JP5261142B2 - 光通信装置及び信号点配置の決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、光信号の変調技術に関し、より詳しくは、光直交振幅変調（ＱＡＭ）における信号点の配置を適応的に決定する技術に関する。

特許文献１には、直交振幅変調において象限を跨る部分の間隔を、象限内の信号点の間隔より大きくし、これにより、あるデジタル信号の誤り率を改善する構成が開示されている。

特開平５−２７６２１１号公報

特許文献１に記載の構成は、複数のデータ系列を重要度に応じて区別し、重要度の高いデータ系列により象限を選択させることで、重要度の高いデータ系列に対する誤りの発生を抑えるものであるが、これは、重要度の低いデータ系列の誤り発生を高めることにより成り立っているものであり、全体としての誤り率を改善するものではない。

本発明は、光直交振幅変調において、全体の誤り率を改善するため、信号点の配置を最適化する方法と、信号点配置を最適化して通信する光通信装置を提供することを目的とする。

本発明における直交振幅変調の各信号点の振幅及び位相を決定する方法によれば、
第１の光通信装置が、所定の信号点配置に従い、連続光を変調して送信する第１のステップと、第２の光通信装置が、第１の光通信装置からの変調光を受信して、各信号点の偏差の最大値を測定する第２のステップと、第１の光通信装置又は第２の光通信装置が、第２の光通信装置が測定した各信号点の偏差に基づき、前記所定の信号点配置を変更する第３のステップと、第１の光通信装置が変更後の信号点配置を保存する第４のステップとを備えていることを特徴とする。

本発明の方法における他の実施形態によれば、
変更後の各信号点の配置位置は、原点からの距離が、元の信号点の配置位置と原点との距離以下となり、変更後の信号点の配置位置を中心とし、測定した該信号点の偏差に所定値を加えた値を半径とする円が相互に重ならない様に移動させた位置であることも好ましい。また、変更前の信号点のうち、原点からの距離が一番大きい信号点の配置位置は変更しないことも好ましく、変更前の信号点は、同相方向及び直交方向、それぞれに、等間隔で配置されたものであること好ましい。

本発明における光通信装置によれば、
印加する電気信号に応じた振幅及び位相の変調光を出力する光変調器と、各信号点の振幅及び位相を保持しており、入力データに対応する信号点の振幅及び位相の変調光が光変調器から出力される様に、光変調器に印加する電気信号を調整する手段とを備えており、前記調整する手段は、所定の信号点配置に基づき変調光を送信している間に、対向する光通信装置が測定した各信号点の偏差に基づき、前記所定の信号点配置を変更し、変更後の信号点配置を保持することを特徴とする。

光変調器の出力のばらつきは光信号の振幅が大きくなるほど大きくなる。本発明においては、測定したばらつきの最大値に基づき信号点の振幅及び位相を決定し、これにより、全体の誤り率を低下させることができる。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明による光通信装置の送信側のブロック図であり、図２は、本発明による光通信装置の受信側のブロック図である。なお、図１及び図２は、本発明の説明に必要な部分のみを示すものである。本発明においては、一方の光通信装置の送信側が、図６に示す、信号点間隔が総て等間隔である通常の直交振幅変調によりデータを送信し、他方の光通信装置の受信側が、受信する変調光の信号点のばらつきを測定することで、信号点配置を決定するものである。なお、信号点配置の決定は、送受信の各方向別に独立して実行し、信号点配置の決定後においては、決定した信号点配置に基づき光通信を行う。

図１によると、光通信装置は、強度変調器１及び２と、位相シフト器３と、制御部４と、信号点決定部５とを備えている。また、図２によると、光通信装置は、光検出部６と、信号点判定部７と、信号点決定部８と、振幅位相判定部９と、制御部１０とを備えている。なお、強度変調器１及び２と、位相シフト器３は、光直交振幅変調のための変調器を構成している。

強度変調器１及び２は、例えば、マッハツェンダ変調器であり、図５に示す様に、入力される電気信号の電圧に応じて入力される連続光の振幅及び位相を変化させて出力するものであり、強度変調器２の出力は、位相シフト器３によりπ／２だけ位相がシフトされた後、強度変調器１の出力と合波されて直交振幅変調された変調光が出力される。なお、光直交振幅変調のための変調器は上述した実施形態に限定されず、入力される１つ以上の電気信号の電圧及び／又は電流に応じた振幅及び位相の光信号を出力する種々の変調器を利用することができる。

