JP5063806B2 - マルチレーン伝送方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、マルチレーン伝送方法及びシステムに係り、特に、単一の信号を複数のレーンによって伝送するマルチレーン伝送方法及びシステムに関する。

インターネットトラフィックの急増により基幹系ネットワークの大容量化が求められている。基幹系ネットワークを支える光伝送システムはこれまでにビットレートの高速化と波長多重技術によって大容量化を図ってきた。具体的には、ビットレートが２．５Ｇｂ／ｓ、１０Ｇｂ／ｓそして４０Ｇｂ／ｓと高速化され、それらの信号がさらに波長多重されて、例えば、１０Ｇｂ／ｓ×８０波長＝８００Ｇｂ／ｓ，４０Ｇｂ／ｓ×４０波長＝１．６Ｔｂ／ｓもの大容量の光伝送システムが実現されてきている。さらに今後は１００Ｇイーサネット（登録商標）などの１００Ｇｂ／ｓ級のクライアント信号の出現により１波長あたり１００Ｇｂ／ｓを超えるような伝送システムが必要になるものと考えられる。

１波長あたり１００Ｇｂ／ｓを超える伝送システムを実現するためには、その高速動作ゆえに技術的な難しさが存在する。例えば、従来から用いられていたＮＲＺやＲＺなどの高速変調方式では、１００Ｇｂ／ｓを超える動作が難しかったり、伝送信号の劣化が大きくなったりすることから、光の強度だけではなく位相なども用いたより高度な変調方式の研究開発が進んでいる。

具体的には、DQPSK（Differential Quadrature Phase Shift Keying）変調方式や、DP‐QPSK（Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying）変調方式といった多値変調技術や偏波多重技術などを用いることで光／電子デバイスへ要求される動作速度を緩和することなどが検討されている。このような変調方式を用いた場合、単一の信号が１波長内の複数の物理レーンで伝送されている、と見ることができる。例えば、１１２Ｇｂ／ｓ DP−QPSKの場合、
（１）Ｘ偏波Ｉ(in-phase)チャネル；
（２）Ｘ偏波Ｑ(quadrature-phase)チャネル；
（３）Ｙ偏波Ｉチャネル；
（４）Ｙ偏波Ｑチャネル；
の４つの２８Ｇｂ／ｓの物理レーンが１波長で伝送されている、と見ることができる。

このような伝送システムの例を図２９に示す。同図に示す伝送システムは、送信側の伝送装置１０と受信側の伝送装置２０が光ファイバ３０で接続されており、送信側の伝送装置１０は、複数の送信部１１_１〜１１_Ｎと当該送信部１１_１〜１１_Ｎからの伝送信号を多重化する波長多重部１２から構成されている。受信側の伝送装置２０は、光ファイバ３０を介して入力された伝送信号（波長）を分離する波長分離部２１と、複数の受信部２２_１〜２２_Ｎから構成されている。各送信部１１は、フレーマ部１１１、ＦＥＣ符号化部１１２、分配部１１３を有し、各受信部２２は、結合部２２１、ＦＥＣ復号化部２２２、フレーマ部２２３を有し、分配部１１３と結合部２２１の間で、複数レーンで信号が伝送されている。

このように単一の信号が複数レーンで伝送されている場合、送信部１１の分配部１１３では単一の信号を複数に分配する必要があり、受信部２２の結合部２２１では複数レーンの信号を結合して単一の信号に戻す処理が必要となる。その際、受信側では各レーンの伝送遅延の違いにより、レーン間にスキューが生じる。また、偏波の回転などによってレーンの入れ替わりなどが生じる可能性もある。その様子を図３０に示す。その結果、受信側の結合部２２１には複数レーンに対するレーン識別機能、スキュー検出機能が必要となる。

レーン識別機能、スキュー検出機能を実現する技術としては、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７０９（ＯＴＮインタフェース）Amendment3のAnnex Cで規定されるＯＴＵ３やＯＴＵ４信号を４０Ｇイーサネット、１００Ｇイーサネットのモジュール（これらのイーサネットモジュールはマルチレーン伝送）で伝送する方式を流用することが出来る。これは、図３１に示すＯＴＵフレームの先頭領域（FAS:frame alignment signal）を目印とし、ＯＴＵフレームを図３２に示すように１６バイト毎のブロックに分割して、その後、ＯＴＵ４の場合は２０の論理レーンにそれらのブロックを分配することでマルチレーン伝送を可能にする。図３３に示すように、複数のレーンへのブロック分配は１フレームごとに分配の開始レーンを変えることで各論理レーンにＦＡＳが出現するようにする。実際にレーン識別、スキュー検出に用いるオーバヘッドを図３４に示す。固定のビットパターンが格納されているFAS OH byte３〜５を確認することによって各チャネルはフレームの先頭位置を認識する。さらにFAS OH byte６には、送信側の分配部１１３で０〜２３９までの２４０個の番号を順番に付して各論理レーンに分配する。

例えば、
・論理レーン０にFAS OH byte 6="０"；
・論理レーン１にFAS OH byte 6="１"；
・論理レーン２にFAS OH byte 6="２"；
・
・
・論理レーン１９にFAS OH byte 6="１９"；
その次は、再び論理レーン０に戻り
・論理レーン０にFAS OH byte 6="２０"；
・論理レーン１にFAS OH byte 6="２１"；
・論理レーン２にFAS OH byte 6="２２"；
・
・
・論理レーン１９にFAS OH byte 6="３９"；
のように付与する。２３９まで番号を付与するとその次は再び０に戻る。

受信側では各論理レーンごと受け取ったFAS OH byte 6の値を論理レーン数２０で割り算した余りが各論理レーンを識別する番号となる。

付与する番号の個数が論理レーン数２０の倍数である２４０個（付与する番号としては０〜２３９）であるため、上述の例では例えば論理レーン０は余りが常に０、論理レーン１は余りが常に１、などとなり、他の論理レーンとの区別が可能となる。これまでの説明でフレーム先頭位置の識別と論理レーンの識別が可能になったが、FAS OH byte 6とMFASの値を組み合わせて、他の論理レーンと比較することでスキューの検出が可能になる。なおFAS OH byte 6とMFASの値を組み合わせて用いるのはスキューの検出範囲を拡大するためである。

