JP6011069B2 - フレキシブルマルチバンドマルチトラフィック光ｏｆｄｍネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、全般的には光ネットワークの分野に関わり、特にフレキシブルマルチバンドマルチトラフィック光直交周波数分割多重ネットワークに関わる。

通信ネットワークは、ノードが他のノードと通信することを許容する。通信ネットワークは、以下の一つ以上の全てまたは一部を含み得る、すなわち、公衆電話交換回線網（ＰＳＴＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、都市規模ネットワーク（ＭＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、パブリックなまたはプライベートなデータネットワーク、インターネット、有線または無線ネットワーク、企業内イントラネット、他の適切な通信リンクなどの、ローカル、地域、もしくはグローバル通信またはコンピュータネットワーク、または前者のいずれかの任意の組み合わせの一つ以上の全てまたは一部を含み得る。通信ネットワークは、光伝送ネットワーク（ＯＴＮ）を含み得る。

情報は、情報を波長にエンコードするために光の一つ以上の波長の変調によって光ネットワーク通じて送信され、受信され得る。光ネットワーキングではまた、光の波長はチャンネルと呼ばれ得る。各チャンネルは、光ネットワークを介して特定の量の情報を伝達するように構成され得る。

光ネットワークの情報伝達能力を増加させるために、複数のチャンネルで伝達される複数の信号は、単一の光信号に結合され得る。単一の光信号の複数のチャンネルで情報を通信するプロセスは、光学では波長分割多重（ＷＤＭ）と呼ばれる。ＷＤＭのある形式を除けば、光ネットワークのバンド幅は、単に一つの波長のビットレートに限られることがある。より広いバンド幅では、光ネットワークはより多くの量の情報を送達することができる。

複数のトラフィックストリームの伝達は、個々のトラフィックバンド幅がネットワーク中の送信器および受信器のバンド幅より小さいとき、ネットワークリソースの非有効的な使用をもたらし得る。その場合、各送信器および受信器は、過剰な、未使用のバンド幅を有するだろう。

本開示の幾つかの実施形態にしたがうと、複数のトラフィックを含む光直交周波数分割多重信号を受信し処理する方法が開示される。方法はさらに、光直交周波数分割多重信号を電気的ドメインにダウンコンバートし、電気信号を取得することを含む。方法は加えて、電気的直交周波数分割多重信号をフィルタリングし、複数のトラフィックの第１を含む電気信号の第１の部分を取得し、第１の並列プロセッサで電気信号の第１の部分を前処理することを含む。方法は加えて、電気的直交周波数分割多重信号をフィルタリングし、複数のトラフィックの第２を含む電気信号の第２の部分を取得し、第２の並列プロセッサで電気信号の第２の部分を前処理することを含む。方法はさらに、電気信号の前処理された第１の部分と電気信号の前処理された第２の部分を結合して結合された電気信号を生成することと、結合された電気信号を復調することを含む。方法は、遅れて到達しているトラフィックは前に到達しているトラフィックの受信および／または処理を中断しないことを提供し得る。

本発明、ならびにその特徴および利点のより完全な理解のために、ここで添付の図面に関連してなされる以下の記載の参照を行う。
図１は、通信ネットワークの単純化された図である。 図２は、通信ネットワークでの信号の送信および受信を示している。 図３Ａは、本開示の実施形態にしたがう一送信器による複数の光直交周波数分割多重信号の送信を示している。 図３Ｂは、本開示の実施形態にしたがう一送信器による複数の光直交周波数分割多重信号の送信を示している。 図４Ａは、本開示の実施形態にしたがう一受信器による複数の光直交周波数分割多重信号の受信を示している。 図４Ｂは、本開示の実施形態にしたがう一受信器による複数の光直交周波数分割多重信号の受信を示している。 図５Ａは、本開示の実施形態にしたがう複数の送信器による、少なくとも一つのスーパーチャンネル信号を含む複数の光直交周波数分割多重信号の送信を示している。 図５Ｂは、本開示の実施形態にしたがう複数の送信器による、少なくとも一つのスーパーチャンネル信号を含む複数の光直交周波数分割多重信号の送信を示している。 図６Ａは、本開示の実施形態にしたがう複数の受信器による、少なくとも一つのスーパーチャンネル信号を含む複数の光直交周波数分割多重信号の受信を示している。 図６Ｂは、本開示の実施形態にしたがう複数の受信器による、少なくとも一つのスーパーチャンネル信号を含む複数の光直交周波数分割多重信号の受信を示している。 図７は、本開示の実施形態にしたがう一受信器で複数の光直交周波数分割多重信号を受信し処理するための装置を示すブロック図である。 図８は、本開示の実施形態にしたがう一受信器で複数の光直交周波数分割多重信号を受信し処理するための手順を示すフローチャートである。 図９は、複数の光直交周波数分割多重信号のシンボル同期を示す図である。

図１は、通信ネットワーク１の単純化された図である。通信ネットワークは、ノード１０およびネットワーク１内でノード１０間の通信を容易にするリンク１２を含み得る。通信ネットワークは、以下の一つ以上の全てまたは一部を含み得る、すなわち、公衆電話交換回線網（ＰＳＴＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、都市規模ネットワーク（ＭＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、パブリックなまたはプライベートなデータネットワーク、インターネット、有線または無線ネットワーク、企業内イントラネット、他の適切な通信リンクなどの、ローカル、地域、もしくはグローバル通信またはコンピュータネットワーク、または前者のいずれかの任意の組み合わせの一つ以上の全てまたは一部を含み得る。

幾つかの実施形態では、通信ネットワーク１は、光伝送ネットワーク（ＯＴＮ）のような光ネットワークを含み得る。トラフィックはＩＴＵ Ｇ．７０９のような様々なプロトコルにしたがってＯＴＮ内のノード１０間に送信され得る。ノード１０は、データパケットまたは光伝送ユニット（ＯＴＵ）フレームとして知られているフレームでトラフィックを送信し得る。ノード１０は、例えば、コアＯＴＮ中のセントラルオフィス（ＣＯ）であり得る。

