべてを含めることができる。加えて、このような処理により形成された複数のストリームは、波長分割多重化を用いて結合することができる。
上記した種々の組み合わせのために、ある方法では同期化が必要である一方、他の方法では同期化は必要ではない。本発明は、同期マッピング法又は非同期マッピング法のどのような方法の組み合わせでも用いることができる。以下の表1は、種々の多重化法及び個々のストリームを同期化する必要あるかどうかの識別子を示す。
Figure 2014518601
表1多重化法及び同期化
本発明の1つの特徴によれば、高次変調に用いるコンストレーションの形式は、あらゆる形状が可能であるのみならず、位相及び振幅のあらゆる組み合わせとすることが可能である。典型的なコンストレーションには、位相のみの変調についてQPSKまたは8−PSKが含まれ、位相及び振幅変調について16−QAMが含まれる。コンストレーションの形状の変形例として、星形コンストレーション又は矩形コンストレーションがある。図5A及び5Bには、16−QAMコンストレーションの2つの形式が図解されており、図5Aは星形コンストレーション、そして図5Bは矩形コンストレーションを示している。当然のことながらx軸及びy軸は伝送中の位相の回転により回転することができる。タギングをこれに対処するために用いることができ、受信器は、タグ情報をどのストリームをエンコードするのかを決めるために用いる。タギングについて、以下に詳述する。
コンストレーションの大きさは任意とすることができ、入力データストリームのリンクアグリゲーション(LAG)の大きさに依存させることができる。例えば、(4ビット/シンボルの)16−QAMを、40Gb/sで動作している変調信号に対してそれぞれ10b/sで走る、4つのデータストリームを伝達するために用いることができる。同様に、(8ビット/シンボルの)256−QAMを、80Gb/sで動作している変調信号に対してそれぞれ10b/sで走る、8つのデータストリームに用いることができる。
伝送側での上述の変調スキームは、伝送リンクを完成させるために受信器で等価な復調/分離化と結合される。上述の高次変調を採用する主要な方法で、受信器回路は、現場発振器なしでの直接検出又は現場発振器を有するコヒーレント検出のどちらでも採用することができる。種々の可能性を以下に説明する。
1つの選択肢では、ブロックを処理する信号なしで直接検出する。1つの実施の形態において、これは、ブロックを処理する付加的な信号なしで適切な光性能が可能となるので、コスト及び電源効率面から好ましい実施形態である。このアプローチでは、現場発振器を用いない。その代わり、相対位相状態を復元し、これにより位相状態の差分エンコードされた信号を抽出するために直接検出を採用する。例えば、バランスド光検出器を、差分位相情報を抽出するために用いることができる。
他の選択肢では、信号処理ブロックを用いて直接検出する。ここで、ブロックを処理するバックエンド信号を、位相復元、波長分散及び偏光分散の補償、及び非線形効果と偏光ノイズの部分的浄化のために用いる。この信号処理ブロックは、アナログブロックとしてでもディジタルブロックとしてでも実施することができる。ディジタル信号処理ブロックは、アナログ/ディジタル(A/D)を伴う。
第3の選択肢では、信号処理ブロックを有する現場発振器を用いる。この場合、現場発振器は、ホモダイン技術又はヘテロダイン技術を用いて90度ハイブリッド複合体を介して現場発振器を入力信号と結合させることにより入力信号のコヒーレント検出を可能にする。このような抽出された状態は、信号浄化のためにDSPバックエンドのような信号処理ブロックを用いて後処理することができる。
上述のように、タギングは、図1に示すように、アンフレーミングの後行われる。本発明の1つの特徴によれば、データストリームを識別し受信器で復元するために、一意的なビットシーケンスを1つ又はすべてのデータストリームにタギングするために方法が用いられる。システムが絶対位相復元ではなく相対位相復元を行う好ましい実施例において、タギングのこの方法を、復元したデータストリームを特定するために用いる。変調スキームに応じて、データストリームの識別及び復元を可能とするために、1つ以上の(データストリームの最大数までの)データストリームにタギングする。
図6は、伝送中にデータストリームの相対位相が保存される場合、チャンネルに埋め込まれたタグを用いてフレームを特定する1つの方法を図解したものである。このシナリオにおいて、1つのデータストリームの特定は、データストリームが相互に固定された既知の関係を有しているので、残りのデータストリームを特定し抽出するためには十分である。識別タグを組み込む1つの方法は、フレームのプレアンブルに一意的なビットシーケンスを用いることである。高次変調を用いるすべてのデータストリームはフレーム同期されており、すべてのデータストリームはこの方法を用いて特定することができる。
