JP6139639B2 - 高次変調を用いた複数の非同期データストリームの伝達 - Google Patents

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Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１１年４月１９日に出願された米国出願番号１３／０８９,４３７、
表題「高次変調を用いた複数の非同期データストリームの伝達（Transport Of Multipl
e Asynchronous Data s Using Higher Order Modulation）」を継続するものであ
り、この開示内容を本出願にすべて組み込むものとする。
１．本発明の技術分野
本発明は一般に光伝達システムに関する。さらに詳細には、本発明の特徴は、高次変調
を用いて光伝達システムを介した複数の非同期データストリームの伝達に関するものであ
る。
２．先行技術
多くの既存のネットワーキングのシナリオは、利用可能な光ファイバスペクトルの使用
を最適化する方法で、大都市圏又は地方のネットワークを横断するような、さまざまな地
理的領域へ、ルーター又はスイッチから多くのデータストリームを伝達することを必要と
する。入力されるデータストリームは、異なる独立の信号源からくるので、一般的に非同
期で、概して位相外れとなっていて、＋／−１００ｐｐｍ以内のクロックレートとなって
いる。
いくつかの解決手段としては、低速サービスを同期させて高速データ転送速度で伝送す
る、例えば、同期光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）／同期ディジタルハイアラーキ（ＳＤＨ
）又は光伝達ネットワーク（ＯＴＮ）ハイアラーキを用いる、時分割多重化（ＴＤＭ）を
採用する。他の解決手段としては、異なる入力データストリームを異なる波長にマッピン
グし、多重化して単一ファイバに送る波長分割多重化（ＷＤＭ）を採用する。
ＴＤＭにおいて、入力非同期データストリームは、伝達コンテナにマッピングされ、Ｔ
ＤＭは多重化されて高速コンテナを作る。この高速コンテナ（ストリーム）は、単純なオ
ンオフキーイングから位相及び偏光に基づく高次変調までの種々の光変調技術を用いて伝
送される。しかし、ＴＤＭは、最速の電子的な伝送、受信、チャンネル障害、及び利用可
能な処理技術による制限を受ける。従って、ＴＤＭのみの伝達における重大な欠陥には、
コスト、複雑さ、及びＴＤＭ多重化ステージ及びそれに続く逆シリアル化のための負荷電
力消費が含まれる。一般に、ＴＤＭ集合体によるアプローチでは、高速とすることによる
光学的及びエレクトロニクス的コスト高のみならず、付加的な多重化／分離化による複雑
さを引き起こすことがある。
一方、従来のＷＤＭ技術（高密度ＷＤＭ「ＤＷＤＭ」を含む）をこれらの低速非同期伝
達に用いる場合、スペクトル効率は非常に低くなる。従って、光ファイバの全伝送容量を
用いることができない可能性がある。
本発明の特徴は、ＴＤＭアプローチに伴う高速とすることによる光学的及びエレクトロ
ニクス的コスト高と複雑さ、及び低速信号アプローチによるＷＤＭのスペクトル的非効率
性の問題に対処するものである。ここに説明するように、スペクトル的に高効率な高速ビ
ットレートとすることができるとともに、光学的及びエレクトロニクス的に低コストとな
る低速ボーレートを保持することが可能である。
本発明の実施の形態では、光伝達システムにおいて複数のデータストリームを伝達する
ためにシンボル毎の複数ビットを実現する位相変調及び／又は振幅変調のような、高次変
調を提供する。時分割多重化、偏光多重化、及び副搬送波多重化のような付加的多重化技
術は、この高次変調と合わせて用いることができる。これは、スペクトル的に高効率なマ
ルチデータストリーム伝達メカニズムを実現させるために、様々に組み合わせることがで
きる。
１つの実施の形態によれば、光伝送システムは、複数のＮ個の非同期データストリーム
からフレーミング情報を除去することによりアンフレーミングを実行するため、及び非同
期データストリームを同期化するための少なくとも１つのモジュールを具備する。このシ
ステムはまた、同期したデータストリームの再フレーミングのため、及びエンコードした
ストリーム情報で同期したデータストリームをタギングするための少なくとも１つのモジ
ュールを具備する。またこのシステムは、タギングした同期したデータストリームの光受
信器への伝送に先立ち、タギングした同期したデータストリームを２Ｎレベルで光変調す
ることができる高次変調器を具備する。
１つの実施例として、このシステムは、少なくとも１つの再フレーミング及びタギング
モジュールから同期したデータストリームを受信するための差動エンコーダをさらに具備
する。この差動エンコーダは、高次変調器が２Ｎレベルで光変調することに先立ち、同期
したデータストリームに関する信号の位相と振幅のうちの少なくとも１つをエンコードす
るための動作が可能である。
他の実施例として、システムは、タギングした同期したデータストリームの偏光多重化
、副搬送波多重化、及び時分割多重化のうちの少なくとも１つを行うマルチプレクサをさ
らに具備する。
１つの選択肢として、アンフレーミングモジュール及び同期化モジュールのうちの少な
くとも１つは、第１のセットの非同期データストリームを操作して第１のセットの同期デ
ータストリームを作るための、第１のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モ
ジュールと、第２のセットの非同期データストリームを操作して第２のセットの同期デー
タストリームを作るための、第２のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モジ
ュールとを具備する。ここで、再フレーミングモジュール及びタギングモジュールのうち
の少なくとも１つは、第１のセットの同期データストリームのうちの対応するものを操作