以上述べた方法はOTUフレーム（OTU3もしくはOTU4）を40GbEもしくは100GbEのモジュールを用いて短距離伝送する用途に用いるために規定されたものであるが、イーサネットモジュールを用いないOTU3やOTU4のマルチレーン伝送にも流用することが考えられる。

"Interfaces for the Optical Transport Network (OTN)"、２００３年３月、ITU-T Recommendation G.709/Y.1331 "Interfaces for the optical transport network (OTN) Amendment 3"、２００９年４月、ITU-T Recommendation G.709/Y.1331 Amendment 3 " Characteristics of optical transport network hierarchy equipment functional blocks"、２００６年１２月、ITU-T Recommendation G.798

しかしながら、上記のG.709 Amendment 3, Annex Cを用いて100 Gb/s超のマルチレーン伝送を実現しようとした場合にいくつかの問題が生じる。

まず第一に、100 Gb/sを超える伝送信号の受信においては、従来の単純な直接検波方式からデジタルコヒーレント受信方式といったデジタル信号処理技術を駆使した方式へ移行しようとしている。当該方式は伝送されて著しく劣化した信号をデジタル信号処理によって復元することが可能になるなど、優れた特徴を持っている。

しかしながら、デジタル信号処理は複数の物理レーンを介して伝送され結合されたのちに処理が施されることになるため、結合部ではデジタル信号処理を行なう前の符号誤り率（ＢＥＲ）の悪い信号（例えばBER = 10^-2）を受信することとなる。図２９で説明すると、デジタルコヒーレント受信方式ではデジタル信号処理がＦＥＣ復号化部２２２の直前もしくは直後で行なわれ結合部よりも前に来ることはないので、デジタル信号処理や誤り訂正前の劣悪なＢＥＲを持つ信号を結合部２２１は受信することとなる。そのような劣悪なBERにおいてもレーン識別、スキュー検出を滞りなく実現することが必要となるが、G.709 Amendment 3, Annex Cに規定されている方式は、イーサネットモジュールを流用したOTU3、OTU4信号の短距離伝送を前提にしているため、ＢＥＲが劣悪な状況での動作は考慮されていない。

G.709 Amendment 3, Annex Cで規定される方法は、112G OTU4信号を100Gイーサネットモジュールで伝送する場合には、２０論理レーンを使用する規定になっている。 ２０論理レーンの信号を４物理レーンからなる伝送信号で伝送する際には５論理レーンをビット多重（５：１）して４つの信号を生成し、各信号をそれぞれの物理レーンで伝送する。受信側では受信した４つの物理レーンの信号をまずそれぞれビット分離（１：５）して２０論理レーンを復元し、その後、２０論理レーンの信号に対してレーン識別とスキュー検出を行なう。この際、エラー耐性が低いためＢＥＲが劣悪な状況においては正常な動作ができない。

ここでＢＥＲが劣悪な状況における動作についての特性を示す数値計算結果を示す。マルチレーン伝送における結合部の動作は２つに大別することができる。一方は各論理レーンにおいてデータの区切りの目印となるＦＡＳを見つける「フレーム同期」であり、他方は複数ある論理レーンのうち自レーンが何番目の論理レーンであるかを識別する「論理レーン識別」である。フレーム同期と論理レーン識別についてＩＴＵ−Ｔで規定されている状態遷移を図３５に示す。フレーム同期についてはＩＦ（Ｉｎ−ｆｒａｍｅ）状態とＯＯＦ（Ｏｕｔ−ｏｆ−ｆｒａｍｅ）状態の２つの状態が規定されており、ＯＯＦ状態においてＦＡＳ６バイトのうち４バイトを２フレーム連続で検出するとＩＦ状態に遷移する。一方、ＩＦ状態においてはＦＡＳの３〜５バイト目を毎フレーム確認して５フレーム連続でビットパターンが一致しないとＯＯＦに状態遷移する。論理レーン識別についてはＯＬＡ（Ｏｕｔ−ｏｆ−ｌａｎｅ−ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）状態とＩＬＡ（Ｉｎ−ｌａｎｅ−ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）状態の２つの状態が規定されており、ＯＬＡ状態で整合性のあるレーン識別ができるとＩＬＡ状態に遷移し、ＩＬＡ状態で整合性のあるレーン識別ができないとＯＬＡ状態に遷移する。すべての論理レーンがフレーム同期して、論理レーン識別ができると、それぞれの論理レーンが他の論理レーンと時間的にどれだけずれているかを検知すること、すなわちスキュー検出が可能となる。

図３６はフレーム同期特性を示したものである。横軸には結合部へ入力される信号の符号誤り率、縦軸には時間（フレーム数）を示す。さらにパラメータとして後方保護段数を２〜５までの範囲で変化させている。なお後方保護段数Ｍとは、フレーム同期外れ状態においてフレーム同期パターン照合の結果、Ｍ回連続一致を検出したときにフレーム同期状態に遷移することを意味する。フレーム同期はできるだけ速やかにフレーム同期状態に遷移することが望ましい。この図において、ＯＴＮに規定される後方保護段数２の場合の特性を見てみると、例えばＢＥＲ＝１０^−３のときにはフレーム同期確立に要するフレーム数は後方保護段数とほぼ同じ２であるが、ＢＥＲ＝３×１０^−２のときにはおよそ１０フレーム、ＢＥＲ＝５×１０^−２のときにはおよそ３０フレームもの同期確立時間を要することとなる。図３７はフレーム同期状態にあるときにフレーム同期が外れるまでの時間を示したものである。横軸には結合部へ入力される信号の符号誤り率、縦軸には時間（フレーム数）を示す。さらにパラメータとして前方保護段数を１、３、５、…、１５の範囲で変化させている。なお前方保護段数Ｎとは、フレーム同期状態においてフレーム同期パターン照合の結果、Ｎ回連続不一致を検出したときにフレーム同期外れ状態に遷移することを意味する。図３７に示す特性はできるだけフレーム同期状態が維持されることが望ましいので、縦軸の時間（フレーム数）が大きな値であるほど良好な特性ということができる。標準規格で規定されている前方保護段数５の特性を見てみると、例えばＢＥＲ＝１０^−３のときにはおよそ１ｘ１０^８フレームで同期が外れ、ＢＥＲ＝１０^−２のときにはおよそ２０００フレームで同期が外れる。２０論理レーンの場合は、各論理レーンのフレーム周期はおよそ２０マイクロ秒になるので、上記のフレーム数はそれぞれ３０分と４０ミリ秒に対応することになり極めて短時間でフレーム同期外れが生じてしまう。

