JP2024058713A - 光送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】送信信号に対して予等化および予符号化を行う光伝送システムにおいて、歪を補償するために使用される信号の処理を簡単にする。【解決手段】光送信機は、変調部、振幅決定部、挿入部、補正部、モジュロ演算器、および送信回路を備える。変調部は、第１の信号を変調して第１の変調信号を生成する。振幅決定部は、第１の変調信号の振幅よりも大きいモジュロ振幅を決定する。挿入部は、第１の変調信号に第２の変調信号を挿入して送信信号を生成する。補正部は、送信信号の各シンボルを１または複数の直前のシンボルの振幅に応じて補正して予等化信号を生成する。モジュロ演算器は、予等化信号に対してモジュロ振幅に基づくモジュロ演算を実行する。送信回路は、モジュロ演算器の出力信号に基づいて変調光信号を生成して受信ノードに送信する。第２の変調信号の振幅は、モジュロ振幅と同じである。【選択図】図１１

Description

本発明は、多値信号を送信する光送信機および光伝送システムに係わる。

大容量の光通信は、各シンボルが伝送するビットの数を多くすること、及び／又は、ボーレートを高くすることにより実現される。ただし、各シンボルが伝送するビットの数を多くするためには、大きな送信電力が必要であり、光送信機の消費電力が増加する。或いは、信号点間の距離が小さくなるので、誤り率が悪くなることがある。他方、ボーレートを高くする場合、光回路だけでなく、電気回路の高速化も必要である。ところが、送信機内の電気回路の高速化には限界がある。例えば、超高速通信に対応する帯域を有するＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ：Digital-to-Analog Converter）を製造することは容易でない。

送信信号のボーレートに対してＤ／Ａ変換器の帯域が十分でない場合、直前の１または複数のシンボルの振幅成分の影響により、送信シンボルの品質が劣化することがある。例えば、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）信号などの多値信号を送信する場合は、送信シンボルの振幅または位相に誤差が生じる。そして、多値信号の振幅または位相に誤差が発生すると、受信ノードにおいてデータを正しく再生できないことがある。このため、光送信機において直前の１または複数のシンボルの影響を補償する予等化が行われることがある。例えば、ＴＨＰ（Tomlinson-Harashima Precoding）は、直前の１または複数のシンボルの振幅に応じた波形歪を補償する。このとき、ＴＨＰは、送信信号の振幅がＤＡＣの入力範囲を超えないように、送信信号に対してコーディングおよび予符号化を行う。これにより、電気回路（特に、ＤＡＣ）の帯域を超える高速信号を伝送することが可能になる。

なお、コヒーレント光通信において、定モジュラス多次元符号を生成する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１７－５１３３４７号公報

光コヒーレント通信システムにおいて、受信ノードは、受信信号の歪を補償してデータを再生する。このとき、送信ノードは、主信号にパイロット信号を挿入してもよい。この場合、受信ノードは、パイロット信号を利用して主信号の歪を補償することができる。

主信号の歪を補償するために使用されるパイロット信号は、受信ノードにおいて偏波分離、伝送特性の推定、位相雑音の補償が容易であることが要求される。このため、パイロット信号は、信号点の数が少ない変調方式で生成される。例えば、パイロット信号はＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）信号である。ＱＰＳＫは、４個の信号点を利用して２ビットのデータを伝送する。

ただし、光送信機が上述したＴＨＰで信号を処理する構成において主信号にパイロット信号が挿入される場合、主信号だけでなく、パイロット信号に対してもＴＨＰ処理が行われる。そして、パイロット信号に対しＴＨＰ処理を行うと、パイロット信号を送信するための信号点の数が増加することがある。例えば、ＱＰＳＫ信号に対してＴＨＰ処理を行うと、各シンボルは、１６個の信号点のいずれかにマッピングされる。

信号点の数が増加すると、受信ノードにおいて、偏波分離、伝送特性の推定、位相雑音の補償が困難になる。或いは、偏波分離、伝送特性の推定、位相雑音を行う回路の構成が複雑になる。

本発明の１つの側面に係わる目的は、送信信号に対して予等化および予符号化を行う光伝送システムにおいて、歪を補償するために使用される信号の処理を簡単にすることである。

本発明の１つの態様に係わる光送信機は、第１の信号を変調して第１の変調信号を生成する変調部と、前記第１の変調信号の振幅よりも大きいモジュロ振幅を決定する振幅決定部と、前記第１の変調信号に第２の変調信号を挿入して送信信号を生成する挿入部と、前記送信信号の各シンボルを１または複数の直前のシンボルの振幅に応じて補正して予等化信号を生成する補正部と、前記予等化信号に対して前記モジュロ振幅に基づくモジュロ演算を実行するモジュロ演算器と、前記モジュロ演算器の出力信号に基づいて変調光信号を生成して受信ノードに送信する送信回路と、を備える。前記第２の変調信号の振幅は、前記モジュロ振幅と同じである。

