JP5753604B1 - 光送受信システムおよび光送受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光送受信システムにおいて、主信号の劣化を抑制しつつ、最適な変調方式によって主信号を送受信する。【解決手段】受信装置２ａは、制御情報検出部２０６ａおよび制御情報判定部２０８ａを備える。制御情報検出部２０６ａは、送信装置より受信した時分割多重信号から、特定周波数に電力が集中する制御情報の位置を特定し、特定周波数の強度に基づいて通信品質を取得する。制御情報判定部２０８ａは、制御情報検出部２０６ａによって特定された位置に基づいて、既定信号および各変調方式の制御信号を抽出し、各変調方式信号を復調する。そして、制御情報判定部２０８ａは、通信品質に基づいて最適な変調方式信号６１を１つ決定し、その最適な変調方式信号６１を出力する。【選択図】図７

Description

本発明は、光送受信システムにおいて、最適な変調方式によって主信号を送受信する技術に関する。

現在の基幹ネットワークには、チャネル当たり１００Ｇｂｉｔ／ｓベースで５０ＧＨｚ間隔（ＩＴＵ ｇｒｉｄ）の波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送システムが導入されている。一方、インターネットの普及に伴って、広帯域なサービス提供が増加してきており、基幹ネットワークの大容量化が望まれている。例えば、４００Ｇｂｉｔ／ｓや１Ｔｂｉｔ／ｓといったチャネル当たりの通信速度を向上させる検討が進展している。さらに、周波数利用効率の向上や柔軟なシステム運用のために、波長チャネルの割り当て等を動的に再構成できるエラスティック光ネットワークの検討が行われてきている（非特許文献１参照）。

エラスティック光ネットワークは、伝送容量や伝送距離に応じて変調方式を最適化し、隣接チャネル間隔をエラスティックに変化させることができる。最適な変調方式は、光増幅器によるＳＮ比劣化や非線形光学効果による波形劣化等を勘案して決定される。そして、エラスティック光ネットワークは、光ネットワークの光スペクトル資源をプールしたものの中から、ユーザ要求やネットワーク物理条件に応じて必要な光スペクトル資源を選択し、適応的に光パスを割り当てることができる。例えば、変調方式として１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）を用いた場合は、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）を用いた場合に比べて、伝送可能距離は４０％程度まで短くなるが、一定の伝送容量に対する光スペクトルは１／４で済む。

また、デジタルコヒーレント伝送技術の進展に伴って、デジタル信号処理デバイスを用いたデジタル信号処理が簡単に実行できるようになってきた。このことから、送信すべき主信号の伝送を正常に行うために、補助的な制御情報を送信することが、様々な伝送劣化への対処を可能にしている。例えば、非特許文献２には、主信号に対して、周波数変調した制御情報を重畳することによって、補助的な制御情報を送信する技術が開示されている。

Ori Gerstel, et al.，"Elastic Optical Networking: A New Dawn for the Optical Layer?"，IEEE Communications Magazine， February 2012 Takahito Tanimura，et al.，"In-band FSK Supervisory Signaling between Adaptive Optical Transceivers Employing Digital Signal Processing"，ECOC 2011 We.7.A.6

例えば、非特許文献２に記載の技術において、送信装置から受信装置へ変調方式を制御情報として送信することによって、デジタル信号処理デバイスを用いて伝送劣化の状況に応じて変調方式を切り替えて、切り換え後の変調方式で主信号を受信することが考えられる。しかしながら、非特許文献２に記載の技術では、周波数変調した制御情報を主信号に重畳することによって、周波数オフセットにともなう信号劣化が主信号に発生する。

そこで、本発明は、光送受信システムにおいて、主信号の劣化を抑制しつつ、最適な変調方式を通知して主信号を送受信する技術を提供することを課題とする。

本発明の光送受信システムは、１つの変調方式を識別する情報を受け付けて、前記変調方式を識別する変調方式信号と、１つ以上の特定周波数に電力が集中する信号系列である既定信号とを生成する制御情報生成部、前記既定信号を前記変調方式信号によって変調して制御信号を生成する制御情報変調部、前記変調方式信号の示す変調方式に基づいて、２つの直交する第１の偏波および第２の偏波の主信号を変調する主信号変調部、前記主信号変調部によって生成された前記第１の偏波の主信号の送信シンボル系列の所定数の間に前記制御情報生成部によって生成された所定数の前記既定信号を挿入することによって時分割多重して第１の信号系列を生成し、前記主信号変調部によって生成された前記第２の偏波の主信号の送信シンボル系列の所定数の間に前記制御情報変調部によって生成された所定数の前記制御信号を挿入することによって時分割多重して第２の信号系列を生成し、前記第１の信号系列および前記第２の信号系列を偏波多重して時分割多重信号を生成し、前記時分割多重信号を送信する多重部、を有する送信装置と、前記送信装置より受信した前記時分割多重信号から、前記特定周波数に基づいて前記既定信号および前記制御信号の位置を検出する制御情報検出部、前記制御情報検出部によって検出された位置に基づいて、前記時分割多重信号から前記既定信号および前記制御信号を抽出し、前記抽出した既定信号および制御信号に基づいて、前記変調方式信号を復調する変調方式信号復調部、前記復調した変調方式信号の示す変調方式に基づいて前記時分割多重信号中の主信号を復調する主信号復調部、を有する受信装置と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、送信装置は、変調方式に関する情報を主信号と時分割多重しているので、主信号を劣化させることがない。また、受信装置は、変調方式に関する情報を、主信号とは無関係に復調することができる。つまり、光送受信システムは、主信号の劣化を抑制しつつ、最適な変調方式を通知しつつ主信号を送受信することができる。