次にレーン識別特性を示す。図３８はＯＴＵ４伝送で利用される２０論理レーンの場合のレーン識別が確立するまでの時間を示したものである。図３９は２０論理レーンの場合のレーン識別が外れるまでの時間を示したものである。速やかにレーン識別を確立し、稀にしかレーン識別が外れないという特性が望ましい。本数値計算においてはレーン識別においても保護段数をパラメータとして変化させている。標準規格は前方および後方保護段数が１の場合に相当する。その場合の特性を読み取るとレーン識別確立に要するフレーム数はＢＥＲ＝１０^−２のときでおよそ２０〜３０フレーム、ＢＥＲ＝２×１０^−２のときには１００フレーム以上を要する。一方、レーン識別外れはＢＥＲ＝１０^−３のときは数フレームでレーン識別が外れてしまう。ＢＥＲが良好な場合（例えばＢＥＲ＝１０^−１２）では、ほぼ１フレームでレーン識別を確立し、一度レーン識別が確立するとほとんど外れないという特性を持つことを踏まえると、ＢＥＲが劣悪な状況においては、レーン識別確立ははるかに多くの時間を要し、レーン識別が確立してもレーン識別外れが瞬時に生じてしまうなど、とても実用に耐えうる特性とは言えない。

なお、「物理レーン」と「論理レーン」について補足すると、物理レーンはハードウェア構成や伝送方式によって定まるレーンを指し、論理レーンはスキュー検出やレーン識別を行なう際のレーンを指している。例えば、G.709 Amendment 3, Annex Cで規定されるOTU4信号の100GbEモジュールを用いた伝送においては、物理レーン数は使用する100GbEモジュールにより異なるが、１０物理レーンと４物理レーンが考えられる。論理レーン数は２０となっている。

第二に、100 Gb/sを超える伝送を行なう場合、伝送における各種劣化要因（例えば、波長分散、偏波モード分散、など）が伝送信号に与える影響が従来の１０Gb/sや４０Gb/sの伝送に比べ非常に大きくなる。そのような状況においても伝送距離を従来と同等に保つために、より高い誤り訂正能力を持つ誤り訂正符号（FEC）を用いることが考えられる。G.709で規定される標準FECの冗長度は６．７%であり、OTUフレーム構造は、この冗長度をもとにして決められている。またG.709 Amendment 3，Annex Cで規定されるマルチチャネル伝送も図３２や図３３で示したように当該冗長度をもとにしたフレーム構造を前提に規定されている。

そのため、例えば２０%や３０%などといった標準以外の冗長度のFECを用いる場合には、OTUフレーム構造が標準とは異なるものとなるので、G.709 Amendment 3, Annex Cで規定される方法をそのまま適用することはできない。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、デジタルコヒーレント受信技術などを用いた際に想定される10^-2といったBERが劣悪な領域においても正常にレーン識別やスキュー検出が可能となるエラー耐性の高いマルチレーン伝送を可能にし、さらにG.709標準以外の冗長度のFECを用いた信号を複数レーンで伝送することを可能にするマルチレーン伝送方法及びシステムを提供することを目的とする。

本発明（請求項１）は、ＯＴＵフレーム（ＯＴＵｋもしくはＯＴＵｋＶ）を用いた単一の信号を複数の物理レーンによって伝送する送信側装置及び受信したフレームを結合する受信側装置を有するマルチレーン伝送システムにおけるマルチレーン伝送方法であって、
マルチレーン伝送システムは、
受信側装置において、
誤り許容を行い、
フレーム同期に用いるビット列またはレーン識別に用いるビット列、またはその両方に対して誤り許容を行う場合には、
固定パターンのビット列が収容されたフレーム同期に用いるビット列については前フレームのフレーム同期に用いるビット列の位置とそこから予想される次のフレームの開始位置とフレーム同期に用いるビット列において正しく伝送されたビットからフレーム開始位置を認識することで誤り許容を行い、
レーン識別に用いるビット列については当該論理レーンのレーン識別に用いるビット列の連続性と論理レーン間のレーン識別に用いるビット列の整合性を元にして自論理レーンのレーン識別に用いるビット列の値を認識することで誤り許容を行うエラー許容ステップを行い、
送信側装置において、
誤り訂正符号の冗長度が標準の冗長度である６．７％以外である場合に、論理レーン数と４の最小公倍数に４を掛け算した値、すなわち「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」コラム単位でＯＴＵフレームのコラム数を減少もしくは増加させ、
フレームの１６バイトを１ブロックとして複数の論理レーンに分配し、該論理レーンを物理レーンに割り当てて伝送する。