ノード１０は、一般にノード１０に光信号を送信し、光信号を受信し、隣接ノード１０間に光信号を渡す（パスする）ことを許容する光ネットワーキング機器および電気回路を含むであろう。そのような機器および回路は、例えば、一つ以上の受信器、送信器、ならびに光および電気スイッチを、電気信号を処理するために必要なエレクトロニクスと共に含み得る。

ノード１０に含まれ得る光スイッチの例は波長選択スイッチ（ＷＳＳ）である。ＷＳＳは、たとえば、送信ノード、受信ノードおよび中間ノードに備わっていてもよい。送信ノードのＷＳＳは、送信器から入力トラフィックを得て、それをネットワークを介してトラフィックのルートで次のノードに向け得る。中間ノードのＷＳＳは、入ってくるトラフィックをトラフィックのルートで次のノードに向け得る。受信モードでは、ＷＳＳは、入ってくるトラフィックを受信器にルーティングし得る。

リンク１２は、２つの隣接ノード１０の間の通信接続を記述し得る。リンク１２は、隣接ノード間の物理的または論理的接続であり得る。物理的リンクは、光ファイバ、Ｔ１ケーブル、ＷｉＦｉ信号、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ信号または任意の他の適切なメディアなど、隣接ノード１０を互いに接続する伝達メディアを含み得る。

トラフィックは、通信ネットワーク内で送信されたり、格納されたり、またはソートされる情報であり得る。そのようなトラフィックは、音声、ビデオ、文字、または任意の他の適切なデータをエンコードするように構成された光または電気信号の方法によって通信され得る。データはまた、リアルタイムまたは非リアルタイムであり得る。トラフィックは、限定されないが、オープンソースインターコネクションｎ（ＯＳＩ）標準およびインターネットプロトコル（ＩＰ）を含む任意の適切な通信プロトコルを介して通信され得る。加えて、トラフィックは、それに限定されないが、フレーム、パケット、または非構造化ビットストリームで構造化されることを含む任意の適当な方法で構造化されても良い。

トラフィックは、光の一つ以上の波長の変調により情報を波長でエンコードするために、ネットワーク１を介して送信され受信され得る。光ネットワーキングでは、光の波長はまたチャンネルと呼ばれ得る。各チャンネルは、ネットワーク１を介してある量の情報を伝達するように構成され得る。

通信ネットワーク１の情報伝達能力を増やすために、複数のチャンネルで伝達される複数の信号は、単一の光信号に結合され得る。単一の光信号の複数のチャンネルにおいて情報を通信する処理は、光学では波長分割多重（ＷＤＭ）と呼ばれている。ＷＤＭのある形式を除けば、光ネットワーク中のバンド幅は唯一つの波長のビットレートに限られることがある。より広いバンド幅では、光ネットワークはより大量の情報を伝達することが可能である。

通信ネットワーク１は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）として知られ、一つ以上のチャンネルであって、各々は複数の直交するサブキャリア周波数を有するチャンネルでトラフィックを通信する、ＷＤＭの特定の変形例を利用する。ＯＦＤＭは、無線通信において、光ネットワークにおける場合と同様に用いられ得る。光ＯＦＤＭの一例は、Ｗ．Ｓｈｉｅｈらによる“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ＯＦＤＭ：ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ”、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、ｖｏｌ．１６、ｎｏ．２、２００８年１月２１日に、記載されているコヒーレント光ＯＦＤＭ（“ＣＯ−ＯＦＤＭ”）である。光ＯＦＤＭは、ＷＤＭに対する他の方法より多くの利点を有している。たとえば、光ＯＦＤＭシステムでは、伝達システムの色分散および偏波モード分散が見積もられ、緩和され得る。さらに、光ＯＦＤＭは、他のＷＤＭ法に比べて高い光スペクトル効率をもたらし、必要な電気的ドメインバンド幅を減らし、そして有効な高速フーリエ変換（ＦＦＴ）および逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）アルゴリズムの信号処理での使用を許容する。最後に、ＯＦＤＭ信号は、ガードインターバルおよびサイクリックプレフィックスを含むので、ＯＦＤＭは分散の効果に、高い抵抗力がある。

Ｗ．Ｓｈｉｅｈらによる“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ＯＦＤＭ：ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ”、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、ｖｏｌ．１６、ｎｏ．２、２００８年１月２１日の中で議論されているように、光ＯＦＤＭネットワークは、一般に、少なくとも５つの機能ブロックを含むと理解され得る。すなわち、（１）高周波（ＲＦ）ＯＦＤＭ送信器、（２）ＲＦ−光アップコンバータ、（３）光チャンネル、（４）光−ＲＦダウンコンバータ、および（５）ＲＦ受信器である。ブロック（１）および（２）を含む光ＯＦＤＭ送信器は、入力電気的ＯＦＤＭ信号を光チャンネルで送信するために光ＯＦＤＭ信号に変換する。ブロック（４）および（５）を含む光ＯＦＤＭ受信器は、光チャンネルから入力光ＯＦＤＭ信号を受信し、信号を電気的ＯＦＤＭ信号に変換する。

図２は、通信ネットワーク１にわたる信号の送信および受信を示している。ノード１０ａに備えられる光送信器２２ａは、トラフィックＡを含む光信号をノード１０ａからノード１０ｂに送信し、該信号は光受信器２４ａにより受信される。同様に、ノード１０ａに備えられる光送信器２２ｂは、トラフィックＢを含む光信号をノード１０ａから、ノード１０ｃを介してノード１０ｄに送信し、該信号は受信器２４ｂにより受信される。

