JP5839108B2 - 光送信装置および光送信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、マルチキャリア信号を送信する装置および方法に係わる。
光伝送システムにおいて、複数のレーンを介して伝送される信号を多重化し、多重化信号を1本のレーンを介して送信する装置が実用化されている。例えば、図1に示すネットワークにおいて、ノード装置100は、複数のクライアントC1〜C4から送信されるクライアント信号を多重化し、多重化信号をメトロ系ネットワークへ送信する。
長距離幹線系においては、光転送網(OTN:Optical Transport Network)で実施される並列伝送技術(MLD:Multi-Lane Distribution)が知られている。この並列伝送技術では、パラレル信号間のスキューが調整され、シリアル伝送信号が生成される。しかし、アクセス系ネットワークおよび/またはメトロ系ネットワークでは、OTNの並列伝送技術よりも簡易な構成が要求されることがある。
図2は、従来の光トランシーバの一例を示す。図2に示す光トランシーバは、10本の10Gbpsデータ信号を多重化することで得られる100Gbps光信号を送信する。また、この光トランシーバは、受信した100Gbps光信号から10本の10Gbpsデータ信号を再生する。各10Gbpsデータ信号は、例えば、10GbE信号である。また、100Gbps光信号は、例えば、100GbE信号である。
ギアボックスは、電気領域において、伝送速度および伝送レーン数を変換する。たとえば、ギアボックス201は、10本の入力レーンを4本の中間レーンに変換する。このとき、各入力レーンは、10Gbpsデータ信号を伝送し、各中間レーンは、25Gbps信号を伝送する。各送信器Txは、対応する中間レーンの信号を光信号に変換する。各送信器Txにより生成される光信号の波長(λ1〜λ4)は、互いに異なっている。そして、光合波器は、複数の光信号を多重化して100Gbps光信号を生成する。100Gbps光信号は、WDM光信号である。光分波器は、100Gbps光信号を波長ごとに分離する。各受信器Rxは、光分波器により得られる対応する光信号を電気信号に変換する。各電気信号は、中間レーンを介してギアボックス202に導かれる。そして、ギアボックス202は、4本の中間レーンを10本の出力レーンに変換する。これにより、10Gbpsデータ信号がそれぞれクライアントへ送信される。
図3は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)ベース強度変調方式を利用する光伝送システムの構成の一例を示す。この光伝送システムの送信器においては、ユーザデータは、変調器(マッパ)、逆フーリエ変換器(IFFT)、シリアライザ、D/A変換器によりOFDM信号に変換される。このOFDM信号で光源を駆動することにより、光OFDM信号が生成される。光OFDM信号は、光ファイバを介して伝送される。受信器において、光OFDM信号は、電気信号に変換される。そして、A/D変換器、デシリアライザ、フーリエ変換器(FFT)、復調器(デマッパ)によって、電気信号からユーザデータが再生される。なお、OFDMにおいては、データは、複数のサブキャリアを利用して伝送される。
光OFDMに係わる技術は、例えば、非特許文献1に記載されている。また、非特許文献2には、関連する技術が記載されている。さらに、特許文献1には、転送部、フレーム生成部、多重伝送部を有するフレーム転送装置が記載されている。転送部は、複数のレーンを用いてクライアント信号を並列転送する。フレーム生成部は、複数のレーンそれぞれに設けられ、転送部からのクライアンント信号にマルチレーンディストリビューション終端処理を行わずに、各レーンのビットレートに対応した収容フレームにクライアント信号を収容する。多重伝送部は、フレーム生成部において生成された複数フレームを多重化して伝送する。
特開2010−213184号公報
複数のレーンを介して伝送される複数の伝送信号を多重化して光信号を生成する場合、図2に示す従来技術においては、伝送速度および伝送レーン数を変換するギアボックスが使用される。ところが、ギアボックスは、消費電力が大きい。また、ギアボックスは、回路サイズも大きい。
図3に示す光OFDMを利用する場合、複数のレーンを介して伝送される複数の伝送信号を多重化して光信号を生成するためには、ギアボックスを用いて複数の伝送信号をシリアルデータ信号に変換した後に、そのシリアルデータ信号をOFDMモデムに入力する必要がある。したがって、この場合も、ギアボックスが必要となるので、消費電力および/または回路サイズの問題は解決されない。
本発明の課題は、複数のレーンを介して伝送される複数の伝送信号を多重化して光信号を生成する光送信装置の消費電力を抑制することである。
本発明の1つの態様の光送信装置は、複数のレーンを介して伝送される複数の伝送信号をマルチキャリア信号に変換して送信する。この光送信装置は、各レーンの伝送信号のビットレートおよび各サブキャリアの可能伝送容量に基づいて、各レーンに対するサブキャリアの割当てを表す割当て情報を生成するコントローラと、前記コントローラにより生成される割当て情報に従って、前記複数の伝送信号をマルチキャリア信号に変換する信号処理部と、を有する。
上述の態様によれば、複数のレーンを介して伝送される複数の伝送信号を多重化して光信号を生成する光送信装置の消費電力が抑制される。
光ネットワークの一例を示す図である。 従来の光トランシーバの一例を示す図である。 OFDMベース強度変調方式を利用する光伝送システムの構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態の光送信装置の構成を示す図である。 サブキャリアの割当てについて説明する図である。 伝送特性とサブキャリアの特性について説明する図である。 サブキャリアの可能伝送容量について説明する図である。 サブキャリアの割当て方法の概要を示すフローチャートである。 各レーンに対してサブキャリアを割り当てる方法の一例を示すフローチャートである。 割当て情報の一例を示す図である。 変調器の動作を説明する図である。 第1の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。 第2の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。 ルックアップテーブルの一例を示す図である。 第3の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。 第4の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。 第5の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。 第6の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。 チャープ係数αに対する各サブキャリアの可能伝送容量について示す図である。 チャープの変化に対する可能伝送容量の変化を示す図である。
