JP4842224B2 - ディジタル伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、ＱＡＭ符号やＱＰＳＫ符号などによる多値伝送方式に利用する。特に、主信号と共に監視等に使用する副信号を伝送する方法に関する。以下の背景技術および実施形態では光ディジタル伝送システムの例を説明するが、これにより本発明の適用範囲を光通信に限定するものではない。

近年の光ディジタル伝送システムの高速大容量化のために光多値伝送方式が採用され始めている。一方で監視信号等の副信号の伝送に関しては従来同様の技術が使用されており、主信号の帯域や伝送特性を犠牲にせずに副信号を伝送する方法の検討は進んでいない。

従来、主信号に低周波で僅かな振幅変調または位相変調などを行い、その低周波成分に監視信号を乗せることが行われるが、変調が混在するため伝送特性の劣化を生じる。また、監視用の副信号を別波長で伝送することもできるが、副信号伝送のために新たな帯域を使用することになり効率が悪い。

特開２０００−２０１１３７号公報 特開平６−９７８８５号公報 オーム社、「光増幅器とその応用」、石尾秀樹 監修、１９９２年 科学技術出版、「ディジタルコミュニケーション」、Ｐｒｏａｋｉｓ著、１９９９年

例えば、副信号の伝送を振幅変調で行った場合には、副信号の変調強度の分だけ主信号の強度揺らぎが生じることと等価であり、例えば、１ｄＢの変調を行った場合は１ｄＢの強度マージンを副信号伝送のために使用することになる。

本発明は、このような課題を解決するために行われたものであって、主信号の伝送特性を劣化させず、また、伝送効率を低下させることなく監視信号等の副信号の伝送を行うことができるディジタル伝送システムを提供することを目的とする。

本発明は、主信号伝送に伝送特性のほぼ等しい複数の変調形態を用い、その切替えにより監視信号等の副信号を伝送することで主信号の伝送特性の劣化の無い副信号伝送を行うことを特徴とする。

すなわち、本発明は、ディジタルデータを多値符号化し、キャリア信号を変調して送信する送信装置と、前記多値符号に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信装置とを備えたディジタル伝送システムである。

ここで、本発明の特徴とするところは、伝送特性のほぼ等しい複数の変調形態を切替えながら主信号を伝送する手段を備え、この伝送する手段は、副信号に応じて変調形態を切り替えるところにある。

例えば、前記変調には４値直交振幅変調（ＱＡＭ）を用い、そのｉ軸成分とｑ軸成分との振幅比が１：√３である符号を用い、副信号によりそのｉ軸成分とｑ軸成分との振幅の入れ替えを行うことでｉ軸成分およびｑ軸成分の振幅成分で副信号を伝送する。

あるいは、前記変調には、ｉ軸成分とｑ軸成分との振幅比が１：√３である符号を用いるＱＡＭ変調と、ｉ軸成分とｑ軸成分との振幅が等しく前記符号の振幅で規格化した場合に√２の振幅を持つＱＰＳＫ変調とを用い、副信号によりこれら２つの変調形態の切替えを行うことでｉ軸成分およびｑ軸成分の振幅成分で副信号を伝送する。

また、本発明を副信号の伝送方法としての観点から観ることもできる。すなわち、本発明は、ディジタル伝送システムに備えられ、ディジタルデータを多値符号化し、キャリア信号を変調して送信する副信号の伝送方法であって、送信装置が、伝送特性のほぼ等しい複数の変調形態を切替えながら主信号を伝送し、この切替えの際には、副信号に応じて変調形態を切り替え、受信装置が、前記変調形態の切り替えパターンを抽出することにより副信号を復調することを特徴とする。

また、本発明を送信装置としての観点から観ることもできる。すなわち、本発明は、ディジタル伝送システムに備えられ、ディジタルデータを多値符号化し、キャリア信号を変調して送信する送信装置であって、キャリア信号を４相位相変調してｉ軸成分およびｑ軸成分の振幅がほぼ等しくなる符号点配置の信号を生成する手段と、前記信号におけるｉ軸成分とｑ軸成分との振幅比を副信号に応じて変化させる手段とを備えたことを特徴とする。