図２に示されている送信は、もし、たとえばトラフィックＡとＢの集合（Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ）バンド幅が送信器のバンド幅より小さいなら、ネットワークリソースの非効果的な利用をもたらし得る。この場合、送信器２２ａおよび２２ｂのそれぞれは、過剰で未使用のバンド幅を有する。もし、トラフィックＡとＢの結合されたバンド幅が送信器２２ａおよび２２ｂのいずれかによって提供されるバンド幅以下であれば、一つだけの送信器をトラフィックＡとＢの両方を送信するために用いることが有利であろう。

光ＯＦＤＭは、単一の送信器または受信器を用いて複数のトラフィックを送信または受信するための一方法を提供する。いままで、幾つかの技術的障害が、光ＯＦＤＭ送信器および受信器を複数のトラフィックを光ネットワーク中の別の位置に送信するまたは光ネットワーク中の別の位置から受信するために有効に利用することを妨げてきた。これらの技術的困難は、たとえば、ＷＳＳフィルタおよび送信器レーザで、中心周波数がドリフトする傾向を含む。このドリフトは、部分的には光領域で重要であり、ギガヘルツのオーダーであり得る。加えて、ＷＳＳフィルタ特性は典型的には、ステップ関数的に落ちずに、その代わりに、バンドカットオフ周波数で有限の傾きを示す。

図３ａおよび３ｂは、本開示の実施形態にしたがう一送信器による複数のトラフィックを含む光ＯＦＤＭ信号の送信を示している。図３ａは、上述の技術的困難を克服する、マルチバンド、マルチトラフィック光ＯＦＤＭ送信器３０ａを示している。ＯＦＤＭ送信器３０ａは、トラフィックＣおよびトラフィックＤを含む光ＯＦＤＭ信号を送信することが可能であり、よって、ネットワークリソースのより有効な利用を可能とする。トラフィックＣおよびトラフィックＤを含む光ＯＦＤＭ信号は、トラフィックＣおよびトラフィックＤを含む入力ＲＦ領域ＯＦＤＭ信号を適切な光周波数にアップコンバートすることにより生成され得る。ノード１０ａに備えられる送信器３０ａは、トラフィックＣをノード１０ｂに備えられる受信器３２ａに送信する。トラフィックＣを送信する一方、送信器３０ａはまた、トラフィックＤをノード１０ｄに備えられる受信機３２ｂに送信する。送信器３０ａは、トラフィックＣとトラフィックＤの両方を含む光信号を送信することができるので、トラフィックＤの別の送信器への割り当ては不必要である。結果として、ネットワークリソースは、より有効的に割り振られる。

図３ｂはさらに、トラフィックＣのバンド幅３４ａとトラフィックＤのバンド幅３４ｂはそれぞれ、送信器３０ａのバンド幅３８ａより小さいことを示している。別の言葉では、トラフィックＣとトラフィックＤはそれぞれ、送信器３０ａの部分的なバンド幅しか使わない。加えて、トラフィックＣとトラフィックＤの集合バンド幅と適切なガードバンド３９ａの和は、送信器３０ａのバンド幅３８ａ内にある。特定の実施形態では、ガードバンド３９ａは、送信器レーザとネットワーク中で用いられるＷＳＳフィルタのバンド幅の中心の間の最大相対周波数ドリフトと、ＷＳＳフィルタ特性３６ａおよび３６ｂの遷移幅の２倍の和より大きい。ガードバンド３９ａは、ＯＦＤＭ送信器で対応するサブキャリアチャンネルデータをゼロで埋めることにより得られても良い。

図４ａおよび４ｂは、本開示の実施形態にしたがう一受信器３２ｃによる複数の光ＯＦＤＭ信号の受信を示している。図４ａは、光ネットワーク中の異なる場所から複数のトラフィックを受信することに関連する上述の技術的困難を克服する、マルチバンド、マルチトラフィック光ＯＦＤＭ受信器３２ｃを示している。ノード１０ａに備えられる受信器３２ｃは、ノード１０ｂに備えられている送信器３０ｂからトラフィックＥを含む光ＯＦＤＭ信号を受信する。トラフィックＥを受信する一方、受信器３２ｃはまた、ノード１０ｄに備えられている送信器３８ｂからトラフィックＦを含む光ＯＦＤＭ信号を受信する。受信器３２ｃはトラフィックＥとトラフィックＦの両方を受信することができるので、トラフィックＦの別の受信器への割り当ては不必要である。よって、複数のトラフィックを受信する受信器３２ｃの能力は、ネットワークリソースのより有効な利用を許容する。

図４ｂはさらに、トラフィックＥのバンド幅３４ｃとトラフィックＦのバンド幅３４ｄはそれぞれ、受信器３０ｃのバンド幅３８ｂより小さいことを示している。別の言葉では、トラフィックＥとトラフィックＦはそれぞれ、受信器３０ｃの部分的なバンド幅しか使わない。加えて、トラフィックＥとＦの集合バンド幅と適切なガードバンド３９ｂの和は、受信機３２ｃのバンド幅３８ｂ内にある。

ガードバンドは、バンド間の線形クロストークは限定されるまたは無視できることを保証し、よって新しい信号トラフィックは既存のトラフィックの受信を中断させないように受信器３２ｃを設計することを可能とする。上述のように、ガードバンド３９ｂは典型的には、送信器レーザとＷＳＳフィルタのバンド幅の中心の間の最大相対周波数ドリフトと、ＷＳＳフィルタ特性３６ｃおよび３６ｄの遷移幅の２倍の和より大きい。