図4は、本発明の実施形態の光送信装置の構成を示す。実施形態の光送信装置1は、複数のレーンを介して受信する複数の伝送信号を複数のサブキャリアを利用して送信することができる。
伝送信号は、特に限定されるものではなく、例えば、ビットストリームであってもよいし、フレームであってもよい。以下の記載では、各レーンを介して伝送される信号を、データ信号と呼ぶことにする。
実施形態の光送信装置1は、図4に示すように、デジタル信号処理部11、コントローラ15、D/A変換器(DAC:Digital-to-Analog Converter)16、光源(DFB−LD:Distributed Feed-Back Laser Diode)17を有する。また、光送信装置1には、図4に示す例では、複数のレーン1〜Mが接続されている。「レーン」は、信号を伝送する物理的な伝送媒体によって実現されている。この例では、レーン1〜Mは、それぞれ電気信号を伝送する。各レーン1〜Mを介して伝送されるデータ信号のビットレートは、互いに同じであってもよいし、互いに同じでなくてもよい。一例としては、各レーン1〜Mのビットレートは、10Gbpsである。この場合、各レーン1〜Mのトラフィックは、例えば、10GbE信号である。
デジタル信号処理部11は、複数の変調器(Mod)12−1〜12−M、複数の逆フーリエ変換器(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)13−1〜13−M、合成器14を有する。変調器12−1〜12−Mは、レーン1〜Mに対応してそれぞれ設けられる。複数の逆フーリエ変換器13−1〜13−Mは、変調器12−1〜12−Mに対してそれぞれ設けられる。
デジタル信号処理部11は、複数のサブキャリアを利用してデータを送信することができる。すなわち、デジタル信号処理部11は、マルチキャリア信号を利用してデータを送信することができる。図5に示す例では、デジタル信号処理部11は、サブキャリア1〜Nを利用してデータを伝送できる。Nは、特に限定されるものではないが、例えば、数十〜数千である。以下の説明では、N=1024である場合の例を示すことがある。また、サブキャリア1〜Nは、互いに直交していることが好ましい。
なお、この明細書では、サブキャリア1〜Nは、図5に示すように、周波数軸上で順番に配置されているものとする。すなわち、サブキャリア番号が小さいサブキャリアの周波数は低く、サブキャリア番号が大きいサブキャリアの周波数は高い。
サブキャリア1〜Nは、M個のブロックに分割されてレーン1〜Mに割り当てられる。例えば、第1ブロックに属するサブキャリアは、レーン1に割り当てられ、第Mブロックに属するサブキャリアは、レーンMに割り当てられる。このとき、サブキャリアの割当ては、後で詳しく説明するが、各レーンのデータ信号のビットレートおよび各サブキャリアの可能伝送容量に基づいて決定される。なお、図5に示す例では、すべてのサブキャリア1〜Nがいずれかのレーンに割り当てられているが、光送信装置1は、必ずしもすべてのサブキャリア1〜Nを使用する必要はない。
各変調器12−1〜12−Mは、対応するレーンのデータ信号で、対応するレーンに対して割り当てられているサブキャリアを変調する。すなわち、各変調器12−1〜12−Mは、対応するレーンのデータ信号からサブキャリア変調信号を生成する。ここで、各レーンには、それぞれ複数のサブキャリアが割り当てられる。したがって、各変調器12−1〜12−Mは、対応するレーンのデータ信号から複数のサブキャリア変調信号を生成する。
各逆フーリエ変換器13−1〜13−Mは、対応する変調器12−1〜12−Mによって生成される複数のサブキャリア変調信号を時間領域信号に変換する。このとき、各逆フーリエ変換器13−1〜13−Mは、対応する変調器12−1〜12−Mによって生成される複数のサブキャリア変調信号に対して逆フーリエ変換を行うことにより、時間領域信号を生成する。なお、各逆フーリエ変換器13−1〜13−Mは、逆フーリエ変換により得られる複数の出力信号をシリアル信号に変換するシリアライザを含むようにしてもよい。
例えば、レーン1に対して100個のサブキャリアが割り当てられている場合には、変調器12−1は、100個のサブキャリア変調信号を生成する。そして、逆フーリエ変換器13−1は、変調器12−1により得られる100個のサブキャリア変調信号から時間領域信号を生成する。
合成器14は、逆フーリエ変換器13−1〜13−Mにより生成される複数の時間領域信号を合成してマルチキャリア信号を生成する。複数の時間領域信号の合成は、例えば、複数の時間領域信号を足し合わせる(或いは、総和を計算する)ことにより実現される。
なお、1つの実施例において、デジタル信号処理部11は、プロセッサおよびメモリを含む。この場合、デジタル信号処理部11は、与えられたプログラムを実行することで、変調器12−1〜12−M、逆フーリエ変換器13−1〜13−M、合成器14の機能を提供する。また、デジタル信号処理部11は、ハードウェア回路を含んでもよい。すなわち、デジタル信号処理部11は、ソフトウェアおよびハードウェアを利用して実現してもよい。
D/A変換器16は、デジタル信号処理部11により生成されるマルチキャリア信号をアナログ信号に変換する。光源17は、D/A変換器16により得られるアナログマルチキャリア信号によって駆動される。この結果、複数のレーンを介して受信する複数のデータ信号を伝送するマルチキャリア光信号が生成される。このマルチキャリア光信号は、光伝送路21を介して伝送される。光伝送路21は、光ファイバである。また、光伝送路21には、1または複数の光中継器または光増幅器を設けてもよい。なお、光源17は、DFB−LDに限定されるものではない。