信号点決定部５は、使用する信号点配置、つまり、データに対応する信号点の振幅及び位相を保持しており、送信データに対応する信号点を判定し、判定した信号点に対応する振幅及び位相の変調光が変調器から出力される様に、強度変調器１及び２に加える電気信号の電圧を決定して、強度変調器１及び２に印加する。なお、信号点決定部５は、図６に示す同相（Ｉ）方向及び直交（Ｑ）方向共に等間隔で配置された、通常の直交振幅変調における信号点配置を、初期値として保持している。制御部４は、信号点の配置位置決定のために、対向する光通信装置の制御部１０と必要な通信を行い、信号点決定部５は、対向する光通信装置から送られてくる値に基づき信号点を移動又は変更して実際の通信に使用する信号点配置を決定し、決定した信号点配置を保持する。

光検出部６は、受信する変調光をコヒーレント検波して同相及び直交電気信号を出力し、振幅位相判定部９は、対向している光通信装置が図６に示す信号点配置に基づき信号送信を行っている間、受信している各信号点配置のばらつき又は偏差を測定し、制御部１０経由で対向する光通信装置に送信する。また、信号点決定部８は、信号点決定部５と同様、振幅位相判定部９が測定した偏差に基づき信号点配置を決定する。なお、信号点決定部８は、信号点決定部５が決定した信号点配置を受信して保持する構成であっても良い。また、逆に、信号点決定部８が信号点配置を決定して、信号点決定部５に通知し、信号点決定部５は、信号点決定部８が決定した信号点配置を受信して保持する構成であっても良い。最後に、信号点判定部７は、通常の通信時、信号点決定部８が保持している信号点配置に基づき、受信した信号の信号点を判定する。

続いて、信号点配置の決定手順について説明をする。既に述べたように、本発明による光通信装置は、１６ＱＡＭの場合には、図６に示す信号点配置を使用して変調された信号を送信し、受信する信号点のばらつきに基づき信号点配置を決定するが、各象限の信号点配置の決定方法は同一であるため、以下、第１象限の４つの信号点１１、１２、２１及び２２を使用して説明を行う。本実施形態においては、最大振幅を持つ信号点の配置は変更しない。したがって、図６の第１象限にある信号点２２は変更せず、信号点１１、信号点１２及び２１を変更する。同様に、図７に示す３２ＱＡＭの場合、信号点２３及び３２は変更しない。しかしながら、最大振幅を持つ信号点の配置も、他の信号点と同様に変更する形態であっても良い。

図３（ａ）に示す様に、送信側が図６の信号点を使用してデータを送信している間、振幅位相判定部９は、受信信号の振幅位相を測定し、各信号点の本来の位置からの偏差の最大値を測定する。なお、振幅位相判定部９は光伝送路の損失も測定するものとし、以下の値は、総て送信側における値に換算したものとする。例えば、図３（ａ）においては、信号点１１の偏差の最大値がａ_１、信号点１２の偏差の最大値がｂ_１、信号点２１の偏差の最大値がｃ_１と測定されている。信号点決定部５及び／又は８は、所定の値αを保持しており、各信号点の偏差の最大値にαを足した値をそれぞれ計算する。ここでは、ａ_２＝ａ_１＋α、ｂ_２＝ｂ_１＋α、ｃ_２＝ｃ_１＋αとする。このとき、信号点決定部５及び／又は８は、図３（ｂ）に示す様に、信号点１１を座標（ａ_２，ａ_２）に、信号点１２を座標（ｂ_２，２ａ_２＋ｂ_２）に、信号点２１を座標（２ａ_２＋ｃ_２，ｃ_２）に変更する。なお、図３（ｂ）において、信号点１１、１２及び２１を中心とする円の半径は、それぞれ、ａ_２、ｂ_２、ｃ_２である_。

より一般的に説明すると、Ｉ軸方向のｉ番目に大きい振幅と、Ｑ軸方向のｑ番目に大きい振幅に対応する信号点を信号点ｉｑとし、信号点ｉｑの最大偏差に所定値αを加えた値をΔ_ｉｑとすると、信号点ｉｑの変更後のＩ軸の値は、

であり、Ｑ軸の値は、

となる。つまり、図３（ｂ）に示す様に、各信号点を中心とする半径Δ_ｉｑの円が相互に交差しない様に信号点を設定する。なお、αはマージンであり、元の位置より原点からの距離が長くなる信号点が存在する場合には、元の位置より原点からの距離が長くなる信号点が存在しなくなるまでαを減少させる。ただし、αの最小値を決めておき、αの最小値においても原点からの距離が長くなる信号点が存在する場合には信号点を変更せず、初期値のままとする。