幾つかの状況では、図４ａおよび４ｂに示されているトラフィックＥおよびトラフィックＦの間の直交性およびシンボル同期は、光領域では保証されないことがある。しかしながら、ガードバンド３９ｂが含まれているがゆえに、トラフィックＥおよびトラフィックＦは、たとえば、電気的フィルタを用いることによって、電気的領域で分離可能であり得る。周波数ドリフトゆえに、トラフィックＥおよびトラフィックＦは、光領域からダウンコンバージョン後、電気的領域では直交しないことがある。図７および８に関してさらに詳細に記載するように、プリプロセッサは、たとえば、周波数オフセットを補償すること、およびトラフィックＥおよびトラフィックＦの間のシンボル同期を実現することによって、電気的領域でトラフィックＥおよびトラフィックＦを互いに直交させるために用いられ得る。トラフィックＥおよびトラフィックＦを含む電気信号は、次に結合され、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）に基づく信号処理によりデマルチプレックス（多重分離化）され得る。

受信では、トラフィックＥおよびトラフィックＦを含む光信号は、偏波状態で相対的差異を示し得る。偏波状態の差異は、たとえば、信号は異なる送信器から発生し、ネットワーク中を異なる経路をとるという事実によることがある。トラフィックＥおよびトラフィックＦを含む光信号間の偏波状態の相対的差異は、ＯＦＤＭの目的の直交性に影響しない。よって、偏波デマルチプレクシングは、複数のバンドまたは複数のサブキャリアチャンネルで別々に処理され得る。

加えて、バンド幅あたりの信号電力は、光領域で均一化され得る。たとえば、トラフィックＥおよびトラフィックＦを含む光信号が、異なる送信電力および損失を被るような状況では、各バンドにはＷＳＳフィルタで加えられる異なる減衰が掛けられる。

図５ａおよび５ｂは、本開示の実施形態にしたがう複数の送信器による、少なくとも一つのスーパーチャンネル信号を含む複数の光直交周波数分割多重信号の送信を示している。

図５ａは、少なくとも一つのスーパーチャンネル信号を含む複数の光ＯＦＤＭ信号を、ノード１０ｂおよび１０ｄに備えられる複数の受信器３２ｄ、３２ｅ、および３２ｆに送信するために用いられる単一のＯＦＤＭ送信器を示している。この実施形態では、トラフィックＧのバンド幅は、ノード１０ａの送信器３０ｄまたは３０ｅのいずれかのバンド幅より大きい。もし送信器３０ｄおよび３０ｅが位相および周波数ロックのキャリアを用い、同期されたクロックを有し、同一のシンボルタイミングを有するなら、スーパーチャンネルが生成され得る。その場合、送信器３０ｄおよび３０ｅはともに、個々の送信器バンド幅より大きいバンド幅を有するトラフィックＧを含むスーパーチャンネル信号の部分を送信するために用いられる。トラフィックＧは、ノード１０ｂに備えられる受信器３２ｄおよび３２ｅにより受信される。トラフィックＧの部分を送信する一方、送信器３０ｅはまた、ノード１０ｄに備えられる受信器３２ｆにトラフィックＨを送信する。

図５ｂはさらに、トラフィックＧのバンド幅３４ｅであって、送信器３０ｄおよび３０ｅのそれぞれのバンド幅３８ｃおよび３８ｄより大きいバンド幅を示している。トラフィックＧを含むスーパーチャンネル信号の送信に合うように、トラフィックＧのバンド幅３４ｅは、一つより多くの送信器にわたるように割り当てられ得る。図５ａおよび５ｂの実施形態では、送信器３０ｄは、トラフィックＧにその全バンド幅を提供する。トラフィックＧの残りは送信器３０ｅにより送信される。トラフィックＧのこの部分は、送信器３０ｅの全バンド幅を使い切ることはないので、送信器３０ｅはまた、トラフィックＨであって、バンド幅３４ｆを有し、送信器３０ｅの一部のバンド幅のみを要求するトラフィックを送信し得る。トラフィックＧとトラフィックＨの集合バンド幅と適切なガードバンド３９ｃの和は、送信器３０ｄおよび３０ｅの結合されたバンド幅３８ｃおよび３８ｄの内部にある。上で述べたように、ガードバンド３９ｃの幅は典型的には、送信器レーザとネットワーク中で用いられるＷＳＳフィルタのバンド幅の中心の間の最大相対周波数ドリフトと、ＷＳＳフィルタ特性３６ｅおよび３６ｆの遷移幅の２倍の和より大きい。

図５ａのシステムは、本開示の多くの利点を示している。送信器３０ｅは複数のトラフィックを送信し、よってネットワークリソース割り当ての効率を改善する。さらに、送信器３０ｄと３０ｅはともに、トラフィックＧを含むスーパーチャンネル信号を送信する。スーパーチャンネル信号は２つ以上の送信器にわたり割り当てられ得るので、ネットワークは任意の単一の送信器のバンド幅より大きいバンド幅のトラフィックを送信し得る。

図６ａと６ｂは、本開示の実施形態にしたがう複数の受信器による、少なくとも一つのスーパーチャンネル信号を含む複数の光ＯＦＤＭ信号の受信を示している。

図６ａは、ノード１０ｂおよび１０ｄに備えられる複数の送信器３０ｆ、３０ｇ、および３０ｈから、トラフィックＪを含む一つのスーパーチャンネル信号を含む、複数の信号を受信するために用いられる、複数のマルチバンド、マルチトラフィック光ＯＦＤＭ受信器３２ｇおよび３２ｈを示している。この例では、送信器３０ｆおよび３０ｇにより送信されるトラフィックＪのバンド幅は、受信器３２ｇまたは３２ｈのいずれかのバンド幅より大きい。もし受信器３２ｇおよび３２ｈ中の局所振動の相対的周波数差は分かっているかまたは、代替として、もし受信器３２ｇおよび３２ｈ中の局所振動がロックされた周波数であるなら、スーパーチャンネル信号は受信され得る。受信器３２ｇおよび３２ｈはそれぞれ、トラフィックＪの部分を受信し得る。トラフィックＪの部分を受信する一方、受信器３２ｈはまた、ノード１０ｄに備えられる送信器３０ｈからトラフィックＫを受信する。上述のように、ガードバンド３９ｄは典型的には、送信器レーザとＷＳＳフィルタのバンド幅の中心の間の最大相対周波数ドリフトと、ＷＳＳフィルタ特性３６ｇおよび３６ｈの遷移幅の２倍の和より大きい。