また、本発明（請求項２）は、物理レーン数を４とし、論理レーン数を４とする。

図１は、本発明の原理構成図である。

本発明（請求項３）は、ＯＴＵフレーム（ＯＴＵｋもしくはＯＴＵｋＶ）を用いた単一の信号を複数の物理レーンによって伝送する送信側装置及び、受信したフレームを結合する受信側装置と、を有するマルチレーン伝送システムであって、
受信側装置３００に、
誤り許容を行い、フレーム同期に用いるビット列またはレーン識別に用いるビット列、またはその両方に対して誤り許容を行う場合には、
固定パターンのビット列が収容されたフレーム同期に用いるビット列については前フレームのフレーム同期に用いるビット列の位置とそこから予想される次のフレームの開始位置とフレーム同期に用いるビット列において正しく伝送されたビットからフレーム開始位置を認識することで誤り許容を行い、
レーン識別に用いるビット列については当該論理レーンのレーン識別に用いるビット列の連続性と論理レーン間のレーン識別に用いるビット列の整合性を元にして自論理レーンのレーン識別に用いるビット列の値を認識することで誤り許容を行うエラー許容手段４１３を設け、
送信側装置は、
誤り訂正符号の冗長度が標準の冗長度である６．７％以外である場合に、論理レーン数と４の最小公倍数に４を掛け算した値、すなわち「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」コラム単位でＯＴＵフレームのコラム数を減少もしくは増加させ、符号化手段３０２に出力するフレーム生成手段と３０１、
符号化手段３０２から入力された冗長度を付与されたフレームの１６バイトを１ブロックとして複数の論理レーンに分配し、該論理レーンを物理レーンに割り当てて伝送する分配手段３０３を有する。

また、本発明（請求項４）は、物理レーン数を４とし、論理レーン数を４とする。

本発明の特徴は、ＢＥＲが劣悪な状況においてもマルチレーン伝送を可能にするために、単一の信号を送受信部で複数のレーンに分配及び結合する伝送方式において、分配手段３０３内のエラー訂正符号化手段３３１におけるレーン識別とスキュー検出に用いるビット列に対する誤り訂正符号の付加と結合手段４０１内のエラー訂正復号化手段４１２における当該誤り訂正符号を用いたエラー訂正、結合手段４０１内のビットパターン照合手段４１１におけるレーン識別とスキュー検出に用いるビット列においてＯＴＮ勧告で規定されるより少ないビット数を使用するビットパターン照合、結合手段４０１内のエラー許容手段４１３におけるレーン識別とスキュー検出に用いるビット列に対するビットエラー許容、のいずれか１つ以上を用いてエラー耐性を高める。また、標準以外の冗長度のFECを使用できるようにするためにOTUフレーム構造を拡張する。１６バイトごとに各レーンへ信号を分配することを可能にするためOTUフレームを「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」コラム単位で減少もしくは増加させる（ＬＣＭは最小公倍数を意味する）。コラム数の増減単位が上記のコラム単位になるので、FECとして使用しない半端な領域が生じることがあるが、そのような領域にはスタッフを挿入する。

また、OTU4もしくはOTU4V伝送時にはエラー耐性を高めるために４論理レーンを用いる構成にする。従来技術では論理レーン数が多いためにエラー耐性が課題となっていた。

上記のように本発明によれば、単一の信号を送受信部で複数のレーンに分配及び結合する伝送方式において、レーン識別とスキュー検出に用いるＦＡＳやＭＦＡＳに対して使用するビット数を削減したビットパターン照合やビットエラー許容やビットエラー訂正を施すことでＢＥＲが劣悪な状況においても正常に動作させることが可能となる。また、ＯＴＵフレーム長を「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」（ＬＣＭは最小公倍数を意味する）コラム単位で増減させることで、標準で規定される冗長度以外の誤り訂正符号を用いた場合でも、単一信号の複数レーンへの分配が可能となる。また、ＯＴＵ４もしくはＯＴＵ４Ｖのマルチレーン伝送の場合には、論理レーン数を標準の２０ではなく４にすることにより、より広いＢＥＲ範囲での正常動作を可能とする。

本発明の原理構成図である。 本発明の第１の実施の形態における伝送装置の構成図である。 本発明の第１の実施の形態におけるG.709標準以外の冗長度のFECを使用可能にしたOTUフレーム構造を示す図である。 ４論理レーンと２０論理レーンの性能比較結果である。 本発明の第２の実施の形態における４論理レーンの際にデスキューとレーン識別に用いるオーバヘッドを示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるレーン識別確立特性（４-レーン、エラー許容なし）を示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるレーン識別外れ特性（４−レーン、エラー許容等なし）を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるフレーム同期確立特性（１ビットのエラー許容）を示す図である。 第３の実施の形態におけるフレーム同期確立特性（２ビットのエラー許容）を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるフレーム同期外れ特性（１ビットエラー許容）を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるフレーム同期外れ特性（２ビットエラー許容）を示す図である。 本発明の第４の実施の形態において利用するオーバヘッド領域の詳細（ＯＴＵオーバヘッド）である。 本発明の第４の実施の形態において利用するオーバヘッド領域の詳細（ＯＴＵオーバヘッド）である。 本発明の第４の実施の形態におけるレーン識別確立特性（４-レーン、１ビットエラー訂正）を示す図である。 本発明の第４の実施の形態におけるレーン識別外れ特性（４-レーン、１ビットエラー訂正）を示す図である。 本発明の第４の実施の形態におけるレーン識別外れ特性（４-レーン、２ビットエラー訂正）を示す図である。 本発明の第４の実施の形態におけるレーン識別確立特性（２０−レーン、FASの６バイト目だけ使用）を示す図である。 本発明の第４の実施の形態におけるレーン識別確立特性（２０−レーン、FASの６バイト目だけ使用、１ビットエラー訂正）を示す図である。 本発明の第４の実施の形態におけるレーン識別確立特性（２０−レーン、FASの６バイト目だけ使用、２ビットエラー訂正）を示す図である。 本発明の第４の実施の形態におけるレーン識別外れ特性（２０−レーン、FASの６バイト目だけ使用）を示す図である。 本発明の第４の実施の形態におけるレーン識別外れ特性（２０−レーン、FASの６バイト目だけ使用、１ビットエラー訂正）を示す図である。 本発明の第４の実施の形態におけるレーン識別外れ特性（２０−レーン、FASの６バイト目だけ使用、２ビットエラー訂正）を示す図である。 本発明の第５の実施の形態における４レーン時のレーン識別に使用するビット数削減方法の例である。 本発明の第５の実施の形態における２０レーン時のレーン識別に使用するビット数削減方法の例である。 本発明の第５の実施の形態におけるレーン識別外れ特性（４-レーン、各レーンMFASの２ビットのみを使用）である。 本発明の第５の実施の形態におけるレーン識別外れ特性（４−レーン、各レーンMFASの２ビットのみを使用、１ビットエラー訂正）である。 本発明の第５の実施の形態におけるレーン識別外れ特性（２０-レーン、各レーンFAS６バイト目の５ビットのみを使用）である。 本発明の第５の実施の形態におけるレーン識別外れ特性（２０−レーン、各レーンFAS６バイト目の５ビットのみを使用、１ビットエラー訂正）である。 伝送システムの構成図である。 従来のマルチレーン伝送におけるスキュー発生を示す図である。 標準のOTUフレーム構造を示す図である。 G.709 Amendment 3, Annex Cで規定されているOTUフレームのマルチレーン伝送時に利用するOTUフレームの分割法を示す図である。 G.709 Amendment 3, Annex Cで規定されているOTUフレームの分割法を示す図である。 G.709 Amendment 3, Annex Cで規定されているスキュー検出とレーン識別に用いるオーバヘッド（２０論理レーンの場合）である。 ＩＴＵ−Ｔで規定されているフレーム同期とレーン識別の状態遷移図である。 フレーム同期確立特性を示す図である。 フレーム同期外れ特性を示す図である。 レーン識別確立特性（２０−レーン、エラー許容なし）を示す図である。 レーン識別外れ特性（２０−レーン、エラー許容等なし）を示す図である。