光受信装置22は、光送信装置1から送信されるマルチキャリア光信号を光伝送路21を介して受信する。光受信装置22は、受信したマルチキャリア光信号に対してフーリエ変換を行い、各サブキャリア変調信号を再生する。そして、光受信装置22は、各サブキャリア変調信号を復調してデータ信号を再生する。
コントローラ15は、図5に示すように、サブキャリア1〜Nをレーン1〜Mに割り当てる。このとき、コントローラ15は、各レーン1〜Mのビットレートに応じて、各レーン1〜Mに対して割り当てるサブキャリアの数を決定する。
ただし、サブキャリア1〜Nの周波数は、互いに異なっている。このため、サブキャリア1〜Nを含むマルチキャリア光信号が伝送されるとき、光受信装置22において各サブキャリア1〜Mの品質は均一ではない。すなわち、各サブキャリア1〜Mが伝送可能な情報量は、一定ではない。具体的には、品質の良好なサブキャリアが伝送できる情報量は多いが、品質の悪いサブキャリアが伝送できる情報量は少ない。
例えば、光受信装置における受信光の強度は、図6(a)に示すように、帯域制限の影響を受ける。ここで、各サブキャリアのSN比(SNR:Signal-to-Nose Ratio)は、受信光の強度に依存する。すなわち、受信光の強度が低下すると、S/N比も低下する。そして、S/N比が低下すると、1シンボル当たりの伝送可能なビット数は少なくなる。このため、各サブキャリアの1シンボル当たりの伝送可能なビット数は、一定ではない。図6(a)に示す例では、サブキャリア番号が大きくなると(すなわち、周波数が高くなると)、1シンボル当たりの伝送可能なビット数は少なくなっている。例えば、サブキャリア1〜500は、それぞれ1シンボルで6〜8ビットで伝送できる。これに対して、サブキャリア800〜900はそれぞれ、1シンボルで2〜4ビットしか伝送できない。
また、光受信装置における受信光の強度は、図6(b)に示すように、チャープと波長分散との相関による影響を受ける。なお、図6(b)に示す例は、波長=1550nm、波長分散=17ps/km/nm、チャープ係数α=3、伝送距離=20〜100kmに対して実行したシミュレーション結果を示している。チャープが発生するときは、受信光の強度は、周波数に対して周期的に変化する。よって、図6(b)に示す例では、サブキャリア番号(すなわち、周波数)の増加に対して、1シンボル当たりの伝送可能なビット数が大きくなったり、小さくなったりしている。
このように、サブキャリア1〜Nの可能伝送容量は、均一ではない。したがって、光送信装置1は、各レーンに対してサブキャリアを適切にまたは効率的に割り当てるために、各サブキャリア1〜Nの可能伝送容量を検出または算出する。
図7は、サブキャリアの可能伝送容量について説明する図である。図7に示すグラフの横軸は、サブキャリア番号を表す。ただし、この例では、図5に示すように、サブキャリア番号は、周波数に対応する。すなわち、横軸は、実質的に、周波数を表している。図7の縦軸は、各サブキャリアの可能伝送容量の一例として、1シンボル当たりの伝送可能なビット数を表す。ここで、各サブキャリアの品質が高くなるほど、各シンボルが伝送可能なビット数が多くなる。よって、縦軸は、実質的に、サブキャリアの品質に相当する。
このように、各サブキャリアが伝送可能な情報量(可能伝送容量)は、一定ではない。したがって、コントローラ15は、各レーンのビットレートだけでなく、各サブキャリアの可能伝送容量にも基づいて、各レーンに対してサブキャリアを割り当てる。
図8は、サブキャリアの割当て方法の概要を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、コントローラ15によって実行される。なお、光送信装置1には、図4に示すように、M本のレーンが接続されているものとする。
S1において、コントローラ15は、変数mを「1」に初期化する。変数mは、各レーンを識別する。S2において、コントローラ15は、レーンmに対してサブキャリアを割り当てる。S3において、コントローラ15は、変数mを1だけカウントアップする。S4において、コントローラ15は、変数mとMとを比較する。ここで、Mは、光送信装置1に接続されているレーンの本数である。変数mがM以下であれば、コントローラ15の処理はS2へ戻る。一方、変数mがMよりも大きければ、コントローラ15の処理は終了する。このように、コントローラ15は、各レーンを1本ずつ順番に選択し、選択したレーンに対してそれぞれサブキャリアを割り当てる。
図9は、各レーンに対してサブキャリアを割り当てる方法の一例を示すフローチャートである。なお、図9のフローチャートの処理は、図8に示すS2の処理に相当する。すなわち、図9のフローチャート処理は、各レーンに対して実行される。以下の説明では、レーンm(m=1〜M)に対してサブキャリアが割り当てられる。
S11において、コントローラ15は、レーンmのビットレート(Bm)を取得する。なお、特に限定されるものではないが、各レーン1〜Mのビットレートは、予め指定されているものとする。この場合、各レーン1〜Mのビットレートを表す情報は、コントローラ15がアクセス可能なメモリに格納されている。或いは、コントローラ15は、各レーン1〜Mのビットレートを測定してもよい。
S12において、コントローラ15は、残っているサブキャリアの中から、サブキャリア番号の最も小さいサブキャリアを選択する。ここで、「残っているサブキャリア」は、他のレーンに割り当てられていないサブキャリアを意味する。
S13において、コントローラ15は、選択したサブキャリアの容量Cを取得する。ここで、容量Cは、特に限定されるものではないが、例えば、サブキャリアが伝送可能な最大ビットレートを意味する。また、特に限定されるものではないが、各サブキャリアの容量は、例えば、予め測定されているものとする。この場合、各サブキャリアの容量を表す情報は、コントローラ15がアクセス可能なメモリに格納されている。或いは、各サブキャリアの容量は、光送信装置1から光受信装置2への伝送に係わるパラメータ等に基づいて、予め設定されていてもよい。なお、この容量Cは、1シンボル当たりの伝送可能なビット数に対応する。
S14において、コントローラ15は、選択したサブキャリアについての容量Cの総和Sを計算する。すなわち、S13〜S16を繰り返し実行することにより複数のサブキャリアが選択されているときは、それら複数のサブキャリアについての各容量Cの総和Sが計算される。総和Sは、選択したサブキャリアの容量Cを累積的に加算していくことで算出してもよい。
