JP2018101833A - 通信装置、通信システム、および通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの光パスを介して複数の信号を伝送する通信装置の回路の規模を削減する。【解決手段】通信装置は、第１の信号のスペクトラムの形状を制御するスペクトラム制御部と、スペクトラム制御部によりスペクトラムの形状が制御された第１の信号に基づいて光信号を生成する光信号生成部を備える。スペクトラム制御部は、第２の信号に応じて第１の信号のスペクトラムの形状を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、光信号を伝送する通信装置、通信システム、および通信方法に係わる。

インターネットおよびモバイル通信の普及により、ネットワークの通信容量が増加している。通信容量を増加させる技術の１つとして、デジタルコヒーレント伝送が実用化されている。

デジタルコヒーレント伝送システムにおいては、通信を制御するための設定情報が送信器と受信器との間で共有される。例えば、送信器および受信器は、ビットレートを表す情報、変調方式を表す情報などを共有する必要がある。このため、送信器は、データ信号に加えて、制御信号を受信器へ送信する。

制御信号は、例えば、データ信号とは別の光パスを用いて送信器から受信器へ伝送される。ただし、この場合、制御信号を伝送するために通信リソース（例えば、周波数）を使用する必要があるので、通信リソースの利用効率が低下する。このため、１つの光パスを介してデータ信号および制御信号を伝送する方法が検討されている。例えば、データ信号を伝送する光信号に、周波数変調方式で制御信号を重畳する方法が提案されている。

なお、デジタルコヒーレント受信を利用する光通信システムにおいて、データ信号と共に伝送される制御信号を再生する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。また、データ信号と制御信号を同一波長帯域で伝送しながら物理レイヤでセキュリティを保証する技術が提案されている（特許文献２）。

特開２０１０−１７８０９０号公報 特開２００８−１９９１０６号公報

従来技術では、１つの光パスを介してデータ信号および制御信号を伝送する場合、制御信号を光信号に重畳するための専用の回路が必要である。例えば、周波数変調方式で光信号に制御信号を重畳する場合、制御信号に応じて光信号のキャリア周波数を制御する回路が使用される。したがって、各光パスを処理するための回路の規模が大きくなるおそれがある。なお、この問題は、１つの光パスを介してデータ信号および制御信号を伝送するシステムに限定されるものではなく、１つの光パスを介して任意の複数の信号を伝送するシステムにおいて発生し得る。

本発明の１つの側面に係わる目的は、１つの光パスを介して複数の信号を伝送する通信装置の回路の規模を削減することである。

本発明の１つの態様の通信装置は、第１の信号のスペクトラムの形状を制御するスペクトラム制御部と、前記スペクトラム制御部によりスペクトラムの形状が制御された第１の信号に基づいて光信号を生成する光信号生成部を備える。前記スペクトラム制御部は、第２の信号に応じて前記第１の信号のスペクトラムの形状を制御する。

上述の態様によれば、１つの光パスを介して複数の信号を伝送する通信装置の回路の規模を削減することができる。

通信システムの一例を示す図である。 通信装置に実装される送信回路の一例を示す図である。 ナイキストフィルタのロールオフ率について説明する図である。 フィルタ制御部の一例を示す図である。 フィルタ係数メモリの一例を示す図である。 制御信号に応じてロールオフ率を変化させる処理の一例を示す図である。 ロールオフ率算出部の一例を示す図である。 通信装置に実装される受信回路の一例を示す図である。 図８に示す受信回路に実装される制御信号検出部の第１の実施例を示す図である。 受光器の出力信号のスペクトラムの一例を示す図である。 図８に示す受信回路に実装される制御信号検出部の第２の実施例を示す図である。 図８に示す受信回路に実装される制御信号検出部の第３の実施例を示す図である。 受光器の出力信号のスペクトラムの他の例を示す図である。 通信装置に実装される受信回路の他の例を示す図である。 図１４に示す受信回路に実装される制御信号検出部の第１の実施例を示す図である。 制御信号に対する相関値を表すタイミングチャートの一例である。 図１４に示す受信回路に実装される制御信号検出部の第２の実施例を示す図である。 第２の実施形態におけるスペクトラム幅の測定の一例を示す図である。 制御信号に対するスペクトラム幅を表すタイミングチャートの一例である。 図１４に示す受信回路に実装される制御信号検出部の第３の実施例を示す図である。 第３の実施例における電力測定の一例を示す図である。 制御信号に対する信号電力を表すタイミングチャートの一例である。

図１は、本発明の実施形態に係わる通信システムの一例を示す。実施形態に係わる通信システム１は、図１に示すように、通信装置２および通信装置３を含む。通信装置２と通信装置３との間は、光ファイバリンク４により接続されている。なお、以下の記載では、通信装置２から通信装置３へデータが伝送されるものとする。

通信装置２には、データおよび制御情報が与えられる。そして、通信装置２は、データを表すデータ信号および制御情報を表す制御信号を伝送する光信号を生成する。この光信号は、光ファイバリンク４を介して通信装置２から通信装置３へ伝送される。すなわち、データ信号および制御信号は、１つの光パスを介して通信装置２から通信装置３へ伝送される。なお、制御情報は、通信装置２と通信装置３との間の通信を制御する。例えば、制御情報は、伝送データのビットレートを表す情報、変調方式を表す情報などを含む。

通信装置３は、受信光信号を復調してデータを再生する。また、通信装置３は、受信光信号から制御信号を抽出して制御情報を再生する。そして、通信装置３は、再生した制御情報に基づいて、受信回路および／または受信機能を設定する。

