JP2020108115A - 光通信装置、サーバ装置、光伝送システム、及び光通信方法 - Google Patents

光通信装置、サーバ装置、光伝送システム、及び光通信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ビットレートに応じた適応変調を行うときに、伝送品質を維持し、かつ消費電力の増大を抑制することのできる光通信技術を提供する。【解決手段】光通信装置は、光伝送路のビットレートを受信するビットレート取得回路と、前記ビットレートに応じた変調方式を選択する変調方式決定回路と、選択された前記変調方式で動作するデジタル信号処理回路とを有し、前記変調方式決定回路は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択する。【選択図】図５

Description

本発明は、光通信装置、サーバ装置、光伝送システム、及び光通信方法に関する。
通信需要の増大にともない、高速かつ大容量の通信を実現するためにデジタルコヒーレント方式の光通信が普及しつつある。デジタルコヒーレント方式では、受信した光信号を局発光で検波し、電気信号への変換後に、デジタル信号処理によって伝送路で発生する波形歪を補償する。従来必要とされていた個別の波長分散補償器や、その挿入損失を補償するための光増幅器を省略できるため、システムの安定化、小型化、低コスト化等が可能である。
次期ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）を搭載したトランスポンダでは、ネットワーク側のビットレートを選択可能にしてビットレートに応じた変調方式で動作する適応変調方式が検討されている。ビットレートの増加に対応してボーレートを増加させると、スペクトル幅が広がってしまうので、使い方が難しい。また、ボーレートにはＤＡＣ（デジタルアナログコンバータ）の速度限界による制約があり、ＤＡＣの速度限界を超えてボーレートを上げることはできない。
新しい変調方式として、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式が提案されている（たとえば特許文献１参照）。たとえば、ＤＰ−８ＱＡＭの代わりに４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを用い、ＤＰ−１６ＱＡＭの代わりに４Ｄ−２Ａ１６ＰＳＫを用いることが提案されている。
特表２０１７−５１３３４７号公報
４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫは、ＸＩ（Ｘ偏波、同相成分）、ＸＱ（Ｘ偏波、直交成分）、ＹＩ（Ｙ偏波、同相成分）、及びＹＱ（Ｙ偏波、直交成分）の４つの光成分を用いたｍ値振幅、ｎ値位相シフトキーイングである。４００Ｇｂｐｓを超える高ビットレートを実現しようとすると、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式のｍ値、またはｎ値を増加させる必要がある。４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式は、ＱＡＭ方式と比較してＩＱ平面上の信号点（constellation points）の数が多いため、多値度が増えると信号点間の距離が小さくなり、ＱＡＭ方式よりも早く送信器に要求される条件を満たさなくなる。また、信号点の判定に要する演算量が多く、多値度が増えると消費電力限界を容易に超えてしまう。
本発明は、ビットレートに応じた適応変調を行うときに、伝送品質を維持し、かつ消費電力の増大を抑制することのできる光通信技術を提供することを目的とする。
本発明の一態様では、光通信装置は、
光伝送路のビットレートを取得するビットレート取得回路と、
前記ビットレートに応じた変調方式を選択する変調方式決定回路と、
選択された前記変調方式で動作するデジタル信号処理回路と、
を有し、
前記変調方式決定回路は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能の高い第２の変調方式を選択する。
ビットレートに応じた適応変調を行うときに、伝送品質を維持し、かつ消費電力の増大を抑制することができる光通信技術が実現する。
４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を用いるときの技術課題を説明する図である。 ４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を用いるときの技術課題を説明する図である。 ４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を用いるときの技術課題を説明する図である。 ４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を用いるときの技術課題を説明する図である。 ４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を用いるときの技術課題を説明する図である。 ４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を用いるときの技術課題を説明する図である。 実施形態の光送信機の模式図である。 ビットレートと変調方式の対応情報の一例である対応テーブルの図である。 変調方式選択部の機能ブロック図である。 実施形態の光受信機の模式図である。 実施形態の光送受信機の模式図である。 ビットレートに応じた変調方式選択のフローチャートである。 ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ方式のコンスタレーションを説明する図である。 ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ方式のコンスタレーションを説明する図である。 ビットレートに応じた変調方式選択の変形例１のフローチャートである。 ビットレートに応じた変調方式選択の変形例２のフローチャートである。 実施形態の光伝送システムの模式図である。 光通信装置の一例であるトランスポンダの模式図である。 光伝送システムで用いられるサーバと光送受信器の模式図である。