S15において、コントローラ15は、レーンmのビットレートBmと、選択したサブキャリアの容量の総和Sとを比較する。そして、選択したサブキャリアの容量Cの総和SがビットレートBmよりも小さければ、コントローラ15は、S16において次のサブキャリアを選択する。このとき、コントローラ15は、残っているサブキャリアの中から、サブキャリア番号の最も小さいサブキャリアを選択する。この後、コントローラ15の処理は、S13に戻る。すなわち、容量の総和SがビットレートBm以上になるまで、S13〜S16が繰り返し実行される。
選択したサブキャリアの容量Cの総和Sが、レーンmのビットレートBm以上であれば(S15:Yes)、コントローラ15の処理はS17へ移行する。S17において、コントローラ15は、S13〜S16で選択した1または複数のサブキャリアを、レーンmに割り当てる。そして、コントローラ15は、レーンmに対するサブキャリアの割当てを表す割当て情報を生成する。
このように、図9に示す例では、サブキャリア番号の小さいサブキャリアから1つずつ順番にレーン1〜Mに割り当てられていく。そうすると、サブキャリア1〜Nは、図7に示すように、レーン1、2、3、...に対して割り当てられる。ここで、図7に示す例では、レーン1〜Mのビットレートは互いに同じであるものとする。この場合、品質の良好なサブキャリアが多く存在する周波数領域では、1つのレーンに対して割り当てられるサブキャリアの数は少ない。例えば、レーン1〜3に対して割り当てられるサブキャリアの数は少ない。反対に、品質の良好でないサブキャリアが多く存在する周波数領域では、1つのレーンに対して割り当てられるサブキャリアの数は多い。例えば、レーン4、5に対して割り当てられるサブキャリアの数は多い。
このように、コントローラ15は、図8に示すように、すべてのレーンに対してそれぞれサブキャリアを割り当てる。そして、コントローラ15は、各レーン1〜Mに対するサブキャリアの割当てを表す割当て情報を生成する。コントローラ15により生成される割当て情報は、デジタル信号処理部11に与えられる。
なお、図9に示す例では、サブキャリア番号の小さいサブキャリアから1つずつ順番にレーン1〜Mに割り当てているが、実施形態の光送信装置1の動作はこれに限定されるものではない。例えば、コントローラ15は、サブキャリア番号の大きいサブキャリアから順番にレーン1〜Mに割り当てるようにしてもよい。また、各レーンに対して割り当てられる複数のサブキャリアは、連続していなくてもよい。
なお、1つの実施例において、コントローラ15は、プロセッサおよびメモリを含んで構成される。この場合、コントローラ15は、与えられたプログラムを実行することで、各レーンに対してサブキャリアを割り当てる。また、コントローラ15は、ハードウェア回路を含んでもよい。
サブキャリアの割当ての一例を示す。以下では、レーン1のビットレートは、10Gbpsであるものとする。また、各サブキャリアの容量は、以下の通りとする。但し、ここでは、説明を簡単にするために、マージンをゼロとする。
サブキャリア1〜20:120Mbps
サブキャリア21〜60:100Mbps
サブキャリア61〜200:80Mbps
この場合、サブキャリア1〜20の容量の和は、2.4Gbps(120Mbps×20)である。また、サブキャリア21〜60の容量の和は、4.0Gbps(100Mbps×40)である。さらに、サブキャリア61〜200を利用して3.6Gbps(80Mbps×45)を得るためには、サブキャリア61〜200の中から45本のサブキャリアを選択する必要がある。この場合、サブキャリア61〜200の中からサブキャリア61〜105が選択される。このように、ビットレート10Gbpsを提供するために、サブキャリア1〜20、21〜60、61〜105が選択される。したがって、この場合、コントローラ15は、レーン1に対してサブキャリア1〜20、21〜60、61〜105を割り当てる。さらに、コントローラ15は、レーン2〜Mに対しても同様の方法でそれぞれサブキャリアを割り当てる。
このように、コントローラ15は、各レーンに対してサブキャリアを割り当てる。そして、コントローラ15は、各レーンに対するサブキャリアの割当てを表す割当て情報を生成する。ここで、この実施例では、割当て情報は、各サブキャリアの可能伝送容量を表す情報を含む。
図10は、割当て情報の一例を示す。図10に示す例では、レーン1に対してサブキャリア1〜79が割り当てられ、レーン2に対してサブキャリア80〜175が割り当てられている。他のレーンについてもそれぞれ同様に複数のサブキャリアが割り当てられている。なお、各レーンに対してサブキャリアを割り当てる方法は、図8〜図9を参照しながら説明した通りである。
割当て情報は、さらに、対応するレーンに割り当てられた各サブキャリアについて、可能伝送容量を表す情報を含む。可能伝送容量は、ここでは、1シンボル当たりの伝送可能なビット数で表されている。図10に示す例では、サブキャリア1、2の可能伝送容量は「6ビット/シンボル」であり、サブキャリア3〜79の可能伝送容量は「5ビット/シンボル」である。
割当て情報は、さらに、対応するレーンに割り当てられた各サブキャリアについて、変調方式を表す情報を含むようにしてもよい。図10に示す例では、サブキャリア1、2の変調方式は「64QAM」であり、サブキャリア3〜79の変調方式は「32QAM」である。ここで、1シンボル当たりの伝送可能なビット数および変調方式は、互いに一意に対応する。よって、割当て情報は、図10に示す「可能伝送容量」または「変調方式」のいずれか一方を有するように構成してもよい。
コントローラ15は、上述の割当て情報をデジタル信号処理部11に与える。そうすると、デジタル信号処理部11は、割当て情報に従って、レーン1〜Mを介して受信する複数のデータ信号を伝送するマルチキャリア信号を生成する。
図11は、変調器の動作を説明する図である。ここでは、コントローラ15からデジタル信号処理部11に図10に示す割当て情報が与えられるものとする。なお、図11に示すSCは、サブキャリアを意味する。