図２は、本発明の実施形態に係わる通信装置に実装される送信回路の一例を示す。この送信回路は、例えば、図１に示す通信装置２に実装される。

送信回路１０は、図２に示すように、マッパ１１、スペクトラム制御部１２、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）１６、光信号生成部（Ｅ／Ｏ）１７を備える。そして、送信回路１０には、データ信号および制御信号が与えられる。データ信号は、例えば、ユーザまたはクライアントにより生成される。制御データは、例えば、ネットワーク管理システムから与えられる。

マッパ１１は、変調方式に応じて、データ信号をマッピングする。すなわち、ビット列からシンボル列が生成される。例えば、変調方式がＱＰＳＫであるときは、各シンボルは２ビットのデータから生成される。なお、各シンボルは、例えば、Ｉ成分およびＱ成分で表される。

スペクトラム制御部１２は、マッピングされたデータ信号のスペクトラムの形状を制御する。この実施例では、スペクトラム制御部１２は、データ信号のスペクトラムをナイキスト形状に制御することができる。この場合、スペクトラム制御部１２は、ナイキストフィルタ（又は、コサインレイズドフィルタ）を含み、データ信号に対してナイキストフィルタリングを行う。なお、データ信号のスペクトラムがナイキスト形状に制御されると、シンボル間の干渉が抑制される。

スペクトラム制御部１２は、この実施例では、デジタルフィルタ１３、フィルタ制御部１４、フィルタ係数メモリ１５を備える。デジタルフィルタ１３は、フィルタ制御部１４から与えられるフィルタ係数に応じてデータ信号をフィルタリングする。すなわち、デジタルフィルタ１３は、フィルタ制御部１４から与えられるフィルタ係数に応じてデータ信号のスペクトラムの形状を制御することができる。なお、デジタルフィルタ１３は、この実施例では、ＦＩＲフィルタにより実現される。また、デジタルフィルタ１３は、ナイキストフィルタ（又は、コサインレイズドフィルタ）として動作する。

フィルタ制御部１４は、デジタルフィルタ１３のフィルタ係数を制御する。すなわち、フィルタ制御部１４は、デジタルフィルタ１３がデータ信号に対してナイキストフィルタとして動作するようにフィルタ係数を決定する。フィルタ係数メモリ１５は、デジタルフィルタ１３をナイキストフィルタとして動作させるためのフィルタ係数を格納する。したがって、フィルタ制御部１４は、フィルタ係数メモリ１５から必要なフィルタ係数を取得してデジタルフィルタ１３に提供することができる。

フィルタ制御部１４は、例えば、プロセッサおよびメモリを含むプロセッサシステムにより実現される。この場合、プロセッサシステムは、与えられたプログラムを実行することによりデジタルフィルタ１３のフィルタ係数を制御することができる。ただし、フィルタ制御部１４は、ハードウェア回路で実現してもよい。或いは、フィルタ制御部１４は、プロセッサシステムおよびハードウェア回路の組合せで実現してもよい。

Ｄ／Ａコンバータ１６は、スペクトラム制御部１２によりスペクトラムの形状が制御されたデータ信号をアナログ信号に変換する。Ｄ／Ａコンバータ１６から出力されるアナログデータ信号は、増幅器により増幅されるようにしてもよい。そして、光信号生成部１７は、このアナログデータ信号に基づいて光信号を生成する。例えば、光信号生成部１７が直接変調で光信号を生成する場合、データ信号によりレーザ光源が駆動される。また、光信号生成部１７が光源および光変調器を備える場合、光変調器は、光源から出力される連続光をデータ信号で変調して光信号を生成する。

上記構成の送信回路１０において、スペクトラム制御部１２は、制御信号に応じてデータ信号のスペクトラムの形状を制御することができる。すなわち、送信回路１０に制御信号が与えられたときは、スペクトラム制御部１２は、その制御信号に応じてデータ信号のスペクトラムの形状を制御する。この実施例では、スペクトラム制御部１２は、制御信号に応じてデジタルフィルタ１３のロールオフ率を制御することにより、データ信号のスペクトラムの形状を制御する。

図３は、ナイキストフィルタのロールオフ率について説明する図である。ナイキストフィルタは、データ信号のシンボル間隔Ｔに対応するカットオフ周波数を有する。具体的には、データ信号のシンボル間隔がＴ秒であるときは、図３（ａ）に示すように、ナイキストフィルタのカットオフ周波数は１／２Ｔである。

ナイキストフィルタの特性は、ロールオフ率により指定される。ロールオフ率が小さいときは、図３（ｂ）に示すように、ナイキストフィルタの出力信号のスペクトラムの端部は、周波数に対して急峻である。一方、ロールオフ率が大きいときは、図３（ｃ）に示すように、ナイキストフィルタの出力信号のスペクトラムの端部は、周波数に対して緩やかである。

スペクトラム制御部１２は、制御信号に応じてデジタルフィルタ１３のロールオフ率を制御する。この実施例では、制御信号が「０」であるときにロールオフ率は0.1に制御され、制御信号が「１」であるときにロールオフ率は1.0に制御される。

図４は、フィルタ制御部１４の一例を示す。この実施例では、フィルタ制御部１４は、ロールオフ率算出部１４ａおよびフィルタ係数決定部１４ｂを備える。ロールオフ率算出部１４ａは、制御信号に応じてロールオフ率を算出する。上述の実施例では、ロールオフ率算出部１４ａは、制御信号が「０」であるときにロールオフ率＝0.1を出力し、制御信号が「１」であるときにロールオフ率＝1.0を出力する。フィルタ係数決定部１４ｂは、算出されたロールオフ率に対応するフィルタ係数を決定する。この実施例では、フィルタ係数決定部１４ｂは、算出されたロールオフ率に対応するフィルタ係数をフィルタ係数メモリ１５から取得する。