実施形態では、所定値以上のビットレートが選択される場合はＱＡＭ方式で光信号を出力し、所定値よりも低いビットレートが選択される場合は４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式で光信号を出力することで、適応変調を実現する。
実施形態の具体的な構成と手法を説明する前に、図１〜図４を参照して、発明者らが見出した４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を用いるときの技術課題を説明する。
図１、図２Ａ、及び図２Ｂは、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫを用いるときの第１の課題を説明する図である。図１の横軸は多値度（ビット／シンボル）、縦軸はＩＱ平面上の信号点間の距離である。ＩＱ平面上の信号点間の距離は、有効ビット数（ＥＮＯＢ：effective number of bits）、光デバイスで発生するノイズまたは歪みによるばらつき等を考慮して、最低限必要とされる閾値以上に設定される。
ＤＰ−８ＱＡＭと４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを比較すると、４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫの方がＩＱ平面上の信号点の数が多い分、多値度を増やした場合に、早く閾値を切ってしまう。
図２Ａは、ＩＱ平面上のＤＰ−８ＱＡＭの信号点を示し、図２Ｂは２Ａ８ＰＳＫの信号点を示す。図２Ａ及び図２Ｂで、実線の両方向矢印は信号点間の最短距離、破線の両方向矢印は参考距離である。
図２Ａで、ＤＰ−８ＱＡＭは片偏波あたり３ビットであり、両偏波を用いることで６ビット／シンボルとなる。信号点間の最短距離は０．９４、参考距離は１．０５である。
図２Ｂの４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ方式では、あるタイムスロットで、Ｘ偏波の振幅がｒ１（たとえば内側の円）のときにＹ偏波の振幅がｒ２（たとえば外側の円）となり、Ｘ偏波の振幅がｒ２（たとえば外側の円）のときにＹ偏波の振幅がｒ１（たとえば内側の円）となるように、信号点が配置される。この振幅制限によってシンボルごとのパワーが一定に保たれ、Ｘ偏波の位相方向に３ビット、Ｙ偏波の位相方向に３ビット、両偏波で６ビット／シンボルとなっている。４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ方式では、信号点間の最短距離は０．４２、参考距離は０．５１である。
図１に戻って、たとえば６ビット／シンボルのときに、ＤＰ−８ＱＡＭも４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫも、信号点間の距離は、光送信器に必要とされる閾値を超えている。４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫはシンボルごとのパワーが一定になるように調整されているので、隣接チャネル間のクロス位相変調の影響が少なく、同じ情報量でＤＰ−８ＱＡＭよりも伝送性能がよい。
しかし、４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫは、信号点間の距離に余裕が少なく、現実問題として多値度の増加に対処することができない。一方、ＤＰ−ａＱＡＭ方式は、４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫと比べて多値度を大きくすることができる。
図３Ａ、図３Ｂ、及び図４は、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫの第２の課題を説明する図である。図３Ａで、ＤＰ−ａＱＡＭ方式の受信器では、Ｘ偏波とＹへ偏波に分離した後に、受信信号をＩＱ平面上にプロットする。ＩＱ平面を信号点ごとの領域に分解して、受信信号がどの信号点に最も近いかを判定する。６４ＱＡＭの場合、図３ＡのようにＩＱ平面にプロットされて、各受信信号が属する領域が判定されるので、演算量は少ない。
図３Ｂで、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式の受信器では、ＯＳＮＲ（optical signal to noise ratio：光信号対雑音比）耐力を高めるため、Ｘ偏波とＹ偏波に分離した後、Ｘ偏波のＩＱ平面とＹ偏波のＩＱ平面で表現されるコンスタレーション空間に受信信号がプロットされて、コンスタレーション空間のどの信号点に相当するのかが判定される。ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱの４つの軸をもつコンスタレーション空間では、信号点ごとに領域に分割してどの座標がどの信号点に相当するのかを判断するのは困難である。
そのため、測定された受信信号とすべての信号点との間の距離を演算し、最小となる信号点を受信データと判定する。ｋビット／シンボルの場合は２k通りの比較が必要になる。６ビット／シンボルの４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫでは、２6＝６４通りの比較を行い、最小距離となる信号点を決定することになる。このときの演算量は、ＤＰ−aＱＡＭでの信号点決定の演算に比べて非常に大きい。
図４に示すように、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫでは、信号点を判定する演算量が指数関数的に増えるため、消費電力限界を簡単に超えてしまう。消費電力限界を超えると、放熱しきれずにＤＳＰが熱暴走を起こす。これに対し、ＤＰ−ａＱＡＭ方式では、多値度が増えても信号点判定の演算量はそれほど変わらない。
