JP5868271B2

JP5868271B2 - 光送信装置および光送信方法

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Publication number: JP5868271B2
Application number: JP2012143054A
Authority: JP
Inventors: 石井　健二; 健二石井; 巨生鈴木; 聡吉間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: JP2014007642A

Description

本発明は光送信装置および光送信方法に関し、特に、光アクセスネットワークを介して光信号を送信するための光送信装置および光送信方法に関する。

インターネットの普及に伴い、光アクセスネットワークに求められる伝送レートは年々増加する傾向にある。現在の日本では、最大伝送容量１Ｇｂｐｓの光通信が広くサービスされているが、その伝送レートを拡大化する研究がなされている。例えば、非特許文献１では、伝送レートを現在のサービスシステムの１０倍の１０Ｇｂｐｓにした光アクセスネットワーク及びその送受信器に関する研究開発が示されており、さらには、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光アクセスシステムの研究も進められている。

従来の１０Ｇｂｐｓ以下のアクセスシステムでは、光の強弱（ＯＮ／ＯＦＦ）で信号の‘０’と‘１’の１ビットを判別するＯＯＫ（On Off Keying）変調方式が用いられてきた。一方で、１０Ｇｂｐｓを超える伝送レートの実現には、光の強弱に加え、位相状態も用いることで、一度に２〜４ビットのデータを送るＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）といった多値信号の適用が期待されている。

これら多値光信号では、多値度の上昇に従ってＰＡＰＲ（Peak To Average Power Ratio：ピーク電力対平均電力比）が大きくなることで平均パワーが劣化することが知られている。また、一般的に用いられる光Ｉ／Ｑ変調器の損失も過大であるため、多値光信号を用いた光送信器ではブースタアンプとしての光増幅器が必要となる。一方、アクセスネットワークの光送受信器には低消費電力化や装置設置コストの低下を実現するために、装置の小型高密度化が恒常の要求として存在しており、ブースタアンプとして使用する光増幅器は、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）が選択される。しかし、多値光信号のようにＰＡＰＲが大きい場合には、ＳＯＡの非線形応答であるパタン効果により入力信号パワー範囲が制限され、それにより送信パワー（ＳＯＡ出力）が実効的に増加できないといった課題がある。

多値変調信号は、コンスタレーションマップのシンボル間遷移をピーク強度の包絡線上を描くように遷移させることで、同一強度線上でのシンボル遷移を可能としＰＡＰＲを低減することができる。従来の無線通信分野では、実数軸（Ｉｃｈ）と虚数軸（Ｑｃｈ）出力信号に対し、シンボル遷移時間の１／２だけオフセットをつけることで、ＩＱベクトルの合成であるコンスタレーションマップ上で、ピーク強度の包絡線に近い遷移のみを実現する。これによりＰＡＰＲの低減が可能となるオフセットＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：四位相偏移変調）が提案されている。また、例えば、非特許文献２では、シンボル遷移タイミング毎に現在のＱＰＳＫコンスタレーションマップからπ／４だけシフトさせたマップを利用する、π／４シフトＱＰＳＫも提案されている。

Masaki Noda, et al., "Technology Progress of High-Speed Burst-Mode 3R Receiver for PON Applications," OFC/NFOEC2012, OTh4G.6. Sandeep Chennakesh, et al., "Differential Detection of π/4-Shifted-DQPSK for Digital Cellular Radio," IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, VOL. 42, NO. 1, FEBRUARY 1993.

これら従来の方式を光アクセス系で実現するにはいくつかの問題が生じる。オフセットＱＰＳＫを光通信へ適用する場合には、光通信の数１０ＧＨｚもの高速信号に対し、正確にシンボル遷移時間（シンボル時間）の１／２のオフセットを生成する必要があり、受信側でのクロック・タイミング抽出が困難になるという問題が生じる。また、π／４シフトＱＰＳＫの実現のためには、シンボル時間に対応して８つの異なるコンスタレーションマップを持つ必要があり、デジタル信号処理回路規模の増大や処理の複雑化による消費電力の増加につながるという問題が生じる。また、ＳＯＡを適用した光通信では、全シンボル点で同じ信号電力を得ることのできる従来方式のＱＰＳＫ信号よりも、より多値度の高いＱＡＭ信号の方がパタン効果の影響を強く受けてしまう問題がある。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、ＱＰＳＫ以上のＱＡＭ多値信号において、ＰＡＰＲの低減を図ることが可能な光送信装置および光送信方法を得ることを目的としている。