さらに図６ｂに示されているように、トラフィックＪのバンド幅３４ｇは、受信器３２ｇおよび３２ｈそれぞれのバンド幅３８ｅおよび３８ｆより大きい。トラフィックＪを含むスーパーチャンネル信号の受信に合うように、トラフィックＪのバンド幅３４ｇは、一つ以上の受信器にわたり割り当てられ得る。図６ａおよび６ｂの例では、受信機３２ｇは、その全バンド幅をトラフィックＪに提供する。トラフィックＪのバンド幅３４ｇの残りは、受信器３２ｈに割り当てられる。トラフィックＪのこの部分は受信器３２ｈの全バンド幅を使い切らないので、受信器３２ｈはまた、バンド幅３４ｈを有し、受信器３２ｈのバンド幅の一部のみを要求するトラフィックＫを受信し得る。

トラフィックＪとトラフィックＫの集合バンド幅と適切なガードバンド３９ｄの和は、受信器３２ｇと３２ｈの結合されたバンド幅内にある。図６ｂに示されているように、受信器バンド幅３８ｅと３８ｆのエッジは重なる（ｏｖｅｒｌａｐ）ことがあり得る。幾つかの状況では、受信器の周波数特性のロールオフのため、受信器の電気的バンド幅のエッジのサブキャリアチャンネルの信号ノイズ比（ＳＮＲ）は悪い。ＯＦＤＭサブチャンネルの減衰は一般にサブチャンネル間の直交性に影響を与えないので、この悪いＳＮＲは一般にＯＦＤＭ中のサブチャンネル間にチャンネルクロストークを導入しないであろう。事実、受信器バンド幅３８ｅおよび３８ｆの重なりは、バンド幅重なり内に位置するサブキャリアチャンネル中のデータに関する冗長情報を与え、よってバンド幅重なり内に位置するサブキャリアチャンネル中のデータのデータを復元することを容易にする。

図６ａに示されている受信器は、図５ａの送信器によって提供される利点と同様の利点を与える。たとえば、図６ａの受信器はネットワークリソース割り当ての効率を改善する。

図７は、本開示の実施形態にしたがう一受信器３２で複数の光ＯＦＤＭ信号を受信し処理するための装置を示すブロック図である。複数のトラフィックを受信し得る受信器３２は、図６ａに関して記載された受信器の例である。受信器３２はコヒーレント検知器７０６、プリプロセッサ７１０、オンオフモジュール７２４ａおよび７２４ｂ、結合器７２６、信号プロセッサ７２８、均一化およびキャリア位相復元モジュール７３０を含む。

到達する光ＯＦＤＭ信号７０４は、ガードバンドＧＢで分離されるトラフィックバンドＡおよびＢを含む、光スペクトル７０２を有する。コヒーレント検知器７０６は、光信号７０４を受信し、それを電気的領域に変換する。検知器７０６から出力される信号は、別々のトラフィックバンドＡおよびＢを保持し、同位相（ｉｎ−ｐｈａｓｅ）（すなわち“Ｉ”）成分および直交（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）（すなわち“Ｑ”）成分を有する複素信号の形態を取り得るＲＦスペクトル特性７０８を有する。コヒーレント検知器７０６は、直接ダウンコンバージョンアーキテクチャを用いても良い。たとえば、コヒーレント検知器７０６は、局所振動レーザ、バランスした受信器の２つのペア、およびＩ／Ｑ検知を行うための光９０°混合を用い得る。コヒーレント検知器７０６は、代替的に中間ダウンコンバージョンアーキテクチャを用いても良い。たてえば、コヒーレント検知器７０６は、まず光信号を中間周波数に変換し、そして次に電気的領域でＩ／Ｑ検知を行う。これらの方法は、Ｗ．Ｓｈｉｅｈらによる“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ＯＦＤＭ：ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ”、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、ｖｏｌ．１６、ｎｏ．２、２００８年１月２１日およびＷ．ＳｈｉｅｈとＣ．Ａｔｈａｕｄａｇｅによる“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ”、ＥＬｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．４２、ｎｏ．１０、２００６年５月１１日に記載されている。

信号は次に複数の並列プリプロセッサ７１２ａおよび７１２ｂを含むプリプロセッサ７１０に通信される。並列プリプロセッサ７１２ａは、適合フィルタ７１４ａ、周波数オフセット補正モジュール７１６ａ、および可変遅延シンボル同期モジュール７１８ａを含む。同様に、並列プリプロセッサ７１２ｂは、適合フィルタ７１４ｂ、周波数オフセット補正モジュール７１６ｂ、および可変遅延シンボル同期モジュール７１８ｂを含む。

適合フィルタ７１４ａは、トラフィックＡは通過し、他の信号バンドは受け付けないように調整する。適合フィルタ７１４ａは、高周波数および低周波数カットオフが適合的に調整可能であるパスバンドフィルタとして機能し得る。たとえば、適合フィルタ７１４ａは、デジタル信号プロセッサに実装されえて、フィルタ応答関数を最小二乗平均または再帰最小二乗などの実装に基づいて調整するために、エラーまたはコスト関数の形式でフィードバックを使用し得る。トラフィックＡを含む電気信号は次に、送信器レーザと局所振動レーザの間の周波数ミスマッチによる周波数オフセットを補償する周波数オフセット補正モジュール７１６ａに送られる。そのようなオフセットは、たとえば、レーザ周波数のランダムドリフトによるものであり得る。周波数オフセットは、たとえば、キャリア周波数に関する情報を含むパイロット音を送信することによって補償され得る。パイロット音の受信された周波数を既知のキャリア周波数と比べて、周波数差Δｆ（受信された周波数が既知のキャリア周波数を超えた量）を決定すること、および受信された信号に指数関数ｅｘｐ（−２πｉΔｆ）を乗ずることによって、周波数オフセット補正モジュール７１６ａは、周波数ドリフトを補償し得る。周波数オフセット補正モジュール７１６ａは代替として、学習（ｔｒａｉｎｉｎｇ）信号または他の適切な方法を利用して、周波数ドリフトを補償し得る。周波数オフセットの補償の後、トラフィックＡを含む信号は、可変遅延シンボル同期モジュール７１８ａに進む。