あるいは、本発明の送信装置は、キャリア信号を２分岐し、一方をｉ軸成分、他方をｑ軸成分とするため、ｑ軸成分の位相を９０度ずらした後に合波する手段と、分岐されたｉ軸成分の振幅とｑ軸成分の振幅との振幅比を副信号に応じて変化させる手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明を受信装置としての観点から観ることもできる。すなわち、本発明は、ディジタル伝送システムに備えられ、多値符号に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信装置であって、本発明の送信装置の送信信号を受信信号とし、復調されたｉ軸成分およびｑ軸成分のそれぞれの信号の出力レベルにより副信号を復調する手段を備えたことを特徴とする。

さらに、識別の感度の向上を図るために、ｉ軸成分の出力とｑ軸成分の出力とを差動で識別する手段を備えることもできる。

本発明によれば、主信号の伝送特性を劣化させず、また、伝送効率を低下させることなく監視信号等の副信号の伝送を行うことができる。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態の送信装置を図１から図５を参照して説明する。図１、図２、図３に４値ＱＡＭ符号（以下、ＱＡＭ符号）の位相空間での信号点配置例を示す。図３はＱＰＳＫ符号と等価であり、ある送信電力において符号間距離を最大にできることがわかっている。

図１および図２は図３の振幅を√２としたとき、ｉ軸成分とｑ軸成分との振幅比を１：√３とすることにより図３と同じ送信電力の場合に図３と同じ符号間距離となる。故に、これらの伝送特性はほぼ等しいことが知られている。なお、図１および図２において送信電力を一定に保ったままｉ軸成分とｑ軸成分の振幅比を１：√３からずらした場合に、符号間距離は狭くなり特性が劣化する（例えば、非特許文献２参照）。

図１もしくは図２のようにＱＡＭ符号でｉ軸成分とｑ軸成分の振幅を入れ替えても等価であることは明らかである。従来のＱＡＭ符号では図１もしくは図２のどちらかのみの信号点配置を使用している。信号の振幅を主信号に比べて十分な低周波で変調し、副信号を伝送する方式は、例えば特許文献１に記載されているが、振幅の変動分の送信出力を変動させなくてはならず、伝送のためのマージンが必要となる。すなわち伝送特性を劣化させることになる。

これに対し、本発明ではＱＡＭ符号の２種類の信号点配置を副信号によって切替える。この２通りの信号点配置の伝送特性は等価であるため、主信号の伝送特性を劣化させることが無い。この２つの信号点配置の振幅は振幅が小さい軸の成分の振幅をＡ（Ａは正の実数）とすると、Ａと√３Ａであり、比はおよそ４．８ｄＢである。すなわち、従来の方法で同じ振幅比を持つ副信号伝送を行う場合に比較し、４．８ｄＢの特性劣化を防ぐことができる。

図４に送信装置の模式構成を示す。本発明の伝送符号は、図４に示すように、４相位相変調器２と振幅変調器３とを直列に配置し、４相位相変調と振幅変調とを直列に行う、もしくは、図５に示すように、ｉ軸成分およびｑ軸成分のそれぞれに振幅変調器６および７により振幅変調を行い、ｉ軸成分またはｑ軸成分の位相を９０度移相器８を用いて９０度移相し、それらをベクトル合成することにより生成することができる。

図４の構成によって、図１の符号配置を発生させるには、まず、レーザ１からの光を４相位相変調器２によって変調することで図３のような符号点配置の信号を作り出し、符号点がｉ軸上にくる場合には振幅１、ｑ軸上にくる場合には振幅√３となるように振幅変調器３で振幅変調を行う。

振幅の設定は振幅変調器３内で行い、その切替えをエンコーダ４−１からの信号で行う。すなわち、エンコーダ４−１から該当する振幅に対応する副信号に相応するアナログ信号を出力してそれで振幅変調器３を駆動する。