高次変調アプローチ(例えば、偏光多重化、副搬送波多重化、及び中間的なTDM多重化)と結びつく他の例として、個々のデータストリーム同士の関係が知られており、従って、個々のデータストリーム同士の関係を保存することができるとき、上述と同じタギング手順を用いてデータストリームを復元し、適切に特定することができる。多重化スキーム毎にさらにタグを付加する必要はない。
図7は、チャンネルに埋め込まれたタグを用いてフレームを特定する代替的な方法を図解したものである。ここで、データストリームの相対位相は伝送中に保存されない。このシナリオにおいて、データストリームは相互に固定された既知の関係を有していないので残りのデータストリームを特定し抽出するために、(変調スキームに応じて1とNとの間の)すべて又は1以上のデータストリームを特定することが必要となる。
上述したように、ここに示した違った構成に違った高次変調技術を採用することができる。図2に示した全体的な構成を有する、16−QAM変調を用いる4つの非同期データストリームを多重化する具体例を図解したものである。そして、図9は、16−QAM矩形コンストレーションの伝送器実施形態900の一例を示す。ここで、4つのエンコードされたデータストリーム902〜902はそれぞれ、A、B、C、及びDのように表わされている。レーザ904からのビームはスプリットされ変調器(M)906〜906に送られる。1つの実施例として、変調器906は、マッハツェンダ変調器(MZM)である。図示の通り、レーザ信号の下側の分岐は減衰器908により、又は低いスプリット比を持つスプリッタにより、減衰される。この場合、下側の分岐は位相変調及び振幅変調の組み合わせとなるので、下側の分岐が減衰される。マッハツェンダ変調器により位相変調が行われ、減衰器により必要な振幅減衰が行われる。このことは、4つの点が上側の「十字」図の4つの点より小さな振幅を持つように示された下側の「十字」図により示されている。
変調器906及び906から出力される信号は位相(I)にある一方、変調器906及び906から出力される信号は90度(Quadrature)だけシフトされている(Q)。図示の通り、上側の分岐からのI及びQ成分は第1のコンストレーションを有し、下側の分岐からのI及びQ成分は第2のコンストレーションを有し、結果として生じるコンストレーションは矩形16−QAMとなる。
図10は、16−QAM星形コンストレーションの伝送器実施例1000の実施形態の一例を示す。ここで、4つのエンコードされたデータストリーム1002〜1002は、それぞれ、A、B、C、及びDのように示されている。レーザ1004からのビームはスプリットされ4つの変調器(M)1006〜1006へ送られる。1つの実施例として、変調器1006は、マッハツェンダ変調器である。結果として生じるコンストレーションは、図示の通り16−QAM星形となる。
図11は、典型的なシステムレベルアプリケーション1100を示す。伝送器側1102において、低速データストリームのグループは、高次変調を用いて単一のDWDM波長にマッピングされる。受信器側1104では、入力した高次変調信号はフレーム除去(de−framed)され低速データストリームのグループに入る。
本発明は特定の実施の形態を参照して記載したが、当然のことながらこれらの実施の形態は、本発明の原理及び応用例を単に示しただけのものである。従って、当然のことながら、添付特許請求の範囲で定義した本発明の精神及び技術的範囲から離れることなく、図示した実施の形態に対して多くの変更を加えることができ、他の構成を修正することもできる。
本発明は、さらに高次の変調技術を採用する光通信システムを含み、そしてこれに限定されない、広い産業上の利用可能性を有する。

Claims (23)

  1. 複数のN個の非同期データストリームからフレーミング情報を除去することによりアンフレーミングを実行するため、及び非同期データストリームを同期化するための少なくとも1つのモジュールと、
    同期したデータストリームの再フレーミングのため、及びエンコードしたストリーム情報で前記同期したデータストリームをタギングするための少なくとも1つのモジュールと、
    前記タギングした同期したデータストリームの光受信器への伝送に先立ち、前記タギングした同期したデータストリームを2レベルで光変調することができる高次変調器と、
    を具備する光伝送システム。
  2. 前記少なくとも1つの再フレーミング及びタギングモジュールから前記同期したデータストリームを受信するための差動エンコーダをさらに具備し、該差動エンコーダは、前記高次変調器が前記2レベルで光変調することに先立ち、前記同期したデータストリームに関する信号の位相と振幅のうちの少なくとも1つをエンコードするための動作が可能であることを特徴とする請求項1に記載の光伝送システム。