図１〜図４の技術課題の考察を経て、実施形態では、所定値以上のビットレートのときにＱＡＭ方式を使用し、所定値よりもビットットレートが低いときに４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を使用することで、選択されたビットレートに適した適応変調を実現する。
＜１．実施形態の光送信器の構成例＞
図５は、実施形態の光送信器１０の模式図である。光送信器１０は、光通信装置の一例であり、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）１１、光源１２、光変調器１３、入出力インタフェース（図中「Ｉ／Ｏ」と表記）１４、ＤＳＰ１５、及びメモリ１６を有する。
ＦＰＧＡ１１は、ビットレート受信回路１１１と、変調方式決定回路１１２を有する。ビットレート受信回路１１１は、入出力インタフェース１４を介して入力されるビットレート設定情報を受け取る。変調方式決定回路１１２は、メモリ１６に保存されているビットレートと変調方式の間の対応情報１１６を参照して、ビットレートに応じた変調方式を決定する。決定された変調方式は、ＤＳＰ１５に入力される。ＦＰＧＡ１１とメモリ１６で、後述する変調方式選択部１１０が実現されてもよい。
ＤＳＰ１５は、送信用の電気信号（データ信号）が入力されると、誤り訂正符号化処理を施し、設定された変調方式に従ってコンスタレーション上の信号点にマッピングして、データ信号の論理値に応じた信号を生成する。信号は、アナログ変換されて光変調器１３の信号電極に入力される。
光源１２から光変調器１３に入射した光は、アナログ駆動信号で変調され、変調光信号が光ネットワークに出力される。
図５の構成は一例であって、この構成に限定されない。対応情報１１６は、ＦＰＧＡ１１の内部のメモリブロックに保存されてもよいし、ＤＳＰ１５の内部メモリに保存されてもよい。ＦＰＧＡ１１はロジックデバイスの一例であり、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）等のその他のロジックデバイスを用いてもよい。ＦＰＧＡ１１のような個別のロジックデバイスを用いる替わりに、ＤＳＰ１５がビットレート設定情報を受け取って変調方式を決定するように設計されてもよい。
対応情報１１６に基づいて、入力されたビットレートに応じた変調方式を選択することができる構成であれば、その他の適切な構成を採用してもよい。
図６は、対応情報１１６の一例として、ビットレートと変調方式の対応関係を記述するテーブル１１３を示す。テーブル１１３は、複数のビットレートのそれぞれに対応して、用いる変調方式を記述している。
例えば、２００Ｇｂｐｓのときは、４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを採用する。この場合、６ビット／シンボルの情報量で、ＱＡＭ方式よりも良好な信号品質（より高い非線形耐力）で送信することができる。
ビットレートが４００Ｇｂｐｓ以上のときは、ＤＰ−ａＱＡＭ方式を採用する。一例として、４００ＧｂｐｓのときはＤＰ−１６ＱＡＭを用いる。この場合、一度の変調で４ビット×２で８ビット／シンボルの情報量を送信することができる。５００ＧｂｐｓのときはＤＰ３２−ＱＡＭを、６００ＧｂｐｓのときはＤＰ−６４ＱＡＭを用いる。ビットレートが高くなっても、信号点間の距離に余裕があるので、閾値限界に近づくまで多値度を上げることができる。また、多値度を上げても信号点判定の演算量はほとんど変わらないので、消費電力の増大を抑制できる。
３００Ｇｂｐｓのときは、７ビット／シンボルの情報量を実現するために、たとえば４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫとＤＰ−１６ＱＡＭを組み合わせたハイブリッド変調を用いてもよい。６ビット／シンボルの４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫと、８ビット／シンボルのＤＰ−１６ＱＡＭを時間割合１：１で時系列に用いることで、平均して７ビット／シンボルの変調となる。
ハイブリッド変調に替えて、７ビット／シンボルの４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ方式（「７ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ」と称されている）を用いてもよい。７ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫでは、ビットＢ［０］〜ビットＢ［６］が変調ビット、ビットＢ［７］はビットＢ［６］と逆の値をもつパリティビットであり、これらのビットがポアンカレ球上に配置される。７ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫについては、Kojima et al，“5 and 7 bit/symbol 4D Modulation Formats Based on 2A8PSK”，Proceedings，ECOC 2016-42nd，09/18/2016を参照されたい。
図７は、変調方式選択部１１０の機能ブロック図である。上述のように、変調方式選択部１１０は、ＦＰＧＡ１１とメモリ１６で実現されてもよいし、ＦＰＧＡ１１がメモリブロックを内蔵する場合は、ＦＰＧＡ１１のみで実現されてもよい。
変調方式選択部１１０は、ビットレート受信部１４１と、変調方式決定部１４２と、変調方式指示部１４５を有する。変調方式決定部１４２は、変調方式取得部１４３と、対応情報１４６を有する。対応情報１４６は、図６テーブル１１３であってもよいし、ビットレートと変調方式の関係を記述する関数であってもよい。
変調方式取得部１４３は、ビットレート受信部１４１で受け取ったビットレートに基づいて、対応情報１４６から、ビットレートに対応する変調方式を取得する。変調方式指示部１４５は、決定された変調方式をＤＳＰ１５に出力する。