図４の構成によって図２の符号配置を発生させるには、振幅変調器３の動作を、符号点がｉ軸上にくる場合には振幅√３Ａ、ｑ軸上にくる場合には振幅Ａとなるように変更すればよい。本発明では図１と図２の符号配置を副信号によって切替えるが、この切替えはエンコーダ４−１で行う。

また、図５の構成の送信装置によって図１の符号配置を発生させるには、レーザ１からの光を分岐部５により２分岐し、一方をｉ軸成分、他方をｑ軸成分とするため、ｑ軸成分の光位相を９０度位相器８でずらした後に合波部９により合波する。エンコーダ４−２により主信号の符号点にしたがって、ｉ軸成分もしくはｑ軸成分の信号光が透過するように振幅変調器６もしくは７を駆動する。図２および図３の符号点配置を発生させる場合も同様である。その切替えは副信号によってエンコーダ４−２の動作を切替えて行う。

図６に本発明の副信号を復調するためのＱＡＭの受信回路の模式構成例を示す。図７に従来のＱＡＭの受信回路の模式構成例を示す。本発明の副信号を復調するには次のようにする。

受信信号は自動レベル調整部１０により雑音等によるパワー変動を抑圧する。キャリア再生部１１は、受信した信号からキャリア信号を再生して局発光を生成する。局発光の位相を位相調整部１２により調整し、干渉計１３−１および１３−２によってｉ軸成分およびｑ軸成分の信号を復調する。干渉計１３−１および１３−２は４５度移相器１４−１および１４−２を有する。それぞれの信号は受光部１５−１および１５−２により光信号から電気信号へと変換された後、同期部１６−１および１６−２によりクロック成分と同期をとり、マルチレベル識別部１７−１および１７−２によりマルチレベル識別を行う。副信号は、レベル識別部１９を用いてマルチレベル識別部１７−１の出力レベルにより復調することができる。

また、受光部１５−１および１５−２のようなバランス型受光部を用いることにより、副信号の識別のためにｉ軸成分とｑ軸成分の出力を差動で識別することができるため副信号の識別の感度の向上を図ることができる。なお、マルチレベル識別部１７−１および１７−２は最低限、±√３Ａ、±Ａの４つのレベルを識別できるようにするが、ＡＤコンバータなどで構成してもよい。

主信号は、ユークリッド距離メトリック比較部１８で位相平面上の位置を読み出すことで復号されるが、副信号が復調されることで、主信号が図１〜図３のどちらの符号点配置で送信されたかが判別できるため、その信号点配置で主信号を判定し、復調することができるので主信号の伝送特性には劣化が生じない。

本発明においては、送信時の平均電力が一定であるため受信信号に自動レベル調整を行い、伝送中の雑音等によるレベル変動を補正することが可能であるが、これに対し、図７に示すように、従来法で振幅成分によって副信号を伝送する場合は、副信号は自動レベル調整部１０が自動レベル調整を行う前に分離する必要があり、別系統の受光部２０、同期部２１を用いて信号判定を行うので、雑音等によるレベル変動との区別をつけるためには副信号の伝送容量をきわめて低く抑える必要がある。自動レベル調整を行わず、主信号を復調後の振幅変動を検出することもできるが、主信号の伝送特性の劣化が大きくなる。

（第二実施形態）
４相位相変調符号（以下、ＱＰＳＫ符号）の位相空間での信号点配置は図３と同じ図であり、ＱＡＭ符号の特別な場合であると見ることもできる。第一実施形態のＱＡＭ符号と同じ送信電力とするためには、振幅は√２Ａとなる。このような振幅比をとりＱＡＭとＱＰＳＫとを同一送信電力とした場合に両者は位相空間での距離が等しく、故に伝送特性はほぼ等しい（例えば、非特許文献２参照）。