以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。

［第１の実施の形態］
本発明の伝送システムの構成は、前述の図２９の伝送装置１０、２０と同様であるが、送信部、受信部の機能が異なる。

本実施の形態では、ＯＴＵフレームを用いた単一の信号を複数の物理レーンによって伝送する伝送システムにおいて、ＯＴＵフレームを論理レーン数と４の最小公倍数に４を掛け算した値、すなわち「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」コラム単位でＯＴＵフレームのコラム数を増加もしくは減少させ、FECの冗長度を変える場合を説明する。ただし、ＬＣＭ（Ｘ，Ｙ）はＸとＹの最小公倍数を示す。

なお、以下では、標準の冗長度、標準のＦＥＣを含むＯＴＵフレームは、ＯＴＵｋと呼ぶ。また、冗長度やＦＥＣの種類が標準でないものをＯＴＵｋＶ（Ｖ：vender specific）と呼ぶ。

図２は、本発明の第１の実施の形態における伝送装置の構成を示す。図２に示す送信側の装置（送信部）３００は、フレーマ部３０１、ＦＥＣ符号化部３０２、分配部３０３から構成され、受信側の装置（受信部）４００は、結合部４０１、ＦＥＣ復号化部４０２、フレーマ部４０３から構成される。

送信部３００のフレーマ部３０１では、フレーム変更機能３１１を有し、当該フレーム変更機能３１１にて、誤り訂正符号の冗長度が標準の冗長度である６．７％以外である場合に、ＯＴＵフレームのコラム数を「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」コラム単位で減少もしくは増加させる。FEC符号化部３０２では、フレーマ部３０１で変更された冗長度によりフレームの符号化を行う。分配部３０３は、１６バイトを１ブロックとして複数の論理レーンに分配するものであり、レーン識別とスキュー検出に用いるビット列に対する誤り訂正符号を付加するエラー訂正符号化部３３１を有する。

受信部４００の結合部４０１は、複数のレーンで伝送されたフレームを結合するものであり、ビットパターン照合部４１１、エラー訂正復号化部４１２、エラー許容部４１３を有する。FEC復号化部４０２は、フレームに設定された冗長度に基づいて復号化を行う。フレーマ部４０３は、復号化されたフレームを処理する。

なお、エラー訂正符号化部３３１、ビットパターン照合部４１１、エラー訂正復号化部４１２、エラー許容部４１３の詳細については、以降の実施の形態にて後述する。

図３は、本発明の第１の実施の形態におけるG.709標準以外の冗長度のFECを使用可能にする拡張したOTUフレーム構造である。尚、同図において、"FAS"は「frame alignment signal」であり、"OH"は「overhead」である。標準のFECの冗長度は３８２４コラムに対して２５６コラムの冗長部（３８２５コラムから４０８０コラム）を付加する２５６／３８２４＝６．７％冗長度である。１００ Gb/s超の伝送においてはより強力な誤り訂正性能を実現するために標準とは異なる２０%程度の冗長度のＦＥＣを用いることが検討されている。ＦＥＣ符号化部３０２が標準以外の冗長度のFECを用いる際に、フレーマ部３０１（フレーム変更機能３１１）において、FECコラム数を「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」コラム単位で減少もしくは増加させることで、分配部３０３は、OTUフレームを１６バイト単位に過不足なく分割でき、また複数の論理レーンに均等に分配することが可能になる。「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」コラム単位でのコラムの追加になるので、FECとして使用しない半端な領域が生じることがあるが、そのような領域にはスタッフａを挿入する。

コラムの増減単位である「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」について説明する。データを１６バイト単位に複数の論理レーンに分配する場合、１６バイトのブロック数が論理レーン数の倍数である必要がある。またＯＴＵのフレーム構造は４行で構成されるので４の倍数である必要もある。よってブロック数の増減単位はＬＣＭ（論理レーン数、４）となる。増減するバイト数は１ブロックが１６バイトであるので、「ＬＣＭ（論理レーン数、４）×１６」バイトとなる。このバイト数に対応するコラム数はＯＴＵフレームの行数４で割り算をして「ＬＣＭ（論理レーン数、４）×４」コラムとなる。このような単位でコラム数を増減させるとＯＴＵフレームを１６バイト単位に過不足なく分割でき、また複数の論理レーンに均等に分配することが可能になる。