対応情報１４６として関数が用いられる場合は、たとえばビットレートが第１の閾値以上のときにＤＰ−ａＱＡＭ方式を選択し、第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のときに４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択することを記述する関数であってもよい。また、ビットレートが第２の閾値と第１の閾値の間のときは、ＤＰ−ａＱＡＭ方式と４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式のハイブリッド方式を選択することを記述していてもよい。
光送信器１０では、ビットレートに応じた変調方式が選択され、伝送品質の維持と低消費電力を両立することができる。
＜２．実施形態の光受信器の構成例＞
図８は、実施形態の光受信器２０の模式図である。光受信器２０は、光通信装置の一例であり、ＦＰＧＡ２１、９０度ハイブリッド回路２２、光検出器（図中「ＰＤ」と表記）２３、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）２４、ＤＳＰ２５、及びメモリ２６を有する。
ＦＰＧＡ２１は、ビットレート受信回路１２１と、変調方式決定回路１２２を有する。ビットレート受信回路１２１は、入出力インタフェース２４を介して入力されるビットレート設定情報を受け取る。変調方式決定回路１２２は、メモリ２６に保存されているビットレートと変調方式の対応情報１２６を参照して、ビットレートに応じた変調方式を決定し、決定した変調方式をＤＳＰ２５に出力する。
光送信器１０と同様に、ＦＰＧＡ２１とメモリ２６で変調方式選択部１１０が実現されてもよい。ＦＰＧＡ２１がメモリブロックを内蔵する場合は、ＦＰＧＡ２１で変調方式選択部１１０が実現されてもよい。
ＤＳＰ２５は、受信光信号を局発光で検波し、ＸＩ、ＸＱ，ＹＩ、ＹＱの各成分を出力する。ＸＩ、ＸＱ，ＹＩ、ＹＱの各成分は光検出器２３で光電流に変換され、トランスインピーダンスアンプ等で電圧信号に変換され、デジタルサンプリングされてＤＳＰ２５に入力される。
ＤＳＰ２５は、入力された受信電気信号に波長分散補償、波形歪補償等のデジタル処理を施し、デジタル補償されたデータを選択された変調方式に従ってコンスタレーション上の信号点にデマップして、データを復調する。選択された変調方式がＤＰ−ａＱＡＭ方式のときは、コンスタレーション上に展開された受信信号の座標点がどの信号点の領域に位置するかを判断すればよいので、演算量が少なくてすむ。選択された変調方式が４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫのときは、３次元空間で座標点から最も近い信号点が選択されるので演算量は増えるが、非線形耐力を含めて伝送品質が高く維持される。復調されたデータは、誤り訂正復号されて出力される。
光受信器２０では、ビットレートに応じた変調方式が選択され、伝送品質の維持と低消費電力を両立することができる。
＜３．実施形態の光送受信器の構成例＞
図９は、光送受信器３０の模式図である。光通信は双方向で行われるのが通常なので、本発明のビットレートに応じた変調方式の選択は、図５の光送信器１０と、図８の光受信器２０が一体となった光送受信器３０に適用され得る。
光送受信器３０は光通信装置の一例であり、ＦＰＧＡ３１、電気光変換回路（図中「Ｅ／Ｏ」と表記）３２、光電気変換回路（図中「Ｏ／Ｅ」と表記）３３、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）３４、ＤＳＰ３５、メモリ３６、及び光源３７を有する。
ＦＰＧＡ３１、ＤＳＰ３５、及びメモリ３６は、送信ブロックと受信ブロックで共通に用いられる。ＦＰＧＡ３１は、ビットレート受信回路１３１と、変調方式決定回路１３２を有する。ビットレート受信回路１３１は、入出力インタフェース３４を介して入力されるビットレート設定情報を受け取る。変調方式決定回路１３２は、メモリ３６に保存されているビットレートと変調方式の対応情報１３６を参照して、ビットレートに応じた変調方式を決定し、決定した変調方式をＤＳＰ３５に出力する。
ＦＰＧＡ３１とメモリ３６で、変調方式選択部１１０が実現されてもよい。ＦＰＧＡ３１がメモリブロックを内蔵する場合は、メモリブロックに対応情報１３６を保存して、ＦＰＧＡ３１で変調方式選択部１１０を実現してもよい。
ＤＳＰ３５は、送信ブロックでは、設定された変調方式に従って送信用のデータ信号をコンスタレーション上の信号点にマッピングし、データ信号の論理値に応じた信号を生成する。信号はアナログ変換されて、高速の駆動信号が電気光変換回路３２の光変調器に入力される。
光源３７の出力光は電気光変換回路３２の光変調器に入射し、データ値に応じたアナログ駆動信号によって変調され、出力される。
ＤＳＰ３５の受信側ブロックでは、光電気変換回路３３によって検波され、デジタルサンプリングされた電気信号に波長分散補償、波形歪補償等のデジタル処理を施す。デジタル補償された受信信号をコンスタレーション上に展開し、変調方式決定回路１３２によって選択された変調方式に基づいて信号点を判定して、誤り訂正復号後に電気信号を出力する。
光送受信器３０では、ビットレートに応じた変調方式が選択され、伝送品質の維持と低消費電力を両立することができる。
＜４．変調方式選択の処理フロー＞
図１０は、変調方式選択部１１０で実施されるフローチャートである。この制御フローは、たとえば、光送受信器３０が新たにネットワークに追加されるとき、光送受信器３０が再起動されるときなどに実施される。あるいは、後述するように、光送受信器３０を有する光トランスポンダが新設されるとき、または再起動されるときに実施されてもよい。
図１０のフローは、変調方式決定部１４２の対応情報１４６が、図６のようなテーブル１１３の形式である場合の処理である。まず、ビットレート受信部１４１で、ビットレート設定情報を受信する（Ｓ１１）。ビットレート設定情報は、ネットワーク監視信号の一部としてネットワークから受信されてもよいし、光送受信器３０を設置するオペレータによって入力されてもよい。次に、変調方式取得部１４３は、対応情報１４６から対応するビットレートを検索し（Ｓ１２）、検索されたビットレートに対応する変調方式を決定する（Ｓ１３）。