また、ＱＰＳＫ符号はＱＡＭ符号の特別な場合であることから、ＱＡＭ符号と同じ図６に示した受信装置によって復調することができる。すなわち、ＱＡＭ符号とＱＰＳＫ符号とを副信号に応じて切替えながら伝送を行っても、受信装置には変更が必要無く主信号の伝送特性の変化も少ない。

ここで第一実施形態と同様にｉ軸成分またはｑ軸成分の振幅成分に注目すると、２値（図１または図２の片方と図３（ＱＰＳＫ））、または３値（図１および図２の双方と図３（ＱＰＳＫ））の振幅変調を行うことができる。３値の振幅変調とした場合には、受信装置のレベル識別部１９は３レベルを識別できるような回路を使用する。

また、この場合もｉ軸成分とｑ軸成分の振幅は差動で受信することにより感度の向上を図ることができる。３値を使用する場合には、デュオバイナリ符号など伝送歪に強い符号を用いることもできる。

マルチレベル識別部１７−１および１７−２は２値の場合は最低限、±√２Ａと±√３Ａまたは±√２Ａと±Ａの４つのレベル、３値の場合は、±√３Ａ、±√２Ａ、±Ａの６つのレベルを識別できるようにするが、ＡＤコンバータなどで構成してもよい。

２値を使用する場合には、２つの信号点配置の振幅は√２Ａと√３Ａであり、比はおよそ１．８ｄＢである。すなわち、従来の方法に比較し、１．８ｄＢの特性劣化を防ぐことができる。また、３値を使用する場合には、３つの信号点配置の振幅はＡ、√２Ａ、√３Ａであり、最大の比は第一実施形態と同じくおよそ４．８ｄＢである。すなわち、従来の方法に比較して４．８ｄＢの特性劣化を防ぐことができる。

なお、第二実施形態においても、振幅変調の強度を変更することによって、第一実施形態と同様に、図４または図５の構成の送信装置を用いることができる。

以上説明した実施形態ではＱＡＭ符号、ＱＰＳＫ符号を使用した場合のみを示したが、変調符号はこれに限らず、伝送特性がほぼ等しい複数の変調方式を使用することができる。

本発明によれば、主信号の伝送特性を劣化させず、また、伝送効率を低下させることなく監視信号等の副信号の伝送を行うことができるので、ディジタル伝送システム全体の伝送効率を高めることに利用できる。

４値ＱＡＭ符号の位相空間での信号点配置例を示す図（ｉ軸Ａ、ｑ軸√３Ａ）。 ４値ＱＡＭ符号の位相空間での信号点配置例を示す図（ｉ軸√３Ａ、ｑ軸Ａ）。 ４値ＱＡＭ符号の位相空間での信号点配置例を示す図（ｉ軸およびｑ軸√２Ａ）。 本実施例の送信装置の模式構成図（その１）。 本実施例の送信装置の模式構成図（その２）。 本実施例の受信装置の模式構成図。 従来の従来装置の模式構成図。

符号の説明

１ レーザ
２ ４相位相変調器
３、６、７ 振幅変調器
４−１、４−２ エンコーダ
５ 分岐部
８ ９０度移相器
９ 合波部
１０ 自動レベル調整部
１１ キャリア再生部
１２ 位相調整部
１３−１、１３−２ 干渉計
１４−１、１４−２ ４５度移相器
１５−１、１５−２、２０ 受光部
１６−１、１６−２、２１ 同期部
１７−１、１７−２ マルチレベル識別部
１８ ユークリッド距離メトリック比較部
１９、２２ レベル識別部

Claims (8)