上述の態様によれば、送信信号に対して予等化および予符号化を行う光伝送システムにおいて、歪を補償するために使用される信号の処理が簡単になる。

本発明の実施形態に係わる光伝送システムの一例を示す図である。 光受信機において受信信号の歪を補償する歪補償部の一例を示す図である。 ＴＨＰ処理部の一例を示す図である。 予等化された信号をフィードバックする構成の一例を示す図である。 ＴＨＰによる符号化および復号化について説明する図である。 パイロット信号を送信するための信号点の設定の一例を示す図である。 パイロット信号を送信するための信号点の設定の他の例を示す図である。 本発明の実施形態においてパイロット信号を送信するための信号点の設定の一例を示す図である。 本発明の実施形態におけるＴＨＰ処理部の処理の例を示す図（その１）である。 本発明の実施形態におけるＴＨＰ処理部の処理の例を示す図（その２）である。 パイロット信号の振幅を設定する構成の一例を示す図である。 モジュロ振幅を決定する方法を説明する図である。 光送信機の処理の一例を示すフローチャートである。 パイロット信号を利用して主信号の歪を補償する方法の一例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係わる光伝送システムの一例を示す。本発明の実施形態に係わる光伝送システム１００は、１組の光伝送装置１（１Ａ、１Ｂ）を備える。光伝送装置１Ａと光伝送装置１Ｂとの間には、光ファイバ伝送路２が設けられている。以下の記載では、光伝送装置１Ａから光伝送装置１Ｂに光信号が伝送されるものとする。よって、光伝送装置１Ａは光送信機１０を備え、光伝送装置１Ｂは光受信機２０を備える。ただし、光伝送装置１Ａおよび光伝送装置１Ｂは、双方向に光信号を伝送してもよい。すなわち、各光伝送装置１（１Ａ、１Ｂ）は、光送信機１０および光受信機２０を含む光送受信器を備えてもよい。

光送信機１０は、フレーマ１１、誤り訂正エンコーダ１２、コンステレーションマッパ１３、パイロット信号挿入部１４、ＴＨＰ処理部１５、パルスシェイパ１６、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）１７、および送信回路１８を備える、なお、光送信機１０は、図１に示していない他の機能または回路を備えてもよい。

フレーマ１１は、クライアントデータを格納するフレームを生成する。特に限定されるものではないが、フレーマ１１はＯＴＮ（Optical Transport Network）フレームを生成してもよい。誤り訂正エンコーダ１２は、フレーマ１１により生成されるフレームに誤り訂正符号を付与する。なお、以下の記載においては、誤り訂正エンコーダ１２の出力信号を「主信号」と呼ぶことがある。

コンステレーションマッパ１３は、指定された変調方式に基づいて、主信号をコンステレーション上の信号点にマッピングする。例えば、１６ＱＡＭにおいては、コンステレーション上に１６個の信号点が定義され、各シンボルが４ビットを伝送する。この場合、主信号が４ビット毎に分割され、各４ビットデータがそれぞれ対応する信号点に割り当てられる。各信号点は、振幅および位相を表す。したがって、主信号は、コンステレーションマッパ１３により変調される。なお、コンステレーションマッパ１３は、入力信号を変調して変調信号を生成する変調部の一例である。

パイロット信号挿入部１４は、コンステレーションマッパ１３の出力信号（即ち、変調された主信号）にパイロット信号を挿入する。パイロット信号は、例えば、定期的に挿入される。また、パイロット信号は、受信ノードにおいて主信号の偏波分離および／または位相雑音の補償を行うために使用される。よって、主信号と比較して、パイロット信号の変調レベルは低い。ここで、変調レベルは、信号点の数または各シンボルが伝送するビット数に相当する。例えば、主信号が１６ＱＡＭで変調されるとき、パイロット信号はＱＰＳＫで変調される。ＱＰＳＫにおいては、コンステレーション上に４個の信号点が定義され、各シンボルが２ビットを伝送する。なお、パイロット信号が挿入された主信号を「送信信号」と呼ぶことがある。

ＴＨＰ処理部１５は、送信信号に対して、周波数特性の劣化を補償するための予等化を行う。具体的には、ＴＨＰ処理部１５は、送信信号の各シンボルを１または複数の直前のシンボルの振幅に応じて補正する予等化を行う。すなわち、ＴＨＰ処理部１５は、入力信号に対してフィードバック等化器として動作する。この結果、予等化信号が生成される。そして、ＴＨＰ処理部１５は、予等化信号に対してモジュロ振幅に基づくモジュロ演算を実行する。なお、ＴＨＰ処理部１５の構成および動作については後で記載する。

パルスシェイパ１６は、ＴＨＰ処理部１５の出力信号のパルス波形を整形する。なお、パルスシェイパ１６は、ナイキストフィルタを用いてパルス波形を整形してもよい。ＤＡＣ１７は、パルスシェイパ１６の出力信号をアナログ信号に変換する。送信回路１８は、レーザ光源および光変調器を備える。レーザ光源は、所定の波長のＣＷ光を生成する。光変調器は、ＤＡＣ１７の出力信号でＣＷ光を変調して変調光信号を生成する。この変調光信号は、光ファイバ伝送路２を介して伝送され、光伝送装置１Ｂにより受信される。

光受信機２０は、光ファイバ伝送路２に接続される。そして、光受信機２０は、受信回路２１、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ：Analog-to-Digital Converter）２２、タイミング再生／同期部２３、歪補償部２４、ＴＨＰデコーダ２５、コンステレーションデマッパ２６、誤り訂正デコーダ２７、およびデフレーマ２８を備える。なお、光受信機２０は、図１に示していない他の機能または回路を備えてもよい。

