JP4770741B2 - 光伝送システム及びその方法並びにそれに用いる光送受信装置 - Google Patents

Description

本発明は光伝送システム及びその方法並びにそれに用いる光送受信装置に関し、特に多値位相変調方式を用いた長距離高速光伝送システムにおける光送受信装置に関するものである。

長距離高速光伝送システムでは、伝送媒体である光ファイバの偏波モード分散による伝送距離制限を緩和することを目的として、多値位相変調方式を使用する場合がある。従来の多値位相変調方式であるＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying：差動４相位相偏移）変調方式（特許文献１，２参照）を採用した長距離高速光伝送システムにおける送受信装置としては、図３に示す送信器側、図４に示す受信器側のような構成が知られている。なお、図３及び図４の構成は、ＤＱＰＳＫ変調方式を、伝送速度４０Ｇｂｐｓに適用した例である。

図３を参照すると、送信装置は、送信側フレーマ回路１０と、ＤＱＰＳＫプリコーダ回路１３と、Ｐ／Ｓ（Parallel/Serial ）回路及びＣＭＵ（Clock Multiplier Unit ）回路１４と、光源２０と、ＬＮ（LiNbO3）変調器２１とを含んで構成されている。

かかる構成の送信装置の動作を説明する。送信側フレーマ回路１０では、伝送路へ送出される論理信号として、Ｇ．７０７／Ｇ．７０９で定義されたＳＴＭ（Synchronous Transfer Mode ）信号／ＯＴＮ（Optical Transport Network ）信号が生成される。ＤＱＰＳＫプリコーダ回路１３では、このＳＴＭ信号／ＯＴＮ信号から、ＬＮ変調器２１の駆動に適合した信号が生成される。Ｐ／Ｓ回路及びＣＭＵ回路１４では、ＤＱＰＳＫプリコーダ回路１３によりプリコードされた信号と低速クロック信号とから、複数本の高速データ信号と高速クロック信号とが生成される。本例の場合には、４０ＧｂｐｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調を行うために、２０Ｇｂｐｓデータ信号を２本と１０ＧＨｚクロック信号１本とが生成される。

光源２０は伝送キャリアであるＣＷ光信号を生成するものである。ＬＮ変調器２１では、ＤＱＰＳＫ変調回路２１１とＲＺ（Return to Zero）パルスカーバ回路２１２により、Ｐ／Ｓ回路及びＣＭＵ回路１１４で生成された高速データ信号と高速クロック信号とを元に、ＣＷ光を４値（０，π／２，π，３π／２）のＤＱＰＳＫ光信号２２に変調して、光伝送路へ送出される。伝送路へ送出されるシンボル速度は、４０ＧｂｐｓのＱＰＳＫ変調では、２０Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓとなる。

図４は受信装置の構成を示す図である。図４を参照すると、受信装置は、光分岐部３１と、１シンボル＋π／４遅延干渉計３２及び１シンボル−π／４遅延干渉計３３と、差動レシーバ回路３４及び３５と、ＣＤＲ（Clock Data Recovery ）回路３６及び３７と、ビットバッファ１４２と、Ｓ／Ｐ回路１３８と、受信側フレーマ回路４４とを含んで構成されている。

かかる構成の受信装置の動作を説明する。光伝送路から受信されたＤＱＰＳＫ光信号３０は、光分岐部３１により２分岐され、それぞれ、１シンボル＋π／４遅延干渉計３２、１シンボル−π／４遅延干渉計３３に入力される。差動レシーバ回路３４では、１シンボル＋π／４遅延干渉計３３から出力される２本の光信号から電気信号が再生される。同様に、差動レシーバ回路３５では、１シンボル−π／４遅延干渉計３３から出力される２本の光信号から電気信号が再生される。

各差動レシーバで再生された２０Ｇｂｐｓ電気信号は、それぞれＣＤＲ回路３６及び３７に入力されてクロック再生が行われ、データ信号のリタイミングが行われる。リタイミングされた２系統の２０Ｇｂｐｓデータ信号は、元の４０Ｇｂｐｓ信号を再生するために、ビットバッファ１４２にて、１系統のクロックに同期処理されることになる（この処理を「クロック乗せ替え」と称することとする）。クロック乗せ替え後の２系統の２０Ｇｂｐｓ信号は、Ｓ／Ｐ回路１３８へ入力されて、より低速の１５０Ｍｂｐｓ信号が生成され、受信側フレーム回路４４へ出力される。受信側フレーム回路４４では、ＳＴＭ／ＯＴＮ信号に関して各種信号処理が行われることになる。

