JP6281303B2 - 多値強度変復調システムおよび方法 - Google Patents

Description

多値強度変調信号を用いて通信を行う多値強度変復調システムおよび方法に関する。

近年の伝送容量の需要増大により、より高速な通信システムが求められている。アクセスネットワークなどのエンドユーザに近いネットワーク領域においても、毎秒１００ギガビットを超える通信速度を有するブロードバンド伝送が期待されている。しかし、ボーレートが上昇すると、使用する光デバイスや電子デバイスの応答速度はより速いものが要求され、デバイスの動作速度が速くなればなるほど、デバイスは高価になる。

そこで近年、信号多重伝送技術として、強度を変化させて多値化するパルス振幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）やＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のような変調方式が注目されている。特に、ＰＡＭは強度情報のみを利用するため、信号振幅を変化させるだけで簡易に多値化が可能であり、比較的簡易に高ビットレートが実現可能であることから注目されている。０、１のみの２値で通信するのではなく、ＰＡＭのような変調方式を用いて多値化を行うことで、ボーレートを下げることが可能となる。その結果、周波数応答特性の低い光デバイスや電子デバイスを用いることで、低コストで高ビットレートな通信システムが実現可能となる。

しかし、ＰＡＭでは、いままで０、１の２値で通信していたところに多値シンボルを割り当てるため、シンボル間の距離が短くなり、信号対雑音比（ＳＮＲ）としては劣化する。さらに、どの多値シンボルに対しても、一様な伝送特性を得るためには、０（ＯＦＦ）、１（ＯＮ）の間の中間レベルの位置が重要になる。ＰＡＭのような多値強度変調信号の場合、０、１の２値だけではなく、その間のレベル全体に対し、線形に動作する光デバイス、電子デバイスが必要となる。２値伝送方式では、０（ＯＦＦ）か１（ＯＮ）か、だけが問題であったため、中間の出力レベルの精度は問題ではなく、電圧に対し、光出力が線形に変化しなくても、伝送特性には影響がなかった。しかし、多値強度変調に、０、１の２値の通信で使用していた光デバイス、電子デバイスを用いる場合、中間の出力レベルが線形に変化しないため、特性が劣化する。

つまり、多値強度変調には、専用の線形動作が可能な光＆電子デバイスが必要となるため、高価になってしまうという課題がある。

このような課題に対して従来、次のような従来技術が知られている（例えば特許文献１）。非線形回路を通して予め歪ませた信号を光変調器に入力することで光送信器から送出する多値光信号の各光パワーレベルの増分を単調増加するように設定し、付加されるノイズの影響を緩和し、受信感度の向上を図るものである。

また、次のような他の従来技術が知られている（例えば特許文献２）。光送信器は、送信データを出力するデータ送信部と、光信号の多値レベルを設定する多値レベル設定部を備える。また、光送信器は、多値レベル設定部の出力に基づいてデータ送信部の出力を多値振幅信号に変換する駆動部と、駆動部の出力信号を光信号に変換する発光部とを備える。光受信器は、発光部からの光信号を受光する受光部と、受光部の出力信号から光信号の消光比を検出する第１の消光比検出部と、消光比検出部の出力から受光部からの出力信号の多値レベルを判定するための識別レベルを設定する識別レベル設定部を備える。また、光受信器は、識別レベル設定部の出力に基づいて受光部からの出力信号の多値レベルを判定する多値レベル判定部を備える。この従来技術は、光送信器から出力される多値光信号の消光比を検出して多値レベルを設定することで、各多値レベルでＳ／Ｎが等しい、多値振幅変調された光信号が得られる光送信器、光受信器、及び光伝送システムを提供する。

特開２００８−１１３３８６号公報 特開平１０−２０９９６１号公報

ここで、中間の出力レベルの判別が必要となる多値強度変調システムにおいて、中間の出力レベルの線形性を崩す要因としては、システム上の様々な光デバイス、電子デバイスが該当する。そして、これらのデバイスにより引き起こされる中間の出力レベルの非線形性は、システムによって様々に変化し得る。

しかし、上述の、光送信器が各光パワーレベルの増分が単調増加するように設定した光信号を送出する従来技術では、システムによって様々に変化し得る中間の出力レベルの非線形性に対して十分に対応することは難しいという問題点を有していた。

また、上述の、光送信器から出力される多値光信号の消光比を検出して多値レベルを設定する従来技術では、消光比に応じて多値振幅変調される信号の各多値レベルの間隔を異ならせて各多値レベル間のＳ／Ｎ（信号対雑音）比を等しくしている。しかし、消光比の検出は光送信器の特性のみに基づいて行われているため、光伝送路系と光受信器まで含めたシステム全体の中の様々な光デバイス、電子デバイスに起因する非線形性に対応することは難しいという問題点を有していた。

そこで、本発明の１つの側面では、システム上の様々なデバイスに起因する中間の出力レベルの非線形性を補償することを目的とする。

態様の一例では、出力レベル値をアナログ送信電気信号に変換するデジタル−アナログ変換部と、アナログ送信電気信号に基づいて多値強度変調された光信号を光伝送系に送信する多値強度変調光送信部と、光伝送系から前記多値強度変調された光信号を受信してアナログ受信電気信号に変換する多値強度変調光受信部と、アナログ受信電気信号を受信レベル値に変換するアナログ−デジタル変換部と、送信されるデジタル信号がマッピングされる多値強度変調の複数の多値階調レベルのうちの１つである送信多値階調レベルを受信レベル値が所望の受信状態になるように出力レベル値に変換して出力し、受信レベル値から判定される受信多値階調レベルに対応するデジタル信号を受信する制御部と、を備える。

システム上の様々なデバイスに起因する中間の出力レベルの非線形性を補償することが可能となる。

実施形態に係る多値強度変調システムのシステム構成例を示す図である。 実施形態に係る多値強度変調システムの他のシステム構成例を示す図である。 ４値の多値強度変調の例を示す図である。 ０、１の２値のＮＲＺ信号用電界吸収型変調器（ＥＡ変調器）の制御電圧対出力光パワー減衰量の特性例と、直接変調レーザの電流対出力光パワーの特性例を示す図である。 ＰＤの光パワー対出力電圧の特性例を示す図である。 変調信号用ドライバアンプの入力電圧対出力電圧の特性例と、受信プリアンプの入力電圧対全高調波歪の特性例を示す図である。 非線形補償が無い場合のアイ開口の特性例を示す図である。 非線形補償が無い場合の送信した変調信号と受信した変調信号の波形例を示す図である。 第１の実施形態に係る制御部の構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態の動作説明図である。 送信した変調信号と光・電気部品の初期化（最適化）処理によるゲイン調整前後の受信した変調信号の波形例を示す図である。 光・電気部品の初期化（最適化）処理の例を示すフローチャートである。 不均等マッピング処理におけるデータ取得逐次処理の例を示すフローチャートである。 不均等マッピング処理におけるＤＡＣ値の検索処理の例を示すフローチャートである。 ＤＡＣ値の検索処理の動作例を示す説明図である。 第２の実施形態に係る制御部の構成例を示すブロック図である。 ＢＥＲを用いたマッピング処理の例を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る制御部の構成例を示すブロック図である。 ＳＮＲを用いたマッピング処理の例を示すフローチャートである。 ＳＮＲを用いたマッピング処理の動作例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る多値強度変調システムの構成例を示す図である。

このシステムは、送信器側の構成として、以下の構成を備える。
まず、デジタル−アナログ変換部であるＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ−Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）群１０２は、例えば４チャネルのＤＡＣで構成される。各ＤＡＣは、後述する制御部１０１から出力される各チャネルごとの２進デジタル信号である出力レベル値を、各アナログ送信電気信号に変換して出力する。

ＤＡＣ群１０２の各チャネルのＤＡＣ出力は、変調信号用ドライバアンプ１０３に入力する。

図１中では、ＤＡＣ群１０２内の濃色のＤＡＣの出力にのみ変調信号用ドライバアンプ１０３が接続されるように表されているが、実際には、他の３つのＤＡＣの各出力にもそれぞれ、各変調信号用ドライバアンプ１０３が接続されている。