して第１のセットのタギングした同期データストリームを作るための、第１のセットの再
フレーミングモジュール及びタギングモジュールと、第２のセットの同期したデータスト
リームのうちの対応するものを操作して第２のセットのタギングした同期データストリー
ムを作るための、第２のセットの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールとを
具備する。高次変調器は、第１のセットのタギングした同期したデータストリームに２Ｎ
レベルの光変調を行うことにより第１の光変調した信号を作るための第１の高次変調器と
、第２のセットのタギングした同期したデータストリームに２Ｎレベルの光変調を行うこ
とにより第２の光変調した信号を作るための第２の高次変調器とを具備する。マルチプレ
クサは、第１の光変調した信号及び第２の光変調した信号を受信し、偏光多重化を行い、
光受信器への伝送に先立って単一の多重化した光信号を生成する操作が可能である。
他の１つの選択肢として、アンフレーミングモジュール及び同期化モジュールのうちの
少なくとも１つは、第１のセットの非同期データストリームを操作して第１のセットの同
期データストリーム作るための第１のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モ
ジュールと、第２のセットの非同期データストリームを操作して第２のセットの同期デー
タストリーム作るための第２のセットのアンフレーミングモジュール及び同期化モジュー
ルとを具備する。ここで、少なくとも１つの再フレーミングモジュール及びタギングモジ
ュールは、第１のセットの同期データストリームのうちの対応するものを操作して、第１
のセットのタギングした同期データストリームを作るための、第１のセットの再フレーミ
ングモジュール及びタギングモジュールと、第２のセットの同期したデータストリームの
うちの対応するものを操作して、第２のセットのタギングした同期したデータストリーム
を作るための、第２のセットの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールとを具
備する。高次変調器は、第１のセットのタギングした同期したデータストリームに２Ｎレ
ベルの光変調を行って第１の光変調した信号を作る第１の高次変調器と、第２のセットの
タギングした同期したデータストリームに２Ｎレベルの光変調を行って第２の光変調した
信号を作る第２の高次変調器とを具備する。マルチプレクサは、第１の光変調した信号と
第２の光変調した信号とを受け取り、副搬送波多重化を行って、光受信器への伝送に先立
って単一の多重化した光信号を生成する操作が可能である。
さらなる選択肢として、少なくとも１つのアンフレーミングモジュール及び同期化モジ
ュールは、複数のアンフレーミングモジュール及び同期化モジュールを具備し、複数のア
ンフレーミングモジュール及び同期化モジュールの各々は、対応するセットの非同期デー
タストリームを操作して、対応するセットの同期データストリーム作るよう構成されてい
る。少なくとも１つの再フレーミングモジュール及びタギングモジュールは、複数の再フ
レーミングモジュール及びタギングモジュールを具備する。複数の再フレーミングモジュ
ール及びタギングモジュールの各々は、同期データストリームのうちの対応する１つを操
作して対応するタギングした同期データストリームを作るよう構成されている。ここで、
マルチプレクサは、複数の時分割マルチプレクサを具備する。時分割マルチプレクサの各
々は、タギングした同期データストリームのセットを多重化し、時分割多重化信号を生成
する。高次変調器は、複数の時分割マルチプレクサから時分割多重化信号を受け取り、２
Ｎレベルの光変調を行うことが可能である。
他の実施例として、システムは、少なくとも１つのモジュールが非同期データストリー
ムにアンフレーミング及び同期化を行うことに先立ち、Ｎ個の非同期データストリームを
変換して、光信号から電気信号に変換する複数の光電変換器をさらに具備する。さらなる
実施例として、システムは、光受信器への伝送に先立ち、１以上の他の光信号を持つ高次
変調器からの信号を多重化するための波長分割マルチプレクサをさらに具備する。またさ
らなる実施例として、高次変調器は、位相シフトキーイング又は矩形振幅変調を用いて２
Ｎレベルの光変調を行うことが可能である。
他の実施の形態によれば、データの光伝送方法は、複数のＮ個の非同期データストリー
ムを受信するステップと、複数のＮ個の非同期データストリームの各々にアンフレーミン
グを行うステップと、複数のＮ個の非同期データストリームを同期化するステップと、デ
ータストリームの１以上の特定の１つを特定するためのタグを有する構造化された伝送フ
レームにデータをマッピングするために同期したデータストリームを再フレーミング及び
タギングするステップと、再フレーミングしタギングし同期したデータストリームに２Ｎ
レベルの光変調を行い、光受信器に伝送するよう構成した高次変調信号を作るステップと
、を具備する。
１つの実施例として、この方法は、２Ｎレベルの光変調を行う前に、同期したデータス
トリームに結び付けて信号の位相及び振幅のうちの少なくとも１つで、同期したデータス
トリームに差動エンコーディングを行うステップをさらに具備する。
他の実施例として、この方法は、再フレーミングされタギングされた同期したデータス
トリームの多重化を行うステップをさらに具備する。ここで、多重化には少なくとも、偏
光多重化、副搬送波多重化、及び時分割多重化うちの少なくとも１つが含まれる。
１つの選択肢として、アンフレーミング及び同期化により、第１のセットの同期データ
ストリーム及び第２のセットの同期データストリームを生成する。再フレーミング及びタ
ギングにより、第１のセットの同期データストリームから第１のセットの、再フレーミン
グされタギングされた同期データストリームを作り、第２のセットの同期データストリー