また、本発明の光送受信システムは、複数の変調方式を識別する情報を受け付けて、各前記変調方式を識別する変調方式信号と、１つ以上の特定周波数に電力が集中する信号系列である既定信号とを生成する制御情報生成部、前記既定信号を前記変調方式信号によって変調して各前記変調方式の制御信号を生成する制御情報変調部、前記変調方式信号それぞれの示す変調方式ごとに、２つの直交する第１の偏波および第２の偏波の主信号を変調する主信号変調部、前記変調方式ごとに、前記制御情報生成部によって生成された前記既定信号と前記主信号変調部によって生成された前記第１の偏波の主信号の送信シンボル系列との組を生成し、前記複数の変調方式全ての前記組を連結することによって時分割多重して第１の信号系列を生成し、前記変調方式ごとに、前記制御情報変調部によって生成された前記制御信号と前記主信号変調部によって生成された前記第２の偏波の主信号の送信シンボル系列との組を生成し、前記複数の変調方式全ての当該組を連結することによって時分割多重して第２の信号系列を生成し、前記第１の信号系列および前記第２の信号系列を偏波多重して時分割多重信号を生成し、前記時分割多重信号を送信する多重部、
を有する送信装置と、前記送信装置より受信した前記時分割多重信号から、前記特定周波数に基づいて前記既定信号および前記制御信号の位置を検出し、前記特定周波数の強度に基づいて通信品質を取得する制御情報検出部、前記制御情報検出部によって検出された位置に基づいて、前記時分割多重信号から前記既定信号および前記各変調方式の制御信号を抽出し、前記抽出した既定信号および各変調方式の制御信号に基づいて、前記各変調方式信号を復調するとともに、前記通信品質に基づいて複数の前記復調した変調方式信号中から最適な変調方式信号を決定する変調方式信号復調部、前記決定した変調方式信号の示す変調方式に基づいて前記時分割多重信号中の主信号を復調する主信号復調部、を有する受信装置と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、送信装置は、変調方式に関する情報を主信号と時分割多重しているので、主信号を劣化させることがない。また、受信装置は、変調方式に関する情報を、主信号とは無関係に復調することができる。また、受信装置は、通信品質を考慮して、複数の変調方式の中から、最適な変調方式を１つ決定することができる。つまり、光送受信システムは、主信号の劣化を抑制しつつ、最適な変調方式を通知して主信号を送受信することができる。

また、前記光送受信システムは、前記受信装置の変調方式信号復調部によって決定された変調方式信号の示す第１の変調方式を識別する情報を受け付けて、前記第１の変調方式を識別する第１の変調方式信号と、１つ以上の特定周波数に電力が集中する信号系列である既定信号とを生成する第１の制御情報生成部、前記既定信号を前記第１の変調方式信号によって変調して第１の制御信号を生成する第１の制御情報変調部、前記第１の変調方式信号の示す変調方式に基づいて送信信号を変調する第１の主信号変調部、前記変調した送信信号と前記既定信号および前記第１の制御信号とを時分割多重して第１の時分割多重信号を生成し、前記第１の時分割多重信号を送信する第１の多重部、を有する第１の送信装置と、前記第１の送信装置より受信した前記第１の時分割多重信号から、前記特定周波数に基づいて前記既定信号および前記第１の制御信号の位置を検出する第１の制御情報検出部、前記第１の制御情報検出部によって検出された位置に基づいて、前記第１の時分割多重信号から前記既定信号および前記第１の制御信号を抽出し、前記抽出した既定信号および第１の制御信号に基づいて、前記第１の変調方式信号を復調する第１の変調方式信号復調部、前記復調した第１の変調方式信号の示す変調方式に基づいて前記第１の時分割多重信号中の送信信号を復調する第１の主信号復調部、を有する第１の受信装置と、をさらに備えることを特徴とする。

このような構成によれば、光送受信システムは、受信側で決定した最適な変調方式を送信側に通知することができる。したがって、光送受信システムは、主信号の劣化を抑制しつつ、最適な変調方式を通知して主信号を送受信することができる。

また、前記光送受信システムは、前記第１の制御情報検出部が、前記特定周波数の強度に基づいて通信品質を取得し、前記第１の変調方式信号復調部が、当該取得した通信品質に基づいて、前記送信装置に１つの変調方式を識別する情報を送信するか、前記送信装置に複数の変調方式を識別する情報を送信するか、を決定することを特徴とする。

このような構成によれば、光送受信システムは、システム導入時のみだけでなく、経路切り替え等のシステム運用時の伝送路の通信品質の変化に対しても、最適な変調方式を選択することができる。

なお、光送受信方法に係る発明については、前記した光送受信システムの一部または全部と同様の技術的特徴を備えており、前記光送受信システムと同様の効果を有しているので、「発明が解決しようとする課題」においての記載を省略する。

本発明によれば、光送受信システムにおいて、主信号の劣化を抑制しつつ、最適な変調方式を通信して主信号を送受信することができる。

第１実施形態における光送受信システムの構成例を示す図である。 第１実施形態における送信装置の機能例を示す図である。 時分割多重信号の一例を示す図である。 第１実施形態における受信装置の機能例を示す図である。 第１実施形態における通常の通信モードの処理フロー例を示す図である。 第２実施形態における光送受信システムの構成例を示す図である。 第２実施形態における受信装置の機能例を示す図である。 第２実施形態のトレーニング通信モードにおける時分割多重信号の一例を示す図である。 第２実施形態における光送受信システムの処理フロー例を示す図である。 第２実施形態におけるトレーニング通信モードの処理フロー例を示す図である。

本発明を実施するための形態（以降、「本実施形態」と称す。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態では、第１実施形態および第２実施形態の２通りについて、以下に説明する。第１実施形態では、通常の通信モードとして、予め変調方式が決まっている場合に、主信号の劣化を抑制しつつ、当該変調方式を通知して主信号を送受信する構成例および処理フロー例について説明する。次に、第２実施形態では、トレーニング通信モードを実行してトレーニングによって最適な変調方式を決定した後、通常の通信モードに移行し、当該決定した変調方式を通知して主信号を送受信する構成例および処理フロー例について説明する。

（第１実施形態）
はじめに、第１実施形態における光送受信システムの構成例について、図１を用いて説明する。
図１は、光ファイバ伝送を行う光送受信システム１００を模式的に表したものである。例えば、図１の光送受信システム１００において、送信装置１は、送信する情報を示す主信号を変調して信号光を生成し、その信号光を多重装置３ａに出力する。当該信号光は、多重装置３ａにおいて不図示の他の信号光と多重化され、光ファイバ５を介して、多重装置３ｂに伝達される。なお、多重装置３ａ，３ｂは、例えば、波長多重や時分割多重等を実行する機能を有する。多重装置３ｂは、当該信号光を多重分離によって取り出して、受信装置２に送信する。受信装置２は、不図示の局部発振用レーザを備えてコヒーレント受信を行い、当該信号光から元の主信号を復調する。