変調信号用ドライバアンプ１０３は、ＤＡＣから出力されるアナログ送信電気信号の出力レベルを後段の光変調器１０６を駆動するレベルに調整する駆動回路として動作する。なお、この駆動回路は、変調信号用ドライバアンプ１０３とは別に設けられてもよく、あるいはＤＡＣの出力が十分な出力レベルであれば、別途設けられなくてもよい。

また、変調信号用ドライバアンプ１０３は、後述する制御部１０１が後述する光・電気部品の初期化（最適化）処理を実行するときに、制御部１０１からの設定に従って、ＤＡＣから出力されるアナログ送信電気信号のゲインを最適な値に調整する。

変調信号用ドライバアンプ１０３の出力は、光変調器１０６に入力する。光変調器１０６、レーザダイオード光源であるＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）１０５、およびＬＤ１０５を駆動するバイアスドライバ回路であるＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４は、多値強度変調光送信部を構成する。

この多値強度変調光送信部は、変調信号用ドライバアンプ１０３から出力されるアナログ送信電気信号に基づいて、多値強度変調された光信号を光伝送系である光ファイバ１０７に送出して送信する。

より具体的には、ＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４は、後述の制御部１０１による後述の光・電気部品の初期化（最適化）処理の実行時に、次の動作を行う。ＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４は、制御部１０１からのＬＤバイアス調整信号に基づいて、ＬＤ１０５に、最適なバイアスを付加する。

ＬＤ１０５は、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：連続波形）発振光を発光する。

光変調器１０６は、変調信号用ドライバアンプ１０３から出力されるアナログ送信電気信号に基づいて、ＬＤ１０５からの光に光強度変調をかけることにより、多値強度変調された光信号を光伝送系である光ファイバ１０７に出力する。

図１中では、ＤＡＣ群１０２内の濃色のＤＡＣおよびそれに接続される変調信号用ドライバアンプ１０３の出力に対応して、ＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４、ＬＤ１０５、および光変調器１０６からなる１つの多値強度変調光送信部が表されている。実際には、他の３つのＤＡＣの各々およびそれに接続される各変調信号用ドライバアンプ１０３の各出力に対応して、各多値強度変調光送信部が接続されている。４チャネルに対応する４つの光変調器１０６の出力は、１本の光ファイバ１０７に光多重される。

光ファイバ１０７は、光伝送系を構成する。この光伝送系には、様々な光デバイスが接続されてよい。光デバイスとしては例えば、光アンプ、可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）、可変分散補償器（ＶＣＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ）がある。また例えば、光スイッチ、マルチプレクサ（ＭＡＸ）、出マルチプレクサ（ＤＭＡＸ）、光分波器、光合波器などがある。後述の制御部１０１による後述の光・電気部品の初期化（最適化）処理および後述の不均等マッピング処理の実行時には、実際の光伝送系またはそれをシミュレートする光伝送系が接続されてよい。そして、光変調器１０６から光伝送系に送信された光信号は、この光伝送系を伝送されて後述する受信器に戻ってくるようにループ構成されてよい。

次に、図１の多値強度変調システムは、受信器側の構成として、以下の構成を備える。
まず、多値強度変調光受信部であるＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）１０８は、光伝送系である光ファイバ１０７から、多値強度変調された光信号を受信してアナログ受信電気信号に変換する。

ＰＤ１０８の出力は、受信プリアンプ１０９に入力する。この受信プリアンプ１０９は、例えばトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ：ＴｒａｎｓＩｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）である。受信プリアンプ１０９は、後述の制御部１０１による後述の光・電気部品の初期化（最適化）処理の実行時に、制御部１０１からの設定に従って、アナログ受信電気信号のゲインを最適な値に調整する。

受信プリアンプ１０９の出力は、アナログ−デジタル変換部であるＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）群１１０内の１つのＡＤＣに入力する。ＡＤＣ群１１０は、例えば４チャネルのＡＤＣで構成される。

図１中では、上述のＰＤ１０８および受信プリアンプ１０９は、ＡＤＣ群１１０内の濃色のＡＤＣに接続されるように表されているが、実際には、他の３つのＡＤＣの各入力にそれぞれ、ＰＤ１０８および受信プリアンプ１０９が接続されている。

ＡＤＣ群１１０内の各ＡＤＣは、受信プリアンプ１０９から入力したアナログ受信電気信号を、デジタル信号である受信レベル値に変換する。

ＡＤＣ群１１０の各ＡＤＣから出力された各受信レベル値は、制御部１０１に入力する。

制御部１０１は、送信器側の機能と受信器側の機能を備える。
制御部１０１は、送信器側の機能として、４チャネルの各チャネルごとに、送信されるデジタル信号を多値階調レベルである送信多値階調レベルに変換し、さらに送信多値階調レベルに対応する出力レベル値を生成して出力する。各チャネル毎の出力レベル値は、ＤＡＣ群１０２内の各ＤＡＣに入力される。

制御部１０１は、受信器側の機能として、４チャネルの各チャネルごとに、ＡＤＣ群１１０内の各ＡＤＣが出力する受信レベル値ごとに、その受信レベル値がどの多値階調レベルに対応するかを判定して受信多値階調レベルを出力する。そして、制御部１０１は、その受信多値階調レベルに対応するデジタル信号を受信する。

図２は、本発明の実施形態に係る多値強度変調システムの他の構成例を示す図である。図１の構成例との間で、同じ動作を行う部分には同じ参照番号を付してある。図２の構成が図１の構成と異なる部分は、送信器側の構成として、図１のＬＤ１０５および光変調器１０６の代わりに、バイアス供給回路（Ｂｉａｓ−Ｔ）および直接変調レーザ２０２を備える点である。

図２において、ＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４は、後述の制御部１０１による後述の光・電気部品の初期化（最適化）処理の実行時に、次の動作を行う。ＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４は、制御部１０１からのＬＤバイアス調整信号に基づいて、変調信号用ドライバアンプ１０３が出力するアナログ送信電気信号に、最適なバイアス（直流成分）を付加する。

そして、直接変調レーザ２０２は、上述のバイアス制御されたアナログ送信電気信号に基づいて、光強度変調された多値強度変調の光信号を光伝送系である光ファイバ１０７に出力する。

以上の図１または図２の構成を有する多値強度変調システムの動作について、以下に詳細に説明する。

まず、多値強度変調システムの一般的な動作と課題について説明し、その後に、本実施形態の詳細動作について説明する。

図３は、４値の多値強度変調（１チャネル分）の例を示す図である。
送信器側では、図３の３０１として示されるように、まず、制御部１０１が、入力してくる送信されるデジタル信号を２ビットずつのシンボル列に区切る。次に、制御部１０１が、シンボル列「００」「０１」「１０」「１１」をそれぞれ、各送信多値階調レベルｉ＝０、１、２、３に変換する。さらに、制御部１０１が、多値階調レベルｉ＝０、１、２、３をそれぞれ、ＤＡＣ群１０２内の１つのＤＡＣへの入力値となる４値の各出力レベル値ＯＬ₀ 、ＯＬ₁ 、ＯＬ₂ 、ＯＬ₃ に変換する。この出力レベル値は、ＤＡＣの分解能によって定まり、例えば８ビットのＤＡＣであれば、出力レベル値は、１０進表現で０から２５５までの値のいずれかである。実際には、出力レベル値は例えば００００００００から１１１１１１１１までの値を取り得る２進データとしてＤＡＣに入力される。ＤＡＣは、各出力レベル値をアナログ送信電気信号に変換する。このアナログ送信電気信号に基づいて、光変調器１０６（図１）または直接変調レーザ２０２（図２）が多値強度変調された光信号を出力する。

このように、多値強度変調では、例えば８ビット２進コードの各出力レベル値に、複数のシンボル、例えば４値強度変調の場合は２ビットのシンボルを、割り当てることが可能となる。これにより、例えば４値強度変調の場合、１０ギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）の波形で２０ギガビット／秒の伝送が可能となる。