ムから第２のセットの、再フレーミングされタギングされた同期データストリームを作る
。２Ｎレベルの光変調には、第１の高次変調信号を作るために第１のセットの、再フレー
ミングされタギングされた同期したデータストリームに高次変調を行うステップと、第２
の高次変調信号を作るために第２のセットのタギングされた同期したデータストリームに
高次変調を行うステップとが含まれる。そして、多重化には、光受信器に伝送する前に、
単一の多重化した光信号を生成するために、第１の高次変調信号及び第２の高次変調信号
に偏光多重化を行うステップが含まれる。
他の１つの選択肢として、アンフレーミング及び同期化により、第１のセットの同期デ
ータストリーム及び第２のセットの同期データストリームを生成する。再フレーミング及
びタギングにより、第１のセットの同期データストリームから第１のセットの、再フレー
ミングされタギングされた同期データストリームを作り、第２のセットの同期データスト
リームから第２のセットの、再フレーミングされタギングされた同期したデータストリー
ムを作る。２Ｎレベルの光変調には、第１の高次変調信号を作るために第１のセットの、
再フレーミングされタギングされた同期したデータストリームに高次変調を行うステップ
と、第２の高次変調信号を作るために第２のセットのタギングされた同期したデータスト
リームに高次変調を行うステップとが含まれる。そして、多重化には、光受信器に伝送す
る前に、単一の多重化した光信号を生成するために、第１の高次変調信号及び第２の高次
変調信号に副搬送波多重化を行うステップが含まれる。
さらなる選択肢として、アンフレーミング及び同期化により、第１のセットの同期デー
タストリーム及び第２のセットの同期データストリームを生成する。再フレーミング及び
タギングにより、第１のセットの同期データストリームから第１のセットの、再フレーミ
ングされタギングされた同期データストリームを作り、第２のセットの同期データストリ
ームから第２のセットの、再フレーミングされタギングされた同期したデータストリーム
を作る。多重化には、第１の時分割多重化信号を生成するために第１の光変調した信号に
第１の時分割多重化を行うステップと、第２の時分割多重化信号を生成するために第２の
光変調した信号に第２の時分割多重化を行うステップとが含まれる。そして、２Ｎレベル
の光変調には、第１の時分割多重化信号と第２の時分割多重化信号とに２Ｎ光変調を行う
ステップが含まれる。
他の実施例として、この方法はさらに、アンフレーミング及び同期化をおこなう前に、
Ｎ個の非同期データストリームを光信号から電気信号に変換するステップを具備する。さ
らに他の実施例として、この方法はさらに、光受信器に伝送する前に、他の１つ以上の光
信号の高次変調信号に波長分割多重化を行うステップを具備する。そして他の実施例とし
て、２Ｎレベルの光変調は、位相シフトキーイング又は矩形振幅変調を採用する。
さらなる実施の形態として、光トランシーバは、複数のＮ個の非同期データストリーム
からフレーミング情報を取り去ることによりアンフレーミングを行うため、及び非同期デ
ータストリームを同期化するための、少なくとも１つのモジュールを具備する。またこの
トランシーバは、同期したデータストリームを再フレーミングし、エンコードしたストリ
ーム情報で同期したデータストリームをタギングするための少なくとも１つのモジュール
と、タギングした同期したデータストリームを光受信器に伝送する前にタギングした同期
したデータストリームの２Ｎレベルの光変調を行うことができる高次変調器とを具備する
。このトランシーバはさらに、遠隔にある高次変調器からタギングした同期したデータス
トリームを受信し、受信したストリームのセットを出力するために受信したタギングした
同期したデータストリームの復調及び検出のうちの少なくとも１つを行うことができる光
受信器モジュールと、受信したストリームのセットをデコードしてデコードしたストリー
ムを生成することのできるデコーダと、デコードしたストリームを再フレーミングするた
めの少なくとも１つのモジュールとを具備する。
１つの実施例として、この光トランシーバはさらに、デコードしたストリームを再フレ
ーミングする前に、デコードしたストリームにタグによる識別及び再順序付けを行うため
の手段を具備する。他の実施例として、この光トランシーバはさらに、受信したストリー
ムのセットにおける伝送障害を除去するために受信したストリームのセットに信号調整を
行うための手段を具備する。さらに他の実施例として、この光受信器モジュールは、受信
したタギングした同期したデータストリームから差動位相情報を抽出するために、バラン
スド光検出器で直接検出を行うことができる。そして、他の実施例として、光受信器モジ
ュールには、受信したタギングした同期したデータストリームから位相状態を抽出するた
めに、コヒーレント検出を行うことができる１以上のローカル発振器が含まれる。
本発明の特徴による、典型的な光トランシーバ構造を図解したものである。 本発明の特徴による、複数の非同期データストリームから同期ストリームへの変換を図解したものである。 本発明の特徴による、高次変調を伴う偏光多重化及び副搬送波多重化の使用を図解したものである。 本発明の特徴による、高次変調を伴う時分割多重化を図解したものである。 本発明の特徴による、典型的な高次変調の使用時のコンステレーションを図解したものである。 本発明の特徴による、典型的な高次変調の使用時のコンステレーションを図解したものである。 本発明の特徴による、埋め込まれたタグを用いてフレームを特定する１つの方法を図解したものである。 本発明の特徴による、埋め込まれたタグを用いてフレームを特定する第２の方法を図解したものである。 本発明の特徴による、１６−ＱＡＭ高次変調を用いたシステムを図解したものである。 本発明の特徴による、典型的な矩形１６−ＱＡＭ伝送器構成を図解したものである。 本発明の特徴による、典型的な星形１６−ＱＡＭ伝送器構成を図解したものである。 本発明の特徴による、典型的な伝送器及び受信器の動作を図解したものである。