1. ディジタルデータを多値符号化し、キャリア信号を変調して送信する送信装置と、
   前記多値符号に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信装置と
   を備えたディジタル伝送システムにおいて、
   伝送特性のほぼ等しい複数の変調形態を切替えながら主信号を伝送する手段を備え、
   前記変調には４値直交振幅変調（ＱＡＭ）を用い、そのｉ軸成分とｑ軸成分との振幅比が１：√３である符号を用い、
   前記伝送する手段は、副信号によりそのｉ軸成分とｑ軸成分との振幅の入れ替えを行うことでｉ軸成分およびｑ軸成分の振幅成分で副信号を伝送する
   ことを特徴とするディジタル伝送システム。
2. ディジタルデータを多値符号化し、キャリア信号を変調して送信する送信装置と、
   前記多値符号に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信装置と
   を備えたディジタル伝送システムにおいて、
   伝送特性のほぼ等しい複数の変調形態を切替えながら主信号を伝送する手段を備え、
   前記変調には、ｉ軸成分とｑ軸成分との振幅比が１：√３である符号を用いるＱＡＭ変調と、ｉ軸成分とｑ軸成分との振幅が等しく前記符号の振幅で規格化した場合に√２の振幅を持つＱＰＳＫ変調とを用い、
   前記伝送する手段は、副信号によりこれら２つの変調形態の切替えを行うことでｉ軸成分およびｑ軸成分の振幅成分で副信号を伝送する
   ことを特徴とするディジタル伝送システム。
3. ディジタルデータを多値符号化し、キャリア信号を変調して伝送するディジタル伝送システムにおいて、送信装置が、伝送特性のほぼ等しい複数の変調形態を副信号に応じて切替えながら主信号を伝送し、受信装置が、前記変調形態の切り替えパターンを抽出することにより副信号を復調する副信号の伝送方法であって、
   前記変調には４値直交振幅変調（ＱＡＭ）を用い、そのｉ軸成分とｑ軸成分との振幅比が１：√３である符号を用い、
   前記送信装置は、副信号によりそのｉ軸成分とｑ軸成分との振幅の入れ替えを行うことでｉ軸成分およびｑ軸成分の振幅成分で副信号を伝送する
   ことを特徴とする副信号の伝送方法。
   
4. ディジタルデータを多値符号化し、キャリア信号を変調して伝送するディジタル伝送システムにおいて、送信装置が、伝送特性のほぼ等しい複数の変調形態を副信号に応じて切替えながら主信号を伝送し、受信装置が、前記変調形態の切り替えパターンを抽出することにより副信号を復調する副信号の伝送方法であって、
   前記変調には、ｉ軸成分とｑ軸成分との振幅比が１：√３である符号を用いるＱＡＭ変調と、ｉ軸成分とｑ軸成分との振幅が等しく前記符号の振幅で規格化した場合に√２の振幅を持つＱＰＳＫ変調とを用い、
   前記送信装置は、副信号によりこれら２つの変調形態の切替えを行うことでｉ軸成分およびｑ軸成分の振幅成分で副信号を伝送する
   ことを特徴とする副信号の伝送方法。
5. ディジタル伝送システムに備えられ、ディジタルデータを多値符号化し、キャリア信号を変調して送信する送信装置において、
   キャリア信号を４相位相変調してｉ軸成分およびｑ軸成分の振幅がほぼ等しくなる符号点配置の信号を生成する手段と、
   前記信号におけるｉ軸成分とｑ軸成分との振幅比を副信号に応じて変化させる手段と
   を備えたことを特徴とする送信装置。
6. ディジタル伝送システムに備えられ、ディジタルデータを多値符号化し、キャリア信号を変調して送信する送信装置において、
   キャリア信号を２分岐し、一方をｉ軸成分、他方をｑ軸成分とするため、ｑ軸成分の位相を９０度ずらした後に合波する手段と、
   分岐されたｉ軸成分の振幅とｑ軸成分の振幅との振幅比を副信号に応じて変化させる手段と
   を備えたことを特徴とする送信装置。
7. ディジタル伝送システムに備えられ、多値符号に対応した複数の識別値を用いて受信信号を識別する受信装置において、
   請求項５または６記載の送信装置の送信信号を受信信号とし、
   復調されたｉ軸成分およびｑ軸成分のそれぞれの信号の出力レベルにより副信号を復調する手段を備えた
   ことを特徴とする受信装置。
8. ｉ軸成分の出力とｑ軸成分の出力とを差動で識別する手段を備えた請求項７記載の受信装置。

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