受信器側では、図３の３０２として示されるように、まず、ＰＤ１０８が、光ファイバ１０７を含む光伝送系から多値強度変調された光信号を受信して、アナログ受信電気信号に変換する。次に、ＡＤＣ群１１０内の１つのＡＤＣが、受信プリアンプ１０９を介して入力するアナログ受信電気信号を例えば８ビット２進コードの受信レベル値に変換する。制御部１０１は、ＡＤＣが出力する例えば８ビット２進コードの受信レベル値が、例えば４値の各受信レベル値ＲＬ₀ 、ＲＬ₁ 、ＲＬ₂ 、ＲＬ₃ のどれに近いかを判定する。制御部１０１は、判定した各受信レベル値ＲＬ₀ 、ＲＬ₁ 、ＲＬ₂ 、ＲＬ₃ に対応する各受信多値階調レベルｉ＝０、１、２、３を出力する。そして、制御部１０１は、出力した各受信多値階調レベルｉ＝０、１、２、３に対応するシンボル列「００」「０１」「１０」「１１」を受信されたデジタル信号として復調出力する。

ここで、送信器側のＤＡＣ群１０２から受信器側のＡＤＣ群１１０に至るまでの通信経路上の光デバイスやアナログ電子デバイスが、入出力特性において線形性を有していると仮定する。この場合において、通信経路全体として、送信器側で各送信多値階調レベルｉ＝０、１、２、３に対して例えば８ビット２進コードの各出力レベル値ＯＬ₀ 、ＯＬ₁ 、ＯＬ₂ 、ＯＬ₃ を均一の間隔でマッピングする。これに対して、図３の３００として示される通信経路全体の線形特性上の「○」で囲まれた変換により、受信器側で各受信多値階調レベルｉ＝０、１、２、３にマッピングされる例えば８ビット２進コードの各受信レベル値ＲＬ₀ 、ＲＬ₁ 、ＲＬ₂ 、ＲＬ₃ も均一の間隔になる。

この場合、光伝送系上を伝送される多値強度変調された光信号波形のアイ開口は、図３の３０３として示されるように、はっきりとした開口を有するものとなる。

このようにして、送信器側で例えば８ビット２進コードの各出力レベル値ＯＬ₀ 、ＯＬ₁ 、ＯＬ₂ 、ＯＬ₃ を均一の間隔で出力しながら、受信器側でも例えば８ビット２進コードの各受信レベル値ＲＬ₀ 、ＲＬ₁ 、ＲＬ₂ 、ＲＬ₃ を均一の間隔で判定すれば、最適な多値強度変調を実現できる。

しかし実際には、上記通信経路上の光デバイスや電子デバイスとしては、線形の入出力特性を有さないものも使用される。

図４（ａ）は、図１の光変調器１０６として使用される可能性のある、０、１の２値のＮＲＺ信号用電界吸収型変調器（ＥＡ変調器）の制御電圧対出力光パワー減衰量の特性例を示す図である。また、図４（ｂ）は、図１の直接変調レーザ２０２として使用される可能性のある、一般的な直接変調レーザ（ＤＭＬ）の電流対出力光パワーの特性例を示す図である。

通常、制御回路からは、ＥＡ変調器の制御電圧もしくはＤＭＬの駆動電流を制御することで、出力パワーを制御し、その結果、ＯＮ（オン）状態とＯＦＦ（オフ）状態を作り出し、光強度の差を利用して２値の強度変調をかけることが可能となる。しかし実際には、図４（ａ）のプロット「◆」または図４（ｂ）の破線楕円で囲まれた部分として示されるように、制御電圧またはＬＤ駆動電流に対する出力光パワーの変化の割合が直線ではなく、曲線を描いている。従って、横軸基準で、各送信多値レベル値に対して図１のＤＡＣ群１０２内のＤＡＣへ入力される８ビットの出力レベル値を均等に割り振って変調をかけた場合、縦軸である出力光パワーは線形に変化しない。つまり、あるシンボル同士が狭くなることもあれば、広くなることもある。その結果、多値レベルの違いで伝送特性に差が生じてしまう。

同様に、多値強度変調光受信部である図１または図２のＰＤ１０８にも、非線形性が存在する。図５（ａ）および（ｂ）は、市販されているＰＤの特性例を示す図である。なお、図５（ａ）は、横軸がｄＢｍの対数であるため、縦軸も対数表示となっている。ＰＤの入出力特性が、入力された光パワーに対して線形性を有すればよいが、実際は光入力パワーが弱い部分や強い部分において出力電圧が飽和する特性を示したり、直線ではない曲がった特性を示す。比較的、線形性（リニアリティ）の高いＰＤでも、受信光レベル、暗電流、バイアス電圧、温度等に依存し、出力電圧は線形ではなくなる。つまり、線形にマッピングされた理想的な光信号を受信しても、図１または図２のＰＤ１０８において多値強度変調信号の多値間のＳＮＲを一定に保つことは難しい。

さらに、図１または図２の変調信号用ドライバアンプ１０３や受信プリアンプ１０９においても、入力電圧に対し出力電圧を完全に線形に保つことは難しい。図６（ａ）は、変調信号用ドライバアンプ１０３に使用される可能性のある電子デバイスの入力電圧対出力電圧の特性例を示す図である。また、図６（ｂ）は、受信プリアンプ１０９に使用される可能性のある電子デバイスの入力電圧対全高調波歪の特性例を示す図である。これらの図からわかるように、入力電圧の強弱によって入出力特性が曲線となる領域（例えばＶｇ＝０．８ＶまたはＶｇ＝２．０Ｖの特性）が存在する。比較的線形性の高いドライバアンプでも、入力信号周波数、入力電圧、ゲインに依存して非線形性が現れ、出力は高調波歪み成分を含み、線形ではなくなる。

そのほか、光ファイバ１０７を含む光通信路自体にも、非線形が存在する。
ＮＲＺ（Ｎｏｎｅ Ｒｅｔｕｒｎ Ｚｅｒｏ）やＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ Ｚｅｒｏ）のような２値強度変調ではそれほど問題にならなかったが、多値強度変調の場合、上述のように、受信光強度全域におけるリニアリティが重要となる。

これらの光デバイスや電子デバイスの入出力特性の非線形性に対し補償動作が行われなければ、送信器側から受信器側までの通信経路上に介在する光デバイスおよび電子デバイスの非線形特性の混在によって、０、１の間の中間レベルの線形性は保たれずに崩れてしまう。その関係がくずれた状態で多値強度変調が行われると、ＡＤＣ群１１０が出力する８ビットの受信レベル値として観測される光信号波形のアイ開口は、図７のように、アイが開く部分と潰れてしまう部分が混在してしまう。この結果、８ビットの受信レベル値から例えば４値の送信多値階調レベル値への変換において、均一の間隔で判定することができなくなり、シンボル間で一様な伝送特性を確保できなくなる。

この結果、例えば図８（ａ）に示されるように送信器側で送信した変調信号に対して受信器側で受信した変調信号は、図８（ｂ）の破線波形として期待される図８（ａ）と同じ波形ではなくなり、実線波形として示される波形のように歪んでしまう。この結果、システムのＢＥＲ（ビットエラーレート）またはＳＮＲ（信号対雑音比）の悪化を招いてしまう。

そこで、以下に説明する各実施形態では、制御部１０１が、送信器側から受信器側までの通信経路上に介在する光デバイスや電子デバイスに起因する中間の出力レベルの非線形特性を補償する動作を実行する。

そのために、制御部１０１は、送信器側の機能として、多値強度変調の多値階調レベルごとの出力レベル値を設定する多値レベル設定部を備える。また、制御部１０１は、次のようなデータ送信部を備える。データ送信部は、送信されるデジタル信号を例えば２ビット（４値）または３ビット（８値）の送信多値階調レベルに変換し、多値レベル設定部を参照して送信多値階調レベルに対応する例えば８ビット２進コードの出力レベル値を生成してＤＡＣ群１０２に出力する。