（送信装置）
次に、送信装置１の機能例について、図２を用いて説明する。図２に示すように、送信装置１は、２つの直交する偏波（Ｘ偏波、Ｙ偏波）を利用して主信号を並列伝送する機能を有する。
送信装置１は、機能として、主信号変調部１０１ｘ，１０１ｙ、多重化部（多重部）１０２ｘ，１０２ｙ、電気光変換部１０３ｘ，１０３ｙ、偏波多重部（多重部）１０４、制御情報生成部１１１および制御情報変調部１１２を備える。なお、符号にｘを付した場合はＸ偏波の処理機能を表し、符号にｙを付した場合はＹ偏波の処理機能を表している。

主信号変調部１０１ｘは、制御情報生成部１１１から変調方式信号１０を受信し、変調方式信号１０の示す変調方式（マッピング則）によって、Ｘ偏波の主信号（バイナリ系列の情報）を変調し、送信シンボル系列を出力する機能を有する。変調方式としては、例えば、ＢＰＳＫ変調やＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調、ＱＡＭ変調等が挙げられるが、それ以外の変調方式であっても構わない。なお、主信号変調部１０１ｙは、主信号変調部１０１ｘと同様に、Ｙ偏波の主信号を変調し、送信シンボル系列を出力する機能を有する。

制御情報生成部１１１は、予め決められた設定情報（変調方式を識別する情報）を受け付ける。制御情報生成部１１１は、受け付けた設定情報（変調方式を識別する情報）を入力情報として、当該入力情報の信号系列を１ビットごとに差動符号化して差動符号化信号１２を生成し、その生成した差動符号化信号１２を制御情報変調部１１２に出力する機能を有する。また、制御情報生成部１１１は、１つ以上の特定周波数に電力が集中する信号系列を生成し、その生成した信号系列を既定信号１１として制御情報変調部１１２に出力する機能を有する。また、制御情報生成部１１１は、受け付けた設定情報（変調方式を識別する情報）を変調方式信号１０に変換して、変調方式信号１０を主信号変調部１０１ｘ，１０１ｙに出力する機能を有する。

ここで、差動符号化について、説明する。
差動符号化では、ｎ番目（ｎ≧０、ｎは整数）の設定情報をＣ（ｎ）（Ｃ（ｎ）は１か０かの２値）としたとき、ｎ番目の出力（差動符号化信号１２）Ｄ（ｎ）は、次の式（１）に示すように、Ｃ（ｎ）とＤ（ｎ−１）との排他的論理和で表せる。

ただし、Ｄ（−１）＝１である。

次に、特定周波数に電力が集中する信号系列（既定信号１１）について、説明する。
信号系列としては、例えば、ＩＱ平面上で原点に対して点対称となる関係の交番信号を用いることができる。一例として、ＢＰＳＫ信号を生成するためには、−Ｓ，Ｓ，−Ｓ，Ｓ，…，−Ｓ，Ｓのように、２つの信号点を交互に繰り返した交番信号を用いればよい。また、ＱＰＳＫ信号を生成するためには、信号点を（実部，虚部）として表すと、（Ｓ，Ｓ），（−Ｓ，−Ｓ），（Ｓ，Ｓ），（−Ｓ，−Ｓ），…，（Ｓ，Ｓ），（−Ｓ，−Ｓ）または（Ｓ，−Ｓ），（−Ｓ，Ｓ），（Ｓ，−Ｓ），（−Ｓ，Ｓ），…，（Ｓ，−Ｓ），（−Ｓ，Ｓ）のように、２つの信号点を交互に繰り返した交番信号を用いればよい。ここで、Ｓは任意の実数を表す。また、（実部α，虚部β）は、複素数としてα＋ｊβと表すことができる。ただし、ｊは虚数単位である。この交番信号は、２箇所の特定周波数に集中した電力を発生させることができる。

また、−Ｓ，−Ｓ，Ｓ，Ｓ，−Ｓ，−Ｓ，Ｓ，Ｓ，…，−Ｓ，−Ｓ，Ｓ，Ｓのように１つの信号を２回ずつ繰り返した交番信号を用いたり、Ｍ回ずつ（Ｍ＞０の正数）繰り返した交番信号を用いたりしてもよい。このように、複数の繰り返し回数の交番信号を乗算したり、畳み込んだりすることによって、４箇所以上の特定周波数に電力を集中させることができる。また、周期の異なる複数の正弦波を重畳することによって２つ以上の特定周波数に電力が集中する信号を生成することもできる。また、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を用いて特定のサブキャリアにのみ信号を重畳することで特定周波数を有する信号を生成することもできる。さらに、特定周波数帯域信号系列と他の信号系列とを用いて拡散することで、電力が集中する周波数帯域を広げることもできる。

制御情報変調部１１２は、既定信号１１および差動符号化信号１２を受信する。制御情報変調部１１２は、既定信号１１を差動符号化信号１２で変調して、制御信号１３を生成する機能を有する。そして、制御情報変調部１１２は、多重化部１０２ｘに既定信号１１をそのまま出力し、制御信号１３を多重化部１０２ｙに出力する。
ただし、それとは逆に、多重化部１０２ｙには既定信号１１をそのまま出力し、多重化部１０２ｘには制御信号１３を出力するようにしても構わない。

具体的には、既定信号１１が−Ｓ，Ｓ，−Ｓ，Ｓ，…，−Ｓ，Ｓであった場合に、制御情報変調部１１２は、差動符号化信号１２がＤ（ｎ）＝１であったとき、出力として−Ｓ，Ｓ，−Ｓ，Ｓ，…，−Ｓ，Ｓを出力する。また、制御情報変調部１１２は、差動符号化信号１２がＤ（ｎ）＝０であったとき、符号を反転させてＳ，−Ｓ，Ｓ，−Ｓ，…，Ｓ，−Ｓを出力する。なお、Ｄ（ｎ）＝１とＤ（ｎ）＝０とで符号の反転が前記の場合と逆であっても構わない。