通常、レーザダイオードといった光源が出力する光の振幅は常に一定ではなく、時間と共に変動、つまり、ばらつきが発生している。強度変調器１及び２が出力する光信号の振幅は、印加される電気信号に応じて変化するが、このばらつきも、強度変調器１及び２に印加される電気信号に応じて変化する。つまり、強度変調器１及び２が出力する光信号の振幅を小さくすると、このばらつきも小さくなる。よって、受信側で観測される変調信号のばらつきは、信号点の振幅が小さい程小さくなる。本発明においては、このばらつきを観測し、ばらつきの最大値に所定のマージンを加算した値を半径とする円が重ならない範囲で、各信号点の振幅が小さくなる様に信号点を移動させる。これにより、実際のばらつきに応じた信号点間隔とすることができ、全体の誤り発生率を低下させることができる。なお、振幅が小さくなる様に信号点の位置を移動させることは、ばらつきが更に小さくなることを意味し、誤りの発生を更に抑えることができる。

なお、信号点判定部７における信号点の判定は、各信号点に対して、ＩＱ平面の所定の範囲を１：１で対応付けて、ある範囲内にある受信信号は、この範囲に対応する信号点と判定することにより行うが、この範囲の設定例を図４に示す。なお、図４は光伝送路における損失を考慮したもの、つまり、受信側における振幅とする。図４において線５０及び線５１は、信号点１１を中心とする正方形であり、Ｉ軸、Ｑ軸、線５０及び線５１に囲まれた範囲を信号点１１に対応する範囲とする。また、Ｑ軸、線５０、５２及び５４で区切られた範囲を信号点１２に対応する範囲とし、Ｉ軸、線５１、５２及び５３で区切られた範囲を信号点２１に対応する範囲とし、第１象限の残りの範囲を信号点２２に対応する範囲とする。なお、線５２は、信号点１１と信号点２２を結ぶ線であり、線５４は、信号点１２と信号点２２を結ぶ線５５を２等分し、線５５と直角に交差する線であり、線５３は、信号点２１と信号点２２を結ぶ線５６を２等分し、線５６と直角に交差する線である。

本発明による光通信装置の送信側のブロック図である。 本発明による光通信装置の受信側のブロック図である。 本発明による信号点配置の最適化方法の説明図である。 各信号点に対応する範囲を示す図である。 強度変調器に対する入力電気信号電圧と出力光信号の関係を示す図である。 １６ＱＡＭの信号点配置の初期値を示す図である。 ３２ＱＡＭの信号点配置の初期値の第１象限を示す図である。

符号の説明

１、２ 強度変調器
３ 位相シフト器
４、１０ 制御部
５、８ 信号点決定部
６ 光検出部
７ 信号点判定部
９ 振幅位相判定部
１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２ 信号点
５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６ 線

Claims (4)

1. 直交振幅変調の各信号点の振幅及び位相を決定する方法であって、
   第１の光通信装置が、所定の信号点配置に従い、連続光を変調して送信する第１のステップと、
   第２の光通信装置が、第１の光通信装置からの変調光を受信して、各信号点の偏差の最大値を測定する第２のステップと、
   第１の光通信装置又は第２の光通信装置が、第２の光通信装置が測定した各信号点の偏差に基づき、前記所定の信号点配置を変更する第３のステップと、
   第１の光通信装置が変更後の信号点配置を保存する第４のステップと、
   を備え、
   変更後の各信号点の配置位置は、原点からの距離が、元の信号点の配置位置と原点との距離以下となり、変更後の信号点の配置位置を中心とし、測定した該信号点の偏差に所定値を加えた値を半径とする円が相互に重ならない様に移動させた位置である方法。
2. 変更前の信号点のうち、原点からの距離が一番大きい信号点の配置位置は変更しない、
   請求項１に記載の方法。
3. 変更前の信号点は、同相方向及び直交方向、それぞれに、等間隔で配置されたものである、
   請求項２に記載の方法。
4. 印加する電気信号に応じた振幅及び位相の変調光を出力する光変調器と、
   各信号点の振幅及び位相を保持しており、入力データに対応する信号点の振幅及び位相の変調光が光変調器から出力される様に、光変調器に印加する電気信号を調整する手段と、
   を備えており、
   前記調整する手段は、所定の信号点配置に基づき変調光を送信している間に、対向する光通信装置が測定した各信号点の偏差に基づき、前記所定の信号点配置を変更し、変更後の信号点配置を保持し、
   変更後の各信号点の配置位置は、原点からの距離が、元の信号点の配置位置と原点との距離以下となり、変更後の信号点の配置位置を中心とし、測定した該信号点の偏差に所定値を加えた値を半径とする円が相互に重ならない様に移動させた位置である光通信装置。

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