［第２の実施の形態］
図３４は、G.709 Amendment 3, Annex Cで規定されているレーン識別とスキュー検出に用いるオーバヘッド（２０論理レーンの場合）を示す。

ＯＴＵ４伝送において、G.709 Amendment 3, Annex Cに記載の方式をマルチレーン伝送に流用した場合、前述のように２０論理レーンを用いることが考えられる。その際、レーン識別およびスキュー検出に用いるオーバヘッドは各論理レーンあたり図３４に示した５バイトである。トータルでは２０論理レーン×５バイト×８＝８００ビットとなる。デジタルコヒーレント伝送などで想定されるBER =１０^−２などのときにはこのビット中で数ビット（８００×１０^−２＝８）が誤る計算になる。このような状態になると、もはや正常なレーン識別、スキュー検出動作は困難となる。

そのため、例えばDP-QPSK信号など４物理レーンの信号を想定し、４論理レーンを用いるようにすることでBERが劣悪な状況においても正常な動作を実現する。

図４は４論理レーンと２０論理レーンの性能を比較した計算結果である。同図の横軸は伝送後に結合部４０１に入力される信号の符号誤り率を、縦軸はフレーム同期外れ（OOF: out-of-frame）もしくはレーン同期外れ（OLA: out of lane-alignment）の平均発生間隔を示す。また、後述する第３の実施の形態で述べているエラー許容ありの場合を図示している。エラー許容なしでもありであっても４論理レーンは２０論理レーンと比較して格段に良好な性能を示している。

図５は、本発明の第２の実施の形態における４論理レーン時にスキュー検出およびレーン識別に用いるオーバヘッドを示したものである。

２０論理レーンのときとの違いはFAS OH byte 6を使用しない点である。２０論理レーン時にFAS OH byte 6を使用していたのは、当該バイトは２４０フレーム（２０の倍数）で１周期のカウンタとして用いて、受信側でその値を２０で割り算することでその余りを論理レーン識別に用いるためであった。

これに対し、４論理レーン時にはMFAS（multi-frame alignment signal）（これは２５６フレームで１周期のカウンタ）をこの用途に使用することが可能となるため、FAS OH byte 6を使用する必要がない。以上のことから４論理レーン時にレーン識別およびスキュー検出に用いるオーバヘッドは各論理レーンあたり図５に示した４バイトとなる。トータルでは４論理レーン×４バイト×８＝１２８ビットとなる。BER =１０^−２の時には当該オーバヘッドの誤り数は１２８×１０^−２＝１．２８ビットとなり、２０論理レーンと比較して格段に誤り数を減らすことが可能となる。その結果、２０論理レーンよりも４論理レーンの方がより広いＢＥＲ範囲で正常動作可能となる．例えば４論理レーンをＯＴＵ４もしくはＯＴＵ４Ｖ伝送に適用するとレーン識別確立の特性は図６のようになり、レーン識別外れの特性は図７のようになる。それぞれ２０論理レーンの場合の図面（図３８，図３９）と比較すると、４論理レーンの方が２０論理レーンより格段に良好な特性、すなわち４論理レーンの方がより速やかにレーン識別確立し、一度レーン識別を確立するとより長い時間レーン識別状態を維持するという特性を持つことが分かる．
［第３の実施の形態］
本実施の形態では、図２に示す受信部４００において、ビットエラーを許容する場合を説明する。

さらに劣悪なBER環境での動作を可能にするために、結合部４０１のエラー許容部４１３において、レーン識別およびスキュー検出に用いるオーバヘッドであるFASもしくはMFASもしくはその両方においてビットエラーを許容するようにする。ＦＡＳは固定のビットパターンを持っており、FAS OH byte 3〜5はOA1（ビットパターン "1111 0110"）、OA2（ビットパターン "0010 1000"）と呼ばれる固定のビットパターンを格納することでフレームの先頭位置を示す。このFAS OH byteに対してｎビットのビットエラーを許容することで正常動作範囲を広げることが可能となる。

一方、MFASは２５６個（０〜２５５）の番号を各フレームに付与する。４論理レーンで考えると、「論理レーン０」は、例えば、0, 4, 8, 12, … ,252という値を持ち、「論理レーン１」は1, 5, 9, 13, …, 253、「論理レーン２」は2, 6, 10, 14, … , 254、「論理レーン３」は3, 7, 11, 15, … , 255、という値を持つ。あるタイミングで各論理レーンの受信するMFASを見ると、例えば、論理レーン（０，１，２，３）＝受信ＭＦＡＳ（８，９，１０，１１）という値を受信することとなる。このとき各論理レーンは自身のMFASの連続性（増分４）と、他の論理レーンとの整合性（連続した４つの値）ということから当該オーバヘッドにおけるｎビットエラーを許容しても動作が可能となる場合がある。よってｎビットエラー許容において正常動作範囲を広げる。

また、フレーム同期外れやレーン識別外れに関して前方保護段数を必要に応じて併せて用いても良い。ビットエラー許容数ｎは想定される最悪のBER、エラーの種別（ランダム，バーストなど）、前方保護段数などをもとに設計される。以下、フレーム同期についてのビットエラー許容した場合の特性の数値計算結果を示す。１ビットエラー許容したときのフレーム同期確立特性を図８に、２ビットエラー許容したときのフレーム同期確立特性を図９にそれぞれ示す。図３６がエラー許容しない場合の特性であることを踏まえるとエラー許容数を大きくするほど格段にフレーム同期確立に要するフレーム数が減少し良好な特性を持つことが分かる。ただしエラー許容数を増加させると誤ってフレーム同期をする確率が上昇するので動作が想定されるＢＥＲにおいて誤フレーム同期確率が十分に小さくするように設計する必要がある。次にフレーム同期外れの特性を図１０（１ビットエラー許容）と図１１（２ビットエラー許容）に示す。エラー許容しない場合の特性が図３７に示す特性であることを踏まえると、フレーム同期外れ特性もエラー許容することでフレーム同期が外れるまでの平均時間を増加させることができ良好な特性を持つことが分かる。

