JP6308314B1 - 誤り訂正装置、誤り訂正方法及び通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】消費電力を抑えつつ総合の伝送特性を向上することができる誤り訂正装置、誤り訂正方法及び通信装置を得る。【解決手段】複数の誤り訂正回路は、複数の伝送路で伝送されたデータの誤りを訂正する。結合部１２は、複数の伝送路を複数の誤り訂正回路に結合させる。複数の伝送路は、第１の伝送路Ｉと、第１の伝送路よりも伝送特性が低い第２の伝送路ＩＩとを有する。複数の誤り訂正回路は、第１の誤り訂正回路８ａと、第１の誤り訂正回路８ａよりも訂正能力及び消費電力の低い第２の誤り訂正回路８ｂとを有する。結合部１２は、第１の伝送路Ｉを第２の誤り訂正回路８ｂに第１の誤り訂正回路８ａよりも多くの割合で結合させ、第２の伝送路ＩＩを第１の誤り訂正回路８ａに第２の誤り訂正回路８ｂよりも多くの割合で結合させる。【選択図】図２

Description

本発明は、消費電力を抑えつつ総合の伝送特性を向上することができる誤り訂正装置、誤り訂正方法及び通信装置に関する。
コヒーレント光通信では、伝送特性向上のため、伝送途中に生じる歪及び周波数／位相変動をデジタル信号処理によって補償している。更なる伝送特性向上のため、上記の補償機能に加えて、送受間に誤り訂正回路を設けて伝送特性におけるデータ誤りの低減を図っている（例えば、非特許文献１参照）。一般的には、送信側でデータに対して誤り訂正用符号化を行い、受信側でその符号化に対応して誤り訂正を行う。
総合報告「光通信ネットワークの大容量化に向けたディジタルコヒーレント信号処理技術の研究開発」鈴木扇太他、電子情報通信学会誌Ｖｏｌ．９５，Ｎｏ．１２，２０１２，ｐｐ１１００−１１１６
しかし、従来の通信装置では、総合の伝送特性を向上するためには、変復調間の伝送特性を向上するだけでなく、再生したデータ自体の誤りを更に低減するために、誤り訂正能力の高い誤り訂正回路を使用する必要があった。しかし、誤り訂正能力の高い誤り訂正回路は、一般的に回路規模が大きく、消費電力も大きい。従って、誤り訂正能力の高い通信装置は、消費電力が大きいという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は消費電力を抑えつつ総合の伝送特性を向上することができる誤り訂正装置、誤り訂正方法及び通信装置を得るものである。
本発明に係る誤り訂正装置は、所定の伝送レートのデータを１つのキャリア又は１つのチャネル帯域内に構成された複数の伝送路で伝送する通信装置に用いられる誤り訂正装置であって、前記複数の伝送路で伝送された前記データの誤りを訂正する複数の誤り訂正回路と、前記複数の伝送路を前記複数の誤り訂正回路に重複して結合させる機能を有する結合部とを備え、前記複数の伝送路は、第１の伝送路と、前記第１の伝送路よりも伝送特性が低い第２の伝送路とを有し、前記複数の誤り訂正回路は、第１の誤り訂正回路と、前記第１の誤り訂正回路よりも訂正能力及び消費電力の低い第２の誤り訂正回路とを有し、前記結合部は、１つの伝送路に複数の誤り訂正回路を重複して結合させる機能を使用して、前記第１の伝送路を前記第２の誤り訂正回路に前記第１の誤り訂正回路よりも多くの割合で結合させ、前記第２の伝送路を前記第１の誤り訂正回路に前記第２の誤り訂正回路よりも多くの割合で結合させることを特徴とする。
本発明により、消費電力を抑えつつ総合の伝送特性を向上することができる。
本発明の実施の形態１に係る通信装置を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る通信装置に用いられる誤り訂正装置を示す図である。 第１及び第２の誤り訂正回路の訂正作用を示す図である。 本発明の誤り訂正装置の誤り率特性を示す図である。 本発明の誤り訂正装置の誤り率特性を示す図である。 伝送路の例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る通信装置を示す図である。 本発明の実施の形態２で使用する１６ＱＡＭの信号マッピングの例を示す図である。 本発明の実施の形態２で使用する１６ＱＡＭの信号マッピングの例を示す図である。 本発明の実施の形態２で使用する１６ＱＡＭの信号マッピングの例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る通信装置の動作原理を説明する図である。 本発明の実施の形態３に係る通信装置を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る通信装置を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る通信装置を示す図である。 本発明の実施の形態６に係る通信装置を示す図である。