本発明は、送信電気信号を生成するデジタル信号処理回路と、前記送信電気信号から送信光信号を生成する光送信器とを備え、前記デジタル信号処理回路は、ビットデータを生成するビットデータ生成回路と、前記ビットデータを、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の多値信号へと変換するマッパ回路と、前記Ｉｃｈ信号およびＱｃｈ信号をデジタル／アナログ変換し、前記送信電気信号として出力するデジタル／アナログ変換器とを有し、前記光送信器は、送信キャリアとなる光を出力する光源と、前記光を、前記デジタル／アナログ変換器から出力された前記送信電気信号で変調する光Ｉ／Ｑ変調器と、前記光Ｉ／Ｑ変調器から出力される光信号を増幅する半導体光アンプとを有し、前記マッパ回路が、第１のマップと第２のマップの２種類のマップを持ち、前記ビットデータを構成するビット列の送信タイミング毎に当該２種類のマップを交互に切り替えて変調を行い、前記第１のマップは、複数のシンボルを有する多値ＱＡＭ信号のマップで、前記第２のマップは、前記第１のマップの各シンボルをπ／４だけ位相シフトしたマップである、ことを特徴とする光送信装置である。

本発明は、送信電気信号を生成するデジタル信号処理回路と、前記送信電気信号から送信光信号を生成する光送信器とを備え、前記デジタル信号処理回路は、ビットデータを生成するビットデータ生成回路と、前記ビットデータを、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の多値信号へと変換するマッパ回路と、前記Ｉｃｈ信号およびＱｃｈ信号をデジタル／アナログ変換し、前記送信電気信号として出力するデジタル／アナログ変換器とを有し、前記光送信器は、送信キャリアとなる光を出力する光源と、前記光を、前記デジタル／アナログ変換器から出力された前記送信電気信号で変調する光Ｉ／Ｑ変調器と、前記光Ｉ／Ｑ変調器から出力される光信号を増幅する半導体光アンプとを有し、前記マッパ回路が、第１のマップと第２のマップの２種類のマップを持ち、前記ビットデータを構成するビット列の送信タイミング毎に当該２種類のマップを交互に切り替えて変調を行い、前記第１のマップは、複数のシンボルを有する多値ＱＡＭ信号のマップで、前記第２のマップは、前記第１のマップの各シンボルをπ／４だけ位相シフトしたマップである、ことを特徴とする光送信装置であるので、ＱＰＳＫ以上のＱＡＭ多値信号において、ＰＡＰＲの低減を図ることができる。

本発明の実施の形態１及び２に係る光送信装置の構成を示す構成図である。本発明の実施の形態１に係る光送信装置に設けられたマッパ回路が用いるマップ（ａ）を示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る光送信装置に設けられたマッパ回路が用いるマップ（ｂ）を示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る光送信装置に設けられたマッパ回路が用いるマップ（ａ），（ｂ）における各シンボルの座標を示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る光送信装置の効果を説明する説明図である。本発明の実施の形態２に係る光送信装置に設けられたマッパ回路が用いるマップ（ａ）を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係る光送信装置に設けられたマッパ回路が用いるマップ（ｂ）を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係る光送信装置に設けられたマッパ回路が用いるマップ（ｂ）におけるシンボル配置の決定方法を説明する説明図である。本発明の実施の形態２に係る光送信装置に設けられたマッパ回路が用いるマップ（ｂ）におけるシンボル配置の決定方法を説明する説明図である。本発明の実施の形態２に係る光送信装置に設けられたマッパ回路が用いるマップ（ｂ）におけるシンボル配置の決定方法を説明する説明図である。本発明の実施の形態２に係る光送信装置に設けられたマッパ回路が用いる２つのマップにおける各シンボルの座標を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光送信装置の構成を示す構成図である。本実施の形態においては、光送信装置として、ＳＯＡ適用光送信器を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではない。

図１において、実施の形態１に係る光送信装置は、デジタル信号処理回路１と、これに接続された光送信器２とから構成されている。

デジタル信号処理回路１は、送信するデータ（デジタル信号）に所定の処理を施し、送信電気信号（アナログ信号）を生成するものである。図１に示すように、デジタル信号処理回路１は、大きく分けて３つの回路で構成されている。すなわち、デジタル信号処理回路１は、送信するデータから、‘０’，‘１’の２値から構成されるビットデータを生成するビットデータ生成回路１１と、当該ビットデータをＩ／Ｑ平面の任意の点（シンボル）に割り当てて多値信号（Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号）に変換するマッパ回路１２と、マッパ回路１２で生成される多値信号（デジタル信号）をアナログ信号へと変換するＤＡＣ（Digital Analog Converter）１３とから構成されている。

光送信器２は、デジタル信号処理回路１のＤＡＣ１３から出力された送信電気信号（アナログ信号）を、送信キャリアである光へ乗せるための光信号を生成する。光送信器２は、送信電気信号を増幅する電気増幅回路２１と、送信キャリアとなる光を出力する光源２２と、光源２２から出力されたキャリア光を、ＤＡＣ１３から出力された送信電気信号で変調する光Ｉ／Ｑ変調器２３と、光Ｉ／Ｑ変調器２３から出力された光信号を増幅するＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier：半導体光アンプ）２４とから構成されている。なお、図１では図示されていないが、光送信器２は、さらに、光Ｉ／Ｑ変調器２３を駆動する電気ドライバ増幅器も有している。