多重化部１０２ｘは、主信号変調部１０１ｘの出力信号である送信シンボル系列を受信し、制御情報変調部１１２から既定信号１１を受信し、送信シンボル系列ごとに既定信号１１を挿入して、時分割多重を実行し、信号系列１４ｘを生成する機能を有する。また、多重化部１０２ｙは、主信号変調部１０１ｙの出力信号である送信シンボル系列を受信し、制御情報変調部１１２から制御信号１３を受信し、送信シンボル系列ごとに制御信号１３を挿入して、時分割多重を実行し、信号系列１４ｙを生成する機能を有する。

電気光変換部１０３ｘ（１０３ｙ）は、信号系列１４ｘ（１４ｙ）の電気光変換を行い、光信号１５ｘ（１５ｙ）を偏波多重部１０４に出力する機能を有する。

偏波多重部１０４は、電気光変換部１０３ｘ，１０３ｙそれぞれから出力された光信号１５ｘ，１５ｙを偏波多重し、信号光（時分割多重信号）１６を生成して多重装置３ａ（図１参照）に出力する機能を有する。このとき、前記した差動符号化信号１２がＤ（ｎ）＝０である場合には、一方の偏波から出力された信号内の制御情報は、もう一方の偏波の既定信号の位相を反転させた信号になる。

偏波多重部１０４から出力される信号光１６の送信信号フォーマット１２０は、図３に示すように、Ｎｓ個（Ｎｓ≧１、Ｎｓは正数）の主信号情報（送信シンボル系列）の間にＮｔ個（Ｎｔ≧１、Ｎｔは正数）の制御情報（既定信号１１および制御信号１３）が時分割多重されて形成される。つまり、ある一つの変調方式によって変調された制御情報が、同一の変調方式によって変調された主信号である主信号情報ごとに挿入される。

（受信装置）
次に、受信装置２の機能例について、図４を用いて説明する（適宜、図１〜３参照）。
受信装置２は、偏波分離部２０１、光電気変換部２０２ｘ，２０２ｙ、ＡＤ変換部２０３ｘ，２０３ｙ、主信号復調部２０４ｘ，２０４ｙ、制御情報抽出部２０５ｘ，２０５ｙ、制御情報検出部２０６、差動復号部２０７および制御情報判定部２０８を備える。

偏波分離部２０１は、送信装置１から送出され光ファイバ５および多重装置３ｂを経由してきた信号光（時分割多重信号）１６を受信する。偏波分離部２０１は、受信した信号光１６に対して光領域で偏波分離を行って、２つの直交する偏波（Ｘ偏波、Ｙ偏波）に分離し、偏波それぞれを光電気変換部２０２ｘ，２０２ｙに出力する機能を有する。具体的には、偏波分離部２０１は、例えば、偏波ダイバシティ９０度ハイブリッドカプラおよび局部発振用レーザを備えて偏波分割を実行する。Ｘ偏波は光電気変換部２０２ｘに出力され、Ｙ偏波は光電気変換部２０２ｙに出力される。

光電気変換部２０２ｘは、偏波分離部２０１から受信したＸ偏波を電気のアナログ信号２１ｘに変換し、その電気のアナログ信号２１ｘをＡＤ変換部２０３ｘに出力する機能を有する。具体的には、光電気変換部２０２ｘは、局部発振用レーザを用いて、受信した信号光の光電界を直交する成分に分離し、電気のアナログ信号２１ｘに変換する。光電気変換部２０２ｙは、Ｙ偏波に対して光電気変換部２０２ｘと同様の処理を実行し、偏波分離部２０１から受信したＹ偏波を電気のアナログ信号２１ｙに変換し、その電気のアナログ信号２１ｙをＡＤ変換部２０３ｙに出力する機能を有する。

ＡＤ変換部２０３ｘ（２０３ｙ）は、光電気変換部２０２ｘ（２０２ｙ）から受信した電気のアナログ信号２１ｘ（２１ｙ）をデジタル信号に変換してデジタル受信信号２２ｘ（２２ｙ）を生成し、そのデジタル受信信号２２ｘ（２２ｙ）を、主信号復調部２０４ｘ（２０４ｙ）、制御情報抽出部２０５ｘ（２０５ｙ）および制御情報検出部２０６に出力する機能を有する。

主信号復調部２０４ｘ（２０４ｙ）は、Ｘ偏波（Ｙ偏波）のデジタル受信信号２２ｘ（２２ｙ）中の主信号を、制御情報判定部２０８から出力される変調方式信号２４の示す変調方式に基づいて、デマッピング規則に従って復調する機能を有する。

制御情報検出部２０６は、ＡＤ変換部２０３ｘ，２０３ｙの出力信号であるデジタル受信信号（時分割多重信号）２２ｘ，２２ｙを受信し、そのデジタル受信信号２２ｘ，２２ｙ中から、特定周波数に基づいて制御情報（図３参照；既定信号１１および制御信号１３）の位置を検出し、その検出した位置をタイミング情報２３として制御情報抽出部２０５ｘ，２０５ｙに出力する機能を有する。

制御情報の位置を検出する方法としては、例えば、デジタル受信信号２２ｘ，２２ｙの中で特定周波数の信号電力を演算し、算出した信号電力が所定の閾値を超えたときの位置、または所定の閾値を超えた信号電力の中で最大の位置を、制御情報の挿入位置として検出する方法がある。つまり、制御情報検出部２０６は、特定周波数に基づいて、各偏波のデジタル受信信号２２ｘ，２２ｙの中から、特定周波数に電力が集中する信号系列の位置を特定する。

制御情報抽出部（変調方式信号復調部）２０５ｘ（２０５ｙ）は、制御情報検出部２０６から受信したタイミング情報２３に基づいて、デジタル受信信号２２ｘ（２２ｙ）の中から、制御情報が含まれる区間を抽出して、その抽出した区間の信号を差動復号部２０７に出力する機能を有する。

差動復号部２０７は、制御情報抽出部２０５ｘ，２０５ｙの出力信号を用いて、差動復号処理を実行し、差動復号信号を生成する機能を有する。ｎ番目のフレームにおける制御情報抽出部２０５ｘ，２０５ｙの出力信号それぞれをＲｘ（ｎ，ｋ）、Ｒｙ（ｎ，ｋ）とすると、差動復号信号Ｚ（ｎ）は次式（２）で表される。