  3. 前記タギングした同期したデータストリームの偏光多重化、副搬送波多重化、及び時分割多重化のうちの少なくとも1つを行うマルチプレクサをさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の光伝送システム。
  4. 前記アンフレーミングモジュール及び同期化モジュールのうちの少なくとも1つは、第1のセットの前記非同期データストリームを操作して第1のセットの同期データストリームを作るための、第1のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールと、第2のセットの前記非同期データストリームを操作して第2のセットの同期データストリームを作るための、第2のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールとを具備し、
    前記再フレーミングモジュール及びタギングモジュールのうちの少なくとも1つは、前記第1のセットの同期データストリームのうちの対応するものを操作して第1のセットの前記タギングした同期データストリームを作るための、第1のセットの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールと、前記第2のセットの同期したデータストリームのうちの対応するものを操作して第2のセットのタギングした同期データストリームを作るための、第2のセットの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールとを具備し、
    前記高次変調器は、前記第1のセットの前記タギングした同期したデータストリームに前記2レベルの光変調を行うことにより第1の光変調した信号を作るための第1の高次変調器と、前記第2のセットの前記タギングした同期したデータストリームに前記2レベルの光変調を行うことにより第2の光変調した信号を作るための第2の高次変調器とを具備し、
    前記マルチプレクサは、前記第1の光変調した信号及び前記第2の光変調した信号を受信し、前記偏光多重化を行い、前記光受信器への伝送に先立って単一の多重化した光信号を生成する操作が可能である、
    ことを特徴とする請求項3に記載の光伝送システム。
  5. 前記アンフレーミングモジュール及び前記同期化モジュールのうちの少なくとも1つは、第1のセットの前記非同期データストリームを操作して第1のセットの同期データストリーム作るための第1のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールと、第2のセットの前記非同期データストリームを操作して第2のセットの同期データストリーム作るための第2のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールとを具備し、
    前記少なくとも1つの前記再フレーミングモジュール及び前記タギングモジュールは、第1のセットの同期データストリームのうちの対応するものを操作して、第1のセットの前記タギングした同期データストリームを作るための、第1のセットの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールと、前記第2のセットの同期したデータストリームのうちの対応するものを操作して、第2のセットの前記タギングした同期したデータストリームを作るための、第2のセットの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールとを具備し、
    高次変調器は、前記第1のセットの前記タギングした同期したデータストリームに前記2レベルの光変調を行って第1の光変調した信号を作る第1の高次変調器と、前記第2のセットの前記タギングした同期したデータストリームに前記2レベルの光変調を行って第2の光変調した信号を作る第2の高次変調器とを具備し、
    前記マルチプレクサは、前記第1の光変調した信号と前記第2の光変調した信号とを受け取り、前記副搬送波多重化を行って、前記光受信器への伝送に先立って単一の多重化した光信号を生成する操作が可能である、
    ことを特徴とする請求項3に記載の光伝送システム。
  6. 前記少なくとも1つのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールは、複数のアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールを具備し、前記複数のアンフレーミングモジュール及び前記同期化モジュールの各々は、対応するセットの前記非同期データストリームを操作して、対応するセットの同期データストリーム作るよう構成され、