変調器12−1には、レーン1のデータ信号が入力される。そうすると、変調器12−1は、サブキャリア1を利用して伝送するビット列を入力データ信号から抽出する。ここで、サブキャリア1に対して「可能伝送容量=6ビット」が設定されている。よって、変調器12−1は、入力データ信号から6ビット(a1〜a6)を抽出する。そして、変調器12−1は、サブキャリア1を64QAMで変調する。このとき、サブキャリア1の位相および振幅は、ビットa1〜a6の値に応じて決定される。これにより、サブキャリア1についての変調信号が生成される。
続いて、変調器12−1は、サブキャリア2を利用して伝送するビット列を入力データ信号から抽出する。ここで、サブキャリア2に対して「可能伝送容量=6ビット」が設定されている。よって、変調器12−1は、入力データ信号から次の6ビット(a7〜a12)を抽出する。そして、変調器12−1は、サブキャリア2を64QAMで変調する。このとき、サブキャリア2の位相および振幅は、ビットa7〜a12の値に応じて決定される。これにより、サブキャリア2についての変調信号が生成される。
さらに、変調器12−1は、サブキャリア3を利用して伝送するビット列を入力データ信号から抽出する。ここで、サブキャリア3に対して「可能伝送容量=5ビット」が設定されている。したがって、変調器12−1は、入力データ信号から次の5ビット(a13〜a17)を抽出する。そして、変調器12−1は、サブキャリア2を32QAMで変調する。このとき、サブキャリア3の位相および振幅は、ビットa13〜a17の値に応じて決定される。これにより、サブキャリア3についての変調信号が生成される。
同様に、変調器12−1は、サブキャリア4〜79についての変調信号をそれぞれ生成する。このように、変調器12−1は、図10に示す割当て情報が与えられると、79個のサブキャリア変調信号を生成する。
他の変調器も、同様に、それぞれ、対応するデータ信号から複数のサブキャリア変調信号を生成する。図11においては、レーン2のデータ信号から複数のサブキャリア変調信号が生成されている。
ここで、各レーンに対して割り当てられるサブキャリアの数は、各レーンのビットレートだけでなく、対応するレーンに割り当てられる各サブキャリアの可能伝送容量にも基づいて決定される。したがって、レーン1〜Mのビットレートが互いに同じであったとしても、各レーンに対して割り当てられるサブキャリアの数は、互いに異なることがある。
各変調器12−1〜12−Mによって生成される複数のサブキャリア変調信号は、対応する逆フーリエ変換器13−1〜13−Mに与えられる。例えば、図10〜図11に示す例では、変調器12−1によって生成されるサブキャリア1〜79の変調信号が逆フーリエ変換器13−1に与えられる。
各逆フーリエ変換器13−1〜13−Mは、入力される複数のサブキャリア変調信号に対して逆フーリエ変換を実行して時間領域信号を生成する。ここで、各逆フーリエ変換器13−1〜13−Mは、逆フーリエ変換の計算結果をシリアルデータに変換するためのシリアライザを内蔵していてもよい。
なお、変調器12−1〜12−Mの処理は、順番に実行してもよいし、互いに並列に実行してもよい。また、逆フーリエ変換器13−1〜13−Mの処理は、順番に実行してもよいし、互いに並列に実行してもよい。
合成部14は、逆フーリエ変換器13−1〜13−Mによって生成される複数の時間領域信号を合成してマルチキャリア信号を生成する。このように、デジタル信号処理部11は、コントローラ15により生成される割当て情報に従って、複数のデータ信号をマルチキャリア信号に変換する。このマルチキャリア信号は、光信号に変換されて光伝送路へ出力される。
このように、実施形態の光送信装置1においては、各レーンを介して受信するデータ信号は、電気領域で多重化されることなく、マルチキャリア信号に変換される。すなわち、実施形態の光送信装置1は、図2に示すギアボックスを設けることなく、複数のレーンを介して伝送される信号を多重化して1本のレーンへ出力することができる。したがって、実施形態の構成によれば、従来技術と比較して、光送信装置の消費電力および/または回路サイズが削減される。
また、実施形態の光送信装置1においては、各レーンに対して割り当てられるサブキャリアの数は、各レーンのビットレートだけでなく、対応するレーンに割り当てられる各サブキャリアの可能伝送容量にも基づいて決定される。したがって、サブキャリアを効率的に利用してデータを伝送することができる。
<第1の実施形態>
図12は、第1の実施形態に係る光送信装置1Aの構成を示す。第1の実施形態の光送信装置1Aは、デジタル信号処理部11、コントローラ15、D/A変換器16、光源(DFB−LD:)17を有する。デジタル信号処理部11、D/A変換器16、光源17の構成および動作については、説明を省略する。
第1の実施形態の光送信装置1Aは、光受信装置22において検出される品質情報を利用して、サブキャリアの割当てを行う。よって、まず、光受信装置22について簡単に説明する。なお、光受信装置22は、光送信装置1Aが生成するマルチキャリア信号を光伝送路21を介して受信する。
光受信装置22は、フロントエンド回路23、信号処理部24、サブキャリア情報収集部25を有する。フロントエンド回路23は、受光器(PD:Photo detector)および増幅器(TIA:Transimpedance Amplifier)を含む。受光器は、受信光信号を電気信号に変換する。増幅器は、受光器により得られる電気信号を増幅する。したがって、フロントエンド回路23によりマルチキャリア信号が再生される。信号処理部24は、A/D変換器(ADC:Analog-to-Digital Converter)およびデジタル信号プロセッサ(DSP:Digital Signal Processor)を含む。A/D変換器は、受信したマルチキャリア信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号プロセッサは、マルチキャリア信号に対してフーリエ変換を実行することにより、周波数領域信号を生成する。すなわち、デジタル信号プロセッサにより各サブキャリア信号が再生される。
サブキャリア情報収集部25は、各サブキャリアの品質を検出する。品質は、例えば、SN比(SNR:Signal-to-Nose Ratio)で表される。この場合、サブキャリア情報収集部25は、各サブキャリアのSN比を検出する。SN比は、公知の技術を利用して検出することができる。なお、サブキャリア情報収集部25は、他の品質パラメータを検出してもよい。例えば、信号処理部24において各サブキャリアのデータ信号が再生される場合には、サブキャリア情報収集部25は、各サブキャリアのビットエラー率などを検出してもよい。