ただし、＊は複素共役を示す。また、Ｋはバッファ部２１１ｘ，２１１ｙに記憶されたデジタル受信信号の長さを表し、Ｋ＞ｋ≧０である。

制御情報判定部（変調方式信号復調部）２０８は、差動復号部２０７から出力される差動復号信号を受信し、その差動復号信号を復調して、変調方式を識別する変調方式信号２４を生成する機能を有する。ここで、ｎ番目のフレームにおける差動復号信号をＺ（ｎ）とすると、判定結果Ｐ（ｎ）は、次式（３）で表される。

ただし、Ｐ_ｔｈ（＞０）は判定閾値である。

上記の復調方法は変調方式に依存しない。そのため、送信装置１から送信される信号光１６の主信号の変調方式が受信装置２において識別できていないような通信環境下においても、設定情報（変調方式を識別する情報）の送受信が可能となる。

次に、第１実施形態における通常の通信モードの処理フロー例について、図５を用いて説明する（適宜、図２、図３参照）。通常の通信モードとは、送信装置１が、設定情報として、１つの変調方式を識別する情報を受け付けて、主信号を送信するケースである。なお、図５に示すステップＳ５０１〜Ｓ５０４の処理は、送信装置１における処理である。また、ステップＳ５０５〜Ｓ５０８の処理は、受信装置２における処理である。

ステップＳ５０１では、制御情報生成部１１１は、設定情報（変調方式を識別する情報）を受け付ける。変調方式は、システム導入前に前もって決定される。例えば、光スペクトルアナライザを用いて変調前の信号光波長のＳＮ比（Signal to Noise Ratio）を測定し、測定したＳＮ比、伝送路の距離やコスト等を勘案して、変調方式が決定される。また、設定情報は、例えば、オペレーションシステムから入力されてもよいし、送信装置１内のディップスイッチ等を用いてハード的に直接設定されてもよい。

ステップＳ５０２では、主信号変調部１０１ｘ，１０１ｙは、制御情報生成部１１１から変調方式信号１０を受信し、その変調方式信号１０の示す変調方式（マッピング則）によって、主信号を変調する。変調方式信号１０は、例えば４種類の変調方式の中から選択する場合、２ｂｉｔの情報で表されればよい。例えば、ＢＰＳＫには「００」、ＱＰＳＫには「０１」、８ＱＡＭには「１０」、１６ＱＡＭには「１１」というように、予め決めておけばよい。

ステップＳ５０３では、制御情報変調部１１２は、前記既定信号１１を前記差動符号化信号１２によって変調して前記制御信号１３を生成し、変調方式を識別する情報である制御情報（既定信号１１および制御信号１３）を生成する。

ステップＳ５０４では、多重化部１０２ｘ，１０２ｙは、図３に示すように、制御情報と主信号とを多重化（時分割多重）する。そして、偏波多重部１０４は、多重化した信号（信号光１６；時分割多重信号）を受信装置２へ送信する。

ステップＳ５０５では、受信装置２は、光ファイバ５を経由した多重化した信号（信号光１６、時分割多重信号）を受信する。そして、制御情報抽出部２０５ｘ，２０５ｙは、当該多重化した信号を光電変換およびＡＤ変換した後のデジタル受信信号２２ｘ，２２ｙから制御情報を抽出する。

ステップＳ５０６では、制御情報判定部２０８は、抽出した制御情報から変調方式信号２４を取得する。

ステップＳ５０７では、主信号復調部２０４ｘ，２０４ｙは、取得した変調方式信号２４の示す変調方式（マッピング則）に基づいて、デジタル受信信号２２ｘ，２２ｙ中の主信号を復調する。

ステップＳ５０８では、受信装置２は、変調方式を識別する情報および主信号を受信する。

以上、第１実施形態では、変調方式が予め決まっている場合に、送信装置１は、その変調方式を示す制御情報と主信号情報とを時分割多重して信号光（時分割多重信号）１６を生成し、当該信号光１６を受信装置２に送信する。受信装置２は、送信装置１から送信されてきた信号光（時分割多重信号）１６を受信する。受信装置２は、時分割多重信号から制御情報を抽出して、抽出した制御情報から変調方式を取得する。そして、受信装置２は、取得した変調方式に基づいて、受信した時分割多重信号中の主信号を復調する。つまり、第１実施形態では、光送受信システム１００は、変調方式を識別する情報を主信号と時分割多重することによって、主信号を劣化させることがなく、変調方式を識別する情報を、主信号とは別に受信側に確実に送信することができるので、最適な変調方式によって主信号を送受信することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、送信装置と受信装置との間でトレーニング通信モードを実行してトレーニング通信によって最適な変調方式を決定する点が、第１実施形態と異なっている。そして、最適な変調方式を決定した後は、第１実施形態と同様の通常の通信モードに移行する。

第２実施形態における光送受信システムの構成について、図６を用いて説明する。第２実施形態では、図６に示すように、光送受信システム１００ａは、送信側に送信装置１と受信装置２ａとを備え、受信側にも送信装置１と受信装置２ａとを備える。送信側とは、トレーニング通信を行うとき、トレーニング信号を送信する側を意味し、受信側とは、トレーニング信号を受信し、その受信結果を送信側へ返信する側を意味している。

送信側および受信側の送信装置１は、第１実施形態の送信装置１と同様の機能を有している。また、受信側の受信装置２ａは、制御情報検出部２０６ａおよび制御情報判定部（変調方式信号復調部）２０８ａの機能が、第１実施形態の制御情報検出部２０６および制御情報判定部２０８の機能と異なっている。したがって、主として、トレーニング通信の概要と、制御情報検出部２０６ａおよび制御情報判定部２０８ａの機能について、図６を用いて説明する。また、図７には、受信装置２ａの機能を表しており、第１実施形態の受信装置２の機能と同じ機能には同じ符号を付している。しかし、図７についての説明は、図６の説明と重複するため、省略する。

図６に示すように、トレーニング通信では、まず、送信側の送信装置１の制御情報生成部１１１は、複数の変調方式を識別する情報を受け付ける。そして、送信側の送信装置１は、第１実施形態で説明したのと同様に信号光（トレーニング通信モードにおける時分割多重信号）１６を生成し、その生成した信号光１６を受信側の受信装置２ａに送信する。