たとえば、指定されたビットレートが４００Ｇbｐｓのときは、テーブル１１３を検索して４００Ｇｂｐｓに対応するＤＰ−１６ＱＡＭ方式を取得し、この変調方式を選択する。指定されたビットレートが２００Ｇbｐｓのときは、テーブル１１３を検索して２００Ｇｂｐｓに対応する４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを取得し、この変調方式を選択する。
変調方式指示部１４５は、決定された変調方式で動作するように、ＤＳＰ３５に指示する（Ｓ１４）。ＤＳＰ３５は、入力電気信号を変調方式に応じてコンスタレーション上にマッピングして送信用の駆動を生成する。また、受信電気信号をコンスタレーション上に展開して信号点を推定し、復調する。
この方法によると、光通信装置で、ビットレートに応じた変調方式が選択され、伝送品質の維持と低消費電力を両立することができる。
図１１Ａと図１１Ｂは、４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ方式が選択されたときのコンスタレーション図である。図１１ＡはＸ偏波の４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫのコンスタレーション、図１１ＢはＹ偏波の４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫのコンスタレーションである。この例では、Ｘ偏波で内側の円に沿って８つの信号点（３ビット）が配置され、Ｙ偏波で外側の円に沿って８つの信号点（３ビット）が配置され、合計で１シンボル当たり６ビットの情報量となっている。
Ｘ偏波でコンスタレーション上の信号点の半径（すなわち振幅）がｒ１のときは、Ｙ偏波の信号点の半径（すなわち振幅）がｒ２となるように、Ｘ偏波の信号点の振幅がｒ２のときは、Ｙ偏波の信号点の振幅がｒ１となるように制限することで、一回の変調（シンボル）でのパワーを一定にすることができる。
円の数を３重にするときは、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫのｍの値が３になり、３段階の振幅で信号点が配置される。この場合も、一方の偏波で第１の半径（振幅）のときは、他方の偏波で、第１の振幅以外の振幅が選択されてシンボルごとのパワーを一定にするように制限される。
図１２は、変調方式選択部１１０で実施される変調方式選択の変形例１のフローチャートである。図１２のフローは、変調方式決定部１４２の対応情報１４６が、関数で記述されている場合の処理である。
まず、ビットレート受信部１４１でビットレート設定情報を受信する（Ｓ２１）。次に、変調方式取得部１４３は、対応情報１４６を参照して、受け取ったビットレートが第１の閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判断する（Ｓ２２）。ビットレートが第１の閾値Ｔｈ１以上の場合は（Ｓ２２でＹｅｓ）、ＤＰ−ａＱＡＭ方式を選択する。ビットレートが第１の閾値Ｔｈ１よりも小さい場合は（Ｓ２３でＮｏ）、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択する（Ｓ２４）。Ｓ２３またはＳ２４で選択された変調方式で動作するように、ＤＳＰに指示を出す（Ｓ２５）。
一例として、指定されたビットレートが４００Ｇｂｐｓ以上のときは、ＤＰ−１６ＱＡＭ以上の多値数のＤＰ−ａＱＡＭ方式を選択する。ビットレートが４００Ｇｂｐｓ未満のときは、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択する。４００Ｇｂｐｓ未満のとき選択される４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式は、７ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ、４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ、等である。ビットレートと、１シンボル当たりのビット数（情報量）の関係を記述する関数を用いてもよい。
この方法によると、光通信装置で、ビットレートに応じた変調方式が選択され、伝送品質の維持と低消費電力を両立することができる。
図１３は、変調方式選択部１１０で実施される変調方式選択の変形例２のフローチャートである。図１３のフローは、変調方式決定部１４２の対応情報１４６が、２以上の閾値を用いた関数で記述されている場合の処理である。
まず、ビットレート受信部１４１で、ビットレート設定情報を受信する（Ｓ３１）。変調方式取得部１４３は、対応情報１４６を参照して、受け取ったビットレートが第１の閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判断する（Ｓ３２）。ビットレートが第１の閾値Ｔｈ１以上のときは（Ｓ３２でＹｅｓ）、ＤＰ−ａＱＡＭ方式を選択する（Ｓ３３）。
ビットレートが第１の閾値Ｔｈ１よりも小さい場合は（Ｓ３２でＮｏ）、ビットレートが第１の閾値よりも小さい第２の閾値Ｔｈ２以下であるか否かを判断する（Ｓ３４）。ビットレートが第２の閾値Ｔｈ２以下のときは（Ｓ３４でＹｅｓ）、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択する（Ｓ２４）。
ビットレートが第２の閾値Ｔｈ２と第１の閾値Ｔｈ１の間にあるときは（Ｓ３４でＮｏ）、ＤＰ−ａＱＡＭ方式と４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式のハイブリッド変調を選択する（Ｓ３６）。Ｓ３３、Ｓ３５、またはＳ３６で選択された変調方式で動作するように、ＤＳＰに指示を出す（Ｓ３７）。