特開２００６−２１１５３８号公報 特表２００４−５１６７４３号公報

上述した従来技術においては、受信装置側において、ビットバッファ１４２で、２本の２０Ｇｂｐｓデータ信号を１本のクロックへの乗せ替えを行う必要があるが、このときのクロック乗せ替え処理は、２０ＧＨｚクロック周期（５０ｐｓ）以内のタイミング確保が必要となる。例えば、２系統の２０Ｇｂｐｓのデータに対して、片方のデータ処理遅延がもう一方のデータに対して、２０ＧＨｚクロック周期（５０ｐｓ）以上の遅延バラツキが生じると、４０Ｇｂｐｓとしてデータの時間順序が保てなくなる。このために、クロック乗せ替え処理回路は５０ｐｓ以内のタイミング確保が必要となるが、現状では、この高速信号処理速度を実現するためにはＬＳＩの動作速度向上が必要になるという問題がある。なお、図４において、鎖線１５０で示す部分は、高速処理が要求される部分である。

本発明の目的は、受信側において複数の高速信号を１本のクロック源に乗せ替えを行う信号処理を行う必要があるが、この高速信号処理に関与する部分の回路規模を減らし、より低い信号速度で信号処理を実現可能とした光送受信装置及びそれを用いた光伝送システムを提供することである。

本発明による光伝送システムは、
多値位相変調方式の光伝送システムであって、
送信側フレーマ回路出力信号を第一及び第二のチャンネルに分離してこの分離された信号に対してフレーム同期パターンとチャンネル識別情報とを挿入する第一の手段と、前記第一の手段の出力信号を、光伝送路に適した速度の複数系統信号に変換する第二の手段と、前記第二の手段の前記複数系統信号を元に光信号を多値位相変調処理して前記光伝送路へ送出する第三の手段とを有する送信装置と、
前記光伝送路からの多値位相変調光信号を前記複数系統に分岐しこれら分岐出力の各々に対して光電変換を行う第四の手段と、前記第四の手段の出力の各々に対して前記第一及び第二のチャンネルの信号速度と同じ速度の第一及び第二のチャンネル信号に変換する第五の手段と、前記第五の手段の出力の各々に対して、前記フレーム同期パターンを用いたフレーム同期及び前記チャンネル識別情報の識別をなす第六の手段と、前記第六の手段による識別情報に基いて前記第一及び第二のチャンネル信号を一系統のクロックに乗せ替え処理を行う第七の手段とを有する受信装置とを含むことを特徴とする。

本発明による光伝送方法は、
多値位相変調方式の光伝送方法であって、
送信装置において、
送信側フレーマ回路出力信号を第一及び第二のチャンネルに分離してこの分離された信号に対してフレーム同期パターンとチャンネル識別情報とを挿入する第一のステップと、前記第一のステップの出力信号を、光伝送路に適した速度の複数系統信号に変換する第二のステップと、前記第二のステップの前記複数系統信号を元に光信号を多値位相変調処理して前記光伝送路へ送出する第三のステップとを含み、
受信装置において、
前記光伝送路からの多値位相変調光信号を前記複数系統に分岐しこれら分岐出力の各々に対して光電変換を行う第四のステップと、前記第四のステップの出力の各々に対して前記第一及び第二のチャンネルの信号速度と同じ速度の第一及び第二のチャンネル信号に変換する第五のステップと、前記第五のステップの出力の各々に対して、前記フレーム同期パターンを用いたフレーム同期及び前記チャンネル識別情報の識別をなす第六のステップと、前記第六のステップによる識別情報に基いて前記第一及び第二のチャンネル信号を一系統のクロックに乗せ替え処理を行う第七のステップとを含むことを特徴とする。

本発明による送信装置は、
多値位相変調方式の光伝送システムにおける送信装置であって、
送信側フレーマ回路出力信号を第一及び第二のチャンネルに分離してこの分離された信号に対してフレーム同期パターンとチャンネル識別情報とを挿入する第一の手段と、前記第一の手段の出力信号を、光伝送路に適した速度の複数系統信号に変換する第二の手段と、前記第二の手段の前記複数系統信号を元に光信号を多値位相変調処理して前記光伝送路へ送出する第三の手段とを含むことを特徴とする。