同様に、適合フィルタ７１４ｂは、トラフィックＢは通過し、他の信号バンドは受け付けないように調整する。適合フィルタ７１４ｂは、高周波数および低周波数カットオフが適合的に調整可能であるパスバンドフィルタとして機能し得る。トラフィックＢを含む信号は次に、周波数オフセットを補償する周波数オフセット補正モジュール７１６ｂに送られる。周波数オフセットの補償の後、トラフィックＢを含む信号は、可変遅延シンボル同期モジュール７１８ｂに進む。

可変遅延シンボル同期モジュール７１８ａおよび７１８ｂは、後に到達しているトラフィックのＯＦＤＭシンボル期間を、受信器に既に存在しているトラフィックのものに同期させるように機能する。トラフィックＡのようなトラフィックが、他のトラフィックがそのときには処理されていないときに到達すると、可変遅延シンボル同期モジュール７１８ａは、いつシンボルが開始するかなど、到達したトラフィック中のシンボルタイミングに関する情報を得る。もしトラフィックＢが、受信器がまだトラフィックＡを含む信号を処理している間、後の時刻に到達するなら、可変遅延シンボル同期モジュール７１８ｂは、トラフィックＢのシンボルタイミングをトラフィックＡのシンボルタイミングに同期させることであろう。この同期は、たとえば、既知のパターンを有する学習信号の送信により行われ得る。学習信号は周期的に送信され、実際のデータに散在させられても良い。可変遅延シンボル同期モジュール７１８ａおよび７１８ｂは、受信した学習信号に基づいて相対的遅延がトラフィックＡのシンボルタイミングとトラフィックＢのシンボルタイミングの間に存在するかどうかを決定し得る。もし相対的遅延が存在するならば、シンボル同期モジュール７１８ａおよび７１８ｂは、バッファまたは他の適切な遅延機構を用いることにより一つ以上のトラフィックに適切な遅延を与え、トラフィックのシンボルタイミングを同期し得る。たとえば、もしトラフィックＡがトラフィックＢより前に到達し、もしシンボル同期モジュール７１８ａおよび７１８ｂが、トラフィックＡとＢのシンボルタイミングの間に相対的遅延が存在すると決定するなら、シンボル同期モジュール７１８ａおよび７１８ｂは、そのシンボルタイミングがトラフィックＡと揃うまでトラフィックＢを遅延し得る。この処理において、トラフィックＡはトラフィックＢにより中断されないであろう。

複数のトラフィックのために単一の送信器または受信器を使うために、異なる方向に出て行くトラフィック間または異なるソースから遣ってくるトラフィック間のクロック同期が必要であり得る。この同期を実現するための一つの可能なアプローチは、クロックをネットワーク中に分配することである。別の可能性は、任意の新しいトラフィックのクロックを、トラフィックが双方向的であると仮定して、所望の送信器／受信器上に存在するトラフィックのクロックに同期させることである。新しいトラフィックは、それが接続を確立しているときに、この目的のための同期信号を使用し得る。この場合、他のトラフィックに使われるトランスポンダ間の新しいトラフィックは、該トランスポンダが異なるクロックを参照するならば、確立されない。そして新しいトラフィックは、他の利用可能な送信器／受信器を用いて確立され得る。

図９は、本開示の実施形態にしたがう複数の光ＯＦＤＭトラフィックのシンボル同期を示す図である。シンボル同期前には、各々周期９０２を有するトラフィックＡ９０４ａおよびトラフィックＢ９０６ａは、同期されていない。同期後、トラフィック９０４ｂおよびトラフィック９０６ｂは同期される。

図７に戻ると、トラフィックＡを含む信号は、可変遅延シンボル同期モジュール７１８ａからオンオフモジュール７２４ａに進む。オンオフモジュール７２４ａは、動作していない並列プリプロセッサブランチからのノイズがデータを壊すことを防ぐ一方、前処理されたトラフィックが通過することを許容する。オンオフモジュール７２４ａは、多くの可能な方法の一つで実装され得る。たとえば、オンオフモジュール７２４ａは、“ゼロによる乗算（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｄ ｂｙ ｚｅｒｏ）”操作としてデジタルでは実装され得る。この例では、オンオフモジュール７２４ａは、プリプロセッサ７１２ａが活発にトラフィックを処理していないときには、プリプロセッササ７１２ａから出力される任意のデータにゼロを乗算するだろうし、プリプロセッサ７１２ａが活発にトラフィックを処理しているときには、プリプロセッササ７１２ａから出力されるデータは変更しないであろう。代替的に、オンオフモジュール７２４ａは、アナログスイッチとして実装され得る。オンオフモジュール７２４ａの機能は、動作していない並列プリプロセッサブランチからのノーズをフィルタリングすることによって代替的に実装され得る。同様に、トラフィックＢを含む信号は、可変遅延シンボル同期モジュール７１８ｂからオンオフモジュール７２４ｂに進む。

結合器７２６は次に、オンオフモジュール７２４ａおよび７２４ｂの出力を結合する。結合器７２６は、たとえば、加算器の形態を取り得て、デジタル方式でまたはアナログ回路で実装され得る。結合器７２６から出力される結合された信号は、プロセッサ７２８に通信される。