一例として、指定されたビットレートが４００Ｇｂｐｓ以上のときは、ＤＰ−１６ＱＡＭ以上の多値数のＤＰ−ａＱＡＭ方式を選択する。ビットレートが２００Ｇｂｐｓ以下のときは、４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択する。このとき選択される４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式は、ビットレートの値によって４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ、等である。
ビットレートが２００Ｇｂｐｓと４００Ｇｂｐｓの間のときは、ＤＰ−１６ＱＡＭと４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ方式のハイブリッド変調方式を選択する。
この方法によると、光通信装置で、ビットレートに応じた変調方式が選択され、伝送品質の維持と低消費電力を両立することができる。
＜５．光伝送システム＞
図１４は、実施形態の光伝送システム１の模式図である。光伝送システム１は光ネットワークの一部であり、光送受信器３０Ａ、光送受信器３０Ｂ、及びネットワーク管理サーバ４０を含む。光送受信器３０Ａと光送受信器３０Ｂは、光伝送路６１及び光伝送路６２によって相互に接続され、かつそれぞれが光ネットワークによってネットワーク管理サーバ４０に接続されている。
ネットワーク管理サーバ４０は、ネットワークで設定されたビットレートを、光送受信器３０Ａと光送受信器３０Ｂに通知する。ビットレートは、送受信ノードである光送受信器３０Ａと光送受信器３０Ｂの性能、光伝送路６１及び６２の状態、要求される伝送速度等に基づいて、ネットワークオペレータによって設定される。
光送受信器３０Ａと光送受信器３０Ｂは、ビットレートに応じた変調方式を選択し、その変調方式で動作する。すなわち、選択された変調方式に基づいて電気信号を光信号に変換して光ネットワークに出力し、光ネットワークから受信した光信号を電気信号に変換して復調する。光送受信器３０Ａと光送受信器３０Ｂは、光通信装置の一例であるトランスポンダの一部であってもよい。
図１５は、トランスポンダ５０の模式図である。トランスポンダ５０は、光送受信器３０と、フレーマ／デフレーマ５１と、クライアント側モジュール５２を有する。光送受信器３０は、図５〜９を参照して説明した実施形態の光送受信器であり、ネットワークで設定されたビットレートに応じた変調方式で動作する。
クライアント側モジュール５２は、クライアント機器とのインタフェースであり、イーサネットの光ケーブルで入出力される光信号を電気信号に変換して、フレーマ／デフレーマ５１との間で入出力する。
フレーマ／デフレーマ５１は、イーサネット電気信号を、OTN（Optical Transport Network）のフレームフォーマットに変換して光送受信器３０のＤＳＰに入力する。また、光送受信器３０のＤＳＰから出力されるOTNの電気信号をイーサネット規格の電気信号に変換して、クライアント側モジュール５２に出力する。
複数のトランスポンダ５０は、波長マルチプレクサ、波長選択スイッチ等と組み合わせてＷＤＭ（波長分割多重）方式の伝送装置に組み込まれてもよい。この場合、各トランスポンダ５０の光送受信器３０は、接続される光伝送路に応じて設定されたビットレートに最適な変調方式で動作し、伝送品質を維持し消費電力の増大を抑制することができる。
図１６は、光伝送システム１で用いられるネットワーク管理サーバ４０と、光送受信器３０Ｃの模式図である。この例では、ネットワーク管理サーバ４０が、ビットレートに応じた変調方式を決定し、光送受信器３０Ｃに通知する。
ネットワーク管理サーバ４０は、ビットレート入力部４１、変調方式決定部４２、変調方式送信部４３、及びビットレートと変調方式との対応情報４６を有する。
ビットレート入力部４１は、たとえばネットワークオペレータによって入力されるビットレート４１を入力する。変調方式決定部４２は、対応情報４６を参照して、入力されたビットレートに対応する変調方式を決定する。変調方式送信部４３は、決定された変調方式を、変調方式設定情報として光送受信器３０Ｃに送信する。
ビットレート入力部４１は、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力インタフェースで実現される。変調方式決定部４２は、ＦＰＧＡ等のロジックデバイス、またはマイクロプロセッサで実現される。対応情報４６は、メモリに保存される。変調方式送信部４３は、ネットワーク内の通信を行うネットワークインタフェースで実現される。
光送受信器３０Ｃの変調方式受信回路１３５は、ネットワーク管理サーバ４０から変調方式設定情報を受信し、ＤＳＰ３５に入力する。ＤＳＰ３５は、設定された変調方式を設定し、この変調方式で動作する。送信データ信号を、変調方式に応じてコンスタレーション上にマッピングして駆動信号を生成する。また、検波された受信信号をコンスタレーション上に展開して変調方式に応じて信号点を判定する。
光送受信器３０Ｃの光源１２、光変調器１３、９０度ハイブリッド回路２２、及び光検出器（図中「ＰＤ」と表記）２３の動作は、図５及び図８を参照して説明したとおりであり、重複する説明を省略する。
上記の構成により、光送受信器３０Ｃは指定された変調方式で動作すればよく、伝送品質を維持し、かつ消費電力の増大を抑制することができる。
以上、特定の実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した例に限定されない。変調方式選択部１１０は、ＦＰＧＡで実現する替わりに、ＤＳＰで実現されてもよい。ビットレートと変調方式の対応関係は、図６を例に限定されず、１００Ｇｂｐｓ、または６００Ｇｂｐｓを超えるレートに拡張されてもよい。
光通信装置で選択される変調方式は、ＱＡＭ方式と４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式に限定されない。信号点間の距離が十分で、多値度の増加にかかわらず信号点推定の演算量がそれほど変化しない第１の変調方式と、第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多いが第１の変調方式よりも伝送性能に優れた第２の変調方式を、ネットワーク側のビットレートに応じて使い分けてもよい。