また、制御部１０１は、受信器側の機能として、ＡＤＣ群１１０が出力する例えば８ビット２進コードの受信レベル値が所望の受信状態になるように、多値レベル設定部が設定する多値階調レベルごとの出力レベル値を更新する出力レベル値更新部を備える。

図９は、上述の制御部１０１の機能を実現するための、第１の実施形態に係る制御部１０１の構成例を示すブロック図である。

データ変換＆生成部（データ変換部）９０１は、送信されるデジタル信号を例えば２ビットまたは３ビットずつに区切って、多値強度変調の複数の多値階調レベルのうちの１つである送信多値階調レベルｉに変換し生成する。

多値レベル設定テーブル（多値レベル設定部）９０２には、例えば２ビットまたは３ビットの多値階調レベルごとの例えば８ビット２進コードの出力レベル値が設定される。

データ送信部９０３は、多値レベル設定テーブル９０２を参照して、データ変換＆生成部９０１が生成した例えば２ビットまたは３ビットの送信多値階調レベルに対応する例えば８ビット２進コードの出力レベル値を生成し、出力する。

多値レベル判定部９０４は、ＡＤＣ群１１０内のＡＤＣが出力する例えば８ビット２進コードの受信レベル値ＲＬが例えば２値（４段階）または３値（８段階）のどの多値階調レベルに対応するかを判定して例えば２ビットまたは３ビットの受信多値階調レベルｉを出力する。このとき、多値レベル判定部９０４は、多値レベル判定テーブル９０５に記憶されている多値階調レベルごとの閾値に基づいて、上記判定を行う。

データ受信＆変換部（データ受信部）９０６は、多値レベル判定部９０４が出力する受信多値階調レベルｉに対応する例えば２ビットまたは３ビットのシンボル列に変換し、そのシンボル列を復調されたデジタル信号として受信、出力する。

不均等マッピング処理部（出力レベル値更新部）９１０は、受信多値階調レベルの隣接するシンボル間の受信レベル値の間隔が均一になるように、多値レベル設定テーブル９０２に設定される多値階調レベル（送信多値階調レベル）ごとの出力レベル値を更新する。このとき、不均等マッピング処理部９１０は、データ送信部９０３を制御するとともに、多値レベル判定部９０４を参照し、多値レベル判定テーブル９０５の設定内容を更新する。

送信側アンプゲイン調整部９０７は、図１または図２の変調信号用ドライバアンプ１０３を制御して、後述する光・電気部品の初期化（最適化）処理の実行時に、ＤＡＣから出力されるアナログ送信電気信号のゲインを最適な値に調整する。

同様に、受信側アンプゲイン調整部９０８は、図１または図２の受信プリアンプ１０９を制御して、後述する光・電気部品の初期化（最適化）処理の実行時に、ＰＤ１０８から出力されるアナログ受信電気信号のゲインを最適な値に調整する。

ＬＤバイアス調整部９０９は、図１または図２のＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４に、ＬＤバイアス調整信号９１２を供給する。後述の光・電気部品の初期化（最適化）処理の実行時に、ＬＤバイアス調整信号９１２によって、ＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４からＬＤ１０５（図１の場合）またはＢｉａｓ−Ｔ２０１（図２の場合）に、最適なバイアスが付加される。

データ記憶部９１１は、多値レベル判定テーブル９０５、不均等マッピング処理部９１０、送信側アンプゲイン調整部９０７、受信側アンプゲイン調整部９０８、およびＬＤバイアス調整部９０９に、各種設定パラメータの初期値等を供給する。

図９の構成を有する制御部１０１は、例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）に実装される。この場合、９０１、９０３、９０４、９０６から９１０の各機能部は、ＤＳＰのプロセッサが、ＤＳＰ内のＲＯＭに記憶された例えばファームウェアの各制御プログラムをＤＳＰ内のＲＡＭに読み出して実行する動作である。また、９０２と９０５のテーブルおよび９１１の記憶部は、ＤＳＰ内のＲＡＭまたはＲＯＭ上に構成される。あるいは、図９の構成を有する制御部１０１は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などを用いたハードウェアによって構成されてもよい。

図１０は、図９の構成を有する第１の実施形態に係る制御部１０１の動作説明図である。

従来は、横軸基準で、各送信多値階調レベル値ｉに対応する送信器側の出力レベル値ＯＬ_iが均一の間隔になるように、送信多値階調レベルｉに対応するシンボルを出力レベル値ＯＬ_i にマッピングしていた。ここで、０≦ｉ≦Ｎ−１で、Ｎは階調数で例えばＮ＝８である。Ｎ＝８の場合、データ変換＆生成部９０１が送信されるデジタル信号から生成するシンボル列は３ビットの「０００」〜「１１１」の値をとる。この結果、縦軸の受信器側の受信レベル値を観測した場合に、各受信多値階調レベルｉに対応する受信レベル値ＲＬ_i 間の間隔が不均等になってしまった。

そこで、第１の実施形態に係る制御部１０１は、図１０に示されるように、縦軸基準の受信レベル値ＲＬで均等に割り振りを行う。各受信多値階調レベルｉに対応してＡＤＣ群１１０のＡＤＣが出力する各受信レベル値ＲＬ_i 間の間隔が均一の間隔になるように、つまりシンボル間の距離（ＳＮＲに対応）が一定になるようにされる。これを実現するために、制御部１０１内の不均等マッピング処理部９１０は、送信器側の処理において、データ変換＆生成部９０１が生成する例えば３ビットの送信多値階調レベルｉを、図１０に示されるように、横路上で不均等な８ビットの出力レベル値ＯＬ_i にマッピングする。

第１の実施形態に係る図９の構成を有する制御部１０１は、システムの運用開始前にキャリブレーション処理としてこの不均等マッピング処理を実行する。これによって、ＤＡＣ群１０２からＡＤＣ群１１０までの間の通信経路上で様々な非線形性を持つ光デバイスおよび電子デバイスが使用された場合であっても、受信時のシンボル間距離（ＳＮＲに対応）を一定に保つことが可能となる。

第１の実施形態に係る図９の制御部１０１は、上述の不均等マッピング処理を実行する前準備処理として、光・電気部品の初期化（最適化）処理を実行する。これは、制御部１０１内のＬＤバイアス調整部９０９、送信側アンプゲイン調整部９０７、および受信側アンプゲイン調整部９０８が中心となって、連携して実行する。

図１１（ａ）は送信した変調信号の波形例、図１１（ｂ）は光・電気部品の初期化（最適化）処理によるゲイン調整前後の受信した変調信号の波形例を、それぞれ示す図である。

ＤＡＣ群１０２内のＤＡＣとＡＤＣ群１１０内のＡＤＣは、基本的に出力電圧レンジ、入力電圧レンジが固定で、ＤＡＣとＡＤＣ内でのＳＮ比を高める目的で、可能な限りフルレンジで動作することが望ましい。そこで、光・電気部品の初期化（最適化）処理では、送信器側で、ＬＤバイアス調整部９０９および送信側アンプゲイン調整部９０７が、図１または図２のＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４および変調信号用ドライバアンプ１０３を、それぞれ制御する。また、受信器側で、受信側アンプゲイン調整部９０８が、図１または図２の受信プリアンプ１０９を制御する。これにより、図１１（ｂ）の受信した変調信号において、ゲイン調整前の破線で示される波形が、ゲイン調整後の実線で示される波形に振幅調整され、図１１（ａ）の送信した変調信号の波形とレンジが合わせられる。

図１２は、図９の制御部１０１が実行する光・電気部品の初期化（最適化）処理の例を示すフローチャートである。

まず、制御部１０１の電源が投入され、制御部１０１および図１または図２に示される各デバイスの初期化が行われ、使用可能な状態に設定される。また、データ記憶部９１１から、各初期値が読み出される。各初期値は、多値レベル設定テーブル９０２、多値レベル判定テーブル９０５、送信側アンプゲイン調整部９０７、受信側アンプゲイン調整部９０８、ＬＤバイアス調整部９０９、不均等マッピング処理部９１０に設定される（以上、ステップＳ１２０１）。