ここで、トレーニング通信モードにおける時分割多重信号の一例について、図８を用いて説明する。
トレーニング通信モードにおける時分割多重信号１２１は、まず、第１変調方式の制御情報と第１変調方式の送信信号情報とが格納される。次に、第２変調方式の制御情報と第２変調方式の送信信号情報とが格納される。そして、最後に、第Ｎ変調方式の制御情報と第Ｎ変調方式の送信信号情報とが格納される。
なお、図８では、各変調方式について１回分のデータ（制御情報および送信信号情報の組）しか送信しないように示したが、変調方式ごとに複数回連続して格納するようにしても構わない。

図６に戻って、受信側の受信装置２ａの制御情報検出部２０６ａは、第１実施形態で説明した制御情報検出部２０６の機能に加えて、制御情報の特定周波数の強度を取得してＳＮ比（通信品質）を算出し、算出したＳＮ比を示すＳＮ比情報６２を制御情報判定部２０８ａに送信する機能を有する。

また、受信側の受信装置２ａの制御情報判定部（変調方式信号復調部）２０８ａは、第１実施形態で説明した制御情報判定部２０８の機能に加えて、制御情報検出部２０６ａから受信したＳＮ比情報６２を変調方式と関連付けて記憶し、最適なＳＮ比を実現する変調方式を決定する機能を有する。ここで、「最適なＳＮ比」は、必ずしも最大のＳＮ比を意味しているのではなく、受信したＳＮ比、伝送路の距離やコスト等を勘案して決定される。また、受信側の制御情報判定部２０８ａは、決定した変調方式を識別する情報（設定情報）６１を、受信側の送信装置１に出力する機能を有する。

つまり、受信側の受信装置２ａは、制御情報の特定周波数の強度に基づいてＳＮ比を算出し、算出したＳＮ比を示すＳＮ比情報（通信品質）６２と変調方式と関連付けて、最適なＳＮ比を実現する変調方式を決定する。そして、受信側の受信装置２ａは、決定した変調方式を識別する情報（設定情報）６１を、受信側の送信装置１に出力する。

受信側の送信装置１の制御情報生成部１１１は、決定した変調方式を識別する情報６１を設定情報（図２参照）として受け付ける。そして、受信側の送信装置１は、送信信号（図２に示す主信号に相当）を当該決定した変調方式に基づいて変調した信号光１６を生成し、送信側の受信装置２ａに送信する。

送信側の受信装置２ａは、信号光１６を受信する。そして、送信側の受信装置２ａの制御情報検出部２０６ａは、制御情報の特定周波数の強度を取得してＳＮ比（通信品質）を算出し、算出したＳＮ比を示すＳＮ比情報６２を制御情報判定部２０８ａに送信する。送信側の制御情報判定部２０８ａは、ＳＮ比情報６２を受信し、受信したＳＮ比（通信品質）と所定の閾値とを比較して、受信したＳＮ比が所定の閾値以上の場合、当該決定した変調方式を識別する情報６１を設定情報（図２参照）として、送信側の送信装置１の制御情報生成部１１１に送信する。

送信側の送信装置１は、当該決定した変調方式を識別する情報６１を設定情報として受け付けた場合、トレーニング通信を終了し、設定情報によって示された変調方式に基づいて、第１実施形態で説明した通常の通信モードに移行する。

なお、受信したＳＮ比（通信品質）が所定の閾値未満となった場合、送信側の受信装置２ａの制御情報判定部２０８ａは、トレーニング通信を開始するために、複数の変調方式の情報を設定情報（図２参照）として、送信側の送信装置１の制御情報生成部１１１に送信する。

以上の説明では、制御情報検出部２０６ａが、制御情報の特定周波数の強度を取得してＳＮ比を算出するように説明したが、当該強度そのものや誤り率等をＳＮ比の代わりに用いるようにしても構わない。

また、送信側の受信装置２ａが、送信側の送信装置１に設定情報（図２参照）を直接出力するように説明したが、ＳＮ比と所定の閾値との比較結果をオペレーションシステムに通知するようにしても構わない。そして、オペレーションシステムが設定情報を送信側の送信装置１に出力するようにしても構わない。

次に、第２実施形態における光送受信システム１００ａの処理フロー例について、図９を用いて説明する。
ステップＳ９０１では、まず、光送受信システム１００ａは、トレーニング通信を行って、最適な変調方式を決定するトレーニング通信モードを実行する。
ステップＳ９０２では、光送受信システム１００ａは、トレーニング通信モードにおいて決定された最適な変調方式を用いた通常の通信モードを実行する。
ステップＳ９０３では、光送受信システム１００ａは、通信品質（例えば、ＳＮ比）が所定の閾値未満か否かを判定する。
通信品質が所定の閾値未満であると判定した場合（ステップＳ９０３でＹｅｓ）、処理はステップＳ９０１へ戻り、通信品質が所定の閾値以上であると判定した場合（ステップＳ９０３でＮｏ）、処理はステップＳ９０２を継続する。

次に、トレーニング通信モード（図９のステップＳ９０１の処理）における処理フロー例について、図１０を用いて説明する（適宜、図６参照）。

ステップＳ１００１では、送信側の送信装置１の制御情報生成部１１１は、設定情報（第ｎ変調方式）を受け付ける。ただし、ｎは１≦ｎ≦Ｎである。すなわち、ステップＳ１００１〜Ｓ１００７までの処理は、第１変調方式から第Ｎ変調方式まで繰り返す。

ステップＳ１００２では、送信側の送信装置１の主信号変調部１０１ｘ，１０１ｙは、第ｎ変調方式で送信信号を変調する。なお、送信信号は、主信号とは別のトレーニング信号であっても構わない。

ステップＳ１００３では、送信側の送信装置１の制御情報生成部１１１は、１つ以上の特定周波数に電力が集中する信号系列を示す既定信号１１および第ｎ変調方式を示す（識別する）制御信号１３を生成する。

ステップＳ１００４では、送信側の送信装置１の多重化部１０２ｘ，１０２ｙは、制御情報（既定信号１１または制御信号１３）と変調された送信信号（送信信号情報）とを時分割多重し、時分割多重信号を生成する。そして、送信側の送信装置１は、生成した時分割多重信号を電気光変換および偏波多重して信号光１６を生成し、その信号光１６を受信側の受信装置２ａに送信する。