［第４の実施の形態］
第３の実施の形態は図２に示す受信部４００においてビットエラーを許容する例を示したが、さらに当該オーバヘッドのBER劣化に対する耐性を高めるために、本実施の形態では、結合部４０１のエラー訂正復号化部４１２において、スキュー検出およびレーン識別に用いるオーバヘッドであるFASもしくはMFASもしくはその両方のエラー訂正を行なう。分配部３０３のエラー訂正符号化部３３１では、エラー訂正を行なうためには冗長のビット列を付加する必要があるが、例えば、図１２に示すOTUオーバヘッド内の未使用領域であるRES（１行，１３−１４コラム）や多様な用途に利用可能なGCC0（１行，１１−１２コラム）を用いることができる。

また、他にも図１３に示すようにオーバヘッドの他の未使用領域など（２−４行に含まれるRESやGCC1, GCC2やEXPなど）を使用しても良い。ただし同じ論理レーンに分配される必要がある。これらの領域を用いて冗長ビットを付加して当該オーバヘッドのエラー訂正符号を付加することで劣悪なBER領域でも正常な動作が可能となる。

４論理レーンのときと２０論理レーンのときのそれぞれのレーン識別特性の数値計算結果を以下に示す。４論理レーンの場合に１ビットエラー訂正したときのレーン識別確立の特性を図１４に示す。エラー訂正しない場合の特性が図６であることを踏まえると、１ビットエラー訂正することで速やかなレーン識別が可能となることが分かる。４論理レーンで１ビットエラー訂正したときのレーン識別外れの特性を図１５に、２ビットエラー訂正したときの特性を図１６に示す。エラー訂正しない場合の特性が図７であることを踏まえると、エラー訂正をすることでレーン識別が外れるまでの時間を増加させることが可能となる。次に２０論理レーンの場合の特性を示す。標準規格で規定される２０論理レーンのレーン識別、スキュー検出にはＦＡＳの６バイト目とＭＦＡＳが組み合わせて用いられるが、ここではエラー耐性を高めるためにＦＡＳの６バイト目のみをレーン識別、スキュー検出に用いることを考える。まず、ＦＡＳの６バイト目のみを用いることでレーン識別に使用するビット数を低減させたときのレーン識別確立の特性を図１７に示す。標準規格の特性は図３８であることを踏まえると速やかなレーン識別を実現できることが分かる。次に使用するビット数の低減に加えてエラー訂正を用いた場合のレーン識別の特性を図１８（１ビットエラー訂正）と図１９（２ビットエラー訂正）に示す。エラー訂正数を増やすほど、さらに良好な特性を持つことが分かる。次に、レーン識別外れの特性を図２０（ＦＡＳ６バイト目のみを用いてレーン識別に使用するビット数を減らした場合）、図２１（ＦＡＳ６バイト目だけを用いさらに１ビットエラー訂正した場合）、図２２（ＦＡＳ６バイト目だけを用いさらに２ビットエラー訂正した場合）に示す。標準規定の特性を示した図３９と比べるとレーン識別外れに至るまでの時間を増加させることができ、格段に良好な特性を持つことが分かる。

エラー訂正の具体的な方法は、ＣＲＣ符号やハミング符号やリードソロモン符号などを用いることができる。また多数決判定などを用いることも可能である。また用いるビット数の削減方法としては上記に例として示した２０論理レーンの場合に標準規定がＦＡＳ６バイト目とＭＦＡＳを組み合わせた１６ビットを用いるものから、ＦＡＳ６バイト目だけを用いて８ビットのみ用いる方法、さらに２０論理レーンを識別することができる５ビットだけ（５ビットは３２通りを表現できるため）を用いる方法、４論理レーンにおいてはＭＦＡＳの２ビットのみを用いる方法、などが考えられる。これらの使用するビット数を削減することでビットエラーがそれらのビットで生じる確率を低減させることが可能となり良好な特性を実現することができる。さらに削減したビット数に対してエラー許容やエラー訂正を組み合わせて用いることでより良好な特性を実現することができる。（なお、使用ビット数の削減の詳細な例については第５の実施の形態として次に示す。）以上、エラー訂正符号やレーン識別に使用するビット数の削減方法を記したがこれに限るものではない。

また、第３の実施の形態と第４の実施の形態を組み合わせて、例えばFASに対してはビットエラー許容、MFASに対してはビットエラー訂正を行なうなど、組み合わせて用いても良い。
［第５の実施の形態］
本実施の形態ではレーン識別に使用するビット数を標準の規定よりも短くしたビットパターン照合部４１１を使用する例を示す。図２３には４論理レーン時のレーン識別に使用するビット数の削減例を、図２４には２０論理レーン時のレーン識別に使用するビット数の削減例をそれぞれ示す。４論理レーンのときは、標準規格ではＭＦＡＳの８ビットを使用する規定になっているが、図２３のようにＭＦＡＳの７、８ビット目の２ビットだけを用いても（０、０）、（０、１）、（１、０）、（１、１）のように４種類を表現することができる。同様に２０論理レーンのときは、標準規格ではＦＡＳの６バイト目とＭＦＡＳを組み合わせて１６ビットを用いる規定になっているが、図２４のようにＦＡＳ６バイト目の４、５、６、７、８ビット目の５ビットだけを用いても（０、０、０、０、０）〜（１、０、０、１、１）の２０通りを表現することができる。以上の番号を付与すると受信側でレーン識別が可能となる。

レーン識別に使用するビット数を削減したときの効果をレーン識別外れ特性の数値計算によって示す。図２５は４論理レーンのときに上述のように各レーンでＭＦＡＳの２ビットのみを使用した際のレーン識別外れ特性を示したものである。使用ビット数の削減をしない場合の特性が図７であることを踏まえると、格段にレーン識別外れに至るまでの時間を増大させることが可能になる。図２６は使用ビット数の削減とともに１ビットエラー訂正を行なった場合のレーン識別外れ特性を示す。さらに良好な特性を持つことが分かる。