プロセッサ７２８は、信号をシリアルフォーマットからパラレルフォーマットに変換すること、ＯＦＤＭサイクリックプリフィックスを除去すること、および信号を離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いて復調すること、を含む他の処理ステップを事項する。復調は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のような高速アルゴリズムに使用により為され得る。ＯＦＤＭ信号は効果的な高速フーリエ変換アルゴリズムを介して復調され得るので、それらの使用は実質的に、他の信号復調の形式に比べ信号処理スピードを増加させる。

プロセッサ７２８による処理を行った後、信号は均一化およびキャリア位相復元（“ＣＰＲ”）モジュール７３０に進む。均一化およびＣＰＲモジュール７３０は、サブキャリア間の相対的位相のずれであって、ネットワーク中の光分散によって引き起こされ得る位相のずれ、およびＯＦＤＭ信号中の送信およびレーザ位相ノイズを補償する。均一化およびＣＰＲは、既知の方法であって、それらの幾つかはＷ．Ｓｈｉｅｈらによる“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ＯＦＤＭ：ｈａｓ ｉｔｓ ｔｉｍｅ ｃｏｍｅ？”、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ、ｖｏｌ．７、ｎｏ．３、２３４〜２５５ページ（２００８年３月）で議論されている方法によって実行され得る。たとえば、受信したパイロット信号（または一連の周期的に送られたパイロット信号）を送信されたパイロット信号の既知のサブキャリアを比較し、各サブキャリアに対するチャンネル伝達関数を抽出することを含む、ゼロフォーシング推定が、サブキャリア間の相対的位相のずれを補償するために用いられ得る。パイロット音および最大尤度キャリア位相推定が、残りの位相ノイズを補償するために用いられ得る。

信号データ７３２ａ、７３２ｂ、および７３２ｃは、均一化およびＣＰＲモジュール７３０から出力される。信号データは、任意の数の既知の変調技術にしたがって変調されたデータを表し得る。この実施形態では、データ７３２ａ、７３２ｂ、および７３２ｃは、直角位相振幅変調（“ＱＡＭ”）技術にしたがって変調されている。

図７は、２つの入ってくるトラフィックバンドを受信することおよび処理することが可能な受信器を示しているが、本発明はただ２つのトラフィックバンドに限定されない。当業者は、図７の開示された受信器は２つより多くののトラフィックバンドに拡張可能であることを認識するであろう。

図８は、図７の実施形態にしたがう一受信器で複数の光ＯＦＤＭ信号を受信し処理するための手順を示すフローチャートである。ステップ８０２で、新しい信号トラフィックが受信器に到達する。新しい信号トラフィックは、たとえば、図７に示されている信号トラフィックＡであり得る。幾つかの場合では、受信器はステップ８０２の直前にいかなるトラフィックも処理していなくても良い。ステップ８０４では、複数の並列プリプロセッサの一つが新しい信号トラフィックに割り当てられる。ステップ８０６では、割り当てられたプリプロセッサの適合フィルタがトラフィックに対して最適化される。最適化は、フィルタのパスバンドを、割り当てられたトラフィックの信号バンドを通過させる一方、他のバンドは退けることを許容するように設定することを含み得る。

ステップ８０８では、割り当てられたトラフィックＡを含む信号の周波数オフセットを補償する。周波数オフセットは、送信器レーザおよび局所振動レーザのランダムな周波数ドリフトにより引き起こされ得る。既知の方法が、周波数オフセットを補償するために用いられ得る。たとえば、ステップ８０８は、図７に関連してより詳細に論じられたように、適切なパイロット音の受信によって周波数オフセットを補償し得る。

ステップ８１０では、割り当てられたトラフィックのシンボルタイミングに関する情報が取得される。図７に関連してより詳細に述べられたように、ステップ８１０はトラフィックのシンボルの開始タイミングに関する情報を取得することを含み得る。これは、たとえば、学習信号の方法により為され得る。

ステップ８１１では、トラフィックＡはシリアルフォーマットからパラレルフォーマットに変換される。次に、ステップ８１２で、トラフィックＡを含む信号は変調されたキャリア信号からトラフィック情報を抽出するために復調される。復調は離散フーリエ変換（ＤＦＴ）または特にサイクリックプリフィックスを除去した後の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の方法により実行され得る。計算上有効的なＦＦＴを用いて信号を復調する能力は、他の多重化技術と比較したときに、ＯＦＤＭの重要な利点である。

８１４では、均一化およびキャリア位相復元は、図７に関連してより詳細に述べられたように、トラフィックの信号バンドからの並列出力データについて行われる。

８１６では、受信器がトラフィックＡを受信していて、処理している時間の間、新しいトラフィックは到達する。この新しいトラフィックは、たとえば、図７に示されている信号トラフィックＢに対応しても良い。典型的に、後に到達しているトラフィックの信号バンドは、先に到達しているトラフィックの信号バンドと重ならない。

８１６では、トラフィックＢは、現在別のトラフィックを処理していない並列プリプロセッサに割り当てられる。ステップ８１８および８２０は、ステップ８０６および８０８に類似している。ステップ８２０では、トラフィックＢに割り当てられたプリプロセッサの適合フィルタが、トラフィックに対して最適化される。ステップ８２２は、トラフィックＢを含む信号での周波数オフセットを補償する。

ステップ８２４では、トラフィックＢは以前に存在している信号トラフィックに関してシンボル同期化される。図７に関連して記載されたように、シンボル同期化は、学習信号を用いて、トラフィックのそれぞれのシンボルタイミングを決定し得るし、あるトラフィックを他のものに関して遅延させて相対シンボルタイミングを揃えることを含み得る。

プリプロセッシング後、ステップ８２６は稼働中のプリプロセッサからトラフィックＡおよびトラフィックＢを含む信号を結合する。ステップ８２６は、デジタル加算操作またはアナログ加算器など、任意の適切な結合器によって実行され得る。ステップ８２７では、トラフィックはシリアルフォーマットからパラレルフォーマットに変換される。次に、ステップ８２８では、結合された信号は、復調前にパラレルデータに変換される。ステップ８１２でのように、復調は、サイクリックプリフィックスの除去の後、ＤＦＴまたはＦＦＴの方法で実行され得る。