ステップＳ１００５では、受信側の受信装置２ａの制御情報検出部２０６ａは、受信した信号光１６を光電気変換およびＡＤ変換した後のデジタル受信信号２２ｘ，２２ｙから、制御情報の位置を検出する。

ステップＳ１００６では、受信側の受信装置２ａの制御情報検出部２０６ａは、制御情報の通信品質（例えば、ＳＮ比）を取得し、取得した通信品質の情報を制御情報判定部２０８ａに送信する。

ステップＳ１００７では、受信側の受信装置２ａの制御情報判定部２０８ａは、制御情報から第ｎ変調方式を識別する変調方式信号２４を取得する。また、制御情報判定部２０８ａは、受信した通信品質の情報を第ｎ変調方式と関連付けて記憶する。

ステップＳ１００８では、受信側の受信装置２ａの制御情報判定部２０８ａは、受信した第１変調方式から第Ｎ変調方式までの中から、通信品質が最適となる変調方式を決定する。

ステップＳ１００９では、受信側の受信装置２ａの制御情報判定部２０８ａは、決定した変調方式について変調方式を識別する情報６１を、受信側の送信装置１の制御情報生成部１１１に設定情報として送信する。

なお、ステップＳ１００９の処理以降では、受信側の送信装置１は、通常の通信モードで信号光１６を生成し、その信号光１６を送信側の受信装置２ａに送信する。

送信側の受信装置２ａは、信号光１６を受信する。そして、送信側の受信装置２ａの制御情報検出部２０６ａは、制御情報の特定周波数の強度を取得してＳＮ比（通信品質）を算出し、算出したＳＮ比を示すＳＮ比情報６２を制御情報判定部２０８ａに送信する。送信側の制御情報判定部２０８ａは、ＳＮ比情報６２を受信し、受信したＳＮ比（通信品質）と所定の閾値とを比較して、受信したＳＮ比が所定の閾値以上の場合、当該決定した変調方式を識別する情報６１を設定情報（図２参照）として、送信側の送信装置１の制御情報生成部１１１に送信する。

そして、第２実施形態の光送受信システム１００ａは、第１実施形態で説明した通常の通信モードに移行する。

以上、第２実施形態では、トレーニング通信モードにおいて、送信側の送信装置１は、複数の変調方式によって変調された時分割多重信号を受信側の受信装置２ａに送信する。時分割多重信号は、変調方式ごとに、変調方式を示す制御情報と送信信号を変調した送信信号情報と時分割多重して形成される。受信側の受信装置２ａは、受信した時分割多重信号の制御情報の通信品質に基づいて、最適な変調方式を決定する。そして、受信側の送信装置１は、決定した変調方式によって変調された時分割多重信号を送信側の受信装置２ａに送信する。送信側の受信装置２ａは、受信した時分割多重信号の制御情報から変調方式を取得し、制御情報の通信品質に基づいて、通常の通信モードを実行するか、トレーニング通信モードを実行するかを判定する。したがって、第２実施形態の光送受信システム１００ａは、主信号を劣化させることなく、最適な変調方式を選択することができる。また、第２実施形態の光送受信システム１００ａは、運用中の経路変動等による伝送路パラメータ変化に対しても、最適な変調方式によって主信号を送受信することができる。

なお、制御情報生成部１１１は、差動符号化して差動符号化信号１２を生成するように説明したが、必ずしもそのような構成である必要はない。その場合には、制御情報生成部１１１は、差動符号化信号１２の代わりに、変調方式信号１０を出力するようにしても構わない。また、制御情報生成部１１１において、差動符号化を行わないことに対応して、受信装置２，２ａの差動復号部２０７（図４、図７参照）は不要となる。

１ 送信装置
２，２ａ 受信装置
３ａ，３ｂ 多重装置
５ 光ファイバ
１６ 信号光（時分割多重信号）（第１の時分割多重信号）
６２ ＳＮ比情報（通信品質）
１００，１００ａ 光送受信システム
１０１ｘ，１０１ｙ 主信号変調部
１０２ｘ，１０２ｙ 多重化部（多重部）
１０３ｘ，１０３ｙ 電気光変換部
１０４ 偏波多重部（多重部）
１１１ 制御情報生成部
１１２ 制御情報変調部
１２０，１２１ 時分割多重信号
２０１ 偏波分離部
２０２ｘ，２０２ｙ 光電気変換部
２０３ｘ，２０３ｙ ＡＤ変換部
２０４ｘ，２０４ｙ 主信号復調部
２０５ｘ，２０５ｙ 制御情報抽出部（変調方式信号復調部）
２０６，２０６ａ 制御情報検出部
２０７ 差動復号部
２０８，２０８ａ 制御情報判定部（変調方式信号復調部）

Claims (5)