図５は、フィルタ係数メモリ１５の一例を示す。フィルタ係数メモリ１５は、デジタルフィルタ１３をナイキストフィルタとして動作させるためのフィルタ係数を格納する。具体的には、フィルタ係数メモリ１５は、指定されたロールオフ率を実現するためのフィルタ係数を格納する。ここで、この実施例では、デジタルフィルタ１３のタップ数はｎであるものとする。この場合、デジタルフィルタ１３は、ｎ個のフィルタ係数Ｃ１〜Ｃｎに基づいて入力信号を処理する。よって、フィルタ係数メモリ１５は、図５に示すように、ロールオフ率に対してフィルタ係数Ｃ１〜Ｃｎを格納する。例えば、ロールオフ率＝0.1に対してフィルタ係数Ｃ１₀₁〜Ｃｎ₀₁が格納され、ロールオフ率＝1.0に対してフィルタ係数Ｃ１₁₀〜Ｃｎ₁₀が格納される。

なお、フィルタ係数メモリ１５に格納されるフィルタ係数Ｃ１〜Ｃｎは、測定またはシミュレーションにより予め用意されるものとする。また、ビットレートおよび変調方式の組合せ毎にフィルタ係数を用意してもよい。

フィルタ係数決定部１４ｂは、上述したように、ロールオフ率算出部１４ａにより算出されたロールオフ率に対応するフィルタ係数をフィルタ係数メモリ１５から取得する。そして、フィルタ係数決定部１４ｂは、フィルタ係数メモリ１５から取得したフィルタ係数をデジタルフィルタ１３に与える。デジタルフィルタ１３は、与えられたフィルタ係数で入力信号を処理する。

例えば、制御信号が「０」であるときは、ロールオフ率算出部１４ａにより「ロールオフ率＝0.1」が得られる。この場合、フィルタ係数決定部１４ｂは、フィルタ係数メモリ１５からフィルタ係数Ｃ１₀₁〜Ｃｎ₀₁を取得してデジタルフィルタ１３に与える。そうすると、デジタルフィルタ１３は、フィルタ係数Ｃ１₀₁〜Ｃｎ₀₁でデータ信号を処理する。すなわち、データ信号は、フィルタ係数Ｃ１₀₁〜Ｃｎ₀₁でナイキストフィルタリングが施される。この結果、データ信号のスペクトラムは、図３（ｂ）に示す形状に制御される。したがって、送信回路１０から出力される光信号のスペクトラムも、図３（ｂ）に示す形状に制御される。

一方、制御信号が「１」であるときは、ロールオフ率算出部１４ａにより「ロールオフ率＝1.0」が得られる。この場合、フィルタ係数決定部１４ｂは、フィルタ係数メモリ１５からフィルタ係数Ｃ１₁₀〜Ｃｎ₁₀を取得してデジタルフィルタ１３に与える。そうすると、デジタルフィルタ１３は、フィルタ係数Ｃ１₁₀〜Ｃｎ₁₀でデータ信号を処理する。すなわち、データ信号は、フィルタ係数Ｃ１₁₀〜Ｃｎ₁₀でナイキストフィルタリングが施される。この結果、データ信号のスペクトラムは、図３（ｃ）に示す形状に制御される。したがって、送信回路１０から出力される光信号のスペクトラムも、図３（ｃ）に示す形状に制御される。

このように、データ信号のスペクトラムの形状は、制御信号に応じて制御される。この結果、送信回路１０から出力される光信号のスペクトラムの形状も、制御信号に応じて制御される。すなわち、制御信号は、スペクトラム形状に変換されて伝送される。したがって、送信回路１０は、１つの光パスを介してデータ信号および制御信号を伝送することができる。

制御信号は、ナイキストフィルタとして動作するデジタルフィルタ１３を利用して光信号に重畳される。ここで、ナイキストフィルタは、既存の多くの送信回路に実装されている。したがって、ナイキストフィルタ等のデジタルフィルタが実装されている送信回路においては、専用の回路を追加することなく、光信号に制御信号を重畳することができる。すなわち、周波数変調方式で光信号に制御信号を重畳する構成と比較すると、図２に示す実施形態によれば、通信装置の回路規模を削減することができる。

なお、周波数変調方式で光信号に制御信号が重畳される構成においては、制御信号に応じて光信号のスペクトラムの中心周波数が変化する。ただし、この構成では、光信号のスペクトラムの形状は、実質的に、制御信号に応じて変化しない。

上述のように、制御信号の状態が変化すると、ロールオフ率が変化し、送信回路１０から出力される光信号のスペクトラム形状も変化する。ところが、送信回路１０から出力される光信号のスペクトラム形状が急激に変化すると、受信器においてデータ信号を適切に復調できないことがある。例えば、デジタルコヒーレント受信を行う受信器の多くは、受信信号の状態を等化する適応イコライザを備えている。ここで、適応イコライザの動作状態を指示するパラメータは、受信信号の状態に応じて定期的に更新される。このため、受信光信号のスペクトラム形状が急激に変化すると、適応イコライザのパラメータの更新が遅れてしまい、データ信号が適切に復調されないことがある。

そこで、制御信号の状態が変化したときに、フィルタ制御部１４は、デジタルフィルタ１３のロールオフ率を段階的に変化させることが好ましい。すなわち、制御信号が「０」から「１」へ変化したときには、フィルタ制御部１４は、ロールオフ率を0.1から1.0へ段階的に変化させる。また、制御信号が「１」から「０」へ変化したときには、フィルタ制御部１４は、ロールオフ率を1.0から0.1へ段階的に変化させる。ロールオフ率を変化させる速度は、例えば、受信器に実装される等化イコライザの更新速度よりも遅くなるように決定される。