    前記少なくとも1つの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールは、複数の再フレーミングモジュール及びタギングモジュールを具備し、前記複数の再フレーミングモジュール及びタギングモジュールの各々は、前記同期データストリームのうちの対応する1つを操作して対応するタギングした同期データストリームを作るよう構成され、
    前記マルチプレクサは、複数の時分割マルチプレクサを具備し、前記時分割マルチプレクサの各々は、前記タギングした同期データストリームのセットを多重化し、時分割多重化信号を生成し、
    前記高次変調器は、前記複数の時分割マルチプレクサから前記時分割多重化信号を受け取り、前記2レベルの光変調を行うことが可能である、
    ことを特徴とする請求項3に記載の光伝送システム。
  7. 前記少なくとも1つのモジュールが前記非同期データストリームにアンフレーミング及び同期化を行うことに先立ち、前記N個の非同期データストリームを変換して、光信号から電気信号に変換する複数の光電変換器をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の光伝送システム。
  8. 前記光受信器への伝送に先立ち、1以上の他の光信号を持つ前記高次変調器からの信号を多重化するための波長分割マルチプレクサをさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の光伝送システム。
  9. 前記高次変調器は、位相シフトキーイング又は矩形振幅変調を用いて前記2レベルの光変調を行うことが可能であることを特徴とする請求項1に記載の光伝送システム。
  10. 複数のN個の非同期データストリームを受信するステップと、
    前記複数のN個の非同期データストリームの各々にアンフレーミングを行うステップと、
    前記複数のN個の非同期データストリームを同期化するステップと、
    前記データストリームの1以上の特定の1つを特定するためのタグを有する構造化された伝送フレームに前記データをマッピングするために前記同期したデータストリームを再フレーミング及びタギングするステップと、
    前記再フレーミングしタギングし同期したデータストリームに2レベルの光変調を行い、光受信器に伝送するよう構成した高次変調信号を作るステップと、
    を具備するデータの光伝送方法。
  11. 前記2レベルの光変調を行う前に、前記同期したデータストリームに結び付けて信号の位相及び振幅のうちの少なくとも1つで、前記同期したデータストリームに差動エンコーディングを行うステップをさらに具備することを特徴とする請求項10に記載の方法。
  12. 前記再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームの多重化を行うステップをさらに具備し、前記多重化には少なくとも、偏光多重化、副搬送波多重化、及び時分割多重化うちの少なくとも1つが含まれることを特徴とする請求項10に記載の方法。
  13. 前記アンフレーミング及び同期化により、第1のセットの同期データストリーム及び第2のセットの同期データストリームを生成し、
    前記再フレーミング及びタギングにより、前記第1のセットの同期データストリームから第1のセットの再フレーミングされタギングされた同期データストリームを作り、前記第2のセットの同期データストリームから第2のセットの再フレーミングされタギングされた同期データストリームを作り、
    前記2レベルの光変調には、第1の高次変調信号を作るために前記第1のセットの前記再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームに高次変調を行うステップと、第2の高次変調信号を作るために前記第2のセットの前記タギングされた同期したデータストリームに前記高次変調を行うステップとが含まれ、
    前記多重化には、前記光受信器に伝送する前に、単一の多重化した光信号を生成するために、前記第1の高次変調信号及び前記第2の高次変調信号に偏光多重化を行うステップが含まれる、
    ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
  14. 前記アンフレーミング及び同期化により、第1のセットの同期データストリーム及び第2のセットの同期データストリームを生成し、
    前記再フレーミング及びタギングにより、第1のセットの同期データストリームから第1のセットの前記再フレーミングされタギングされた同期データストリームを作り、前記第2のセットの同期データストリームから第2のセットの前記再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームを作り、