８３０では、均一化およびキャリア位相復元は、結合されたトラフィックの信号バンドからの並列パラレル出力データについて実行される。

本開示は、特定の実施形態を用いて記載してきたが、実施形態の変形および入れ替えは当業者には明らかであろう。したがって、実施形態の上の記載は本開示を限定しない。他の変更、代用、および変形が、以下のクレームによって定義されるような、本開示の趣旨および範囲を逸脱せずに可能である。

Claims (14)

1. 複数のトラフィックを含む光直交周波数分割多重信号であって、前記トラフィックはガードバンドにより隣接トラフィックから分離されている光直交周波数分割多重信号を受信するための装置であって、
   前記光直交周波数分割多重信号を電気的直交周波数分割多重信号に変換するように構成されたコヒーレント光検出器と、
   複数の並列プリプロセッサであって、各々は、前記複数のトラフィックの一つを含む前記電気的直交周波数分割多重信号の部分を前処理するように構成された複数の並列プリプロセッサと、
   前記電気的直交周波数分割多重信号の前記前処理された部分を結合するように構成された信号結合器と、
   前記電気的直交周波数分割多重信号の前記前処理され結合された部分を処理するように構成されたプロセッサと、
   前記電気的直交周波数分割多重信号の前記前処理され結合されおよび処理された部分の間の相対的位相のずれを補償するように構成された均一化およびキャリア位相復元モジュールと、
   を含む装置。
2. 前記複数の並列プリプロセッサはさらに、
   前記複数のトラフィックの一つを含む前記電気的直交周波数分割多重信号の部分を実質的に通過させ、一方、前記電気的直交周波数分割多重信号の他の部分を実質的に退けるように構成された適合フィルタと、
   前記適合フィルタによって通過された前記電気的直交周波数分割多重信号の前記部分のキャリア周波数中のドリフトを補償するように構成された周波数オフセットモジュールと、
   前記複数のトラフィックのシンボルタイミングを同期させるように構成された可変遅延シンボル同期モジュールと、
   を含む、請求項１の装置。
3. 前記プロセッサはさらに、前記複数のトラフィックをシリアルフォーマットからパラレルフォーマットに変換するように構成された、請求項２の装置。
4. 前記プロセッサはさらに、前記結合され前処理された電気的直交周波数分割多重信号を復調するように構成された、請求項３の装置。
5. 前記プロセッサはさらに、前記結合され前処理された電気的直交周波数分割多重信号を離散フーリエ変換の方法により復調するように構成された、請求項４の装置。
6. 前記離散フーリエ変換は高速フーリエ変換である、請求項５の装置。
7. 前記プロセッサはさらに、前記電気的直交周波数分割多重信号の前記結合され前処理された部分から直交周波数分割多重サイクリックプリフィックスを除去するように構成された、請求項６の装置。
8. 複数のトラフィックを含む光直交周波数分割多重信号であって、前記トラフィックはガードバンドにより隣接トラフィックから分離されている光直交周波数分割多重信号を受信し処理する方法であって、
   前記光直交周波数分割多重信号を受信するステップと、
   前記光直交周波数分割多重信号を電気的領域にダウンコンバートし、電気信号を取得するステップと、
   前記電気信号をフィルタリングし、前記複数のトラフィックのうちの第１のトラフィックを含む前記電気信号の第１の部分を取得するステップと、
   第１の並列プリプロセッサで前記電気信号の前記第１の部分を前処理するステップと、
   前記電気信号をフィルタリングし、前記複数のトラフィックのうちの第２のトラフィックを含む前記電気信号の第２の部分を取得するステップと、
   第２の並列プリプロセッサで前記電気信号の前記第２の部分を前処理するステップと、
   結合された電気信号を生成するために、前記電気信号の前記前処理された第１の部分と前記電気信号の前記前処理された第２の部分を結合するステップと、
   前記結合された電気信号を復調するステップと、
   を含む方法。
9. 前記電気信号の前記第１の部分を前処理する前記ステップはさらに、前記電気信号の前記第１の部分の周波数オフセットを補償することを含み、前記電気信号の前記第２の部分を前処理する前記ステップはさらに、前記電気信号の前記第２の部分の周波数オフセットを補償することを含む請求項８の方法。
10. 前記電気信号の前記第１の部分を前処理する前記ステップはさらに、前記複数のトラフィックのうちの前記第１のトラフィックに関するシンボル同期情報を取得すること、を含む請求項９の方法。
11. 前記電気信号の前記第２の部分を前処理する前記ステップはさらに、前記複数のトラフィックのうちの前記第２のトラフィックのシンボルタイミングを前記複数のトラフィックのうちの前記第１のトラフィックのシンボルタイミングに同期させることを含む、請求項１０の方法。
12. 前記結合された電気信号を復調する前記ステップは、前記結合された電気信号を離散フーリエ変換に掛けることを含む、請求項１１の方法。
13. 前記離散フーリエ変換は高速フーリエ変換アルゴリズムを用いて為される、請求項１２の方法。
14. 複数のトラフィックを含む光直交周波数分割多重信号であって、前記トラフィックはガードバンドにより隣接トラフィックから分離されている光直交周波数分割多重信号を受信し処理する方法であって、
    前記光直交周波数分割多重信号を受信することと、
    前記光直交周波数分割多重信号を電気的領域にダウンコンバートし電気信号を取得することと、
    前記電気信号をフィルタリングして前記複数のトラフィックの前記電気信号の各部分を取得することと、
    複数の並列プリプロセッサの一つで前記電気信号の各部分を前処理することと、
    前記電気信号の前記前処理された各部分を結合して、結合された電気信号を生成することと、
    前記結合された電気信号を復調することと、
    を含む方法。

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