尚、ロールオフ率は、デジタルフィルタの特性を表す指標の１つである。よって、ロールオフ率を段階的に変化させると、デジタルフィルタの特性が段階的に変化する。すなわち、制御信号が「１」から「０」へ変化したとき、或いは、制御信号が「０」から「１」へ変化したときは、フィルタ制御部１４は、デジタルフィルタ１３の特性を段階的に変化させる。

図６は、制御信号に応じてロールオフ率を変化させる処理の一例を示す。この実施例では、時刻Ｔ１以前は、制御信号は「０」であり、ロールオフ率は0.1である。時刻Ｔ１において制御信号が「０」から「１」へ変化する。時刻Ｔ１〜Ｔ３の期間においては、制御信号は「１」である。時刻Ｔ３において制御信号が「１」から「０」へ変化する。

時刻Ｔ１において制御信号が「０」から「１」へ変化すると、ロールオフ率は、0.1から1.0に向かって段階的に増加してゆく。ロールオフ率が1.0に達した後は、時刻Ｔ３において制御信号が変化するまで、ロールオフ率は同じ値に維持される。そして、時刻Ｔ３において制御信号が「１」から「０」へ変化すると、ロールオフ率は、1.0から0.1に向かって段階的に減少してゆく。なお、ロールオフ率が0.1と1.0との間で変化するために要する時間ΔＴは、上述したように、例えば、受信器に実装される等化イコライザの更新速度に応じて決定される。

図７は、ロールオフ率算出部１４ａの一例を示す。この実施例では、ロールオフ率算出部１４ａは、制御信号モニタ部２１、ロールオフ率更新部２２、および上限下限検出部２３を備える。また、ロールオフ率の変化量ΔＲは、予め決められているものとする。一例としては、変化量ΔＲは0.1である。

制御信号モニタ部２１は、制御信号の状態の変化をモニタする。そして、制御信号の状態が変化したときは、制御信号モニタ部２１は、モニタ結果をロールオフ率更新部２２に通知する。具体的には、制御信号が「０」から「１」へ変化したときは、制御信号モニタ部２１は、立ち上がりエッジ検出信号を出力する。また、制御信号が「１」から「０」へ変化したときは、制御信号モニタ部２１は、立ち下がりエッジ検出信号を出力する。

ロールオフ率更新部２２は、制御信号モニタ部２１から通知を受け取ると、ロールオフ率を更新する。このとき、ロールオフ率は、変化量ΔＲに従って更新される。上限下限検出部２３は、ロールオフ率更新部２２により更新されたロールオフ率が予め決められている上限値または下限値に達したか否かを判定する。そして、更新されたロールオフ率が上限値または下限値に達していれば、上限下限検出部２３は、更新停止指示を出力する。上限値および下限値は、この例では、それぞれ1.0および0.1である。

一例として、制御信号が「０」から「１」へ変化したときのロールオフ率算出部１４ａの処理を説明する。ここで、制御信号が「０」である期間は、ロールオフ率は0.1に保持されている。そして、制御信号が「０」から「１」へ変化すると、制御信号モニタ部２１から立ち上がりエッジ検出信号が出力される。そうすると、ロールオフ率更新部２２は、現在のロールオフ率に変化量ΔＲを加算する。この結果、ロールオフ率は0.1から0.2へ更新される。但し、更新されたロールオフ率は上限値に達していない。よって、ロールオフ率更新部２２は、ロールオフ率を更に更新する。即ち、ロールオフ率は0.2から0.3へ更新される。

ロールオフ率の更新は、更新されたロールオフ率が上限値に達するまで繰り返し実行される。すなわち、ロールオフ率は、0.1ずつ増加してゆく。そして、更新されたロールオフ率が上限値（すなわち、1.0）に達すると、上限下限検出部２３は、更新停止指示を出力する。そうすると、ロールオフ率更新部２２は、ロールオフ率の更新を停止する。

上述の手順により、ロールオフ率は、0.1から1.0へ段階的に増加する。なお、制御信号が「１」から「０」へ変化したときは、ロールオフ率は、1.0から0.1へ段階的に減少する。この場合、ロールオフ率更新部２２は、現在のロールオフ率から変化量ΔＲを引き算する。ロールオフ率の更新の時間間隔は、例えば、受信器に実装される等化イコライザの更新速度に応じて決定されるようにしてもよい。

ロールオフ率算出部１４ａにより算出されるロールオフ率は、フィルタ係数決定部１４ｂに与えられる。そうすると、フィルタ係数決定部１４ｂは、ロールオフ率に対応するフィルタ係数をフィルタ係数メモリ１５から取得する。たとえば、更新されたロールオフ率が0.2であるときは、フィルタ係数決定部１４ｂは、フィルタ係数メモリ１５からフィルタ係数Ｃ１₀₂〜Ｃｎ₀₂を取得する。更新されたロールオフ率が0.3であるときは、フィルタ係数決定部１４ｂは、フィルタ係数メモリ１５からフィルタ係数Ｃ１₀₃〜Ｃｎ₀₃を取得する。

デジタルフィルタ１３は、フィルタ制御部１４から与えられるフィルタ係数に従ってデータ信号を処理する。よって、制御信号の状態が変化したときに、送信回路１０から出力される光信号のスペクトラム形状は段階的に変化する。

このように、送信回路１０は、データ信号を伝送する光信号を生成する。そして、制御信号が与えられたときは、送信回路１０は、制御信号に応じて光信号のスペクトラム形状を変化させることで、光信号に制御信号を重畳する。