SN比の測定は、例えば、実際のデータ伝送の前に行ってもよい。この場合、特に限定されるものではないが、サブキャリア1〜Nの変調方式は、互いに同じであってもよい。また、サブキャリア1〜Nにより伝送されるデータ信号は、互いに同じであってもよい。
このように、光受信装置22は、各サブキャリアの品質を検出する。そして、光受信装置22は、各サブキャリアの品質を表す品質情報を光送信装置1Aへ通知する。光送信装置1Aにおいて、各サブキャリアの品質を表す品質情報は、コントローラ15に与えられる。
コントローラ15は、分析部31、サブキャリア割当て決定部32、サブキャリア割当て制御部33を有する。分析部31は、光受信装置22において検出された各サブキャリアの品質に基づいて、各サブキャリアの可能伝送容量を算出する。可能伝送容量は、ビットレート(bps)で計算してもよい。或いは、可能伝送容量は、1シンボル当たりの伝送可能なビット数で計算してもよい。なお、図7は、分析部31によって計算された各サブキャリアの可能伝送容量の一例を示している。
サブキャリア割当て決定部32は、各レーンのトラヒック情報および各サブキャリアの可能伝送容量に基づいて、各レーンに対するサブキャリアの割当てを決定する。各レーンのトラヒック情報は、この例では、コントローラ15が内蔵するメモリ(または、コントローラ15がアクセス可能なメモリ)に格納されている。各レーンのトラヒック情報は、例えば、各レーンのデータ信号のビットレートである。また、各レーンのトラヒック情報は、例えば、不図示のネットワーク管理システムから光送信装置1に通知される。各サブキャリアの可能伝送容量は、上述したように、分析部31により算出される。
サブキャリア割当て制御部33は、サブキャリア割当て決定部32により決定された割当てに応じて、各レーンに対するサブキャリアの割当てを表す割当て情報を生成する。このとき、サブキャリア割当て制御部33は、分析部31による計算結果を利用することによって、各サブキャリアの可能伝送容量を表す情報を割当て情報に含めるようにしてもよい。そして、サブキャリア割当て制御部33は、生成した割当て情報をデジタル信号処理部11に与える。そうすると、デジタル信号処理部11は、割当て情報に従って複数のデータ信号をマルチキャリア信号に変換する。なお、図10は、サブキャリア割当て制御部33により生成される割当て情報の一例である。
このように、第1の実施形態においては、光受信装置22において各サブキャリアの品質が検出される。そして、光送信装置1Aは、各レーンのビットレートだけでなく、検出された各サブキャリアの品質にも基づいてマルチキャリア信号を生成する。
<第2の実施形態>
図13は、第2の実施形態に係る光送信装置1Bの構成を示す。第2の実施形態の光送信装置1Bは、デジタル信号処理部11、コントローラ15、D/A変換器16、光源(DFB−LD:)17を有する。デジタル信号処理部11、D/A変換器16、光源17の構成および動作については、説明を省略する。
コントローラ15は、分析部34、サブキャリア割当て決定部32、サブキャリア割当て制御部33を有する。分析部34は、光送信装置1Bと光受信装置2との間の伝送に係わる情報(以下、伝送システム情報)に基づいて、各サブキャリアの可能伝送容量を算出する。伝送システム情報は、特に限定されるものではないが、例えば、下記のパラメータのうちの1つ以上を含む。
(1)信号光の波長
(2)変調器の種別または性能
(3)光ファイバの種別または特性
(4)伝送距離
(5)光伝送路の損失、波長分散
(6)光伝送路上の光アンプの数
(7)光受信装置における受信パワー
(8)光受信装置において検出されるSN比、累積波長分散
伝送システム情報の一部は、システム管理者から光送信装置1Bに与えられる。たとえば、システム管理者は、上記(1)〜(6)を光送信装置1Bに設定してもよい。また、伝送システム情報の一部は、測定により収集される。例えば、上記(7)〜(8)は、光受信装置22において測定される。
分析部34は、与えられた伝送システム情報に基づいて、各サブキャリアの可能伝送容量を算出する。このとき、分析部34は、所定の計算式を利用して、伝送システム情報から各サブキャリアの可能伝送容量を算出することができる。また、分析34は、伝送システム情報と各サブキャリアの可能伝送容量との対応関係を格納するルックアップテーブルを参照して、各サブキャリアの可能伝送容量を得るようにしてもよい。この場合、伝送システム情報と各サブキャリアの可能伝送容量との対応関係は、例えば、システム管理者によって作成されて、ルックアップテーブルに格納される。
図14は、ルックアップテーブルの一例を示す。この実施例では、伝送距離および波長帯と、各サブキャリアの可能伝送容量との対応関係がルックアップテーブルに格納されている。伝送距離は、図13に示す例では、光送信装置1Bと光受信装置22との光伝送路の長さに相当する。波長帯は、サブキャリア1〜Nが属する波長帯(例えば、Cバンド/Lバンド)を表す。波長分散は、1310nm帯で1ps/nmであり、1550nm帯で17ps/nmである。各サブキャリアの可能伝送容量は、1シンボル当たりの伝送可能なビット数で表されている。ただし、可能伝送容量は、他の形式(例えば、ビットレート(bps))で表されていてもよい。なお、「SC-No.」は、サブキャリア番号を意味する。
分析部34は、伝送システム情報として伝送距離および波長帯が与えられると、図14に示すルックアップテーブルを参照することにより、各サブキャリアの可能伝送容量(ビット数)を得ることができる。例えば、「伝送距離=10km」および「波長帯=1550nm」が与えられると、分析部34は、各サブキャリアについて下記の可能伝送容量を取得する。
サブキャリア1:6ビット
サブキャリア2:6ビット
サブキャリア3:5ビット
・・・
サブキャリア1023:3ビット
サブキャリア1024:2ビット
このように、分析部34は、計算またはルックアップテーブルにより、各サブキャリアの可能伝送容量を得る。そうすると、サブキャリア割当て決定部32は、各レーンのトラヒック情報および各サブキャリアの可能伝送容量に基づいて、各レーンに対するサブキャリアの割当てを決定する。また、サブキャリア割当て制御部33は、各レーンに対するサブキャリアの割当てを表す割当て情報を生成する。サブキャリア割当て決定部32およびサブキャリア割当て制御部33の動作は、実質的に第1の実施形態と同じである。したがって、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、複数のレーンに対してそれぞれ適切にまたは効率的に複数のサブキャリアが割り当てられる。