本発明の特徴、特性、及び利点は、以下の実施の形態の説明及び添付図を参照して考慮
することで理解できる。異なる図面において同じ参照番号を使った場合は、同じか又は類
似の構成要素を特定する。さらに、以下の説明は本発明を限定するものではなく、本発明
の技術範囲は添付請求項及びその均等範囲により定義される。
ここに提示する通り、本発明の実施の形態による光システムはシンボル毎に複数のビッ
トを伝送するために高次変調を用いる。このシステムは、受信器でデータストリームを復
元するためにデータストリーム識別子を伴う差動エンコーディングを採用する。以下に詳
述するように、バランスド受信器を用いる直接検出又は光ローカル発振器を用いるコヒー
レント検出のどちらも受信器で用いることができる。
図１は、本発明の特徴による光トランシーバシステム１００を図解したブロック図であ
る。システム１００は、入力側に複数の低速クライアント信号、及び、出力側にＤＷＤＭ
波長の１つの高速信号を採用する。この実施の形態に示すように、複数のＮ個の非同期デ
ータストリームがシステム１００に入力される。例えば、各ストリームが、Ｒギガビット
／秒の所定のデータ転送速度、一般的には＋／−１００ｐｐｍの差異に収まるような、Ｎ
個のデータストリームはそれぞれほんの少しだけ異なるデータ転送速とすることができる
。このＮ個のストリームはペイロードレベルのアンフレーミングモジュール１０２を通過
して同期化ブロック１０４で同期化される。アンフレーミングモジュール１０２はインフ
ィニバンド、イーサネット、又はＳＯＮＥＴフレーミングを除去する。データストリーム
は、同期化ブロック１０４で整列させられる。同期化を採用する伝送シナリオのために、
同期化ブロック１０４は、すべてのストリームを、すべての伝送が同じデータ転送速度で
行われるような、同じ参照クロックで再時間設定することができる。アンフレーミング及
び同期化は、同じ装置又は違う装置で別々に又は同時に行うことができる。アンフレーミ
ングモジュール１０２１〜１０２Ｎで受け取られる前に、データストリームは、変換器モ
ジュール１０５１〜１０５Ｎにより光信号から電気信号に変換することができる。これら
の変換器モジュール１０５は、入力ストリームが光信号の代わりに電気信号として受け取
られる場合は省略することができる。
同時に、ストリームは、１以上のフレーミングモジュール１０６で再フレーミングされ
、ストリームのデータを復元させるためにブロック１０８でタギングされる。フレーミン
グモジュール１０６では、ヘッダー又はマーカーのような情報をストリームに付加し、タ
ギングブロック１０８では、ストリーム情報をエンコードする。再フレーミング及びタギ
ングは、同じ装置又は異なる装置で別々に又は同時に行うことができる。フレーミングセ
クション及びタギングセクションでは、入力クライアントデータを構造化された固定サイ
ズの伝送フレームにマッピングする機能及びヘッダー情報の付加を行う。このヘッダー情
報の一部として、タグが特定のクライアントストリームを識別するために付加される。こ
のタグは、受信器の場所でクライアントストリームを復元するために用いられる。
次にストリームは、信号位相及び／又は振幅をエンコードする差動エンコーダ１１０に
送られることが好ましい。受信器でデータストリームの復元が可能となるように、データ
ストリーム識別子を用いて差動エンコーディングを行うことが好ましい。データストリー
ム識別子は、例えば、１００又は１０１１のような、簡単な３ビット又は４ビットのバイ
ナリコードとすることができる。差動エンコーディングを行った信号は、次に、光変調器
複合体１１２に送られる。ここで、例えば、ｎレベルの変調信号にグレイコーディングを
用いることにより、個々のストリームデータが複数のコンストレーションポイントにマッ
ピングされる。これらのコンストレーション（振幅変調及び位相変調の組み合わせを表す
）の各々は、持続波（ＣＷ)レーザ１１４により生成された搬送波に変調され、これらの
変調された光信号の複数のインスタンスは、光ファイバケーブルを介してＤＷＤＭ波長で
伝送させるために一緒に多重化される。
１つの実施例として、高次変調は１６ＱＡＭを用いて４ビット／シンボルを伝送する。
この例では、シンボル（ボー）レートは、４０Ｇｂ／ｓのビットレートで１０Ｇｂ／ｓと
することができる。これにより、単一のＷＤＭ波長で、５０ＧＨｚの波長グリッドを用い
て４つの１０Ｇｂ／ｓデータストリームの伝送ができる。従って、このシステムは、高い
スペクトル効率の高速ビットレートを可能とする一方、低速ボーレートを維持することが
できる。以下の説明する他の例では、高次変調を１以上の付加的な変調スキームと組み合
わせて用いることができる。これらには、偏光多重化、副搬送波多重化、及び中間ＴＤＭ
多重化が含まれる。
図１に示す受信器で、ＤＷＤＭ信号は、復調器及び／又は検出器として機能する光受信
器モジュール１１６に入力される。１つの実施例として、受信器モジュール１１６は、差
動位相情報を抽出するためにバランスド光検出器で直接検出を行うことができる。他の実
施例として、受信器モジュール１１６は、位相状態を抽出するために光ハイブリッドで現
場発振器ベースの同期検出を採用することができる。モジュール１１６は、ディジタル信
号プロセッサ（ＤＳＰ）による終端処理と共に、又はこの終端処理なしで、信号をきれい
にするために用いることができる。
シグナルコンディショナ１１８をシステム１００の一部として含めることができる。こ
れを含める場合は、シグナルコンディショナ１１８は分散のような伝送障害を除去するた
めに用いられ、信号がファイバを横断してしまった後の障害を補償する。シグナルコンデ
ィショナ１１８には、例えば有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルター又は最尤推定量（
ＭＬＳＥ）を用いる、色分散の補償、位相及び偏光の復元を含めることが望ましい。これ