    前記2レベルの光変調には、第1の高次変調信号を作るために前記第1のセットの前記再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームに高次変調を行うステップと、第2の高次変調信号を作るために前記第2のセットの前記タギングされた同期したデータストリームに前記高次変調を行うステップとが含まれ、
    前記多重化には、前記光受信器に伝送する前に、単一の多重化した光信号を生成するために、前記第1の高次変調信号及び前記第2の高次変調信号に前記副搬送波多重化を行うステップが含まれる、
    ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
  15. 前記アンフレーミング及び同期化により、第1のセットの同期データストリーム及び第2のセットの同期データストリームを生成し、
    前記再フレーミング及びタギングにより、前記第1のセットの同期データストリームから第1のセットの前記再フレーミングされタギングされた同期データストリームを作り、前記第2のセットの同期データストリームから第2のセットの前記再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームを作り、
    前記多重化には、第1の時分割多重化信号を生成するために前記第1の光変調した信号に第1の時分割多重化を行うステップと、第2の時分割多重化信号を生成するために前記第2の光変調した信号に第2の時分割多重化を行うステップとが含まれ、
    前記2レベルの光変調には、前記第1の時分割多重化信号と前記第2の時分割多重化信号とに前記2光変調を行うステップが含まれる、
    ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
  16. 前記アンフレーミング及び同期化をおこなう前に、前記N個の非同期データストリームを光信号から電気信号に変換するステップをさらに具備することを特徴とする請求項10に記載の方法。
  17. 前記光受信器に伝送する前に、他の1つ以上の光信号の前記高次変調信号に波長分割多重化を行うステップをさらに具備することを特徴とする請求項10に記載の方法。
  18. 前記2レベルの光変調は、位相シフトキーイング又は矩形振幅変調を採用することを特徴とする請求項10に記載の方法。
  19. 複数のN個の非同期データストリームからフレーミング情報を取り去ることによりアンフレーミングを行うため、及び前記非同期データストリームを同期化するための、少なくとも1つのモジュールと、
    前記同期したデータストリームを再フレーミングし、エンコードしたストリーム情報で前記同期したデータストリームをタギングするための少なくとも1つのモジュールと、
    タギングした同期したデータストリームを光受信器に伝送する前にタギングした同期したデータストリームの2レベルの光変調を行うことができる高次変調器と、
    遠隔にある高次変調器からタギングした同期したデータストリームを受信し、受信したストリームのセットを出力するために前記受信したタギングした同期したデータストリームの復調及び検出のうちの少なくとも1つを行うことができる光受信器モジュールと、
    前記受信したストリームのセットをデコードしてデコードしたストリームを生成することのできるデコーダと、
    前記デコードしたストリームを再フレーミングするための少なくとも1つのモジュールと、
    を具備する光トランシーバ。
  20. 前記デコードしたストリームを再フレーミングする前に、前記デコードしたストリームにタグによる識別及び再順序付けを行うための手段をさらに具備することを特徴とする請求項19に記載の光トランシーバ。
  21. 前記受信したストリームのセットにおける伝送障害を除去するために前記受信したストリームのセットに信号調整を行うための手段をさらに具備することを特徴とする請求項19に記載の光トランシーバ。
  22. 前記光受信器モジュールは、前記受信したタギングした同期したデータストリームから差動位相情報を抽出するために、バランスド光検出器で直接検出を行うことができることを特徴とする請求項19に記載の光トランシーバ。
  23. 前記光受信器モジュールには、前記受信したタギングした同期したデータストリームから位相状態を抽出するために、コヒーレント検出を行うことができる1以上のローカル発振器が含まれることを特徴とする請求項19に記載の光トランシーバ。
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