図８は、本発明の実施形態に係わる通信装置に実装される受信回路の一例を示す。この受信回路は、例えば、図１に示す通信装置３に実装される。

受信回路３０は、Ｏ／Ｅ回路３１、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）３２、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）３３、制御信号検出部３４を備える。そして、受信回路３０は、図２に示す送信回路１０により生成される光信号を受信する。この光信号は、データ信号および制御信号を伝送する。制御信号は、上述したように、光信号のスペクトラム形状の変化に変換されて伝送される。

Ｏ／Ｅ回路３１は、受信光信号を電気信号に変換する。この実施例では、Ｏ／Ｅ回路３１は、コヒーレント受信により、受信光信号の電界情報を表す電気信号を生成する。この場合、Ｏ／Ｅ回路３１は、局発光源、９０度光ハイブリッド回路などを備える。Ａ／Ｄコンバータ３２は、Ｏ／Ｅ回路３１の出力信号をデジタル信号に変換する。すなわち、受信光信号の電界情報を表すデジタル信号が生成される。デジタル信号処理器３３は、受信光信号の電界情報を表すデジタル信号に基づいてデータ信号を再生する。なお、デジタル信号処理器３３は、例えば、イコライザ、分散補償器、周波数オフセット補償器、位相再生器、データ識別器などを備える。

制御信号検出部３４は、受信光信号のスペクトラムの形状に基づいて制御信号を検出する。そして、制御信号検出部３４は、検出した制御信号をデジタル信号処理器３３に与える。制御信号により伝送される制御情報は、上述したように、ビットレートを表す情報、変調方式を表す情報などを含む。そして、デジタル信号処理器３３は、この制御情報に従って、信号処理のためのパラメータを設定する。なお、Ａ／Ｄコンバータ３２も、必要に応じて、制御信号に従って動作状態を制御してもよい。

図９は、図８に示す受信回路３０に実装される制御信号検出部３４の第１の実施例を示す。第１の実施例においては、制御信号検出部３４は、光ＢＰＦ４１、受光器（ＰＤ）４２、ＬＰＦ４３、電力測定部４４、制御信号判定部４５を備える。

光ＢＰＦ４１は、受信光信号から目的の周波数帯の光信号を抽出する。即ち、光ＢＰＦ４１は、隣接チャネルの信号成分を含まず、且つ、受信光信号のロールオフ率で変化するスペクトラムの一部を含む周波数帯を選択する。受光器４２は、光ＢＰＦ４１の出力光を電気信号に変換する。ＬＰＦ４３は、受光器４２の出力信号から直流成分を抽出する。

電力測定部４４は、ＬＰＦ４３の出力信号の電力を測定する。制御信号判定部４５は、電力測定部４４による測定結果に基づいて、制御信号の各ビットの値を判定する。この結果、制御信号が再生される。

なお、制御信号検出部３４の一部の機能は、プロセッサおよびメモリを含むプロセッサシステムで実現してもよい。例えば、ＬＰＦ４３、電力測定部４４、制御信号判定部４５をプロセッサシステムで実現してもよい。また、電力測定部４４および制御信号判定部４５をプロセッサシステムで実現してもよい。さらに、制御信号判定部４５のみをプロセッサシステムで実現してもよい。

図１０は、第１の実施例の受光器４２の出力信号のスペクトラムの一例を示す。なお、光信号は、図２に示す送信回路１０により生成される。

データ信号のスペクトラムは、送信回路１０のデジタルフィルタ１３のロールオフ率に応じて変化する。具体的には、所定の周波数（例えば、図３（ａ）に示す１／２Ｔ）よりも低い領域では、ロールオフ率が小さいほど振幅が大きくなる。以下では、この周波数領域を「測定周波数領域」と呼ぶことがある。

制御信号検出部３４は、測定周波数領域においてデータ信号の電力を測定することにより制御信号を検出する。図９に示す例では、ＬＰＦ４３の出力信号の電力を測定することにより、制御信号の各ビットの値が検出される。例えば、ＬＰＦ４３の出力信号の電力が所定の閾値よりも大きいときは、制御信号判定部４５は、ロールオフ率が0.1であり、制御信号が「０」であると判定する。ＬＰＦ４３の出力信号の電力が所定の閾値よりも小さいときは、制御信号判定部４５は、ロールオフ率が1.0であり、制御信号が「１」であると判定する。なお、閾値は、測定またはシミュレーション等により予め決定されるものとする。

このように、制御信号検出部３４は、受信信号の電力を測定することにより、制御信号の各ビットの値を検出する。制御信号検出部３４により検出された制御信号は、デジタル信号処理器３３に与えられる。あるいは、制御信号検出部３４は、検出した制御信号から制御情報を再生し、再生した制御情報をデジタル信号処理器３３に与えるようにしてもよい。

図１１は、図８に示す受信回路３０に実装される制御信号検出部３４の第２の実施例を示す。第２の実施例においては、制御信号検出部３４は、光ＢＰＦ４１、受光器（ＰＤ）４２、ＢＰＦ４６、電力測定部４４、制御信号判定部４５を備える。光ＢＰＦ４１、受光器４２、電力測定部４４、制御信号判定部４５は、第１の実施例および第２の実施例において実質的に同じである。なお、光ＢＰＦ４１に関して、隣接チャネルの信号のみを除去するようにしてもよい。以下、第２の実施例の光ＢＰＦ４１は、第１の実施例と同じケースを想定して説明する。

第２の実施例では、受光器４２の出力信号は、ＢＰＦ４６によってフィルタリングされる。そして、電力測定部４４は、ＢＰＦ４６の出力信号の電力を測定する。ここで、ＢＰＦ４６の通過帯域は、図１０に示すように、測定周波数領域内に設定される。よって、第１の実施例のＢＰＦ４３の出力信号と同様に、ＢＰＦ４６の出力信号の電力も、ロールオフ率に依存して変化する。したがって、制御信号判定部４５は、ＢＰＦ４６の出力信号に基づいて制御信号を検出できる。このように、第２の実施例では、直流周波数成分を除いた周波数成分に基づいて制御信号が検出される。