1. １つの変調方式を識別する情報を受け付けて、前記変調方式を識別する変調方式信号と、１つ以上の特定周波数に電力が集中する信号系列である既定信号とを生成する制御情報生成部、
   前記既定信号を前記変調方式信号によって変調して制御信号を生成する制御情報変調部、
   前記変調方式信号の示す変調方式に基づいて、２つの直交する第１の偏波および第２の偏波の主信号を変調する主信号変調部、
   前記主信号変調部によって生成された前記第１の偏波の主信号の送信シンボル系列の所定数の間に前記制御情報生成部によって生成された所定数の前記既定信号を挿入することによって時分割多重して第１の信号系列を生成し、前記主信号変調部によって生成された前記第２の偏波の主信号の送信シンボル系列の所定数の間に前記制御情報変調部によって生成された所定数の前記制御信号を挿入することによって時分割多重して第２の信号系列を生成し、前記第１の信号系列および前記第２の信号系列を偏波多重して時分割多重信号を生成し、前記時分割多重信号を送信する多重部、
   を有する送信装置と、
   前記送信装置より受信した前記時分割多重信号から、前記特定周波数に基づいて前記既定信号および前記制御信号の位置を検出する制御情報検出部、
   前記制御情報検出部によって検出された位置に基づいて、前記時分割多重信号から前記既定信号および前記制御信号を抽出し、前記抽出した既定信号および制御信号に基づいて、前記変調方式信号を復調する変調方式信号復調部、
   前記復調した変調方式信号の示す変調方式に基づいて前記時分割多重信号中の主信号を復調する主信号復調部、
   を有する受信装置と、
   を備えることを特徴とする光送受信システム。
2. 複数の変調方式を識別する情報を受け付けて、各前記変調方式を識別する変調方式信号と、１つ以上の特定周波数に電力が集中する信号系列である既定信号とを生成する制御情報生成部、
   前記既定信号を前記変調方式信号によって変調して各前記変調方式の制御信号を生成する制御情報変調部、
   前記変調方式信号それぞれの示す変調方式ごとに、２つの直交する第１の偏波および第２の偏波の主信号を変調する主信号変調部、
   前記変調方式ごとに、前記制御情報生成部によって生成された前記既定信号と前記主信号変調部によって生成された前記第１の偏波の主信号の送信シンボル系列との組を生成し、前記複数の変調方式全ての前記組を連結することによって時分割多重して第１の信号系列を生成し、前記変調方式ごとに、前記制御情報変調部によって生成された前記制御信号と前記主信号変調部によって生成された前記第２の偏波の主信号の送信シンボル系列との組を生成し、前記複数の変調方式全ての当該組を連結することによって時分割多重して第２の信号系列を生成し、前記第１の信号系列および前記第２の信号系列を偏波多重して時分割多重信号を生成し、前記時分割多重信号を送信する多重部、
   を有する送信装置と、
   前記送信装置より受信した前記時分割多重信号から、前記特定周波数に基づいて前記既定信号および前記制御信号の位置を検出し、前記特定周波数の強度に基づいて通信品質を取得する制御情報検出部、
   前記制御情報検出部によって検出された位置に基づいて、前記時分割多重信号から前記既定信号および前記各変調方式の制御信号を抽出し、前記抽出した既定信号および各変調方式の制御信号に基づいて、前記各変調方式信号を復調するとともに、前記通信品質に基づいて複数の前記復調した変調方式信号中から最適な変調方式信号を決定する変調方式信号復調部、
   前記決定した変調方式信号の示す変調方式に基づいて前記時分割多重信号中の主信号を復調する主信号復調部、
   を有する受信装置と、
   を備えることを特徴とする光送受信システム。
3. 前記受信装置の変調方式信号復調部によって決定された変調方式信号の示す第１の変調方式を識別する情報を受け付けて、前記第１の変調方式を識別する第１の変調方式信号と、１つ以上の特定周波数に電力が集中する信号系列である既定信号とを生成する第１の制御情報生成部、
   前記既定信号を前記第１の変調方式信号によって変調して第１の制御信号を生成する第１の制御情報変調部、
   前記第１の変調方式信号の示す変調方式に基づいて送信信号を変調する第１の主信号変調部、
   前記変調した送信信号と前記既定信号および前記第１の制御信号とを時分割多重して第１の時分割多重信号を生成し、前記第１の時分割多重信号を送信する第１の多重部、
   を有する第１の送信装置と、
   前記第１の送信装置より受信した前記第１の時分割多重信号から、前記特定周波数に基づいて前記既定信号および前記第１の制御信号の位置を検出する第１の制御情報検出部、
   前記第１の制御情報検出部によって検出された位置に基づいて、前記第１の時分割多重信号から前記既定信号および前記第１の制御信号を抽出し、前記抽出した既定信号および第１の制御信号に基づいて、前記第１の変調方式信号を復調する第１の変調方式信号復調部、
   前記復調した第１の変調方式信号の示す変調方式に基づいて前記第１の時分割多重信号中の送信信号を復調する第１の主信号復調部、
   を有する第１の受信装置と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の光送受信システム。
4. 前記第１の制御情報検出部は、前記特定周波数の強度に基づいて通信品質を取得し、
   前記第１の変調方式信号復調部は、当該取得した通信品質に基づいて、前記送信装置に１つの変調方式を識別する情報を送信すること、前記送信装置に複数の変調方式を識別する情報を送信すること、のいずれかを決定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の光送受信システム。
5. 送信装置と受信装置とで構成される光送受信システムの光送受信方法であって、
   前記送信装置は、
   複数の変調方式を識別する情報を受け付けて、各前記変調方式を識別する変調方式信号と、１つ以上の特定周波数に電力が集中する信号系列である既定信号とを生成する制御情報生成ステップ、
   前記既定信号を前記変調方式信号によって変調して各前記変調方式の制御信号を生成する制御情報変調ステップ、
   前記変調方式信号それぞれの示す変調方式ごとに、２つの直交する第１の偏波および第２の偏波の主信号を変調する主信号変調ステップ、
   前記変調方式ごとに、前記制御情報生成ステップで生成された前記既定信号と前記主信号変調ステップで生成された前記第１の偏波の主信号の送信シンボル系列との組を生成し、前記複数の変調方式全ての前記組を連結することによって時分割多重して第１の信号系列を生成し、前記変調方式ごとに、前記制御情報変調ステップで生成された前記制御信号と前記主信号変調ステップで生成された前記第２の偏波の主信号の送信シンボル系列との組を生成し、前記複数の変調方式全ての当該組を連結することによって時分割多重して第２の信号系列を生成し、前記第１の信号系列および前記第２の信号系列を偏波多重して時分割多重信号を生成し、前記時分割多重信号を送信する多重ステップ、
   を実行し、
   前記受信装置は、
   前記送信装置より受信した前記時分割多重信号から、前記特定周波数に基づいて前記既定信号および前記制御信号の位置を検出し、前記特定周波数の強度に基づいて通信品質を取得する制御情報検出ステップ、
   前記制御情報検出ステップにおいて検出された位置に基づいて、前記時分割多重信号から前記既定信号および前記各変調方式の制御信号を抽出し、前記抽出した既定信号および各変調方式の制御信号に基づいて、前記各変調方式信号を復調するとともに、前記通信品質に基づいて複数の前記復調した変調方式信号中から最適な変調方式信号を決定する変調方式信号復調ステップ、
   前記決定した変調方式信号の示す変調方式に基づいて前記時分割多重信号中の主信号を復調する主信号復調ステップ、
   を実行する
   ことを特徴とする光送受信方法。

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