次に、本実施の形態１に係る光送信装置の動作について説明する。

まず、デジタル信号処理回路１により、送信電気信号が生成される。具体的には、デジタル信号処理回路１では、まず、ビットデータ生成回路１１により、送信するデータから、ビットデータが生成される。図１では、例として‘０１００’，‘１１１０’，‘０１１０’の４ビットずつの連続するビット列が生成された場合を考える。マッパ回路１２は、４ビットから構成されるそれらの各ビット列毎にＩＱ平面への割り当てを行う。ここでは、例えば、１６階調のマップを用いる。こうして、ビットデータ生成回路１１から出力されたビットデータは、４ビット毎に、マッパ回路１２により、１６階調の任意のＩＱ平面に割り当てられ、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号に変換される。マッパ回路１２から出力されたＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のデジタル信号は、それぞれに対して設けられた２つのＤＡＣ１３に入力され、当該ＤＡＣ１３よって、それぞれ、アナログ信号へと変換され、光送信器２へと渡される。

光送信器２では、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号のアナログ信号が、それぞれに対して設けられた２つの電気増幅回路２１によって、それぞれ、光Ｉ／Ｑ変調器２３を駆動する所望の出力振幅まで増幅される。光Ｉ／Ｑ変調器２３には、例えば、ＩＱ平面での変調が可能な２並列マッハツェンダー光変調器などを用いる。また、マッハツェンダー光変調器などにおいて、適切な駆動バイアスを得るためのバイアス回路なども、必要に応じて、光Ｉ／Ｑ変調器２３内に含む。一方、光源２２が送信キャリアとなる光を出力する。光源２２から出力された光は、光Ｉ／Ｑ変調器２３によって、電気増幅回路２１から出力された電気信号で変調されて、光信号となる。光Ｉ／Ｑ変調器２３から出力された光信号は、ＳＯＡ２４によって所望の平均光出力パワーへと増幅されて光送信器２より出力され、光送信器２に接続された光アクセスネットワークを介して、送信先の光受信器（図示せず）まで伝送される。

次に、本実施の形態におけるマッパ回路１２の動作についてより詳細に説明する。

本実施の形態１において、マッパ回路１２は、入力されるビットデータに対し２つのマップをもつ。図１の例を用いて、２つのマップを、それぞれ、マップ（ａ）とマップ（ｂ）とする。マップ（ａ）として用いる１６階調のマップを図２に示し、マップ（ｂ）として用いるマップを図３に示す。図２および図３において、横軸がＩｃｈ、縦軸がＱｃｈ、白丸（○）が１６階調の各シンボルを示す。いま、マッパ回路１２に入力されるビットデータは、４ビットずつに分割されたビット列であるため、当該ビット列は、図２および図３に示される１６通り（＝２^４通り）のうちのいずれかになる。従って、図２および図３の各マップには、１６通りのシンボルが配置されている。図２に示されたマップ（ａ）は、一般的に用いられる１６ＱＡＭのマップである。図２のマップ（ａ）においては、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号からなる１６個のシンボルは、それぞれ、マトリックス状に等間隔に配置されている。図２のマップ（ａ）に対し、図３に示すマップ（ｂ）は、マップ（ａ）の各シンボルの座標をπ／４だけ位相シフトした位置の座標のシンボルを有するマップとなっている。マッパ回路１２は、入力される４ビットのビットデータ毎に、図２のマップ（ａ）と図３のマップ（ｂ）とを交互に用いた変調を行う。図１において、ビットデータ生成回路１１から出力されるビットデータ‘０１００１１１００１１０’を、（１）‘０１００’、（２）‘１１１０’、（３）‘０１１０’と３つの４ビットずつのビット列に分割した場合、奇数番目、すなわち、（１）番目と（３）番目のビット列にはマップ（ａ）を用いたＩＱ変調がなされる。一方、偶数番目、すなわち、（２）番目のビット列にはマップ（ｂ）を用いたＩＱ変調がなされる。