受信回路２１は、光送信機１０から送信される変調光信号を、光ファイバ伝送路２を介して受信する。受信回路２１は、例えば、コヒーレント受信器を備える。この場合、受信回路２１は、ローカル光源を備え、受信光信号を表す電界情報信号を生成する。ＡＤＣ２２は、受信回路２１の出力信号をデジタル信号に変換する。タイミング再生／同期部２３は、受信信号の同期を確立する。

歪補償部２４は、受信信号の歪を補償する。この実施例では、歪補償部２４は、受信信号からパイロット信号を抽出し、そのパイロット信号を利用して主信号の歪を補償する。ここで、歪補償部２４は、図２に示すように、分散補償部４１、非線形補償部４２、適応イコライザ４３、位相補償部４４、不完全性補償部４５を備える。なお、歪補償部２４には、受信信号の電界を表す電界情報信号が入力される。

分散補償部４１は、光送信機１０と光受信機２０との間の光伝送路の分散（主に、波長分散）を補償する。非線形補償部４２は、光伝送路で発生する非線形歪を補償する。適応イコライザ４３は、非線形補償部４２の出力信号において残留する歪を補償する。また、光受信機２０が受信する光信号が偏波多重光信号であるときは、適応イコライザ４３は、偏波を分離する機能を備えてもよい。位相補償部４４は、位相雑音を補償する。例えば、位相補償部４４は、光送信機１０と光受信機２０との間の位相オフセットを推定して補償してもよい。不完全性補償部４５は、光送信機１０の不完全性に起因する歪を補償する。

ＴＨＰデコーダ２５は、歪が補償された主信号に対してＴＨＰ処理を行う。すなわち、ＴＨＰデコーダ２５は、入力信号の振幅がモジュロ振幅より大きいときに、その入力信号に対してモジュロ振幅に基づくモジュロ演算を行う。なお、ＴＨＰデコーダ２５は、ＴＨＰ処理部１５と異なり、予等化を行う必要はない。

コンステレーションデマッパ２６は、コンステレーションマッパ１３のマッピング処理に対応するデマッピング処理を行う。すなわち、コンステレーションデマッパ２６は、受信信号の信号点を識別し、その信号点に対応するデータを再生する。また、コンステレーションデマッパ２６は、パイロット信号を除去する。これにより、主信号が再生される。誤り訂正デコーダ２７は、再生された主信号に対して誤り訂正処理を実行する。デフレーマ２８は、誤り訂正デコーダ２７から出力されるフレームをビット列に変換する。これにより、クライアントデータが再生される。

図３は、光送信機１０に実装されるＴＨＰ処理部１５の一例を示す。ＴＨＰ処理部１５は、送信シンボルａｋの直前のｎ個のシンボルの振幅に応じて送信シンボルａｋを補正する。具体的には、ＴＨＰ処理部１５は、図３（ａ）に示すように、送信シンボルａｋの直前のｎ個のシンボルの振幅情報をフィードバックするためにｎ個の遅延素子Ｚを備える。ｎ個の乗算機は、対応する遅延素子Ｚの出力信号に係数ｅ（ｅ１～ｅｎ）を乗算する。係数ｅは、シンボル間干渉を抑制するように、帯域制限になるシステムの周波数特性に基づいて決定される。一例としては、係数ｅは、シンボル間干渉を抑制するようにシステムによって決定される。また、係数ｅは、モニタされるシステムの周波数特性に基づいて決定されてもよい。そして、各乗算機の出力信号が送信シンボルａｋに加算される。

なお、以下の記載では、送信シンボルａｋに対してフィードバック演算を行うことで生成される信号を「予等化信号ｄｋ」と呼ぶことがある。また、ＴＨＰ処理部１５によるフィードバック演算を「フィードバック等化」と呼ぶことがある。さらに、ＴＨＰ処理部１５においてフィードバック等化を行う回路は、送信信号の各シンボルを１または複数の直前のシンボルの振幅に応じて補正して予等化信号を生成する補正部の一例である。

ＴＨＰ処理部１５によるフィードバック等化は（１）式で表される。なお、変数ｉは、送信シンボルａｋの直前のｎ個のシンボルを識別する。よって、変数ｉの値域は、１～ｎである。

モジュロ演算器Ｍｏｄは、予等化信号ｄｋに対してモジュロ演算を行う。即ち、モジュロ演算器Ｍｏｄは、予等化信号ｄｋの振幅が所定のモジュロ振幅より大きいときに、モジュロ振幅に基づいて予等化信号ｄｋの値を補正する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、予等化信号ｄｋの振幅がモジュロ振幅より大きいときに、モジュロ演算器Ｍｏｄは、予等化信号ｄｋの振幅がモジュロ振幅より小さくなるように予等化信号ｄｋの値を補正する。例えば、モジュロ振幅が「Ｍ」であるものとする。この場合、コンステレーション上での予等化信号ｄｋの値が「Ｍ」より大きいときは、予等化信号ｄｋの値から「２Ｍ」が減算される。また、コンステレーション上での予等化信号ｄｋの値が「－Ｍ」より小さいときは、予等化信号ｄｋの値に「２Ｍ」が加算される。