<第3の実施形態>
図15は、第3の実施形態に係る光送信装置1Cの構成を示す。第3の実施形態の光送信装置1Cのコントローラ15は、分析部31、サブキャリア割当て決定部32、サブキャリア割当て制御部33、レーン情報収集部35を有する。なお、分析部31、サブキャリア割当て決定部32、サブキャリア割当て制御部33の動作は、実質的に第1の実施形態と同じなので、説明を省略する。
レーン情報収集部35は、各レーンのデータ信号のビットレートを検出する。各レーン1〜Mのデータ信号は、デジタル信号処理部11に導かれると共に、レーン情報収集部35にも導かれる。そして、レーン情報収集部35は、レーン1〜Mのデータ信号のビットレートをそれぞれ検出する。なお、データ信号のビットレートは、特に限定されるものではないが、公知の技術で検出可能である。
このように、第1の実施形態と異なり、第3の実施形態のコントローラ15は、測定によって各レーンのビットレートを検出する。ただし、サブキャリア割当て決定部32およびサブキャリア割当て制御部33の動作は、実質的に第1の実施形態と同じである。よって、第3の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、複数のレーンに対してそれぞれ適切にまたは効率的に複数のサブキャリアが割り当てられる。
なお、図15に示す例では、第1の実施形態の構成をベースにして各レーンのビットレートを検出する機能が設けられているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、第2の実施形態の構成をベースにして各レーンのビットレートを検出する機能を設けるようにしてもよい。
<第4〜第6の実施形態>
図16、図17、図18は、それぞれ、第4の実施形態に係る光送信装置1D、第5の実施形態に係る光送信装置1E、第6の実施形態に係る光送信装置1Fの構成を示す。第4〜第6の実施形態は、それぞれ、第1〜第3の実施形態に対応する。第1〜第3の実施形態と第4〜第6の実施形態とは、デジタル信号処理部11の構成および動作が異なる。第1〜第3の実施形態では、デジタル信号処理部11は、複数の変調器12−1〜12−M、複数の逆フーリエ変換器13−1〜13−M、合成器14を有する。これに対して、第4〜第6の実施形態のデジタル信号処理部11は、変調器12−1〜12−M、合成部41、逆フーリエ変換器42を有する。
変調器12−1〜12−Mは、第1〜第3の実施形態と同様に、コントローラ15から与えられる割当て情報に従って、対応するレーンのデータ信号からサブキャリア変調信号を生成する。合成部41は、変調器12−1〜12−Mにより生成される複数のサブキャリア変調信号を合成する。ここで、合成部41は、並列に複数の信号を出力してもよい。この場合、合成器41は、逆フーリエ変換器42の構成に応じて決まる数の信号を並列に出力してもよい。そして、逆フーリエ変換器42は、合成器41の出力信号に対して逆フーリエ変換を実行することにより、マルチキャリア信号を生成する。
このように、第1〜第3の実施形態と第4〜第6の実施形態との間では、デジタル信号処理部11による処理の手順が異なっているが、処理内容は実質的に同じである。したがって、第4〜第6の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、複数のレーンに対してそれぞれ適切にまたは効率的に複数のサブキャリアが割り当てられる。
<第7の実施形態>
光通信においては、チャープによって伝送品質が劣化することがある。チャープは、光波長が変動する現象であって、様々な要因によって発生し得る。
図19は、チャープ係数αに対する各サブキャリアの可能伝送容量について示す。図19に示す例では、いずれのケースにおいても、マルチキャリア信号内の低周波側のサブキャリア(例えば、サブキャリア1〜400)の可能伝送容量は大きく、高周波側のサブキャリア(例えば、サブキャリア400〜1024)の可能伝送容量は小さい。ただし、チャープ係数αが変わると、各サブキャリアの可能伝送容量の分布も変化する。なお、伝送可能容量は、1シンボル当たりの伝送可能なビット数で表されている。また、伝送可能容量は、伝送品質に相当する。
図20は、チャープの変化に対する可能伝送容量の変化を示す。図20(a)は、チャープ係数αが1.0から0.9に変化したときの可能伝送容量の変化を示し、図20(b)は、チャープ係数αが1.0から1.1に変化したときの可能伝送容量の変化を示す。
なお、図20(a)および図20(b)において、「ビット数変化量=0」は、チャープの変化に対して可能伝送容量が変わらないことを表す。「ビット数変化量=1」は、チャープの変化に対して1シンボル当りの伝送可能なビット数が「1」だけ増加することを表す。「ビット数変化量=−1」は、チャープの変化に対して1シンボル当りの伝送可能なビット数が「1」だけ少なくなることを表す。
チャープ係数αが1.0から0.9に変化すると、図20(a)に示すように、例えば、サブキャリア700〜800の中の多くのサブキャリアの伝送可能容量が大きくなる。すなわち、この周波数領域では、チャープ係数αの変化に伴って品質が改善する。一方、チャープ係数αが1.0から1.1に変化すると、図20(b)に示すように、例えば、サブキャリア1〜100の中の多くのサブキャリアの伝送可能容量が小さくなる。すなわち、この周波数領域では、チャープ係数αの変化に伴って品質が劣化する。
したがって、例えば、サブキャリア番号の小さいサブキャリア(すなわち、周波数の低いサブキャリア)から順番に、対応するレーンに割当てが行われると、チャープ変化に対してレーン間での品質のばらつきが大きくなるおそれがある。例えば、あるレーンXに対してサブキャリア1〜100が割り当てられたとする。この場合、チャープ係数αが大きくなったときに、レーンXの品質(例えば、ビットエラー率)が他のレーンと比較して劣化するおそれがある。