本発明による受信装置は、
送信側フレーマ回路出力信号を第一及び第二のチャンネルに分離してこの分離された信号に対してフレーム同期パターンとチャンネル識別情報とを挿入し、この出力信号を、光伝送路に適した速度の複数系統信号に変換し、この複数系統信号を元に光信号を多値位相変調処理して前記光伝送路へ送出するようにした多値位相変調方式の光伝送システムにおける受信装置であって、
前記多値位相変調光信号を前記複数系統に分岐しこれら分岐出力の各々に対して光電変換を行う第一の手段と、前記第一の手段の出力の各々に対して前記第一及び第二のチャンネルの信号速度と同じ速度の第一及び第二のチャンネル信号に変換する第三の手段と、前記第三の手段の出力の各々に対して、前記フレーム同期パターンを用いたフレーム同期及び前記チャンネル識別情報の識別をなす第四の手段と、前記第四の手段による識別情報に基いて前記第一及び第二のチャンネル信号を一系統のクロックに乗せ替え処理を行う第五の手段とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、受信装置側でのクロック乗せ替え処理を低速クロックのみで行うようにしたので、クロック乗せ替え回路部分において高速信号処理が不要となり、また、高速Ｓ／Ｐ変換回路の信号処理の遅延バラツキがあっても良いという効果がある。

以下に図面を参照して本発明の実施例について説明する。図１は本発明の実施例による送信装置のブロック図であり、また図２は本発明の実施例による受信装置のブロック図である。なお、図１，２の各々において、図３，４と同等部分はそれぞれ同一符号により示している。また、本実施例においては、先の従来例と同様に、ＤＱＰＳＫ変調方式を、伝送速度４０Ｇｂｐｓに適用した例であるものとする。

図１を参照すると、本実施例による送信装置は、送信側フレーマ回路１０と、チャンネル（ＣＨ）分離回路１１と、同期パターン／ＣＨ（チャンネル）番号挿入回路１２と、ＤＱＰＳＫプリコーダ回路１３と、Ｐ／Ｓ回路及びＣＭＵ回路１４と、光源２０と、ＬＮ変調器２１とを含んで構成されている。ＬＮ変調器２１は、図３の例と同様に、ＤＱＰＳＫ変調回路２１１とＲＺパルスカーバ回路２１２とを有している。

かかる構成の送信装置の動作を説明する。送信側フレーマ回路１０では、伝送路へ送出される論理信号として、Ｇ．７０７／Ｇ．７０９で定義されたＳＴＭ信号／ＯＴＮ信号が生成される。チャンネル分離回路１１では、このＳＴＭ信号／ＯＴＮ信号が２系統の２０Ｇｂｐｓ相当の２チャンネルに分離される。同期パターン挿入回路／ＣＨ番号挿入回路１２では、分離された２チャンネルの信号に対して、フレーム区切りを示す同期パターンとチャンネル番号を識別するためのチャンネルパターンとが挿入される。

ＤＱＰＳＫプリコーダ回路１３では、同期パターン／ＣＨ番号挿入回路１２から入力される信号から、ＬＮ変調器２１の駆動に適合した信号が生成される。Ｐ／Ｓ回路及びＣＭＵ回路１４では、プリコードされた信号と低速クロック信号とから、複数本の高速データ信号と高速クロック信号とが生成される。本例の場合、４０ＧｂｐｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調を行うために、２０Ｇｂｐｓデータ信号が２本と、１０ＧＨｚクロック信号が１本、それぞれ生成されることになる。

光源２０は伝送キャリアであるＣＷ光信号を生成する。ＬＮ変調器２１では、Ｐ／Ｓ回路及びＣＭＵ回路１４で生成された高速データ信号と高速クロック信号とを元に、ＣＷ光を４値（０，π／２，π，３π／２）のＤＱＰＳＫ光信号２２に変調し、光伝送路へ送出される。伝送路へ送出されるシンボル速度は、４０ＧｂｐｓのＱＰＳＫ変調では、２０Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓとなる。

次に、図２を参照して受信装置について説明する。受信装置は、光分岐部３１と、１シンボル＋π／４遅延干渉計３２及び１シンボル−π／４遅延干渉計３３と、差動レシーバ回路３４及び３５と、ＣＤＲ回路３６及び３７と、Ｓ／Ｐ回路３８及び３９と、同期回路／ＣＨ番号識別回路４０及び４１と、エラスティックストア４２と、読出位相決定回路４３と、受信側フレーマ回路４４とを含んで構成されている。

かかる構成の受信装置の動作を説明する。光伝送路から受信したＤＱＰＳＫ光信号３０は、光分岐部３１により２分岐され、それぞれ、１シンボル＋π／４遅延干渉計３２、１シンボル−π／４遅延干渉計３３に入力される。差動レシーバ回路３４では、１シンボル＋π／４遅延干渉計３２から出力される２本の光信号から電気信号が再生される。同様に、差動レシーバ回路３５では、１シンボル−π／４遅延干渉計３３から出力される２本の光信号から電気信号が再生される。