モジュロ振幅は、例えば、ＤＡＣ１７の入力範囲を超えないように設定される。この場合、送信シンボルを表すデジタル信号が正しいアナログ値に変換される。加えて、モジュロ振幅は、ＤＡＣ１７の入力範囲の幅に近い値に設定されることが好ましい。この場合、送信シンボルの振幅または電力を大きくできる。

モジュロ演算器Ｍｏｄによる演算は（２）式で表される。なお、ｂｋは、モジュロ演算器Ｍｏｄから出力される信号を表す。ｄｋは、フィードバック等化により生成される予等化信号を表す。

そして、（１）式で表されるｄｋを（２）に与えると（３）式が得られる。

ここで、（３）式中の「ａｋ±２Ｍ」を「ｃｋ」で表すと、ＴＨＰ処理部１５は、図４に示す構成で表される。すなわち、ＴＨＰ処理部１５の出力信号ｂｋは、信号ｃｋに対してフィードバック等化を行うことで得られる。よって、受信ノードは、信号ｃｋを復調することでデータを再生できる。

なお、送信シンボルａｋは、複素数で表される。すなわち、送信シンボルａｋは、実数部の値および虚数部の値で表される。そして、ＴＨＰ処理部１５は、実数部および虚数部それぞれに対してフィードバック等化およびモジュロ演算を行う。

図５は、ＴＨＰによる符号化および復号化について説明する図である。なお、図５に示すコンステレーションは、信号の位相および振幅を表す。横軸は実数成分（Ｒ）を表し、縦軸は虚数成分（Ｉ）を表す。また、この例では、送信信号は１６ＱＡＭで変調されて送信される。この場合、各送信シンボルは、図５（ａ）に示す１６個の信号点の中の１つに割り当てられる。この実施例では、送信シンボルａｋは、信号点Ｐ１に割り当てられるものとする。

ＴＨＰ処理部１５は、送信シンボルａｋに対して、図３に示すフィードバック等化を行う。この結果、シンボルｄｋが生成される。この例では、シンボルｄｋの電界情報（すなわち、振幅および位相）は、図５（ｂ）に示すように、点Ｐ２で表されるものとする。すなわち、シンボルａｋを送信するための電界情報は、フィードバック等化により、点Ｐ１から点Ｐ２に補正される。ここで、シンボルｄｋの実数部の値は「Ｍ」より大きい。したがって、ＴＨＰ処理部１５は、シンボルｂｋの実数部の値から「２Ｍ」を減算する。この結果、シンボルｂｋが生成される。シンボルｂｋの電界情報は、点Ｐ３で表される。

光送信機１０は、点Ｐ３により表される振幅および位相でシンボルｂｋを送信する。このとき、フィードバック等化により付加された成分は、ＤＡＣ１７および伝送路において実質的に相殺される。よって、受信ノードにおいて、シンボルｂｋの電界情報は、実質的に点Ｐ４で表される。なお、点Ｐ４の電界情報は、信号点Ｐ１の実数部の値を「－２Ｍ」だけシフトさせることで得られる。

受信ノードにおいて、点Ｐ４の実数部の値は、図５（ｃ）に示すように、「－Ｍ」より小さい。よって、光受信機２０のＴＨＰデコーダ２５は、点Ｐ４の実数部の値に「２Ｍ」を加算する。そうすると、信号点Ｐ１において受信シンボルが得られる。ここで、この信号点は、光送信機１０においてシンボルａｋが割り当てられた信号点と同じである。したがって、光受信機２０は、シンボルａｋを再生することができる。

なお、モジュロ振幅は、主信号の最大振幅より大きな値に設定される。例えば、図５に示す実施例において、１６ＱＡＭの互いに隣接する信号点の間の距離が「２」であるものとする。すなわち、１６ＱＡＭ信号の最大振幅が「３」であるものとする。この場合、モジュロ振幅は、「３」より大きな値に設定される。ただし、モジュロ振幅は、ＤＡＣ１７の入力範囲を超えないように設定される。よって、ＤＡＣ１７の入力範囲が「±４」である場合、モジュロ振幅は「３」より大きく「４」を超えないように設定される。

このように、光送信機１０にＴＨＰ処理部１５を実装することにより、送信信号の振幅をＤＡＣ１７の入力範囲内に保持しながら、フィードバック等化により周波数特性の劣化を補償できる。したがって、ボーレートが電気回路の帯域限界を超える場合であっても、品質の良い光通信を実現できる。

ただし、図１に示す光送信機１０においては、主信号だけでなく、主信号に挿入されるパイロット信号に対してもＴＨＰ処理が行われる。ここで、パイロット信号の振幅が適切でないケースにおいては、パイロット信号を送信するために使用される信号点の数が増加することがある。そして、信号点の数が増加すると、受信ノードにおいてパイロット信号を再生するための回路が複雑になる。

図６は、パイロット信号を送信するための信号点の設定の一例を示す。この例では、パイロット信号はＱＰＳＫ信号である。また、このパイロット信号は、主信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を劣化させないように、小さい振幅で送信される。具体的には、パイロット信号の振幅は、モジュロ振幅Ｍの２分の１である。すなわち、パイロット信号の各シンボルは、図６（ａ）に示す４個の信号点Ｐ１～Ｐ４の中の対応する１つに割り当てられる。なお、図６において、黒丸印は、パイロット信号を送信するためのＱＰＳＫ信号点を表し、白丸印は、主信号を送信するための１６ＱＡＭ信号点を表す。