次に、ＬＤバイアス調整部９０９が、図１または図２のＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４にＬＤバイアス調整信号９１２を送信する。これにより、ＬＤ ｂｉａｓ ドライバ１０４からＬＤ１０５（図１）またはＢｉａｓ−Ｔ２０１（図２）に、所定のバイアス電流が印加される。また、送信側アンプゲイン調整部９０７および受信側アンプゲイン調整部９０８がそれぞれ、図１または図２の変調信号用ドライバアンプ１０３および受信プリアンプ１０９に、それぞれ所定の増幅倍率を設定する（以上、ステップＳ１２０２）。

事前に取得済の「ＰＤ入力パワー対受信プリアンプ出力（ＡＤＣ入力電圧）」の関係が、データ記憶部９１１から多値レベル判定部９０４に読み出され、ＰＤ入力パワーが所望値になるときの受信プリアンプ出力電圧が目標出力値に設定される（ステップＳ１２０３）。

多値レベル判定部９０４が、ＡＤＣ群１１０内のＡＤＣが出力する受信レベル値をモニタしながら、受信プリアンプ１０９の出力電圧がステップＳ１２０３で設定された目標出力値となるように、次の処理が実行される。送信側アンプゲイン調整部９０７が、変調信号用ドライバアンプ１０３へゲイン調整信号を送り、受信器側のＰＤ１０８への入力光パワーを調整する（ステップＳ１２０４）。

多値レベル判定部９０４は、受信プリアンプ１０９の出力電圧から目標出力値を減算した絶対値が、誤差範囲（ΔＰ）以内になったか否かを判定する（ステップＳ１２０５）。

ステップＳ１２０５の判定がＮＯならば、多値レベル判定部９０４は、ステップＳ１２０４の処理を繰り返す。

ステップＳ１２０５がＹＥＳなら、多値レベル判定部９０４が、ＡＤＣ群１１０内のＡＤＣが出力する受信レベル値をモニタしながら、受信プリアンプ１０９が出力するアナログ受信電気信号の振幅が所定の範囲になるように、次の処理が実行される。受信側アンプゲイン調整部９０８が受信プリアンプ１０９に対して固定していた増幅率を調整する（ステップＳ１２０６）。

多値レベル判定部９０４は、ＡＤＣの入力振幅から目標振幅を減算した絶対値が、誤差範囲（ΔＷ）以内になったか否かを判定する（ステップＳ１２０７）。

ステップＳ１２０７の判定がＮＯならば、多値レベル判定部９０４は、ステップＳ１２０６の処理を繰り返す。

ステップＳ１２０７がＹＥＳになったら、制御部１０１は、光・電気部品の初期化（最適化）処理を終了する。

以上の処理により、図１または図２において、受信プリアンプ１０９からＡＤＣ群１１０内のＡＤＣに入力するアナログ受信電気信号は、ＡＤＣの最適な入力レベルの範囲を保つことが可能となる。

図１３は、図９の不均等マッピング処理部９１０が実行する不均等マッピング処理におけるデータ取得逐次処理の例を示すフローチャートである。

この処理では、不均等マッピング処理部９１０は、データ送信部９０３にステップ状に変化する出力レベル値を逐次送信させる。次に、不均等マッピング処理部９１０は、多値レベル判定部９０４に、ＡＤＣ群１１０のＡＤＣに、逐次送信された出力レベル値ごとの受信レベル値を測定させる。

まず、不均等マッピング処理部９１０は、図１２の光・電気部品の初期化（最適化）処理が完了しているか否かを判定する（ステップＳ１３０１）。

上記処理が完了しておらずステップＳ１３０１の判定がＮＯならば、図１２の光・電気部品の初期化（最適化）処理を実行する（ステップ１３０２）。

ステップＳ１３０１の判定がＹＥＳまたはステップＳ１３０２の処理の後、不均等マッピング処理部９１０は、ＤＡＣに供給する出力レベル値を最少ステップ（１デジット）単位で変化させるためのカウンタ変数ｋを０に初期値設定する（ステップＳ１３０３）。

その後、不均等マッピング処理部９１０は、データ送信部９０３に対して、ｋデジットに対応する２進データの例えば８ビット２進コードの出力レベル値をＤＡＣに出力させる（ステップＳ１３０４）。

不均等マッピング処理部９１０は、一定時間ウェイト（待機）した後、多値レベル判定部９０４を介して、上記出力レベル値に対応する受信レベル値を取得し、記憶する（ステップＳ１３０５）。

不均等マッピング処理部９１０は、カウンタ変数ｋを＋１インクリメントする（ステップＳ１３０６）。なお、もしＤＡＣに供給する出力レベル値を１デジット単位ではなく１＜αであるαデジット単位で変化させたい場合には、不均等マッピング処理部９１０は、カウンタ変数ｋを＋αインクリメントする。

不均等マッピング処理部９１０は、カウンタ変数ｋの値がｎビットＤＡＣの最大入力値２ⁿ −１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３０７）。例えば、ｎ＝８であれば、最大入力値は２５５である。

ステップＳ１３０７の判定がＹＥＳならば、不均等マッピング処理部９１０は、ステップＳ１３０４の処理に戻って、次のｋデジット目の出力レベル値の取得と、対応する受信レベル値の取得（ステップＳ１３０５）を繰り返し実行する。

ステップＳ１３０７の判定がＮＯになったら、不均等マッピング処理部９１０は、図１３のフローチャートで例示されるデータ取得逐次処理を終了する。

図１４は、不均等マッピング処理部９１０が、上述のデータ取得逐次処理に続けて実行するＤＡＣ値の検索処理の例を示すフローチャートである。

不均等マッピング処理部９１０は、データ取得逐次処理において取得した受信レベル値から、実際に使用していたＡＤＣが出力する受信レベル値の使用範囲の最大値と最小値を取得する（ステップＳ１４０１）。

不均等マッピング処理部９１０は、各初期値の設定を行う。まず、不均等マッピング処理部９１０は、多値階調レベルを指定する変数ｉに最低階調レベルである０を設定する。次に、不均等マッピング処理部９１０は、次式により、各多値階調レベル（受信多値階調レベル）ｉに対応する各受信レベル値の均一の間隔値である各階調間差Δｌｅｖｅｌを計算する。
各階調間差Δｌｅｖｅｌ＝｜ＡＤＣ使用範囲の最大値−最小値｜
／(多値強度変調の階調数−１) ・・・（１）

さらに、不均等マッピング処理部９１０は、現在の多値階調レベル（受信多値階調レベル）ｉにおける受信レベル値ｌｅｖｅｌに、現在の最低階調値ｉ＝０に対応するＡＤＣ使用範囲の最小値（通常、０レベル）をセットする（以上、ステップＳ１４０２）。

不均等マッピング処理部９１０は、現在の多値階調レベル（受信多値階調レベル）ｉに対応する受信レベル値ｌｅｖｅｌが多値レベル判定部９０４で得られたときにデータ送信部９０３で設定された出力レベル値を検索する。そして、不均等マッピング処理部９１０は、得られた出力レベル値を、現在の多値階調レベル（送信多値階調レベル）ｉに対応する出力レベル値“ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿ｉ”として、多値レベル設定テーブル９０２に設定する（以上、ステップＳ１４０３）。

不均等マッピング処理部９１０は、次の多値階調レベルへのインクリメントの処理を実行する。不均等マッピング処理部９１０は、現在の多値階調レベルを示す変数ｉを＋１インクリメントする。不均等マッピング処理部９１０は、現在の多値階調レベル（受信多値階調レベル）ｉに対応する受信レベル値ｌｅｖｅｌを、均一の各階調間差Δｌｅｖｅｌだけインクリメントする（以上、ステップＳ１４０４）。

不均等マッピング処理部９１０は、インクリメントされた現在の多値階調レベルｉが多値強度変調の階調数以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４０５）。