光ネットワークに接続される光通信装置（トランスポンダ５０、光送受信器３０等を含む）と、ネットワーク管理サーバ４０の少なくとも一方で、要求されるビットレートに応じて変調方式を決定し、決定された前記変調方式でノード間で光信号を送受信する構成としてもよい。光送信器１０のビットレート受信回路１１１、光受信器２０のビットレート受信回路１２１、光送受信器３０のビットレート受信回路１３１は、いずれも「ビットレート取得回路」の一例であり、ビットレートを取得する適切な構成を有するその他の入力回路を用いてもよい。
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
光伝送路のビットレートを取得するビットレート取得回路と、
前記ビットレートに応じた変調方式を選択する変調方式決定回路と、
選択された前記変調方式で動作するデジタル信号処理回路と、
を有し、
前記変調方式決定回路は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択する光通信装置。
（付記２）
前記変調方式決定回路は、前記ビットレートが前記第１の値以上のときはＱＡＭ方式の変調方式を選択し、
前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ（４次元ｍ値振幅ｎ値位相シフトキーイング）方式を選択する、
ことを特徴とする付記１に記載の光通信装置。
（付記３）
前記変調方式決定回路は、前記ビットレートが、前記第１の値よりも小さい第２の値以下のときに前記４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択し、
前記ビットレートが前記第２の値と前記第１の値の間にあるときは、前記ＱＡＭ方式と前記４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式のハイブリッド変調方式を選択する、
ことを特徴とする付記２に記載の光通信装置。
（付記４）
前記ビットレートと前記変調方式を対応付けた対応情報を保存するメモリ、
をさらに有し、
前記変調方式決定回路は、前記対応情報を参照して前記変調方式を選択することを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光通信装置。
（付記５）
前記対応情報は、使用可能な複数のビットレートの各々に前記変調方式が対応付けられたテーブルであることを特徴とする付記４に記載の光通信装置。
（付記６）
前記対応情報は、前記ビットレートと前記変調方式の関係が記述された関数であることを特徴とする付記４に記載の光通信装置。
（付記７）
前記ビットレート取得回路は、前記光通信装置が接続される光ネットワークから前記ビットレートを受信することを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の光通信装置。
（付記８）
光通信装置が接続される光ネットワークで用いられるサーバ装置であって、
ビットレート設定情報を受け付けるビットレート入力部と、
前記ビットレート設定情報で示されるビットレートに応じた変調方式を決定する変調方式決定部と、
決定された前記変調方式を、前記光通信装置に送信する変調方式送信部と、
を有し、
前記変調方式決定部は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択するサーバ装置。
（付記９）
前記ビットレートと前記変調方式を対応付けた対応情報、
をさらに有し、
前記変調方式決定部は、前記対応情報を参照して前記変調方式を決定することを特徴とする付記８に記載のサーバ装置。
（付記１０）
光ネットワークに接続される光通信装置と、
前記光ネットワークを管理するサーバ装置と、
を含み、
前記光通信装置と前記サーバ装置の少なくとも一方で、前記光通信装置に要求されるビットレートに応じて変調方式を決定し、
前記変調方式の決定は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択する、
ことを特徴とする光伝送システム。
（付記１１）
前記変調方式は前記サーバ装置で決定され、
前記サーバ装置が前記光通信装置に前記変調方式を通知する
ことを特徴とする付記１０に記載の光伝送システム。
（付記１２）
前記サーバ装置は、前記ビットレートを前記光通信装置に通知し、
前記光通信装置が前記ビットレートに基づいて前記変調方式を決定する、
ことを特徴とする付記１０に記載の光伝送システム。
（付記１３）
光伝送システムで用いられる光通信装置で実施される光通信方法であり、
ビットレートを取得し、
前記ビットレートに応じた変調方式を選択し、
選択された前記変調方式で光信号の送受信を行い、
前記変調方式の選択は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択する、
ことを特徴とする光通信方法。
（付記１４）
前記ビットレートが前記第１の値以上のときはＱＡＭ方式の変調方式を選択し、
前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択する
ことを特徴とする付記１３に記載の光通信方法。
（付記１５）
前記ビットレートが、前記第１の値よりも小さい第２の値以下のときに前記４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択し、
前記ビットレートが前記第２の値と前記第１の値の間にあるときは、前記ＱＡＭ方式と前記４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式のハイブリッド変調方式を選択する、
ことを特徴とする付記１４に記載の光通信方法。
（付記１６）
前記ビットレートを、前記伝送システムを管理するサーバ装置から受信することを特徴とする付記１３〜１５のいずれかに記載の光通信方法。
（付記１７）
光伝送システムで用いられるサーバ装置で実施される光通信方法であり、