主信号を送信するための１６ＱＡＭにおいて、互いに隣接する信号点間の距離が「２」である場合、主信号の最大振幅は「３」である。また、モジュロ振幅Ｍは「４」であるものとする。そして、図６に示す例では、パイロット信号の振幅は、モジュロ振幅の２分の１であり、「２」である。

パイロット信号がＴＨＰ処理部１５に与えられると、上述したフィードバック等化が実行され、更に、必要に応じてモジュロ演算が実行される。この結果、パイロット信号は、図６（ｂ）に示す１６個の信号点Ｐ１～Ｐ１６の中の対応する１つに割り当てられる。例えば、信号点Ｐ１に割り当てられたシンボルに対してフィードバック等化を行った結果、このシンボルの実数部の値が「Ｍ」より大きくなったものとする。この場合、このシンボルは、信号点Ｐ１の実数部の値を「－２Ｍ」だけシフトさせることで得られる信号点（即ち、信号点Ｐ９）で送信される。なお、実際には、このシンボルは、信号点Ｐ９に対応する電界で送信されるのではなく、信号点Ｐ９に対応する電界成分にフィードバック等化による補正成分が付加することで算出される電界で送信される。ただし、フィードバック等化による補正成分は、ＤＡＣ１７および伝送路において実質的に相殺される。よって、以下では、記載を簡潔にするために、各シンボルを送信するための電界を表すときに、フィードバック等化による補正成分を省略することがある。

このように、パイロット信号の振幅がモジュロ振幅Ｍの２分の１であるときは、パイロット信号は、１６個の信号点を使用して送信される。すなわち、パイロット信号は、実質的に、１６ＱＡＭで送信される。よって、受信ノードにおいてパイロット信号を再生するための回路が複雑になる。

図７は、パイロット信号を送信するための信号点の設定の他の例を示す。この例では、パイロット信号の振幅は、モジュロ振幅Ｍの４分の３である。すなわち、パイロット信号の各シンボルは、図７（ａ）に示す４個の信号点Ｐ１～Ｐ４の中の対応する１つに割り当てられる。なお、図７においても、黒丸印は、パイロット信号を送信するためのＱＰＳＫ信号点を表し、白丸印は、主信号を送信するための１６ＱＡＭ信号点を表す。

また、この例では、主信号の最大振幅は、モジュロ振幅Ｍの４分の３である。よって、パイロット信号を送信するための各信号点Ｐ１～Ｐ４は、主信号を送信するための１６ＱＡＭ信号点の中の対応する信号点と重複する。

パイロット信号がＴＨＰ処理部１５に与えられると、上述したフィードバック等化が実行され、更に、必要に応じてモジュロ演算が実行される。この結果、パイロット信号は、図７（ｂ）に示す１６個の信号点Ｐ１～Ｐ１６の中の対応する１つに割り当てられる。例えば、信号点Ｐ１に割り当てられているシンボルに対してフィードバック等化を行った結果、このシンボルの実数部の値が「Ｍ」より大きくなったときは、このシンボルは、信号点Ｐ１の実数部の値を「－２Ｍ」だけシフトさせることで得られる信号点（即ち、信号点Ｐ９）で送信される。或いは、信号点Ｐ３に割り当てられているシンボルに対してフィードバック等化を行った結果、このシンボルの虚数部の値が「－Ｍ」より小さくなったときは、このシンボルは、信号点Ｐ３の虚数部の値を「２Ｍ」だけシフトさせることで得られる信号点（即ち、信号点Ｐ６）で送信される。

このように、パイロット信号の振幅がモジュロ振幅Ｍの４分の３であるときも、パイロット信号は、１６個の信号点を使用して送信される。よって、この場合も、受信ノードにおいてパイロット信号を再生するための回路が複雑になる。

図８は、本発明の実施形態においてパイロット信号を送信するための信号点の設定の一例を示す。パイロット信号は、特に限定されるものではないが、例えば、ＱＰＳＫ信号である。すなわち、パイロット信号は、コンステレーション上の４個の信号点を利用して送信される。なお、図８において、黒丸印は、パイロット信号を送信するためのＱＰＳＫ信号点を表し、白丸印は、データ信号を送信するための１６ＱＡＭ信号点を表す。

本発明の実施形態においては、ＴＨＰ処理部１５がモジュロ振幅Ｍに基づいてモジュロ演算を行うとき、パイロット信号の振幅も「Ｍ」である。具体的には、パイロット信号が図８に示す信号点Ｐ１～Ｐ４を利用して送信されるとき、各信号点は下記の通り設定される。
Ｐ１：実数部の値はＭであり、虚数部の値はＭである。
Ｐ２：実数部の値は－Ｍであり、虚数部の値はＭである。
Ｐ３：実数部の値は－Ｍであり、虚数部の値は－Ｍである。
Ｐ４：実数部の値はＭであり、虚数部の値は－Ｍである。