は、既知の適応等化アルゴリズムを用いて実行される。結果として生じたストリームはデ
コーダ１２０によりデコードされる。再フレーミングは、個々の再フレーミングモジュー
ル１２２１〜１２２Ｎにより行われる。このとき、識別及び／又は再順序付けはブロック
１２４で実行される。タグ識別及び再順序付け（必要であれば）は、再フレーミング処理
が行われる前に実行することができる。再フレーミング、タギング、及び再順序付けは、
同じ装置又は異なる装置で別々に又は同時に行うことができる。次いで、電気・光変換器
モジュール１２６１〜１２６Ｎは、下流の機器（不図示）に送られる信号をＮ個の光デー
タストリームに変換するために用いることができる。代替的に、電気信号が下流のシステ
ムに送られる時は、光変換器モジュール１２６を省略することができる。
上記説明に従い、図２は、複数の非同期データストリーム２０２１〜２０２Ｎを高次変
調を伴う光信号として伝達するための典型的なシステム２００を図解したものである。図
は、光ファイバを介して伝送する前に複数の変調された信号（Ｎストリーム）の波長多重
化を示す。非同期クロック領域と同期クロック領域との分離は、ＰＨＹレイヤフレーム及
び／又はＭＡＣレイヤフレームへの非同期データストリームの再マッピング（例えば、ブ
ロック２０４１〜２０４Ｎに示したアンフレーミング）を行うことにより実行され、次い
で、同期参照信号として共通の参照クロック２０８を用いて、同期して再フレーミング（
例えば、ブロック２０６１〜２０６Ｎで示したようなフレーミング及びタギング）が実行
される。
次に、例えば、図１の変調器複合体１１２に関して説明したように、同期データストリ
ームは、ブロック２１０にて複数レベル変調により変調される。Ｎ個の同期ビットストリ
ームについて、２Ｎシンボル変調スキームは、その後、２Ｎのシンボル変調されたストリ
ームにマッピングされるＮビットシンボルの１つとして同期ストリームの各々を扱うこと
ができるように、用いられる。これらの変調されたストリームは、波長領域でさらなる多
重化を行うためにあらかじめ定めたキャリア波長で運ぶことができる。付加的な多重化さ
れた光信号は、ブロック２１２に示すように、伝送する前にＷＤＭ多重化信号に付加する
ことができる。逆の処理が、受け取られた信号に用いられ非同期データストリーム２０２
１〜２０２Ｎが得られる。
上述のように、付加的な変調スキームを高次変調とともに採用することができる。図３
は、高次変調を第２の直交多重化方法（例えば、偏光多重化又は副搬送波多重化）と結合
させる、典型的な構成３００を提供する。この実施の形態において、偏光多重化又は副搬
送波多重化のクロック領域は完全に独立させることができる。例えば、それぞれブロック
３０２１及び３０２２で処理される２つのセットのストリーム（１１から１Ｎ及び２１か
ら２Ｎ）があることが示されている。アンフレーミング処理が完了すると、上部セットの
ストリーム（１１〜１Ｎ）が第１の共通クロック３０４１を有し、下部セットのストリー
ム（２１〜２Ｎ）が第２の共通クロック３０４２を有することとなる。第１の共通クロッ
クと第２の共通クロックとはお互いに独立していることが望ましい。例えば、クロックは
、ラインごとのカードに基づいて選択することができる。各ラインカードは一般的に１つ
または２つの波長を意味する。
図３に示すストリームセットの伝送及び受信処理は、以下に説明するさらなる多重化を
条件として、図１及び２について上述したように進めることができる。伝送側では、図２
のブロック２１０及び図１光変調器複合体１１２の機能を持つ、それぞれ光変調器複合体
３０６１及び３０６２により、一旦別々のストリームセット（１１〜１Ｎ及び２１から２
Ｎまで）が処理されると、これらは、例えば偏光多重化や副搬送波多重化により、ブロッ
ク３０８でまとめて多重化される。偏光多重化は、偏光ビームコンバイナ（ＰＢＣ）を用
いて行うことができる。副搬送波多重化は、副搬送波の櫛形部（ＤＷＤＭグリッドよりは
るかにスペースが狭い）が、直列に繋げた変調器及びＲＦを用いて多重化され、ＲＦから
光へ変換してレーザ源を変調する、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣ又は他の機構により行うこと
ができる。ブロック３０８から結果として生じる出力は、多重化された光信号であり、続
いて、ＷＤＭマルチプレクサ３１０に送られる。ここで、ＷＤＭマルチプレクサ２１２と
同様に、付加的な多重光信号を追加することができ、結果として生じる光ストリームは、
光ケーブル（不図示）を介して伝送可能となる。受信側では、逆の処理が行われ、光ケー
ブルからの入力がＷＤＭ多重分離され、付加的な多重光信号を偏光分離化又は副搬送波分
離化の前に除去する。
この実施の形態における副搬送波多重化は、協同搬送又は多重搬送を採用することがで
きる。副搬送波変調と共に、追加の伝送器及び受信器が用いられるが、合成光スペクトル
を単一のＩＴＵグリッドウインドウを通して伝送することができ、さらにスペクトル的に
効率化することができる。サポートしているデータストリームの全数は、副搬送波の数（
例えば、２）と等しい数だけ増加する。
図４は、高次変調と中間ＴＤＭ多重化ステージとの組み合わせを含む典型的なシステム
４００を示す。この実施の形態において、ＴＤＭステージでは、共通クロックを用いて２
つの入力ストリームを同期して多重化する。図示の通り、システム４００は、図２のシス
テム２００と同様と構成となる。ここで、非同期ストリーム４０２１，４０２２，・・・
，４０２Ｎは、共通のローカルクロック４０８からのタイミングを用いて、アンフレーミ
ングモジュール４０４及びフレーミング／タギングモジュール４０６により処理され、対
応する同期ストリームのペアとなる。ブロック４１０で、多重レベル変調で変調する前に
、各同期ストリームのペアは、多重化信号を生成するためのそれぞれのブロック４１２で
時分割多重化が行われる。
中間的なＴＤＭ多重化ステージ（ブロック４１２１〜４１２Ｎ）では、多くの入力デー