ビットレートの設定情報を入力し、
前記ビットレートに応じた変調方式を選択し、
選択された前記変調方式を前記光伝送システムに接続される光通信装置に送信し、
前記変調方式の選択は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択する、
ことを特徴とする光通信方法。
（付記１８）
前記ビットレートが前記第１の値以上のときはＱＡＭ方式の変調方式を選択し、
前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択する
ことを特徴とする付記１７に記載の光通信方法。
（付記１９）
前記ビットレートが、前記第１の値よりも小さい第２の値以下のときに前記４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択し、
前記ビットレートが前記第２の値と前記第１の値の間にあるときは、前記ＱＡＭ方式と前記４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式のハイブリッド変調方式を選択する、
ことを特徴とする付記１７に記載の光通信方法。
（付記２０）
前記ビットレートと前記変調方式を対応付けた対応情報を保存し、
前記対応情報を参照して前記変調方式を決定することを特徴とする付記１７に記載の光通信方法。
１ 伝送システム
１０ 光送信器（光通信装置）
１１、２１、３１ ＦＰＧＡ
１５、２５、３５ ＤＳＰ（デジタル信号処理回路）
１６、２６、３６ メモリ
２０ 光受信器（光通信装置）
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 光送受信器（光通信装置）
４０ ネットワーク管理サーバ（サーバ装置）
４１ ビットレート入力部
４２ 変調方式決定部
４３ 変調方式送信部
４６ 対応情報
５０ トランスポンダ（光通信装置）
１１０ 変調方式選択部
１１１、１２１、１３１ ビットレート受信回路（ビットレート取得回路）
１１２、１２２、１３２ 変調方式決定回路
１１３ テーブル
１１６、１２６、１３６、１４６ 対応情報
１３５ 変調方式受信回路

Claims (8)

  1. 光伝送路のビットレートを取得するビットレート取得回路と、
    前記ビットレートに応じた変調方式を選択する変調方式決定回路と、
    選択された前記変調方式で動作するデジタル信号処理回路と、
    を有し、
    前記変調方式決定回路は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択する光通信装置。
  2. 前記変調方式決定回路は、前記ビットレートが前記第１の値以上のときはＱＡＭ方式の変調方式を選択し、
    前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択することを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
  3. 前記変調方式決定回路は、前記ビットレートが、前記第１の値よりも小さい第２の値以下のときに前記４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式を選択し、
    前記ビットレートが前記第２の値と前記第１の値の間にあるときは、前記ＱＡＭ方式と前記４Ｄ−ｍＡｎＰＳＫ方式のハイブリッド変調方式を選択する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の光通信装置。
  4. 前記ビットレート取得回路は前記光通信装置が接続される光ネットワークから前記ビットレートを受信することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光通信装置。
  5. 光通信装置が接続される光ネットワークで用いられるサーバ装置であって、
    ビットレート設定情報を受け付けるビットレート入力部と、
    前記ビットレート設定情報で示されるビットレートに応じた変調方式を決定する変調方式決定部と、
    決定された前記変調方式を、前記光通信装置に送信する変調方式送信部と、
    を有し、
    前記変調方式決定部は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択するサーバ装置。
  6. 光ネットワークに接続される光通信装置と、
    前記光ネットワークを管理するサーバ装置と、
    を含み、
    前記光通信装置と前記サーバ装置の少なくとも一方で、前記光通信装置に要求されるビットレートに応じて変調方式を決定し、
    前記変調方式の決定は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択する、
    ことを特徴とする光伝送システム。
  7. 光伝送システムで用いられる光通信装置で実施される光通信方法であり、
    ビットレートを取得し、
    前記ビットレートに応じた変調方式を選択し、
    選択された前記変調方式で光信号の送受信を行い、
    前記変調方式の選択は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択する、
    ことを特徴とする光通信方法。
  8. 光伝送システムで用いられるサーバ装置で実施される光通信方法であり、
    ビットレートの設定情報を入力し、
    前記ビットレートに応じた変調方式を選択し、
    選択された前記変調方式を前記光伝送システムに接続される光通信装置に送信し、
    前記変調方式の選択は、前記ビットレートが第１の値以上のときに第１の変調方式を選択し、前記ビットレートが前記第１の値よりも小さいときに、前記第１の変調方式よりも信号点判定の演算量が多く前記第１の変調方式よりも伝送性能が高い第２の変調方式を選択する、
    ことを特徴とする光通信方法。
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