そこで、第7の実施形態では、チャープ変動に対する伝送品質の変化がレーン1〜M間で略均等化されるように、各レーン1〜Mに対するサブキャリアの割当てが決定される。すなわち、コントローラ15は、各サブキャリアについて、チャープ変化と可能伝送容量の変化の関係を表すチャープ情報(例えば、図20に示す情報)を収集する。チャープ情報は、例えば、測定またはシミュレーションによって生成される。
コントローラ15は、収集したチャープ情報を利用して、各レーンに対してサブキャリアの割当てを行う。このとき、コントローラ15は、例えば、チャープ変動に起因して可能伝送容量が大きくなるサブキャリア(すなわち、変動耐性が高いサブキャリア)の数がレーン1〜Mにおいて略均等になるように、サブキャリア割当てを行う。或いは、コントローラ15は、チャープ変動に起因して可能伝送容量が小さくなるサブキャリア(すなわち、変動耐性が低いサブキャリア)の数がレーン1〜Mにおいて略均等になるように、サブキャリア割当てを行うようにしてもよい。
第7の実施形態においては、複数のレーンの中の特定のレーンの品質がチャープ変動に起因して劣化する状況が回避または緩和される。よって、第7の実施形態によれば、光伝送システム全体として通信品質が向上する。

Claims (10)

  1. 複数のレーンを介して伝送される複数の伝送信号をマルチキャリア信号に変換して送信する光送信装置であって、
    各レーンの伝送信号のビットレートおよび各サブキャリアの可能伝送容量に基づいて、予め用意されている所定数のサブキャリアを複数のレーンに対して割り当てるための割当て情報を生成するコントローラと、
    前記コントローラにより生成される割当て情報に従って、前記複数の伝送信号をマルチキャリア信号に変換する信号処理部と、を有し、
    各サブキャリアの可能伝送容量は、前記マルチキャリア信号を受信する光受信装置において各サブキャリアについて検出される品質に基づいて決定され、
    前記コントローラは、各レーンに対して、2以上のサブキャリアの可能伝送容量の和が対応する伝送信号のビットレート以上になるように、前記所定数のサブキャリアから2以上のサブキャリアを選択して割り当てることにより前記割当て情報を生成する
    ことを特徴とする光送信装置。
  2. 前記信号処理部は、前記複数のレーンに対応する複数の変調器と、前記複数の変調器に対応する複数の変換器と、合成器を含み、
    各変調器は、対応するレーンの伝送信号から、前記割当て情報によって指定される複数のサブキャリアを使用する複数のサブキャリア変調信号を生成し、
    各変換器は、対応する変調器によって生成される複数のサブキャリア変調信号を時間領域信号に変換し、
    前記合成器は、前記複数の変換器により生成される複数の時間領域信号を合成して前記マルチキャリア信号を生成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の光送信装置。
  3. 前記割当て情報は、各サブキャリアが伝送可能な容量を表す容量情報を含み、
    各変調器は、前記割当て情報によって指定される複数のサブキャリアを、それぞれ前記容量情報に対応する変調方式で変調することにより、前記複数のサブキャリア変調信号を生成する
    ことを特徴とする請求項2に記載の光送信装置。
  4. 前記割当て情報は、各サブキャリアの変調方式を指定する変調方式情報を含み、
    各変調器は、前記割当て情報によって指定される複数のサブキャリアを、それぞれ前記変調方式情報により指定される変調方式で変調することにより、前記複数のサブキャリア変調信号を生成する
    ことを特徴とする請求項2に記載の光送信装置。
  5. 前記信号処理部は、前記複数のレーンに対応する複数の変調器と、合成器と、変換器を含み、
    各変調器は、対応するレーンの伝送信号から、前記割当て情報によって指定される複数のサブキャリアを使用する複数のサブキャリア変調信号を生成し、
    前記合成器は、前記複数の変調器により生成される複数のサブキャリア変調信号を合成し、
    前記変換器は、前記合成器の出力信号を時間領域信号に変換して前記マルチキャリア信号を生成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の光送信装置。
  6. 前記コントローラは、前記光受信装置において各サブキャリアについて検出される品質情報に基づいて、前記割当て情報を生成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の光送信装置。
  7. 前記コントローラは、当該光送信装置と前記マルチキャリア信号を受信する光受信装置との間の伝送に係わる伝送システム情報に基づいて、前記割当て情報を生成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の光送信装置。
  8. 前記コントローラは、前記複数のレーンを介して受信する伝送信号をそれぞれモニタすることにより、各レーンのビットレートを検出する
    ことを特徴とする請求項1に記載の光送信装置。
  9. 複数のレーンを介して伝送される複数の伝送信号をマルチキャリア信号に変換して送信する光送信装置であって、
    各レーンの伝送信号のビットレートおよび各サブキャリアの可能伝送容量に基づいて、各レーンに対するサブキャリアの割当てを表す割当て情報を生成するコントローラと、
    前記コントローラにより生成される割当て情報に従って、前記複数の伝送信号をマルチキャリア信号に変換する信号処理部と、を有し、
    前記コントローラは、チャープ変動に対する伝送品質の変化が前記複数のレーン間で略均等化されるように、各レーンに対するサブキャリアの割当てを決定する
    ことを特徴とする光送信装置。
  10. 複数のレーンを介して伝送される複数の伝送信号をマルチキャリア信号に変換して所定数のサブキャリアを使用して送信する光送信方法であって、
    各レーンの伝送信号のビットレートおよび各サブキャリアの可能伝送容量に基づいて、各レーンに対して、2以上のサブキャリアの可能伝送容量の和が対応する伝送信号のビットレート以上になるように、前記所定数のサブキャリアから2以上のサブキャリアを選択して割り当てることによりサブキャリアの割当てを表す割当て情報を生成し、
    前記割当て情報に従って、前記複数の伝送信号をマルチキャリア信号に変換する
    ことを特徴とする光送信方法。
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