各差動レシーバで再生された２０Ｇｂｐｓ電気信号は、それぞれＣＤＲ回路３６及び３７に入力され、ＣＤＲ回路にてクロック再生が行われ、データ信号のリタイミングが行われる。Ｓ／Ｐ回路３８及び３９では、リタイミングされた２系統の２０Ｇｂｐｓデータ信号が、それぞれ２系統（２チャンネル）個別にＳ／Ｐ変換される。チャンネル個別にＳ／Ｐ変換された信号は、同期回路／ＣＨ番号識別回路４０及び４１により、フレーム同期がとれら、チャンネル番号が認識される。このとき、抽出されたフレーム位相情報とチャンネル番号とは、読出位相決定回路４３に渡される。

エラスティックストア４２では、同期回路／ＣＨ番号識別回路から出力される２チャンネルの信号が、１系統のクロックに乗せ替えが行われる。エラスティックストア４２の１系統のクロックの乗せ替えは、読出位相決定回路４３の情報を元に行われる。１系統のクロックに乗せ替えられた信号は、並列変換されている４０Ｇｂｐｓ信号となる。受信側フレーム回路４４では、ＳＴＭ／ＯＴＮ信号に関して各種信号処理がなされることになる。

受信装置側では、２本の２０Ｇｂｐｓデータ信号を１本のクロックへ乗せ替えを行う必要がある。このクロックへの乗せ替え処理は、エラスティックストア４２で行われるが、このエラスティックストア４２の動作は低速クロック（本例では、１５０ＭＨｚクロック）で各種信号処理が行われる。図２において、２０ＧＨｚクロックの高速信号処理が必要となるのは、鎖線５０の領域の部分に限定される。また、この領域５０において、２０ＧｂｐｓデータのＣＤＲ処理とＳ／Ｐ変換処理とが行われるが、２系統（２チャンネル）の２０Ｇｂｐｓデータに対して、１系統（チャンネル）個別に独立に処理が行われる。

図２に示した受信装置側でのクロック乗せ替え処理は、低速クロックのみで行われ、本例では、１５０ＭＨｚであり、エラスティックストア４２の動作速度は１５０ＭＨｚである。言い換えると、クロック乗せ替え処理の高速信号処理が不要となる。また、図２の鎖線５０で示される領域において、２系統（２チャンネル）の２０Ｇｂｐｓデータに対して、１系統（チャンネル）個別にＳ／Ｐ変換処理を行っているので、２個のＳ／Ｐ変換回路３８，３９での２０Ｇクロック周期（５０ｐｓ）以内の位相管理は不要となるという効果がある。

例えば、２系統の２０Ｇｂｐｓのデータに対して、片方のＳ／Ｐ処理遅延がもう一方のデータに対して、２０ＧＨｚクロック周期（５０ｐｓ）以上の遅延バラツキが生じたとしても、遅延バラツキ以上のメモリ容量をエラスティックストア４２に持たせておけば、２チャンネル間の信号の位相を揃えることが可能である。すなわち、高速Ｓ／Ｐ変換回路３８，３９での信号処理の遅延バラツキがあっても良いという効果がある。これらの効果により、多値位相変調の送受装置の実現が容易になるのである。

本発明の他の実施例として、その基本構成は上記のとおりである。本例では、送信装置側に同期パターン／ＣＨ番号挿入回路１２を設けているが、例えば、マルチフレーム位相オーバヘッドが定義されているＯＴＮ信号を使用する場合には、マルチフレームオーバヘッドをチャンネル番号として使用することにより、このチャンネル番号挿入回路１２がない構成にも適用可能である。

本発明の実施例の送信装置のブロック図である。 本発明の実施例の受信装置のブロック図である。 従来の送信装置のブロック図である。 従来の受信装置のブロック図である。

符号の説明

１０ 送信側フレーマ回路
１１ ＣＨ分離回路
１２ 同期パターン／ＣＨ番号挿入回路
１３ ＤＱＰＳＫプリコーダ回路
１４ Ｐ／Ｓ回路及びＣＭＵ回路
２０ 光源
２１ ＬＮ変調回路
３１ 光分岐部
３２ １シンボル＋π／４遅延干渉計
３３ １シンボル−π／４遅延干渉計
３４，３５ 差動レシーバ回路
３６，３７ ＣＤＲ回路
３８，３９ Ｓ／Ｐ回路
４０，４１ 同期回路／ＣＨ番号識別回路
４２ エラスティックストア
４３ 読出位相決定回路
４４ 受信側フレーマ回路