図４に、マップ（ａ）とマップ（ｂ）の各シンボルの座標を示す。なお、図４の数値はそれぞれ小数第３位までを示し、それ以下は四捨五入した値である。図４を用いて、マッパ回路１２におけるＩＱ変調について簡単に説明すると、例えば、上記ビット列の（１）‘０１００’が入力された場合、この場合はマップ（ａ）を用いるので、Ｉｃｈ信号は「−０．９４９」となり、Ｑｃｈ信号は「０．９４９」となる。従って、ビット列の（１）‘０１００’は、マッパ回路１２により、Ｉｃｈ信号「−０．９４９」、Ｑｃｈ信号「０．９４９」の多値信号に変換される。また、上記ビット列の（２）‘１１１０’についてみると、この場合はマップ（ｂ）を用いるので、Ｉｃｈ信号は「−０．４４７」となり、Ｑｃｈ信号は「−０．８９４」となる。同様に、上記ビット列の（３）‘０１１０’についてみると、この場合は、（１）と同様にマップ（ａ）を用いるので、Ｉｃｈ信号は「−０．９４９」となり、Ｑｃｈ信号は「０．３１６」となる。こうして、マッパ回路１２のＩＱ変調により得られた、Ｉｃｈ信号およびＱｃｈ信号が、各ビット列に対するマッパ回路１２からの出力となる。

図５は、本実施の形態に係る光送信装置の効果を示す説明図である。図５において、白丸（○）はマップ（ａ）のシンボルの座標を示し、黒丸（●）はマップ（ｂ）のシンボルの座標を示す。本実施の形態１で示した方式においては、図５の直線の矢印で示されるように、マップ（ａ）の任意の１つのシンボル（○）から、マップ（ｂ）の任意の１つのシンボル（●）への直線遷移を考えた場合、いずれの白丸からいずれの黒丸への直線遷移を選んでも、そのいずれもが原点を通らない遷移となる。このように、マップ（ｂ）は、シンボルの直線遷移が原点を通らない遷移のみで構成されている。本実施の形態１で示した方式を用いることにより、従来の単純な１６ＱＡＭ方式に比べて、図５の曲線の矢印で示すように、ピーク強度包絡線に近い遷移を可能とすることから、ＰＡＰＲの低減が期待できる。また、ＰＡＰＲの低減によって、ＳＯＡを適用した図１の光送信器２のＳＯＡ２４に対する入力パワーの改善（＝ＳＯＡ光出力パワーの改善）が期待される。さらに、従来のπ／４シフトＱＰＳＫの延長では、位相シフトに伴い、８つのマップもしくは８つの位相状態を持つ必要があったが、本実施の形態１では２つのマップを持つのみでよいため、回路規模の削減が期待できる。

なお、本実施の形態１では、４ビット毎にマッピングを行う１６ＱＡＭのマップ（図２）とそれをπ／４だけシフトしたマップ（図３）とを用いる場合を例として説明した。しかしながら、本実施の形態１では、３ビット毎にマッピングを行う８ＱＡＭやそれ以上の多値度をもつＱＡＭに対しても同様に適用できることは言うまでもない。

以上のように、本実施の形態１に係る光送信装置は、ビットデータを生成するビットデータ生成回路１１、生成したビットデータをＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とからなる多値信号へと変換するマッパ回路１２、および、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号からなるデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡＣ１３をもつデジタル信号処理回路１と、キャリアとなる光を出力する光源２２、キャリア光をＤＡＣ１３からの電気信号で変調する光Ｉ／Ｑ変調器２３、および、光信号を増幅するＳＯＡ２４を有する光送信器２とを備え、マッパ回路１２が、２種類のマップ（マップ（ａ），マップ（ｂ））を持ち、シンボル遷移タイミング毎に２種類のマップを交互に切り替えて変調を行うことを特徴とするので、単純な１６ＱＡＭ方式に比べて、ピーク強度包絡線に近い遷移を可能とすることから、ＰＡＰＲの低減が期待できる。また、ＰＡＰＲの低減によって、ＳＯＡ２４の非線形特性による波形の劣化が抑制できるので、ＳＯＡ２４を適用した図１の光送信器２のＳＯＡ２４に対する入力パワーの改善（＝ＳＯＡ光出力パワーの改善）が期待される。さらに、従来のπ／４シフトＱＰＳＫの延長では、位相シフトに伴い、８つのマップもしくは８つの位相状態を持つ必要があったが、本実施の形態１では、２つのマップデータを持つのみでよいため、回路規模の削減が期待できる。

また、本実施の形態１においては、マッパ回路１２が有する２種類のマップ（マップ（ａ），マップ（ｂ））において、一方のマップのマップ（ａ）が多値ＱＡＭ信号のマップ（１６階調のマップ）で、もう一方のマップのマップ（ｂ）が、当該多値ＱＡＭ信号のマップをπ／４だけ位相シフトしたマップとしたので、容易に、マップ（ｂ）を生成することができる。