図９～図１０は、本発明の実施形態におけるＴＨＰ処理部１５の処理の例を示す。パイロット信号はＱＰＳＫ信号である。また、図８を参照して説明したように、パイロット信号の振幅は、モジュロ振幅Ｍと同じである。なお、図９～図１０に示す例では、パイロット信号を伝送するシンボルｋが信号点Ｐ１に割り当てられたときのＴＨＰ処理部１５の処理を示す。

図９（ａ）に示す例では、シンボルｋを送信するための電界情報は、フィードバック演算により、コンステレーション上でＰ１からＰ５に補正されている。ここで、点Ｐ５の実数部の値は、－Ｍより大きく且つＭより小さい。また、点Ｐ５の虚数部の値も、－Ｍより大きく且つＭより小さい。したがって、モジュロ演算器Ｍｏｄの出力値は、モジュロ演算器Ｍｏｄの入力値と同じである。すなわち、光送信機１０は、点Ｐ５により表される電界でシンボルｋを送信する。

光受信機２０は、光送信機１０から送信されるシンボルｋを受信する。ここで、フィードバック演算による補正成分は、ＤＡＣ１７および伝送路において実質的に相殺される。よって、光受信機２０が受信するシンボルｋの電界情報は、実質的に点Ｐ１で表される。すなわち、光受信機２０は、信号点Ｐ１においてシンボルｋを受信する。

図９（ｂ）に示す例では、シンボルｋを送信するための電界情報は、フィードバック演算により、コンステレーション上でＰ１からＰ６に補正される。ここで、点Ｐ６の実数部の値は、－Ｍより大きく且つＭより小さい。ところが、点Ｐ６の虚数部の値は、Ｍより大きい。この場合は、モジュロ演算器Ｍｏｄは、点Ｐ６の虚数部の値から「２Ｍ」を減算する。この結果、点Ｐ７が得られる。そして、光送信機１０は、点Ｐ７により表される電界でシンボルｋを送信する。

光受信機２０は、光送信機１０から送信されるシンボルｋを受信する。ここで、フィードバック演算による補正成分は、ＤＡＣ１７および伝送路において実質的に相殺される。よって、光受信機２０が受信するシンボルｋの電界情報は、実質的に点Ｐ４で表される。すなわち、光受信機２０は、信号点Ｐ４においてシンボルｋを受信する。

図１０（ａ）に示す例では、シンボルｋを送信するための電界情報は、フィードバック演算により、コンステレーション上でＰ１からＰ８に補正される。ここで、点Ｐ８の実数部の値は、Ｍより大きい。また、点Ｐ６の虚数部の値は、－Ｍより大きく且つＭより小さい。この場合、モジュロ演算器Ｍｏｄは、点Ｐ８の実数部の値から「２Ｍ」を減算する。この結果、点Ｐ９が得られる。そして、光送信機１０は、点Ｐ９により表される電界でシンボルｋを送信する。

光受信機２０は、光送信機１０から送信されるシンボルｋを受信する。ここで、フィードバック演算による補正成分は、ＤＡＣ１７および伝送路において実質的に相殺される。よって、光受信機２０が受信するシンボルｋの電界情報は、実質的に点Ｐ２で表される。すなわち、光受信機２０は、信号点Ｐ２においてシンボルｋを受信する。

図１０（ｂ）に示す例では、シンボルｋを送信するための電界情報は、フィードバック演算により、コンステレーション上でＰ１からＰ１０に補正される。ここで、点Ｐ１０の実数部の値は、Ｍより大きい。また、点Ｐ１０の虚数部の値も、Ｍより大きい。この場合は、モジュロ演算器Ｍｏｄは、点Ｐ１０の実数部の値から「２Ｍ」を減算する。これにより、点Ｐ１１が得られる。さらに、モジュロ演算器Ｍｏｄは、点Ｐ１１の虚数部の値から「２Ｍ」を減算する。これにより、点Ｐ１２が得られる。そして、光送信機１０は、点Ｐ１２により表される電界でシンボルｋを送信する。

光受信機２０は、光送信機１０から送信されるシンボルｋを受信する。ここで、フィードバック演算による補正成分は、ＤＡＣ１７および伝送路において実質的に相殺される。よって、光受信機２０が受信するシンボルｋの電界情報は、実質的に点Ｐ３で表される。すなわち、光受信機２０は、信号点Ｐ３においてシンボルｋを受信する。

このように、パイロット信号の変調方式がＱＰＳＫであり、このパイロット信号の振幅がＴＨＰ処理部１５のモジュロ振幅と同じであるときは、光受信機２０は、信号点Ｐ１～Ｐ４のいずれかにおいてパイロット信号を受信する。すなわち、光送信機１０においてパイロット信号に対してＴＨＰ処理が行われる構成であっても、光受信機２０は、ＱＰＳＫの４個のシンボルを識別することでパイロット信号を再生できる。したがって、光送信機１０においてパイロット信号に対してＴＨＰ処理が行われる構成であっても、回路構成を複雑にすることなくパイロット信号を再生できる。

なお、光送信機１０においてモジュロ演算による予符号化が行われるときは、光送信機１０において送信シンボルに割り当てられた信号点と光受信機２０が検出する受信シンボルの信号点とが異なることがある。例えば、図９（ｂ）に示す例では、光送信機１０において送信シンボルに対して信号点Ｐ１が割り当てられるが、光受信機２０は信号点Ｐ４において受信シンボルを検出する。