次に２０論理レーンのときに各レーンでＦＡＳ６バイト目の５ビットのみを使用した際のレーン識別外れ特性を図２７（エラー訂正等なし）と図２８（１ビットエラー訂正）に示す。使用ビット数の削減をしない場合の特性が図３９であることを踏まえると、格段にレーン識別外れに至るまでの時間を増大させることが可能になる。

レーン識別については保護段数を用いることができるが、例えば、レーン識別を確立する際の後方保護段数については、例えば、後方保護段数Ｍとした場合にレーン識別外れ状態においてすべてのレーンにおいて整合性のとれたレーン識別がＭ回できた際にレーン識別を確立すると考え、前方保護段数Ｎとした場合はレーン識別確立状態において整合性のとれたレーン識別がＮ回できないとレーン識別外れ状態に遷移するという方法が一例として考えられる。または、各レーンで受信するレーン番号（ＦＡＳ６バイト目の値やＭＦＡＳの値）は各レーンで一定の規則があるので、レーンごとに独立にレーン識別外れに保護段数を設定する方法も考えられる。例えば、前方保護段数Ｎとした場合に各レーンがそれぞれ独立に自レーンのレーン番号を確認し、Ｎ回連続して期待した値ではないときに当該レーンのレーン識別外れとし、いずれか一つのレーンでもレーン識別外れ状態になったときにレーン全体においてもレーン識別外れ状態に遷移するという方法も考えられる。このような保護段数の設定方法によってもビットエラー耐性が異なってくるので、想定されるＢＥＲ領域を踏まえて設計する。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。

１０ 伝送装置（送信側）
１１ 送信部
１２ 波長多重部
２０ 伝送装置（受信側）
２１ 波長分離部
２２ 受信部
３０ 光ファイバ
１１１ フレーマ部
１１２ FEC符号化部
１１３ 分配部
２２１ 結合部
２２２ FEC復号化部
２２３ フレーマ部
３００ 送信側装置、送信部
３０１ フレーム生成手段、フレーマ部
３０２ 符号化手段、FEC符号化部
３０３ 分配手段、分配部
３１１ フレーム変更機能
３３１ エラー訂正符号化手段、エラー訂正符号化部
４００ 受信側装置、受信部
４０１ 結合手段、結合部
４０２ 復号化手段、FEC復号化部
４０３ フレーム処理手段、フレーマ部
４１１ ビットパターン照合手段、ビットパターン照合部
４１２ エラー訂正復号化手段、エラー訂正復号部
４１３ エラー許容手段、エラー許容部

Claims (4)

1. ＯＴＵフレーム（ＯＴＵｋもしくはＯＴＵｋＶ）を用いた単一の信号を複数の物理レーンによって伝送する送信側装置及び受信したフレームを結合する受信側装置を有するマルチレーン伝送システムにおけるマルチレーン伝送方法であって、
   前記マルチレーン伝送システムは、
   前記受信側装置において、
   誤り許容を行い、
   前記フレーム同期に用いるビット列または前記レーン識別に用いるビット列、またはその両方に対して誤り許容を行う場合には、
   固定パターンのビット列が収容されたフレーム同期に用いるビット列については前フレームのフレーム同期に用いるビット列の位置とそこから予想される次のフレームの開始位置とフレーム同期に用いるビット列において正しく伝送されたビットからフレーム開始位置を認識することで誤り許容を行い、
   レーン識別に用いるビット列については当該論理レーンのレーン識別に用いるビット列の連続性と論理レーン間のレーン識別に用いるビット列の整合性を元にして自論理レーンのレーン識別に用いるビット列の値を認識することで誤り許容を行うエラー許容ステップを行い、
   前記送信側装置において、
   誤り訂正符号の冗長度が標準の冗長度である６．７％以外である場合に、論理レーン数と４の最小公倍数に４を掛け算した値、すなわち「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」コラム単位でＯＴＵフレームのコラム数を減少もしくは増加させ、
   フレームの１６バイトを１ブロックとして複数の論理レーンに分配し、該論理レーンを物理レーンに割り当てて伝送する
   ことを特徴とするマルチレーン伝送方法。
2. 物理レーン数を４とし、論理レーン数を４とする
   ことを特徴とする請求項１記載のマルチレーン伝送方法。
3. ＯＴＵフレーム（ＯＴＵｋもしくはＯＴＵｋＶ）を用いた単一の信号を複数の物理レーンによって伝送する送信側装置及び、受信したフレームを結合する受信側装置と、を有するマルチレーン伝送システムであって、
   前記受信側装置に、
   誤り許容を行い、前記フレーム同期に用いるビット列または前記レーン識別に用いるビット列、またはその両方に対して誤り許容を行う場合には、
   固定パターンのビット列が収容されたフレーム同期に用いるビット列については前フレームのフレーム同期に用いるビット列の位置とそこから予想される次のフレームの開始位置とフレーム同期に用いるビット列において正しく伝送されたビットからフレーム開始位置を認識することで誤り許容を行い、
   レーン識別に用いるビット列については当該論理レーンのレーン識別に用いるビット列の連続性と論理レーン間のレーン識別に用いるビット列の整合性を元にして自論理レーンのレーン識別に用いるビット列の値を認識することで誤り許容を行うエラー許容手段を設け、
   前記送信側装置は、
   誤り訂正符号の冗長度が標準の冗長度である６．７％以外である場合に、論理レーン数と４の最小公倍数に４を掛け算した値、すなわち「ＬＣＭ（論理レーン数，４）×４」コラム単位でＯＴＵフレームのコラム数を減少もしくは増加させ、前記符号化手段に出力するフレーム生成手段と、
   前記符号化手段から入力された冗長度を付与されたフレームの１６バイトを１ブロックとして複数の論理レーンに分配し、該論理レーンを物理レーンに割り当てて伝送する分配手段を有する、
   ことを特徴とするマルチレーン伝送システム。
4. 物理レーン数を４とし、論理レーン数を４とする
   ことを特徴とする請求項３記載のマルチレーン伝送システム。

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