ステップＳ１４０５の判定がＹＥＳならば、不均等マッピング処理部９１０は、ステップＳ１４０３の処理に戻り、次の多値階調レベル（送信多値階調レベル）ｉに対応する出力レベル値を検索する処理を繰り返す。

ステップＳ１４０５の判定がＮＯになったら、不均等マッピング処理部９１０は、ＤＡＣ値の検索処理を終了し、多値レベル設定テーブル９０２の更新を完了する。これ以後、データ送信部９０３は、データ変換＆生成部９０１が出力する送信多値階調レベルに対応する更新された出力レベル値を多値レベル設定テーブル９０２から読み出して、ＤＡＣに出力する。

なお、不均等マッピング処理部９１０は、各多値階調レベル（受信多値階調レベル）ｉごとに求まった受信レベル値ｌｅｖｅｌを判別するための閾値（例えば隣接する受信レベル値ｌｅｖｅｌ間の中間値）を、多値レベル判定テーブル９０５に設定する。これ以後、多値レベル判定部９０４は、ＡＤＣが出力する受信レベル値が、多値レベル判定テーブル９０５に設定されているどの閾値間に入るかを判定し、受信多値階調レベルを判定する。

上述の第１の実施形態に係る制御部１０１は、ノイズはどの多値階調レベルにおいても均等に存在すると仮定し、ＡＤＣの使用範囲の最大値と最小値を均等にビットで割振った場合のＤＡＣ値の検索処理を示すものである。

図１５は、８ビット分解能のＤＡＣとＡＤＣを使用した場合の上述したＤＡＣ値の検索処理の動作例を示す図である。ＡＤＣの使用範囲の最大値を２３３、最小値を２３、多値変調の階調数を８とする。

この場合まず、各階調間差Δｌｅｖｅｌは、前述した（１）式より、次のように計算される。
各階調間差Δｌｅｖｅｌ＝｜２３３−２３｜／(８−１)＝３０

つまり、３０デジットが各階調間差Δｌｅｖｅｌとなる。今、ＡＤＣの使用範囲の最小値が２３なので、各多値階調レベル（受信多値階調レベル）ｉごとの受信レベル値ｌｅｖｅｌは、次のように算出される。
ｌｅｖｅｌ＿０＝２３＋（３０×０）＝２３
ｌｅｖｅｌ＿１＝２３＋（３０×１）＝５３
ｌｅｖｅｌ＿２＝２３＋（３０×２）＝８３
ｌｅｖｅｌ＿３＝２３＋（３０×３）＝１１３
ｌｅｖｅｌ＿４＝２３＋（３０×４）＝１４３
ｌｅｖｅｌ＿５＝２３＋（３０×５）＝１７３
ｌｅｖｅｌ＿６＝２３＋（３０×６）＝２０３
ｌｅｖｅｌ＿７＝２３＋（３０×７）＝２３３

続いて、各受信レベル値ｌｅｖｅｌが得られたときの出力レベル値（ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿ｉ）がそれぞれ検索される。前述したデータ取得逐次処理で得られた出力レベル値対受信レベル値の記憶内容から、上記の各受信レベル値ｌｅｖｅｌに対応する出力レベル値を検索した結果、１０進表現で以下のような結果になったとする。
ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿０＝１４
ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿１＝２４
ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿２＝４９
ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿３＝７８
ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿４＝１１０
ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿５＝１４９
ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿６＝１９２
ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿７＝２３８

これが受信器側のＡＤＣでみたときに、各多値階調レベルに対応する受信レベル値の間隔が均等になる送信器側の出力レベル値となる。この出力レベル値の２進データによって多値レベル設定テーブル９０２が更新され、これ以降、データ送信部９０３は、各多値階調レベルに対応する出力レベル値を出力する際は、この多値レベル設定テーブル９０２の設定値を用いる。もし１回で精度が得られない場合は、上記処理を複数回繰り返してフィードバックを行い、多値レベル設定テーブル９０２を徐々に更新していくように制御してもよい。

上述した第１の実施形態に係る制御部１０１の構成は、受信器側での各受信多値階調レベルに対応する各受信レベル値ｌｅｖｅｌの差を均等に割り振ることにより、通信路上の非線形性を補償するものである。

この補償方式と併用して、あるいは排他的に、厳密にＢＥＲ（ビットエラーレート）やＳＮＲ（信号対雑音比）を、受信器側で各受信多値階調レベルごとに測定し、全てのＢＥＲまたはＳＮＲが一定範囲内に入るようにフィードバック制御することも可能である。

図１６は、第２の実施形態に係る制御部１０１の構成例を示す図であり、ＢＥＲを測定して非線形性を補償する構成を示している。

図１６の構成で、図９の各部と同じ動作をする部分には、同じ参照番号を付してある。第２の実施形態に係る図１６の構成が、第１の実施形態に係る図９の構成と異なる点は、計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部１６０１が追加された点である。なお、図１６の構成においても、不均等マッピング処理部９１０が実装されている。この場合例えば、システムの稼働開始時または定期的なメインテナンス時に不均等マッピング処理部９１０による非線形性の補償処理を実行し、運用中随時のタイミングで計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部１６０１による非線形性の補償処理を実行してよい。

図１７は、ＢＥＲを用いたマッピング処理の例を示すフローチャートである。以下、この処理の説明においては、図１６の制御部１０１の構成を参照する。

まず、制御部１０１は、図１２のフローチャートで例示した光・電気部品の初期化（最適化）処理を実行する（ステップＳ１７０１）。

その後、データ記憶部９１１から多値レベル設定テーブル９０２へ、送信多値階調レベルからの出力レベル値へのマッピングの初期値が設定される（ステップＳ１７０２）。

計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部１６０１が、データ変換＆生成部９０１を介して、一定量のデータを送信する（ステップＳ１７０３）。

計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部１６０１が、ステップＳ１７０３による送信データ列に対して、受信器側のデータ受信＆変換部（データ受信部）９０６で受信されたデータ列を取得する（ステップＳ１７０４）。

計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部１６０１が、ステップＳ１７０４で取得した受信データ列に基づいて、各多値階調レベル（受信多値階調レベル）別のＢＥＲを測定する（ステップＳ１７０５）。

計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部１６０１は、全ての多値階調レベルｉに対して、多値階調レベルｉのＢＥＲと全ての多値階調レベルｉのＢＥＲの平均値との差の絶対値が、一定範囲（ΔＢＥＲ）以内になったか否かを判定する（ステップＳ１７０６）。

ステップＳ１７０６の判定がＮＯならば、計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部１６０１は、多値レベル設定テーブル９０２での各送信多値階調レベルごとの出力レベル値を調整する（ステップＳ１７０７）。例えば、各送信多値階調レベルごとの出力レベル値が、所定の順番で、一定量ずつ、増減させられる。その後、計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部１６０１は、ステップＳ１７０３の処理に戻って、ＢＥＲの測定と判定を繰り返す。

ステップＳ１７０６の判定がＹＥＳになったら、計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部１６０１は、多値レベル設定テーブル９０２で調整後の出力レベル値を、データ記憶部９１１に保存する（ステップＳ１７０８）。その後、計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部１６０１は、図１７のフローチャートで例示されるＢＥＲを用いたマッピング処理を終了する。

図１８は、第３の実施形態に係る制御部１０１の構成例を示す図であり、ＳＮＲを測定して非線形性を補償する構成を示している。

図１８の構成で、図９の各部と同じ動作をする部分には、同じ参照番号を付してある。第３の実施形態に係る図１８の構成が、第１の実施形態に係る図９の構成と異なる点は、計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１が追加された点である。なお、図１８の構成においても、不均等マッピング処理部９１０が実装されている。この場合例えば、システムの稼働開始時または定期的なメインテナンス時に不均等マッピング処理部９１０による非線形性の補償処理を実行し、運用中随時のタイミングで計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１による非線形性の補償処理を実行してよい。