実施の形態２．
上記の実施の形態１では、マップ（ａ）とマップ（ｂ）の平均パワーの期待値が等しくなるように規格化した場合についての実施形態であったが、本実施の形態２では、マップ（ａ），（ｂ）を、ＤＡＣ１３の出力振幅の最大値で規定した場合の実施の形態を示す。実施の形態２に係る光送信装置を示す構成は、実施の形態１と同じく図１となる。従って、送信する‘０’，‘１’からなるビットデータを生成するビットデータ生成回路１１、送信されるビットデータをＩ／Ｑ平面の任意の点（シンボル）に割り当てるマッパ回路１２、および、マッパ回路１２で生成されるデジタル信号をアナログ信号へと変換するＤＡＣ１３で構成されるデジタル信号処理回路１と、電気信号を増幅する電気増幅回路２１、キャリアとなる光を出力する光源２２、キャリア光を電気信号で変調する光Ｉ／Ｑ変調器２３、および、光信号を増幅するＳＯＡ２４から構成される光送信器２によって構成される。なお、図１では、図示されていないが、光送信器２は、さらに、光Ｉ／Ｑ変調器２３を駆動する電気ドライバ増幅器も有している。

次に、動作について説明する。動作についても、基本的に、実施の形態１と同様である。すなわち、本実施の形態２においても、デジタル信号処理回路１により、送信電気信号が生成される。具体的には、デジタル信号処理回路１において、まず、ビットデータ生成回路１１により、送信されるビットデータが生成される。図１では、例として‘０１００１１１００１１０’のビットデータが生成された場合を考える。さらに、マッパ回路１２は、ビットデータを分割した４ビットのビット列毎にＩＱ平面への割り当てを行う。この際に、マッパ回路１２は、１６階調のマップを用いる。マッパ回路１２から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈの信号のデジタル信号は、ＤＡＣ１３によってアナログ信号へと変換され、光送信器２へと渡される。光送信器２では、Ｉｃｈ信号とＱｃｈの信号のアナログ信号は、電気増幅回路２１によって、光Ｉ／Ｑ変調器２３を駆動する所望の出力振幅まで増幅される。光Ｉ／Ｑ変調器２３としては、例えば、ＩＱ平面での変調が可能な２並列マッハツェンダー光変調器などを用いる。また、マッハツェンダー光変調器などにおいて、適切な駆動バイアスを得るためのバイアス回路なども、必要に応じて、光Ｉ／Ｑ変調器２３内に含む。光源２２から出力された光は、光Ｉ／Ｑ変調器２３によって、電気増幅回路２１から出力された電気信号で変調され、光信号となる。光Ｉ／Ｑ変調器２３から出力された光信号は、ＳＯＡ２４によって所望の平均光出力パワーへと増幅されて光送信器２より出力される。

次に、本実施の形態２におけるマッパ回路１２の動作についてより詳細に説明する。

本実施の形態２においては、ＤＡＣ１３のＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の出力最大振幅を２Ｖｐｐ（０Ｖ中心電圧）に設定したと仮定した例を挙げて、以下の説明を行う。実施の形態１と同様に、実施の形態２においても、マッパ回路１２は、入力されるビットデータに対し２つのマップをもつ。図１の例を用いて、２つのマップをそれぞれマップ（ａ）とマップ（ｂ）とする。但し、本実施の形態２で用いるマップは、実施の形態１で示したマップとは異なるものである。本実施の形態においてマップ（ａ）として用いる１６階調のマップを図６に示し、マップ（ｂ）として用いる１６階調のマップを図７に示す。マッパ回路１２は、入力される４ビットのビットデータ毎に、図６のマップ（ａ）と図７のマップ（ｂ）を交互に用いた変調を行う。図１において、ビットデータ生成回路１１から出力されるビットデータ‘０１００１１１００１１０’を、（１）‘０１００’、（２）‘１１１０’、（３）‘０１１０’の３つの４ビットずつのビット列に分割した場合、奇数番目、すなわち、（１）番目と（３）番目のビット列にはマップ（ａ）を用いたＩＱ変調がなされ、偶数番目、すなわち、（２）番目にはマップ（ｂ）を用いたＩＱ変調がなされる。

以下、マップ（ａ）とマップ（ｂ）について説明を行う。

マップ（ａ）は、図６に示す通り、１６ＱＡＭのマップである。但し、本実施の形態２では、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の出力振幅を最大２Ｖｐｐ（０Ｖ中心電圧）にするという仮定から、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号は、それぞれ、図６に示すように、最大１Ｖ、最小−１Ｖとなるように規格化したシンボルの配置となる。すなわち、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号からなる１６個のシンボルは、それぞれ、−１Ｖから１Ｖまでの範囲で、マトリックス状に等間隔に配置されている。