ただし、変調方式がＱＰＳＫであるときは、光送信機において送信シンボルに割り当てられた信号点と光受信機が検出する受信シンボルの信号点とが異なる場合であっても、公知の技術により送信シンボルを再生することは可能である。また、パイロット信号のデータパターンが既知であるときは、変調方式がＱＰＳＫでないときであっても、受信ノードにおいて送信シンボルを再生することは可能である。

図１１は、光送信機１０においてパイロット信号の振幅を設定する構成の一例を示す。なお、光送信機１０は、図１には示してないが、振幅決定部３１を備える。

振幅決定部３１は、変調情報を取得する。ここで、変調情報は、予め振幅決定部３１に与えられてもよい。或いは、振幅決定部３１は、コンステレーションマッパ１３から変調情報を取得してもよい。変調情報は、主信号を変調する変調方式を表す情報およびその変調方式における最大振幅を表す情報を含む。変調方式および最大振幅は、例えば、予め決められている。或いは、変調方式および最大振幅は、ネットワーク管理者から指示されてもよい。なお、変調情報は、最大振幅の代わりに、互いに隣接する信号点間の距離を表す情報を含んでもよい。

振幅決定部３１は、変調情報に基づいてモジュロ振幅を決定する。ここで、モジュロ振幅は、主信号の変調方式における最大振幅より大きい値に決定される。ただし、モジュロ振幅は、ＤＡＣ１７の入力範囲を超えないように設定されることが好ましい。

例えば、図１２（ａ）に示すように、変調方式が１６ＱＡＭであり、コンステレーション上での互いに隣接する信号点間の距離が「２」であるものとする。ここで、送信信号の振幅は、コンステレーションの原点と対応する信号点との間の距離に相当する。また、電界情報の実数部および虚数部それぞれに対して振幅が設定される。この場合、コンステレーションの実数方向において信号点が配置される座標は「－３」「－１」「１」「３」なので、実数部の最大振幅は「３」である。コンステレーションの虚数方向において信号点が配置される座標は「－３」「－１」「１」「３」なので、虚数部の最大振幅も「３」である。したがって、この場合、モジュロ振幅は、「３」よりも大きい値に設定される。一例としては、モジュロ振幅は、互いに隣接する信号点間の距離の整数倍であることが好ましい。図１２（ｂ）に示す例では、モジュロ振幅は、互いに隣接する信号点間の距離の２倍である。そして、モジュロ振幅を表す振幅情報は、パイロット信号挿入部１４およびＴＨＰ処理部１５に与えられる。

ＴＨＰ処理部１５は、振幅情報に従ってモジュロ演算を実行する。ここで、振幅情報により表されるモジュロ振幅が「Ｍ」であるものとする。この場合、モジュロ演算器Ｍｏｄは下記の演算を実行する。

（１）信号の電界の実数部の値がＭより大きいときは、その値から２Ｍを減算する。
（２）信号の電界の実数部の値が－Ｍより小さいときは、その値に２Ｍを加算する。
（３）信号の電界の虚数部の値がＭより大きいときは、その値から２Ｍを減算する。
（４）信号の電界の虚数部の値が－Ｍより小さいときは、その値に２Ｍを加算する。

パイロット信号挿入部１４は、パイロット信号を生成して主信号に挿入する。パイロット信号は、この実施例では、ＱＰＳＫで送信される。よって、パイロット信号を送信するシンボルは、それぞれ２ビットを伝送する。また、パイロット信号挿入部１４は、振幅決定部３１から与えられる振幅情報に従って、パイロット信号を送信するためのシンボルを生成する。ここで、振幅情報が表すモジュロ振幅が「Ｍ」であるときは、パイロット信号挿入部１４は、例えば、下記のマッピングパターンで、パイロット信号を送信するためのシンボルを生成する。

（１）パイロット信号が「１１」であるときは、実数部の値をＭに設定し、虚数部の値をＭに設定する。
（２）パイロット信号が「０１」であるときは、実数部の値を－Ｍに設定し、虚数部の値をＭに設定する。
（３）パイロット信号が「００」であるときは、実数部の値を－Ｍに設定し、虚数部の値を－Ｍに設定する。
（４）パイロット信号が「１０」であるときは、実数部の値をＭに設定し、虚数部の値を－Ｍに設定する。

このように、パイロット信号の振幅は、モジュロ演算の振幅と同じである。なお、パイロット信号のマッピングパターンは、上述の実施例に限定されるものではない。

図１３は、光送信機１０の処理の一例を示すフローチャートである。ただし、このフローチャートは、光送信機１０の処理の一部のみを示している。具体的には、このフローチャートは、図１１に示す振幅決定部３１、コンステレーションマッパ１３、パイロット信号挿入部１４、およびＴＨＰ処理部１５の処理を示す。

Ｓ１において、振幅決定部３１は、主信号の変調方式に対応する最大振幅に基づいてモジュロ振幅を決定する。モジュロ振幅は、例えば、主信号の変調方式に対応する最大振幅より大きく、且つ、ＤＡＣ１７の入力範囲を超えないように決定される。Ｓ２において、コンステレーションマッパ１３は、指定された変調方式に従って、主信号をコンステレーション上の対応する信号点にマッピングする。Ｓ３において、パイロット信号挿入部１４は、パイロット信号を生成して主信号に挿入する。このとき、パイロット信号の振幅は、モジュロ振幅と同じである。Ｓ４において、ＴＨＰ処理部１５は、送信信号（パイロット信号が挿入された主信号）に対してフィードバック等化を行う。また、ＴＨＰ処理部１５は、フィードバック等化により得られる信号がモジュロ振幅の範囲を超えているときに、モジュロ演算を実行する。この後、光送信機１０は、ＴＨＰ処理部１５により生成される信号を受信ノードに送信する。