図１９は、ＳＮＲを用いたマッピング処理の例を示すフローチャートである。以下、この処理の説明においては、図１８の制御部１０１の構成を参照する。

まず、制御部１０１は、図１２のフローチャートで例示した光・電気部品の初期化（最適化）処理を実行する（ステップＳ１９０１）。

その後、データ記憶部９１１から多値レベル設定テーブル９０２へ、送信多値階調レベルからの出力レベル値へのマッピングの初期値が設定される（ステップＳ１９０２）。

計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１が、データ変換＆生成部９０１を介して、データ送信を開始する（ステップＳ１９０３）。

計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１が、ステップＳ１８０３による送信データ列に対する受信レベル値を、多値レベル判定部９０４から取得する（ステップＳ１９０４）。なお、第１の実施形態の場合と異なり、多値レベル判定部９０４では各受信多値階調レベルの判定は行わず、生の受信レベル値を取得する。

計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１が、ステップＳ１９０４で取得した受信レベル値ｌｅｖｅｌに基づいて、次式により、各多値階調レベル（受信多値階調レベル）別のＳＮＲを測定する（ステップＳ１９０５）。
多値階調レベルｉの階調間差（ＳＮＲ）＝
｜多値階調レベルｉ＋１での受信レベル値−多値階調レベルｉでの受信レベル値｜
・・・（２）

計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１は、全ての多値階調レベルｉに対して、多値階調レベルｉのＳＮＲと全ての多値階調レベルｉのＳＮＲの平均値との差の絶対値が、一定範囲（ΔＳＮＲ）以内になったか否かを判定する（ステップＳ１９０６）。

ステップＳ１９０６の判定がＮＯならば、計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１は、多値レベル設定テーブル９０２での各送信多値階調レベルごとの出力レベル値を調整する（ステップＳ１９０７）。例えば、各送信多値階調レベルごとの出力レベル値が、所定の順番で、一定量ずつ、増減させられる。その後、計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１は、ステップＳ１９０３の処理に戻って、ＳＮＲの測定と判定を繰り返す。

ステップＳ１９０６の判定がＹＥＳになったら、計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１は、データ送信を停止する。そして、計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１は、多値レベル設定テーブル９０２で調整後の出力レベル値を、データ記憶部９１１に保存する（以上、ステップＳ１９０８）。その後、計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部１８０１は、図１９のフローチャートで例示されるＳＮＲを用いたマッピング処理を終了する。

図２０は、ＳＮＲを用いたマッピング処理の動作例を示す説明図である。
受信後の各多値階調レベル（受信多値階調レベル）ごとの受信レベル値の差（＝ＳＮＲ）が各多値階調レベルで一定となるように、各多値階調レベルに対応する受信レベル値の間隔が設定される。つまり、現在の多値階調レベルｉ（たとえば、８階調の場合、ｉは０〜７のいずれか）に対して、階調間差（ＳＮＲ）は、前述した（２）式に従って、図２０に示されるように算出される。

そして、この階調間差が、全ての多値階調レベルで等しくなるように、出力レベル値“ＤＡＣＳＥＴ＿ｌｅｖｅｌ＿ｉ”l_i”が設定される。

以上説明した第２または第３の実施形態に係る制御部１０１の構成により、システム稼働時には、不均等マッピング処理により非線形性の補償を行い、運用時にはＢＥＲまたはＳＮＲを用いたマッピング処理により非線形性の補償を行うことができる。

図９、図１６、図１８では省略しているが、制御部１０１は、ＤＡＣ群１０２内の４チャネルのＤＡＣおよびＡＤＣ群１１０内の４チャネルのＡＤＣに対応して、４チャネル分の信号処理を並列に実行する機能として構成してよい。

以上説明した第１〜第３の実施形態に係る制御部１０１により、システム上の様々なデバイスに起因する中間の出力レベルの非線形性を補償することが可能な、信頼性の高い多値強度変復調システムを実現することが可能となる。

以上の各実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
出力レベル値をアナログ送信電気信号に変換するデジタル−アナログ変換部と、
前記アナログ送信電気信号に基づいて多値強度変調された光信号を光伝送系に送信する多値強度変調光送信部と、
前記光伝送系から前記多値強度変調された光信号を受信してアナログ受信電気信号に変換する多値強度変調光受信部と、
前記アナログ受信電気信号を受信レベル値に変換するアナログ−デジタル変換部と、
送信されるデジタル信号がマッピングされる多値強度変調の複数の多値階調レベルのうちの１つである送信多値階調レベルを前記受信レベル値が所望の受信状態になるように前記出力レベル値に変換して出力し、前記受信レベル値から判定される受信多値階調レベルに対応するデジタル信号を受信する制御部と、
を備えることを特徴とする多値強度変復調システム。
（付記２)
前記制御部は、
前記送信されるデジタル信号を前記送信多値階調レベルに変換するデータ変換部と、
前記多値階調レベルごとの出力レベル値を設定する多値レベル設定部と、
前記多値レベル設定部を参照して前記送信多値階調レベルに対応する出力レベル値を生成し出力するデータ送信部と、
前記受信レベル値がどの前記多値階調レベルに対応するかを判定して受信多値階調レベルを出力する多値レベル判定部と、
前記受信多値階調レベルに対応するデジタル信号を受信するデータ受信部と、
前記受信レベル値が所望の受信状態になるように、前記多値レベル設定部が設定する前記多値階調レベルごとの出力レベル値を更新する出力レベル値更新部と、
を備えることを特徴とする付記１に記載の多値強度変復調システム。
（付記３)
前記出力レベル値更新部は、前記受信多値階調レベルの隣接するシンボル間の前記受信レベル値の間隔が均一になるように、前記多値レベル設定部が設定する前記多値階調レベルごとの出力レベル値を更新する、
ことを特徴とする付記２に記載の多値強度変復調システム。
（付記４)
前記出力レベル値更新部は、
前記データ送信部にステップ状に変化する前記出力レベル値を逐次送信させ、前記アナログ−デジタル変換部に前記逐次送信された前記出力レベル値ごとの前記受信レベル値を測定させるデータ取得逐次処理と、
前記データ取得逐次処理により前記アナログ−デジタル変換部が出力した前記受信レベル値の最大値と最小値の範囲を前記多値階調レベルの階調数に基づいて均等に分割して前記多値階調レベルごとの受信レベル値を得て、前記データ取得逐次処理において当該多値階調レベルごとの受信レベル値が出力されたときの前記出力レベル値を検索し、前記多値レベル設定部に設定される当該多値階調レベルごとの出力レベル値を当該検索された出力レベル値によって更新する出力レベル値検索処理と、
を実行することを特徴とする付記３に記載の多値強度変復調システム。
（付記５)
前記出力レベル値更新部は、前記データ受信部が受信するデジタル信号の前記多値階調レベル間での符号誤り率が等しくなるように、前記前記多値レベル設定部が設定する前記多値階調レベルごとの出力レベル値を更新する、
ことを特徴とする付記２に記載の多値強度変復調システム。
（付記６)
前記出力レベル値更新部は、前記アナログ−デジタル変換部が受信する受信レベル値の前記多値階調レベル間での信号対雑音比が等しくなるように、前記前記多値レベル設定部が設定する前記多値階調レベルごとの出力レベル値を更新する、
ことを特徴とする付記２に記載の多値強度変復調システム。
（付記７)
前記多値強度変調光送信部は、光源と、前記アナログ送信電気信号に基づいて前記光源からの光に光強度変調をかけて前記光信号を前記光伝送系に出力する光変調器と、
を備えることを特徴とする付記１ないし６のいずれかに記載の多値強度変復調システム。
（付記８)
前記多値強度変調光送信部は、前記アナログ送信電気信号を前記光変調器への制御信号に変換する駆動回路をさらに備える、
ことを特徴とする付記７に記載の多値強度変復調システム。
（付記９)
前記多値強度変調光送信部は、前記アナログ送信電気信号に基づいて光強度変調された前記光信号を前記光伝送系に出力する直接変調光源を備える、
ことを特徴とする付記１ないし６のいずれかに記載の多値強度変復調システム。
（付記１０)
前記多値強度変調光送信部は、前記アナログ送信電気信号を前記直接変調光源への制御信号に変換する駆動回路をさらに備える、
ことを特徴とする付記９に記載の多値強度変復調システム。
（付記１１)
前記制御部は、前記デジタル−アナログ変換部から出力される前記アナログ送信電気信号のゲイン、前記多値強度変調光受信部から出力される前記アナログ受信電気信号のゲイン、または前記多値強度変調光送信部における光源のバイアス値のいずれか１つ以上を、前記受信多値階調レベルが所望の受信状態になるように制御する調整部をさらに備える、
ことを特徴とする付記１ないし１０のいずれかに記載の多値強度変復調システム。
（付記１２)
出力レベル値をアナログ送信電気信号に変換するデジタル−アナログ変換処理と、
前記アナログ送信電気信号に基づいて多値強度変調された光信号を光伝送系に送信する多値強度変調光送信処理と、
前記光伝送系から前記多値強度変調された光信号を受信してアナログ受信電気信号に変換する多値強度変調光受信処理と、
前記アナログ受信電気信号を受信レベル値に変換するアナログ−デジタル変換処理と、
送信されるデジタル信号がマッピングされる多値強度変調の複数の多値階調レベルのうちの１つである送信多値階調レベルを前記受信レベル値が所望の受信状態になるように前記出力レベル値に変換して出力し、前記受信レベル値から判定される受信多値階調レベルに対応するデジタル信号を受信する制御処理と、
を実行することを特徴とする多値強度変復調方法。