タストリームをサポートすることが可能なように、データ転送速度を増大させる。例えば
、高次変調を用いるだけで、シンボル速度Ｒをもつ２Ｎの大きさのコンストレーションが
それぞれＲのデータ転送速度で動作するＮ個のストリームをサポートする。中間的なＴＤ
Ｍステージをこの実施の形態で用いることにより、出力信号のシンボル速度がＲ＊Ｔに増
加する。ここで、Ｔは、中間的なＴＤＭステージで多重化されたデータストリームの数で
あり、サポートされるデータストリームの総数はＮ＊Ｔとなる。同等に（又は代替的に）
、中間的なステージをコンストレーションの大きさに減少させる。本例では、データスト
リームは、ブロック４１２にて、一緒にＴＤＭ多重化されるが、追加のストリームを追加
することもできる。例えば、４以上のストリームを一緒に多重化することができる。そし
て、ＷＤＭマルチプレクサ２１２に関して上述したように、追加の多重化光信号を、結果
として生じる光ストリームを伝送する前に、ＷＤＭマルチプレクサ４１４で追加すること
ができる。
いくつかの異なる構成について説明したが、ここでのどの様な特性の組み合わせも高次
変調と共に採用することができる。１つの実施例として、システムには、高次変調と併せ
て、偏光多重化、副搬送波多重化、及びＴＤＭ多重化のいずれか又はすべてを含めること
ができる。加えて、このような処理により形成された複数のストリームは、波長分割多重
化を用いて結合することができる。
上記した種々の組み合わせのために、ある方法では同期化が必要である一方、他の方法
では同期化は必要ではない。本発明は、同期マッピング法又は非同期マッピング法のどの
ような方法の組み合わせでも用いることができる。以下の表１は、種々の多重化法及び個
々のストリームを同期化する必要あるかどうかの識別子を示す。
Figure 0006139639
表１多重化法及び同期化
本発明の１つの特徴によれば、高次変調に用いるコンストレーションの形式は、あらゆ
る形状が可能であるのみならず、位相及び振幅のあらゆる組み合わせとすることが可能で
ある。典型的なコンストレーションには、位相のみの変調についてＱＰＳＫまたは８−Ｐ
ＳＫが含まれ、位相及び振幅変調について１６−ＱＡＭが含まれる。コンストレーション
の形状の変形例として、星形コンストレーション又は矩形コンストレーションがある。図
５Ａ及び５Ｂには、１６−ＱＡＭコンストレーションの２つの形式が図解されており、図
５Ａは星形コンストレーション、そして図５Ｂは矩形コンストレーションを示している。
当然のことながらｘ軸及びｙ軸は伝送中の位相の回転により回転することができる。タギ
ングをこれに対処するために用いることができ、受信器は、タグ情報をどのストリームを
エンコードするのかを決めるために用いる。タギングについて、以下に詳述する。
コンストレーションの大きさは任意とすることができ、入力データストリームのリンク
アグリゲーション（ＬＡＧ）の大きさに依存させることができる。例えば、（４ビット／
シンボルの）１６−ＱＡＭを、４０Ｇｂ／ｓで動作している変調信号に対してそれぞれ１
０ｂ／ｓで走る、４つのデータストリームを伝達するために用いることができる。同様に
、（８ビット／シンボルの）２５６−ＱＡＭを、８０Ｇｂ／ｓで動作している変調信号に
対してそれぞれ１０ｂ／ｓで走る、８つのデータストリームに用いることができる。
伝送側での上述の変調スキームは、伝送リンクを完成させるために受信器で等価な復調
／分離化と結合される。上述の高次変調を採用する主要な方法で、受信器回路は、現場発
振器なしでの直接検出又は現場発振器を有するコヒーレント検出のどちらでも採用するこ
とができる。種々の可能性を以下に説明する。
１つの選択肢では、ブロックを処理する信号なしで直接検出する。１つの実施の形態に
おいて、これは、ブロックを処理する付加的な信号なしで適切な光性能が可能となるので
、コスト及び電源効率面から好ましい実施形態である。このアプローチでは、現場発振器
を用いない。その代わり、相対位相状態を復元し、これにより位相状態の差分エンコード
された信号を抽出するために直接検出を採用する。例えば、バランスド光検出器を、差分
位相情報を抽出するために用いることができる。
他の選択肢では、信号処理ブロックを用いて直接検出する。ここで、ブロックを処理す
るバックエンド信号を、位相復元、波長分散及び偏光分散の補償、及び非線形効果と偏光
ノイズの部分的浄化のために用いる。この信号処理ブロックは、アナログブロックとして
でもディジタルブロックとしてでも実施することができる。ディジタル信号処理ブロック
は、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）を伴う。
第３の選択肢では、信号処理ブロックを有する現場発振器を用いる。この場合、現場発
振器は、ホモダイン技術又はヘテロダイン技術を用いて９０度ハイブリッド複合体を介し
て現場発振器を入力信号と結合させることにより入力信号のコヒーレント検出を可能にす
る。このような抽出された状態は、信号浄化のためにＤＳＰバックエンドのような信号処
理ブロックを用いて後処理することができる。
上述のように、タギングは、図１に示すように、アンフレーミングの後行われる。本発
明の１つの特徴によれば、データストリームを識別し受信器で復元するために、一意的な
ビットシーケンスを１つ又はすべてのデータストリームにタギングするために方法が用い
られる。システムが絶対位相復元ではなく相対位相復元を行う好ましい実施例において、
タギングのこの方法を、復元したデータストリームを特定するために用いる。変調スキー
ムに応じて、データストリームの識別及び復元を可能とするために、１つ以上の（データ
ストリームの最大数までの）データストリームにタギングする。
図６は、伝送中にデータストリームの相対位相が保存される場合、チャンネルに埋め込
まれたタグを用いてフレームを特定する１つの方法を図解したものである。このシナリオ