マップ（ｂ）の作成において、実施の形態１と同様にマップ（ａ）のπ／４位相シフトを単に実施した場合には、ＤＡＣ１３の最大出力振幅の２Ｖｐｐを超えた振幅（約±１．３４Ｖ出力）となってしまうため、本実施の形態２における最大出力振幅２Ｖｐｐという仮定を満たさない。従って、本実施の形態２では、図７に示すように、最大出力振幅２Ｖｐｐを超えずに、シンボル間の遷移についてピーク強度包絡線に近い遷移を可能とし、かつ、シンボル間の距離を確保できるマップ（ｂ）を作成する。マップ（ｂ）は、図８〜図１０に示すような手順で、シンボル配置を決定して作成されるものである。以下、図８〜図１０を用いて、シンボル配置の決定方法について説明する。

図８（ａ）は、マップ（ａ）の１６個のシンボルのうちの、最大出力（＝１または−１）を持つ４点を示しており、図８（ｂ）は、マップ（ｂ）におけるそれら４点に対応するシンボルの各配置を示す。図８（ｂ）は、図８（ａ）の４つのシンボルをそれぞれπ／４だけ位相シフトし、そのままでは、Ｉｃｈ信号およびＱｃｈ信号の出力振幅が＋１Ｖまたは−１Ｖを超えているので、さらに、それらの出力振幅を＋１Ｖまたは−１Ｖまで縮小している。

図９（ａ）には、マップ（ａ）の１６個のシンボルのうちの、平均出力をとる８シンボルを示しており、図９（ｂ）は、図９（ａ）のそれらの８シンボルに相当する、マップ（ｂ）における８シンボルの各配置を示す。マップ（ｂ）では、図９（ａ）の８シンボルが、それぞれπ／４だけ位相シフトされ、さらに、Ｉｃｈ／Ｑｃｈ軸上で最大振幅（１Ｖおよび−１Ｖ）を取る外周（図９の最大振幅の外周）上に配置されるように正規化されている。このとき、図８（ｂ）に示した４シンボル（図９（ｂ）では白丸のシンボル）も含めた合計１２シンボルで、全ての隣接シンボル間距離が最大となるように配置される。図９（ｂ）の例では、当該１２シンボルの隣接シンボル間距離は、すべて、約０．５９となっている。

図１０（ａ）には、マップ（ａ）の１６個のシンボルのうちの、最も低い出力を持つ４シンボルを示しており、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の４シンボルをシフトした、マップ（ｂ）におけるそれら４シンボルの配置を示す。図１０（ａ）の４シンボルは、図１０（ｂ）ではπ／４シフトされた位相に配置されるが、ＳＯＡを適用した本実施の形態２では、パワーの高くなる外周に配置されるシンボルは波形劣化の影響が強くなり（逆にいえば、内周への影響が小さい）、さらに外周と内周では通常グレイ符号化されていないため、図１０（ｂ）の４シンボル間の距離は約０．５５とし、さらに、図１０（ｂ）の４シンボルと図８（ｂ）に示す最大出力の４シンボル間のシンボル間距離が最小約０．６１となるように配置する。

図１１に、本発明の実施の形態２に係るマップ（ａ），（ｂ）における各シンボルの座標を示す。なお、図１１の数値は小数第３位までを示し、それ以下は四捨五入した値である。図１１を用いて、マッパ回路１２におけるＩＱ変調について簡単に説明すると、例えば、上記ビット列の（１）‘０１００’が入力された場合、この場合はマップ（ａ）を用いるので、Ｉｃｈ信号は「−１．０００」となり、Ｑｃｈ信号は「１．０００」となる。従って、ビット列の（１）‘０１００’は、マッパ回路１２により、Ｉｃｈ信号「−１．０００」、Ｑｃｈ信号「１．０００」の多値信号に変換される。また、上記ビット列の（２）‘１１１０’についてみると、この場合はマップ（ｂ）を用いるので、Ｉｃｈ信号は「−０．５８６」となり、Ｑｃｈ信号は「−１．０００」となる。同様に、上記ビット列の（３）‘０１１０’についてみると、この場合は、（１）と同様にマップ（ａ）を用いるので、Ｉｃｈ信号は「−１．０００」となり、Ｑｃｈ信号は「０．３３３」となる。こうして、マッパ回路１２のＩＱ変調により得られた、Ｉｃｈ信号およびＱｃｈ信号が、各ビット列に対するマッパ回路１２からの出力となる。

以上のように、本実施の形態２においては、マッパ回路１２が有する２種類のマップにおいて、一方のマップであるマップ（ａ）が、１６ＱＡＭ信号のマップであって、かつ、マップのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のそれぞれがＤＡＣ１３の出力の最大振幅を超えないように各シンボルが割り当てられているマップである場合、もう一方のマップであるマップ（ｂ）が、マップ（ａ）の任意の１つのシンボルからマップ（ｂ）の任意の１つのシンボルへの直線遷移を考えた場合、いずれの直線遷移も原点を通らない遷移のみで構成され、かつ、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号のそれぞれがＤＡＣ１３の出力の最大振幅を超えないように、各シンボルが割り当てられている。なお、直線遷移については図５を参照されたい。