図１２は、図８に示す受信回路３０に実装される制御信号検出部３４の第３の実施例を示す。第３の実施例の制御信号検出部３４は、例えば、目的チャネルの周辺に他のスペクトラム（例えば、隣接チャネル）が存在しない通信システムに適用される。したがって、第３の実施例の制御信号検出部３４は、目的の周波数帯を抽出するための光ＢＰＦ４１を備えている必要はない。なお、受光器４２、ＢＰＦ４６、電力測定部４４、制御信号判定部４５は、第２の実施例および第３の実施例において実質的に同じである。

図１３は、第３の実施例の受光器４２の出力信号のスペクトラムの一例を示す。第３の実施例では、ＢＰＦ４６の通過帯域は、図１３に示すように、測定周波数領域内に設定される。よって、第２の実施例と同様に、ＢＰＦ４６の出力信号の電力は、ロールオフ率に依存して変化する。したがって、制御信号判定部４５は、ＢＰＦ４６の出力信号に基づいて制御信号を検出できる。このように、第３の実施例でも、直流周波数成分を除いた周波数成分に基づいて制御信号が検出される。

図１４は、本発明の実施形態に係わる通信装置に実装される受信回路の他の例を示す。この受信回路は、例えば、図１に示す通信装置３に実装される。

図１４に示す受信回路３０は、Ｏ／Ｅ回路３１、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）３２、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）３３、制御信号検出部３５を備える。そして、受信回路３０は、図２に示す送信回路１０により生成される光信号を受信する。この光信号は、データ信号および制御信号を伝送する。制御信号は、上述したように、光信号のスペクトラム形状の変化に変換されて伝送される。

Ｏ／Ｅ回路３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、デジタル信号処理器３３は、図８および図１４において実質的に同じである。すなわち、Ｏ／Ｅ回路３１は、受信光信号を電気信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ３２は、Ｏ／Ｅ回路３１の出力信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理器３３は、Ａ／Ｄコンバータ３２の出力信号（すなわち、受信光信号の電界情報を表すデジタル信号）に基づいてデータ信号を再生する。

制御信号検出部３５は、Ａ／Ｄコンバータ３２の出力信号に基づいて受信光信号のスペクトラム形状の変化を検出し、そのスペクトラム形状の変化に基づいて制御信号を再生する。そして、制御信号検出部３５は、検出した制御信号をデジタル信号処理器３３に与える。制御信号により伝送される制御情報は、上述したように、ビットレートを表す情報、変調方式を表す情報などを含む。そして、デジタル信号処理器３３は、この制御情報に従って、信号処理のためのパラメータを設定する。なお、制御信号検出部３５の機能は、例えば、プロセッサおよびメモリを含むプロセッサシステムにより実現される。

図１５は、図１４に示す受信回路３０に実装される制御信号検出部３５の第１の実施例を示す。第１の実施例においては、制御信号検出部３５は、ＦＦＴ回路５１、スペクトラム相関計算部５２−０、５２−１、制御信号判定部５３を備える。

ＦＦＴ回路５１は、Ａ／Ｄコンバータ３２の出力信号に対してＦＦＴを実行することにより、受信信号を周波数領域信号に変換する。すなわち、受信信号のスペクトラムを表す受信スペクトラムデータが生成される。スペクトラム相関計算部５２−０は、受信スペクトラムとスペクトラムデータ０との間の相関を計算する。スペクトラムデータ０は、制御信号が「０」であるときに得られるデータ信号のスペクトラムを表す。すなわち、スペクトラムデータ０は、ロールオフ率が0.1であるときに得られるデータ信号のスペクトラムを表す。一方、スペクトラム相関計算部５２−１は、受信スペクトラムとスペクトラムデータ１との間の相関を計算する。スペクトラムデータ１は、制御信号が「１」であるときに得られるデータ信号のスペクトラムを表す。すなわち、スペクトラムデータ１は、ロールオフ率が1.0であるときに得られるデータ信号のスペクトラムを表す。なお、スペクトラムデータ０およびスペクトラムデータ１は、予め用意され、制御信号検出部３５がアクセス可能なメモリに格納されている。

制御信号判定部５３は、スペクトラム相関計算部５２−０、５２−１により計算される相関値に基づいて制御信号の値を判定する。具体的には、スペクトラム相関計算部５２−０により計算される相関値がスペクトラム相関計算部５２−１により計算される相関値よりも高いときは、制御信号判定部５３は、制御信号が「０」であると判定する。一方、スペクトラム相関計算部５２−１により計算される相関値がスペクトラム相関計算部５２−０により計算される相関値よりも高いときは、制御信号判定部５３は、制御信号が「１」であると判定する。

図１６は、制御信号に対する相関値を表すタイミングチャートの一例を示す。この例では、制御信号は、時刻Ｔ１において「０」から「１」に変化し、時刻Ｔ２において「１」から「０」に変化し、時刻Ｔ３において「０」から「１」に変化する。この場合、送信回路１０において、ロールオフ率は、時刻Ｔ１において0.1から1.0に変化し、時刻Ｔ２において1.0から0.1に変化し、時刻Ｔ３において0.1から1.0に変化する。

ロールオフ率が1.0である期間は、受信回路３０は、図３（ｃ）に示すスペクトラムのデータ信号を受信する。この場合、受信スペクトラムとスペクトラムデータ１との間の相関が、受信スペクトラムとスペクトラムデータ０との間の相関よりも高い。そうすると、制御信号判定部５３は、制御信号が「１」であると判定する。すなわち、期間Ｔ１〜Ｔ２においては、制御信号検出部３５は「１」を検出する。