において、１つのデータストリームの特定は、データストリームが相互に固定された既知
の関係を有しているので、残りのデータストリームを特定し抽出するためには十分である
。識別タグを組み込む１つの方法は、フレームのプレアンブルに一意的なビットシーケン
スを用いることである。高次変調を用いるすべてのデータストリームはフレーム同期され
ており、すべてのデータストリームはこの方法を用いて特定することができる。
高次変調アプローチ（例えば、偏光多重化、副搬送波多重化、及び中間的なＴＤＭ多重
化）と結びつく他の例として、個々のデータストリーム同士の関係が知られており、従っ
て、個々のデータストリーム同士の関係を保存することができるとき、上述と同じタギン
グ手順を用いてデータストリームを復元し、適切に特定することができる。多重化スキー
ム毎にさらにタグを付加する必要はない。
図７は、チャンネルに埋め込まれたタグを用いてフレームを特定する代替的な方法を図
解したものである。ここで、データストリームの相対位相は伝送中に保存されない。この
シナリオにおいて、データストリームは相互に固定された既知の関係を有していないので
残りのデータストリームを特定し抽出するために、（変調スキームに応じて１とＮとの間
の）すべて又は１以上のデータストリームを特定することが必要となる。
上述したように、ここに示した違った構成に違った高次変調技術を採用することができ
る。図２に示した全体的な構成を有する、１６−ＱＡＭ変調を用いる４つの非同期データ
ストリームを多重化する具体例を図解したものである。そして、図９は、１６−ＱＡＭ矩
形コンストレーションの伝送器実施形態９００の一例を示す。ここで、４つのエンコード
されたデータストリーム９０２１〜９０２４はそれぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤのように表
わされている。レーザ９０４からのビームはスプリットされ変調器（Ｍ）９０６１〜９０
６４に送られる。１つの実施例として、変調器９０６は、マッハツェンダ変調器（ＭＺＭ
）である。図示の通り、レーザ信号の下側の分岐は減衰器９０８により、又は低いスプリ
ット比を持つスプリッタにより、減衰される。この場合、下側の分岐は位相変調及び振幅
変調の組み合わせとなるので、下側の分岐が減衰される。マッハツェンダ変調器により位
相変調が行われ、減衰器により必要な振幅減衰が行われる。このことは、４つの点が上側
の「十字」図の４つの点より小さな振幅を持つように示された下側の「十字」図により示
されている。
変調器９０６１及び９０６１から出力される信号は位相（Ｉ）にある一方、変調器９０
６２及び９０６４から出力される信号は９０度（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）だけシフトされ
ている（Ｑ）。図示の通り、上側の分岐からのＩ及びＱ成分は第１のコンストレーション
を有し、下側の分岐からのＩ及びＱ成分は第２のコンストレーションを有し、結果として
生じるコンストレーションは矩形１６−ＱＡＭとなる。
図１０は、１６−ＱＡＭ星形コンストレーションの伝送器実施例１０００の実施形態の
一例を示す。ここで、４つのエンコードされたデータストリーム１００２１〜１００２４
は、それぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤのように示されている。レーザ１００４からのビーム
はスプリットされ４つの変調器（Ｍ）１００６１〜１００６４へ送られる。１つの実施例
として、変調器１００６は、マッハツェンダ変調器である。結果として生じるコンストレ
ーションは、図示の通り１６−ＱＡＭ星形となる。
図１１は、典型的なシステムレベルアプリケーション１１００を示す。伝送器側１１０
２において、低速データストリームのグループは、高次変調を用いて単一のＤＷＤＭ波長
にマッピングされる。受信器側１１０４では、入力した高次変調信号はフレーム除去（ｄ
ｅ−ｆｒａｍｅｄ）され低速データストリームのグループに入る。
本発明は特定の実施の形態を参照して記載したが、当然のことながらこれらの実施の形
態は、本発明の原理及び応用例を単に示しただけのものである。従って、当然のことなが
ら、添付特許請求の範囲で定義した本発明の精神及び技術的範囲から離れることなく、図
示した実施の形態に対して多くの変更を加えることができ、他の構成を修正することもで
きる。
本発明は、さらに高次の変調技術を採用する光通信システムを含み、そしてこれに限定
されない、広い産業上の利用可能性を有する。

Claims (20)

  1. 光伝送器であって、
    モジュールを備え、前記モジュールは、
    複数のＮ個の非同期データストリームから得られる複数のフレームを受信するよう構成され、前記複数のフレームは前記非同期データストリームのフレーミング情報が除去され、前記モジュールはさらに、
    共通のクロックを同期の参照として用いて、前記複数のフレームを再フレーミングして、複数の同期したデータストリームを得、前記同期したデータストリームのうちの１つ以上の選択された同期したデータストリームを、一意的なビットシーケンスでタギングするよう構成され、前記光伝送器はさらに、
    前記タギングされた同期したデータストリームを含む前記同期したデータストリームを２Ｎレベルで光変調を実行するように構成された変調器を含む、光伝送器。
  2. 前記変調器が前記２Ｎレベルの光変調を行う前に、前記同期したデータストリームに結び付けられる信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つをエンコードするように構成される差動エンコーダをさらに備える、請求項１に記載の光伝送器。
  3. 前記同期したデータストリームの偏光多重化、副搬送波多重化、および時分割多重化のうちの少なくとも１つを行うマルチプレクサをさらに備える、請求項１または２に記載の光伝送器。