また、本実施の形態２におけるマップ（ｂ）は、さらに以下の特徴を持つ。
（ｉ）マップ（ａ）の１６ＱＡＭ信号をπ／４位相シフトしてマップ（ｂ）を生成する。このときに、マップ（ｂ）の各シンボルのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とが、それぞれ、ＤＡＣ１３の最大振幅を超えないように、各シンボルを配置する。
（ｉｉ）従って、マップ（ｂ）は、最大出力位置の４シンボルとして、マップ（ａ）の１６ＱＡＭ信号のうちの、最大出力位置にあった４シンボルをπ／４位相シフトさせた後に、それらの４シンボルのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の出力振幅をＤＡＣ１３の最大振幅まで縮小させた位置の座標を有する４シンボルを有する。
（ｉｉｉ）マップ（ｂ）においては、平均出力位置の８シンボルとして、マップ（ａ）の１６ＱＡＭ信号のうちの、平均出力位置にあった８シンボルをπ／４位相シフトさせた後に、それらの８シンボルのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の出力振幅をＤＡＣ１３の最大振幅となるように正規化し、当該８シンボルと上記（ｉｉ）の最大出力位置の４シンボルとを合わせた合計１２シンボルの隣接シンボル間距離が等間隔（約０．５９）となるように配置させた位置の座標を有する８シンボルを有する。
（ｉＶ）マップ（ｂ）においては、最小出力位置の４シンボルとして、マップ（ａ）の１６ＱＡＭ信号のうちの、最小出力位置にあった４シンボルをπ／４位相シフトさせた後に、当該４シンボルの隣接シンボル間距離（約０．５５）が、当該４シンボルと上記（ｉｉ）の最大出力位置の４シンボルとの隣接シンボル間距離（約０．６１）よりも小さく、かつ、当該４シンボルの隣接シンボル間距離（約０．５５）が、ＤＡＣ１３の最大振幅の１／４以上（約０．５以上）となる値に配置された位置の座標を有する４シンボルを有する。
（Ｖ）上記（ｉＶ）の４シンボルの隣接シンボル間距離（約０．５５）が、上記（ｉｉｉ）の最大出力位置の４シンボルと平均出力位置の８シンボルとを合わせた合計１２シンボルの隣接シンボル間距離（約０．５９）よりも小さい値となるように配置する。

本方式を用いることにより、単純な１６ＱＡＭ方式に比べて、ピーク強度包絡線に近い遷移を可能とすることから、ＰＡＰＲの低減が期待できる。ＰＡＰＲの低減によって、ＳＯＡを適用した図１の光送信装置のＳＯＡに対する入力パワーの改善（＝ＳＯＡ光出力パワーの改善）が期待される。また、実施の形態１や従来のπ／４シフトに比較して、ＤＡＣ１３の出力振幅を有効に利用できるため、バジェット拡大に期待ができる。

以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、マップ（ａ），（ｂ）の１６シンボルのそれぞれがＤＡＣ１３の出力の最大振幅を超えないように各シンボルが割り当てられているように配置したので、実施の形態１や従来のπ／４シフトに比較して、ＤＡＣ１３の出力振幅を有効に利用できるため、バジェット拡大に期待ができる。