１０１ 制御部
１０２ ＤＡＣ（デジタル−アナログコンバータ）群
１０３ 変調信号用ドライバアンプ
１０４ ＬＤ ｂｉａｓ ドライバ
１０５ ＬＤ（レーザダイオード）
１０６ 光変調器
１０７ 光ファイバ
１０８ ＰＤ
１０９ 受信プリアンプ
１１０ ＡＤＣ（アナログ−デジタルコンバータ）群
２０１ Ｂｉａｓ−Ｔ（バイアス供給回路）
２０２ 直接変調レーザ
９０１ データ変換＆生成部
９０２ 多値レベル設定テーブル
９０３ データ送信部
９０４ 多値レベル判定部
９０５ 多値レベル判定テーブル
９０６ データ受信＆変換部
９０７ 送信側アンプゲイン調整部
９０８ 受信側アンプゲイン調整部
９０９ ＬＤバイアス調整部
９１０ 不均等マッピング処理部
９１１ データ記憶部
９１２ ＬＤバイアス調整信号
１６０１ 計測用データ生成＆ＢＥＲ測定部
１８０１ 計測用データ生成＆ＳＮＲ測定部

Claims (12)

1. 出力レベル値をアナログ送信電気信号に変換するデジタル−アナログ変換部と、
   前記アナログ送信電気信号に基づいて多値強度変調された光信号を光伝送系に送信する多値強度変調光送信部と、
   前記光伝送系から前記多値強度変調された光信号を受信してアナログ受信電気信号に変換する多値強度変調光受信部と、
   前記アナログ受信電気信号を受信レベル値に変換するアナログ−デジタル変換部と、
   送信されるデジタル信号がマッピングされる多値強度変調の複数の多値階調レベルのうちの１つである送信多値階調レベルを前記受信レベル値が所望の受信状態になるように前記出力レベル値に変換して出力し、前記受信レベル値から判定される受信多値階調レベルに対応するデジタル信号を受信する制御部と、
   を備えることを特徴とする多値強度変復調システム。
2. 前記制御部は、
   前記送信されるデジタル信号を前記送信多値階調レベルに変換するデータ変換部と、
   前記多値階調レベルごとの出力レベル値を設定する多値レベル設定部と、
   前記多値レベル設定部を参照して前記送信多値階調レベルに対応する出力レベル値を生成し出力するデータ送信部と、
   前記受信レベル値がどの前記多値階調レベルに対応するかを判定して受信多値階調レベルを出力する多値レベル判定部と、
   前記受信多値階調レベルに対応するデジタル信号を受信するデータ受信部と、
   前記受信レベル値が所望の受信状態になるように、前記多値レベル設定部が設定する前記多値階調レベルごとの出力レベル値を更新する出力レベル値更新部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の多値強度変復調システム。
3. 前記出力レベル値更新部は、前記受信多値階調レベルの隣接するシンボル間の前記受信レベル値の間隔が均一になるように、前記多値レベル設定部が設定する前記多値階調レベルごとの出力レベル値を更新する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の多値強度変復調システム。
4. 前記出力レベル値更新部は、
   前記データ送信部にステップ状に変化する前記出力レベル値を逐次送信させ、前記アナログ−デジタル変換部に前記逐次送信された前記出力レベル値ごとの前記受信レベル値を測定させるデータ取得逐次処理と、
   前記データ取得逐次処理により前記アナログ−デジタル変換部が出力した前記受信レベル値の最大値と最小値の範囲を前記多値階調レベルの階調数に基づいて均等に分割して前記多値階調レベルごとの受信レベル値を得て、前記データ取得逐次処理において当該多値階調レベルごとの受信レベル値が出力されたときの前記出力レベル値を検索し、前記多値レベル設定部に設定される当該多値階調レベルごとの出力レベル値を当該検索された出力レベル値によって更新する出力レベル値検索処理と、
   を実行することを特徴とする請求項３に記載の多値強度変復調システム。
5. 前記出力レベル値更新部は、前記データ受信部が受信するデジタル信号の前記多値階調レベル間での符号誤り率が等しくなるように、前記前記多値レベル設定部が設定する前記多値階調レベルごとの出力レベル値を更新する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の多値強度変復調システム。
6. 前記出力レベル値更新部は、前記アナログ−デジタル変換部が受信する受信レベル値の前記多値階調レベル間での信号対雑音比が等しくなるように、前記前記多値レベル設定部が設定する前記多値階調レベルごとの出力レベル値を更新する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の多値強度変復調システム。
7. 前記多値強度変調光送信部は、光源と、前記アナログ送信電気信号に基づいて前記光源からの光に光強度変調をかけて前記光信号を前記光伝送系に出力する光変調器と、
   を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の多値強度変復調システム。
8. 前記多値強度変調光送信部は、前記アナログ送信電気信号を前記光変調器への制御信号に変換する駆動回路をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項７に記載の多値強度変復調システム。
9. 前記多値強度変調光送信部は、前記アナログ送信電気信号に基づいて光強度変調された前記光信号を前記光伝送系に出力する直接変調光源を備える、
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の多値強度変復調システム。
10. 前記多値強度変調光送信部は、前記アナログ送信電気信号を前記直接変調光源への制御信号に変換する駆動回路をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項９に記載の多値強度変復調システム。
11. 前記制御部は、前記デジタル−アナログ変換部から出力される前記アナログ送信電気信号のゲイン、前記多値強度変調光受信部から出力される前記アナログ受信電気信号のゲイン、または前記多値強度変調光送信部における光源のバイアス値のいずれか１つ以上を、前記受信多値階調レベルが所望の受信状態になるように制御する調整部をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の多値強度変復調システム。
12. 出力レベル値をアナログ送信電気信号に変換するデジタル−アナログ変換処理と、
    前記アナログ送信電気信号に基づいて多値強度変調された光信号を光伝送系に送信する多値強度変調光送信処理と、
    前記光伝送系から前記多値強度変調された光信号を受信してアナログ受信電気信号に変換する多値強度変調光受信処理と、
    前記アナログ受信電気信号を受信レベル値に変換するアナログ−デジタル変換処理と、
    送信されるデジタル信号がマッピングされる多値強度変調の複数の多値階調レベルのうちの１つである送信多値階調レベルを前記受信レベル値が所望の受信状態になるように前記出力レベル値に変換して出力し、前記受信レベル値から判定される受信多値階調レベルに対応するデジタル信号を受信する制御処理と、
    を実行することを特徴とする多値強度変復調方法。