なお、誤り訂正エンコーダ１２、コンステレーションマッパ１３、パイロット信号挿入部１４、ＴＨＰ処理部１５、および振幅決定部３１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またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実現してもよい。また、誤り訂正エンコーダ１２、コンステレーションマッパ１３、パイロット信号挿入部１４、ＴＨＰ処理部１５、および振幅決定部３１は、ハードウェア回路で実現してもよい。或いは、誤り訂正エンコーダ１２、コンステレーションマッパ１３、パイロット信号挿入部１４、ＴＨＰ処理部１５、および振幅決定部３１は、ソフトウェアおよびハードウェア回路の組合せで実現してもよい。

図１４は、光受信機２０においてパイロット信号を利用して主信号の歪を補償する方法の一例を示す。この実施例では、適応イコライザ４３がパイロット信号を利用して残留歪を補償し、位相補償部４４がパイロット信号を利用して位相雑音を補償する。

パイロット抽出部５１は、分散補償部４１の出力信号からパイロット信号を抽出する。すなわち、パイロット抽出部５１は、パイロット信号の電界情報を取得する。タップ係数算出部５２は、パイロット抽出部５１により取得される電界情報に基づいて、適応イコライザ４３に設定すべきタップ係数を計算する。適応イコライザ４３は、ＦＩＲフィルタ等のデジタルフィルタで構成される。この場合、タップ係数算出部５２は、このデジタルフィルタの各タップに設定すべきタップ係数を計算する。タップ係数は、たとえば、ＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）またはＬＭＳ（Least Square Mean）アルゴリズムで計算される。なお、タップ係数算出部５２は、例えば、定期的にタップ係数を計算してもよい。この場合、適応イコライザ４３が使用するタップ係数は、常に、最新の値に更新される。

パイロット抽出部５３は、適応イコライザ４３の出力信号からパイロット信号を抽出する。すなわち、パイロット抽出部５３は、歪が補償されたパイロット信号の電界情報を取得する。位相雑音推定部５４は、パイロット抽出部５３により取得される電界情報に基づいて位相雑音を推定する。このとき、位相雑音推定部５４は、Viterbi-Viterbiアルゴリズムで位相雑音を推定してもよい。そして、位相補償部４４は、主信号において、位相雑音推定部５４により推定された位相雑音を補償する。

１０ 光送信機
１３ コンステレーションマッパ
１４ パイロット信号挿入部
１５ ＴＨＰ処理部
１７ Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）
１８ 送信回路
２０ 光受信機
２４ 歪補償部
２５ ＴＨＰデマッパ
３１ 振幅決定部

Claims (5)

1. 第１の信号を変調して第１の変調信号を生成する変調部と、
   前記第１の変調信号の振幅よりも大きいモジュロ振幅を決定する振幅決定部と、
   前記第１の変調信号に第２の変調信号を挿入して送信信号を生成する挿入部と、
   前記送信信号の各シンボルを１または複数の直前のシンボルの振幅に応じて補正して予等化信号を生成する補正部と、
   前記予等化信号に対して前記モジュロ振幅に基づくモジュロ演算を実行するモジュロ演算器と、
   前記モジュロ演算器の出力信号に基づいて変調光信号を生成して受信ノードに送信する送信回路と、を備え、
   前記第２の変調信号の振幅は、前記モジュロ振幅と同じである
   ことを特徴とする光送信機。
2. 前記モジュロ演算器は、前記予等化信号の振幅が前記モジュロ振幅より大きいときに、前記予等化信号の振幅が前記モジュロ振幅より小さくなるように、前記予等化信号に対してモジュロ演算を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
3. 前記第２の変調信号は、各シンボルがコンステレーション上の第１の信号点、第２の信号点、第３の信号点、または第４の信号点に割り当てられるＱＰＳＫ信号であり、
   前記モジュロ振幅がＭであるときに、
   前記第１の信号点の実数部の値および虚数部の値はそれぞれＭおよびＭであり、
   前記第２の信号点の実数部の値および虚数部の値はそれぞれ－ＭおよびＭであり、
   前記第３の信号点の実数部の値および虚数部の値はそれぞれ－Ｍおよび－Ｍであり、
   前記第４の信号点の実数部の値および虚数部の値はそれぞれＭおよび－Ｍである
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
4. 前記第１の変調信号は１６ＱＡＭ信号であり、
   前記モジュロ振幅は、コンステレーション上で１６ＱＡＭの互いに隣接する信号点の間の距離の２倍である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
5. 前記モジュロ演算器の出力信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器をさらに備え、
   前記送信回路は、前記Ｄ／Ａ変換器の出力信号に基づいて前記変調光信号を生成する構成であり、
   前記モジュロ振幅は、前記Ｄ／Ａ変換器の入力範囲を超えないように設定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
   
   

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