１デジタル信号処理回路、２光送信器、１１ビットデータ生成回路、１２マッパ回路、１３ＤＡＣ、２１電気増幅回路、２２光源、２３光Ｉ／Ｑ変調器、２４ＳＯＡ。

Claims

送信電気信号を生成するデジタル信号処理回路と、
前記送信電気信号から送信光信号を生成する光送信器と
を備え、
前記デジタル信号処理回路は、
ビットデータを生成するビットデータ生成回路と、
前記ビットデータを、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の多値信号へと変換するマッパ回路と、
前記Ｉｃｈ信号およびＱｃｈ信号をデジタル／アナログ変換し、前記送信電気信号として出力するデジタル／アナログ変換器と
を有し、
前記光送信器は、
送信キャリアとなる光を出力する光源と、
前記光を、前記デジタル／アナログ変換器から出力された前記送信電気信号で変調する光Ｉ／Ｑ変調器と、
前記光Ｉ／Ｑ変調器から出力される光信号を増幅する半導体光アンプと
を有し、
前記マッパ回路が、第１のマップと第２のマップの２種類のマップを持ち、前記ビットデータを構成するビット列の送信タイミング毎に当該２種類のマップを交互に切り替えて変調を行い、
前記第１のマップは、複数のシンボルを有する多値ＱＡＭ信号のマップで、
前記第２のマップは、前記第１のマップの各シンボルをπ／４だけ位相シフトしたマップである、
ことを特徴とする光送信装置。
送信電気信号を生成するデジタル信号処理回路と、
前記送信電気信号から送信光信号を生成する光送信器と
を備え、
前記デジタル信号処理回路は、
ビットデータを生成するビットデータ生成回路と、
前記ビットデータを、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の多値信号へと変換するマッパ回路と、
前記Ｉｃｈ信号およびＱｃｈ信号をデジタル／アナログ変換し、前記送信電気信号として出力するデジタル／アナログ変換器と
を有し、
前記光送信器は、
送信キャリアとなる光を出力する光源と、
前記光を、前記デジタル／アナログ変換器から出力された前記送信電気信号で変調する光Ｉ／Ｑ変調器と、
前記光Ｉ／Ｑ変調器から出力される光信号を増幅する半導体光アンプと
を有し、
前記マッパ回路が、第１のマップと第２のマップの２種類のマップを持ち、前記ビットデータを構成するビット列の送信タイミング毎に当該２種類のマップを交互に切り替えて変調を行い、
前記第１のマップは、複数のシンボルを有する多値ＱＡＭ信号のマップであって、かつ、各シンボルのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のそれぞれが前記デジタル／アナログ変換器の出力の最大振幅以内となるように割り当てられているマップであり、
前記第２のマップは、前記第１のマップのシンボルからの直線遷移が原点を通らない遷移のみで構成され、かつ、各シンボルのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のそれぞれが前記デジタル／アナログ変換機の出力の最大振幅以内となるように割り当てられているマップである
ことを特徴とする光送信装置。
前記第２のマップが、
前記第１のマップの複数のシンボルのうちの、最大出力位置にある４シンボルをπ／４位相シフトさせ、シフト後の４シンボルのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の出力振幅を前記デジタル／アナログ変換機の最大振幅まで縮小させた位置の４シンボルを有し、
前記第１のマップの複数のシンボルのうちの、平均出力位置にある８シンボルをπ／４位相シフトさせ、シフト後の８シンボルのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の出力振幅を前記デジタル／アナログ変換機の最大振幅となるように正規化し、当該８シンボルと前記最大出力位置の４シンボルとを合わせた１２シンボルの隣接シンボル間距離が等間隔となるように配置させた８シンボルを有し、かつ、
前記第１のマップの複数のシンボルのうちの、最小出力位置にある４シンボルをπ／４位相シフトさせた後に、当該４シンボルの隣接シンボル間距離が、当該４シンボルと前記最大出力位置の４シンボルとの隣接シンボル間距離よりも小さく、かつ、当該４シンボルの隣接シンボル間距離が、前記デジタル／アナログ変換機の最大振幅の１／４以上となる値に配置された４シンボルを有する
ことを特徴とする請求項２に記載の光送信装置。
ビットデータを生成するビットデータ生成ステップと、
前記ビットデータを、前記ビットデータを構成するビット列の送信タイミング毎に第１のマップと第２のマップの２種類のマップを交互に切り替えて変調し、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号からなる多値信号へと変換するマッパ変調ステップと、
前記Ｉｃｈ信号およびＱｃｈ信号をデジタル／アナログ変換するデジタル／アナログ変換ステップと、
送信キャリアとなる光を出力する光出力ステップと、
前記光を、前記デジタル／アナログ変換器から出力される信号で変調する光ＩＱ変調ステップと、
前記光ＩＱ変調ステップで出力される光信号を増幅する増幅ステップと
を備え、
前記第１のマップは、複数のシンボルを有する多値ＱＡＭ信号のマップで、
前記第２のマップは、前記第１のマップの各シンボルをπ／４だけ位相シフトしたマップである、
ことを特徴とする光送信方法。
ビットデータを生成するビットデータ生成ステップと、
前記ビットデータを、前記ビットデータを構成するビット列の送信タイミング毎に第１のマップと第２のマップの２種類のマップを交互に切り替えて変調し、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号からなる多値信号へと変換するマッパ変調ステップと、
前記Ｉｃｈ信号およびＱｃｈ信号をデジタル／アナログ変換するデジタル／アナログ変換ステップと、
送信キャリアとなる光を出力する光出力ステップと、
前記光を、前記デジタル／アナログ変換器から出力される信号で変調する光ＩＱ変調ステップと、
前記光ＩＱ変調ステップで出力される光信号を増幅する増幅ステップと
を備え、
前記第１のマップは、複数のシンボルを有する多値ＱＡＭ信号のマップであって、かつ、各シンボルのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のそれぞれが前記デジタル／アナログ変換器の出力の最大振幅以内となるように割り当てられているマップであり、
前記第２のマップは、前記第１のマップのシンボルからの直線遷移が原点を通らない遷移のみで構成され、かつ、各シンボルのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のそれぞれが前記デジタル／アナログ変換機の出力の最大振幅以内となるように割り当てられているマップである、
ことを特徴とする光送信方法。