ロールオフ率が0.1である期間は、受信回路３０は、図３（ｂ）に示すスペクトラムのデータ信号を受信する。この場合、受信スペクトラムとスペクトラムデータ０との間の相関が、受信スペクトラムとスペクトラムデータ１との間の相関よりも高い。そうすると、制御信号判定部５３は、制御信号が「０」であると判定する。すなわち、期間Ｔ２〜Ｔ３においては、制御信号検出部３５は「０」を検出する。

図１７は、図１４に示す受信回路３０に実装される制御信号検出部３５の第２の実施例を示す。第２の実施例においては、制御信号検出部３５は、ＦＦＴ回路５１、測定レベル決定部５４、スペクトラム幅測定部５５、制御信号判定部５６を備える。なお、ＦＦＴ回路５１は、図１５に示す第１の実施例と同様に、Ａ／Ｄコンバータ３２の出力信号に対してＦＦＴを実行することにより、受信信号を周波数領域信号に変換する。すなわち、受信信号のスペクトラムを表す受信スペクトラムデータが生成される。

測定レベル決定部５４は、ＦＦＴ回路５１により生成される受信スペクトラムデータを利用して受信信号の最大電力を検出する。そして、測定レベル決定部５４は、この最大電力に基づいて測定レベルを決定する。スペクトラム幅測定部５５は、測定レベル決定部５４により決定された測定レベルにおいて、受信信号のスペクトラムの幅を測定する。制御信号判定部５６は、スペクトラム幅測定部５５により測定されるスペクトラムの幅に基づいて制御信号の値を判定する。

図１８は、スペクトラム幅の測定の一例を示す。なお、図１８では、図面を見やすくするために、ロールオフ率が0.1であるときの最大電力およびロールオフ率が1.0であるときの最大電力が互いに同じである。

測定レベル決定部５４は、ＦＦＴ回路５１により生成される受信スペクトラムデータを利用して最大電力Ｐmaxを検出する。そして、測定レベル決定部５４は、下式を利用して最大電力Ｐmaxから測定レベルＰrefを決定する。
Ｐref＝Ｐmax−ΔＰ
ΔＰは、数デシベルであり、予め指定される。ただし、ΔＰは、測定レベルＰrefがクロス点電力よりも高くなるように決定される。クロス点電力は、ロールオフ率が0.1であるときのスペクトラムの端部とロールオフ率が1.0であるときのスペクトラムの端部とが交差する周波数における電力を意味する。

スペクトラム幅測定部５５は、測定レベルＰrefにおいて、受信信号のスペクトラムの幅を測定する。図１８に示す例では、ロールオフ率が0.1であるときにスペクトラム幅Ｗ０が検出される。また、ロールオフ率が1.0であるときにスペクトラム幅Ｗ１が検出される。なお、幅Ｗ０および幅Ｗ１は、データ信号のビットレートおよび変調方式などに基づいて算出可能である。

図１９は、制御信号に対するスペクトラム幅を表すタイミングチャートの一例を示す。なお、制御信号およびロールオフ率は、図１６および図１９において同じである。

ロールオフ率が1.0である期間は、受信回路３０は、図１８において実線で描かれているスペクトラムのデータ信号を受信する。この場合、スペクトラム幅測定部５５により検出されるスペクトラム幅は、Ｗ１である。そうすると、制御信号判定部５６は、制御信号が「１」であると判定する。すなわち、期間Ｔ１〜Ｔ２においては、制御信号検出部３５は「１」を検出する。

ロールオフ率が0.1である期間は、受信回路３０は、図１８において破線で描かれているスペクトラムのデータ信号を受信する。この場合、スペクトラム幅測定部５５により検出されるスペクトラム幅は、Ｗ０である。そうすると、制御信号判定部５６は、制御信号が「０」であると判定する。すなわち、期間Ｔ２〜Ｔ３においては、制御信号検出部３５は「０」を検出する。

尚、制御信号判定部５６は、スペクトラム幅測定部５５により検出されるスペクトラム幅と所定の閾値との比較に基づいて制御信号の値を判定してもよい。この場合、閾値は、例えば、測定またはシミュレーション等により決定される。

図２０は、図１４に示す受信回路３０に実装される制御信号検出部３５の第３の実施例を示す。第３の実施例においては、制御信号検出部３５は、ＦＦＴ回路５１、電力測定部５７、制御信号判定部５８を備える。なお、ＦＦＴ回路５１は、図１５に示す第１の実施例と同様に、Ａ／Ｄコンバータ３２の出力信号に対してＦＦＴを実行することにより、受信信号を周波数領域信号に変換する。すなわち、受信信号のスペクトラムを表す受信スペクトラムデータが生成される。

電力測定部５７は、ＦＦＴ回路５１により生成される受信スペクトラムデータを利用して、所定の測定周波数において受信信号の電力を測定する。測定周波数は、測定周波数データにより指定される。測定周波数データは、例えば、データ信号のビットレートおよび変調方式等に基づいて予め作成され、電力測定部５７に与えられる。そして、制御信号判定部５８は、電力測定部５７により測定される電力に基づいて制御信号の値を判定する。

図２１は、第３の実施例における電力測定の一例を示す。なお、図２１では、図面を見やすくするために、ロールオフ率が0.1であるときの最大電力およびロールオフ率が1.0であるときの最大電力が互いに同じである。

電力測定部５７は、図２１に示す測定周波数Ｆにおいて、受信信号の電力を測定する。測定周波数Ｆは、受信信号のスペクトラムが周波数に対して傾斜している周波数領域内で指定される。一例としては、測定周波数Ｆは、クロス点電力よりも高い信号電力が検出される周波数である。