Claims (6)

1. 多値位相変調方式の光伝送システムであって、
   送信側フレーマ回路出力信号を第一及び第二のチャンネルに分離してこの分離された信号に対してフレーム同期パターンとチャンネル識別情報とを挿入する第一の手段と、前記第一の手段の出力信号を、光伝送路に適した速度の複数系統信号に変換する第二の手段と、前記第二の手段の前記複数系統信号を元に光信号を多値位相変調処理して前記光伝送路へ送出する第三の手段とを有する送信装置と、
   前記光伝送路からの多値位相変調光信号を前記複数系統に分岐しこれら分岐出力の各々に対して光電変換を行う第四の手段と、前記第四の手段の出力の各々に対して前記第一及び第二のチャンネルの信号速度と同じ速度の第一及び第二のチャンネル信号に変換する第五の手段と、前記第五の手段の出力の各々に対して、前記フレーム同期パターンを用いたフレーム同期及び前記チャンネル識別情報の識別をなす第六の手段と、前記第六の手段による識別情報に基いて前記第一及び第二のチャンネル信号を一系統のクロックに乗せ替え処理を行う第七の手段とを有する受信装置とを含むことを特徴とする光伝送システム。
2. 前記チャンネル識別情報に代えて、ＯＴＮ信号のマルチフレームオーバヘッドを使用することを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
3. 多値位相変調方式の光伝送方法であって、
   送信装置において、
   送信側フレーマ回路出力信号を第一及び第二のチャンネルに分離してこの分離された信号に対してフレーム同期パターンとチャンネル識別情報とを挿入する第一のステップと、前記第一のステップの出力信号を、光伝送路に適した速度の複数系統信号に変換する第二のステップと、前記第二のステップの前記複数系統信号を元に光信号を多値位相変調処理して前記光伝送路へ送出する第三のステップとを含み、
   受信装置において、
   前記光伝送路からの多値位相変調光信号を前記複数系統に分岐しこれら分岐出力の各々に対して光電変換を行う第四のステップと、前記第四のステップの出力の各々に対して前記第一及び第二のチャンネルの信号速度と同じ速度の第一及び第二のチャンネル信号に変換する第五のステップと、前記第五のステップの出力の各々に対して、前記フレーム同期パターンを用いたフレーム同期及び前記チャンネル識別情報の識別をなす第六のステップと、前記第六のステップによる識別情報に基いて前記第一及び第二のチャンネル信号を一系統のクロックに乗せ替え処理を行う第七のステップとを含むことを特徴とする光伝送方法。
4. 前記チャンネル識別情報に代えて、ＯＴＮ信号のマルチフレームオーバヘッドを使用することを特徴とする請求項３記載の光伝送方法。
5. 多値位相変調方式の光伝送システムにおける送信装置であって、
   送信側フレーマ回路出力信号を第一及び第二のチャンネルに分離してこの分離された信号に対してフレーム同期パターンとチャンネル識別情報とを挿入する第一の手段と、前記第一の手段の出力信号を、光伝送路に適した速度の複数系統信号に変換する第二の手段と、前記第二の手段の前記複数系統信号を元に光信号を多値位相変調処理して前記光伝送路へ送出する第三の手段とを含むことを特徴とする送信装置。
6. 送信側フレーマ回路出力信号を第一及び第二のチャンネルに分離してこの分離された信号に対してフレーム同期パターンとチャンネル識別情報とを挿入し、この出力信号を、光伝送路に適した速度の複数系統信号に変換し、この複数系統信号を元に光信号を多値位相変調処理して前記光伝送路へ送出するようにした多値位相変調方式の光伝送システムにおける受信装置であって、
   前記多値位相変調光信号を前記複数系統に分岐しこれら分岐出力の各々に対して光電変換を行う第一の手段と、前記第一の手段の出力の各々に対して前記第一及び第二のチャンネルの信号速度と同じ速度の第一及び第二のチャンネル信号に変換する第三の手段と、前記第三の手段の出力の各々に対して、前記フレーム同期パターンを用いたフレーム同期及び前記チャンネル識別情報の識別をなす第四の手段と、前記第四の手段による識別情報に基いて前記第一及び第二のチャンネル信号を一系統のクロックに乗せ替え処理を行う第五の手段とを含むことを特徴とする受信装置。

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