  4. 前記一意的なビットシーケンスは、受信器における回復のために所与のタギングしたデータストリームを識別するために用いられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の光伝送器。
  5. 前記タギングされた同期したデータストリームの前記一意的なビットシーケンスを用いて、受信器における受信で、前記同期したデータストリームの１つ以上のタギングされていない同期したデータストリームを識別し抽出する、請求項１から４のいずれか１項に記載の光伝送器。
  6. 前記タギングされた同期したデータストリームの前記一意的なビットシーケンスはフレームプリアンブルに配置される、請求項１から５のいずれか１項に記載の光伝送器。
  7. 光受信器への伝送に先立ち、１つ以上の他の光信号で前記変調器からの信号を多重化するための波長分割マルチプレクサをさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の光伝送器。
  8. 光伝送に先立ってデータを処理する方法であって、
    複数のＮ個の非同期データストリームから得られる複数のフレームを受信することを含み、前記複数のフレームは前記非同期データストリームのフレーミング情報が除去され、前記方法はさらに、
    共通のクロックを同期の参照として用いて、前記複数のフレームを再フレーミングして、複数の同期したデータストリームを得ることと、
    前記同期したデータストリームのうちの１つ以上の選択された同期したデータストリームを、一意的なビットシーケンスでタギングすることと、
    前記タギングされたストリームを含む前記同期したデータストリームを２Ｎレベルで光変調を実行して、高次変調信号を生成することを含む、方法。
  9. 前記２Ｎレベルの光変調を行う前に、前記同期したデータストリームに結び付けて信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つで、前記同期したデータストリームに差動エンコーディングを行うことをさらに備える、請求項８に記載の方法。
  10. 前記同期したデータストリームの多重化を行うことをさらに備え、前記多重化は、偏光多重化、副搬送波多重化、および時分割多重化うちの少なくとも１つを含む、請求項８または９に記載の方法。
  11. 前記一意的なビットシーケンスは、受信器における回復のために所与のタギングしたデータストリームを識別するために用いられる、請求項８から１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 前記タギングされた同期したデータストリームの前記一意的なビットシーケンスを用いて、受信器における受信で、前記同期したデータストリームの１つ以上のタギングされていない同期したデータストリームを識別し抽出する、請求項８から１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. 前記タギングされた同期したデータストリームの前記一意的なビットシーケンスはフレームプリアンブルに配置される、請求項８から１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 光受信器であって、
    光受信器モジュールを備え、前記光受信器モジュールは、
    遠隔の光伝送器から複数のＮ個の同期したデータストリームを受信するよう構成され、前記複数の受信された同期したデータストリームは一意的なビットシーケンスでタギングされた１つ以上のデータストリームを含み、前記光受信器モジュールはさらに、
    前記タギングされたデータストリームを含む前記受信された同期したデータストリーム上において２Ｎレベルの光変調を実行して、受信されたセットのストリームを得るよう構成され、前記光受信器はさらに、
    前記一意的なビットシーケンスを用いて、前記受信されたセットのストリームをデコードし、デコードしたストリームを生成するように構成されるデコーダと、
    前記デコードしたストリームを再フレーミングするための少なくとも１つのモジュールと、を備える、光受信器。
  15. 前記光受信器は、前記再フレーミングする前に、前記デコードしたストリームにタグ識別および再順序付けを実行するように構成される、請求項１４に記載の光受信器。
  16. 前記光受信器モジュールは、前記受信したタギングされて同期したデータストリームから差動位相情報を抽出するために、バランスド光検出器で直接検出を行うようさらに構成される、請求項１４または１５に記載の光受信器。
  17. 前記光受信器モジュールは、前記受信したタギングされた同期したデータストリームから位相状態を抽出するために、コヒーレント検出を行うよう構成される１つ以上のローカル発振器を含む、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の光受信器。
  18. 前記一意的なビットシーケンスは、前記光受信器における回復のために所与のタギングされたデータストリームを識別するために用いられる、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の光受信器。
  19. 前記タギングされた同期したデータストリームの前記一意的なビットシーケンスを用いて、前記光受信器における受信で、前記同期したデータストリームの１つ以上のタギングされていない同期したデータストリームを識別し抽出する、請求項１４から１８のいずれか１項に記載の光受信器。
  20. 前記光受信器は、前記タギングされた同期したデータストリームの前記一意的なビットシーケンスを用いて、前記タギングされていない同期したデータストリームを、前記タギングされたストリームと前記タギングされていないストリームとの間の既知の位相関係に基いて識別および抽出するように構成される、請求項１９に記載の光受信器。
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