電力測定部５７は、測定周波数Ｆにおいて、受信信号の電力を測定する。図２１に示す実施例では、ロールオフ率が0.1であるときに電力Ｐ０が検出される。また、ロールオフ率が1.0であるとき電力Ｐ１が検出される。

図２２は、制御信号に対する信号電力を表すタイミングチャートの一例を示す。なお、制御信号およびロールオフ率は、図１６および図２２において同じである。

ロールオフ率が1.0である期間は、受信回路３０は、図２１において実線で描かれているスペクトラムのデータ信号を受信する。この場合、電力測定部５７により電力Ｐ１が検出される。そうすると、制御信号判定部５８は、制御信号が「１」であると判定する。すなわち、期間Ｔ１〜Ｔ２においては、制御信号検出部３５は「１」を検出する。

ロールオフ率が0.1である期間は、受信回路３０は、図２１において破線で描かれているスペクトラムのデータ信号を受信する。この場合、電力測定部５７により電力Ｐ０が検出される。そうすると、制御信号判定部５８は、制御信号が「０」であると判定する。すなわち、期間Ｔ２〜Ｔ３においては、制御信号検出部３５は「０」を検出する。

なお、制御信号判定部５８は、電力測定部５７により検出される電力と所定の閾値との比較に基づいて制御信号の値を判定してもよい。この場合、閾値は、例えば、測定またはシミュレーション等により決定される。

なお、図２〜図２２に示す実施例では、制御信号は２値信号であるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、制御信号は、所望の多値信号であってもよい。例えば、制御信号は４値信号であってもよい。この場合、２ビットの制御信号が１つのシンボルを利用して伝送される。例えば、制御信号が「００」「０１」「１０」「１１」であるとき、ロールオフ率は、それぞれ0.1、0.4、0.7、1.0に制御される。

また、図２〜図２２に示す実施例では、ナイキストフィルタを用いてデータ信号のスペクトラム形状が制御されるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、データ信号のスペクトラム形状は、制御信号に応じて他の方法で変化させてもよい。

１ 通信システム
２、３ 通信装置
１０ 送信回路
１２ スペクトラム制御部
１３ デジタルフィルタ
１４ フィルタ制御部
１４ａ ロールオフ率算出部
１４ｂ フィルタ係数決定部
１５ フィルタ係数メモリ
３０ 受信回路
３４、３５ 制御信号検出部
４３ ＬＰＦ
４４ 電力測定部
４５ 制御信号判定部
４６ ＢＰＦ

Claims (10)

1. 第１の信号のスペクトラムの形状を制御するスペクトラム制御部と、
   前記スペクトラム制御部によりスペクトラムの形状が制御された第１の信号に基づいて光信号を生成する光信号生成部と、を備え、
   前記スペクトラム制御部は、第２の信号に応じて前記第１の信号のスペクトラムの形状を制御する
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記スペクトラム制御部は、
   前記第１の信号をフィルタリングするデジタルフィルタと、
   前記第２の信号に応じて前記デジタルフィルタのフィルタ係数を制御するフィルタ制御部と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記第２の信号が第１の状態から第２の状態へ変化したときに、前記フィルタ制御部は、前記デジタルフィルタの特性を第１の特性から第２の特性へ段階的に変化させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記スペクトラム制御部は、
   前記第１の信号のスペクトラムをナイキスト形状に制御するデジタルフィルタと、
   前記第２の信号に応じて前記デジタルフィルタのフィルタ係数を制御するフィルタ制御部と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
5. 前記フィルタ制御部は、前記第２の信号に応じて前記デジタルフィルタのロールオフ率を制御する
   ことを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
6. 前記第２の信号が第１の状態から第２の状態へ変化したときに、前記フィルタ制御部は、前記デジタルフィルタのロールオフ率を第１の値から第２の値へ段階的に変化させる
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
7. 第１の通信装置および前記第１の通信装置から送信される光信号を受信する第２の通信装置を含む通信システムであって、
   前記第１の通信装置は、
   第１の信号のスペクトラムの形状を制御するスペクトラム制御部と、
   前記スペクトラム制御部によりスペクトラムの形状が制御された第１の信号に基づいて光信号を生成する光信号生成部と、を備え、
   前記スペクトラム制御部は、第２の信号に応じて前記第１の信号のスペクトラムの形状を制御し、
   前記第２の通信装置は、前記光信号のスペクトラムの形状に基づいて前記制御信号を検出する制御信号検出部を備える
   ことを特徴とする通信システム。
8. 前記制御信号検出部は、
   前記光信号を電気信号に変換する受光器と、
   前記受光器から出力される電気信号のスペクトラムの一部を抽出するフィルタと、
   前記フィルタの出力信号の電力を測定する電力測定部と、
   前記電力測定部により測定される電力に基づいて前記制御信号を検出する制御信号判定部と、を備える
   ことを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
9. 前記第２の通信装置は、
   前記光信号を電気信号に変換する受光器と、
   前記受光器から出力される電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、をさらに備え、
   前記制御信号検出部は、前記デジタル信号を利用して前記光信号のスペクトラムの形状の変化をモニタすることにより前記制御信号を検出する
   ことを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
10. 第１の信号のスペクトラムの形状を制御するデジタルフィルタのフィルタ係数を第２の信号に応じて決定し、
    前記デジタルフィルタにおいて、前記第２の信号に応じて決定されたフィルタ係数を用いて前記第１の信号のスペクトラムの形状を制御し、
    前記デジタルフィルタによりスペクトラムの形状が制御された第１の信号に基づいて光信号を生成する
    ことを特徴とする通信方法。

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