本発明の実施の形態に係る誤り訂正装置、誤り訂正方法及び通信装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る通信装置を示す図である。ここでは、送信データを２つの偏波（Ｘ偏波、Ｙ偏波）に分けて伝送する場合について説明する。
送信装置において、データは、分配器１によりＸとＹの２つの偏波に分配され、送信デジタル信号処理部２によりそれぞれ誤り訂正のための符号化が行われる。この符号化は誤り訂正の方法によって異なる。符号化されたそれぞれの送信データは、光変調器３を介して光ファイバ４へ転送される。なお、送信データは符号化以前に種々のデジタル信号処理が施される。
受信装置において、受信データは、光復調器５によりＸ偏波の受信データとＹ偏波の受信データに分離され、デジタル信号処理部６へ送られる。ここで、Ｘ偏波の受信データは、信号空間上の座標データ（Ｘｉ、Ｘｑ）で表され、Ｙ偏波の受信データは、信号空間上の座標データ（Ｙｉ、Ｙｑ）で表される。
デジタル信号処理部６は、伝送途中において生じた波長分散、偏波分散及び周波数／位相変動をデジタル信号処理より補償する。補償された受信データは、各偏波ごとに判定部７に供給され、座標データからデジタルデータへ判定が行われる。この場合、次に接続される誤り訂正の方法に依存した形式でデジタルデータが算出される。例えば、データの確からしさを示す尤度情報が付加される場合もある。
判定部７からのデジタルデータ（場合によっては尤度情報も含む）は、第１及び第２の誤り訂正回路８ａ，８ｂに供給され、誤り訂正が行われる。これにより、誤り率特性が改善される。最後に、統合部９がＸ偏波側のデータとＹ偏波側のデータを統合する。
図２は、本発明の実施の形態１に係る通信装置に用いられる誤り訂正装置を示す図である。ただし、図１の通信装置から誤り訂正装置に関連する部分のみを抜粋している。第１及び第２の符号化部１０ａ，１０ｂと送信側結合部１１は図１の送信デジタル信号処理部２に含まれている。受信側結合部１２は図１のデジタル信号処理部６に含まれている。第１及び第２の符号化部１０ａ，１０ｂ及び第１及び第２の誤り訂正回路８ａ，８ｂはＦＥＣ（Feedforward Error Correction）である。
伝送路Ｉ、ＩＩは、１つの光ファイバ又は１つのレーザからの光などの１つのキャリア内に構成された複数の伝送路であり、送信装置、伝送媒体、及び受信装置を一体化して表している。例えば、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調と１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調のデータを１つの光キャリア上で伝送する場合、ＱＰＳＫによる伝送が伝送路Ｉで示され、１６ＱＡＭによる伝送は伝送路ＩＩで示される。なお、本発明は光キャリアに限定されず、光通信を含む全ての通信に適用可能である。従って、１つのキャリアを１つのチャネル帯域と称することもできる。また、複数の伝送路Ｉ、ＩＩを異なるキャリアで伝送する場合にも本発明を適用することができる。
送信側の第１及び第２の符号化部１０ａ，１０ｂは、送信データのうち一連の長さのビットデータ（符号化長）に対してある符号化処理を施し、符号語として出力する。この符号化処理は、データ自体に所定の規則を与えたり、データから得られる関連ビットを付加したりするなど、誤り訂正方法によって異なる。所定のデータ長毎に処理する場合もあれば、連続的に処理する場合もある。
受信側の第１及び第２の誤り訂正回路８ａ，８ｂは、符号化したデータ（符号語）から、誤ったと推定されるビットを検出し訂正する。誤り訂正は、符号化長（符号語）単位で行われ、符号化長は、数百バイトから数千バイトになる場合もある。
第１及び第２の符号化部１０ａ，１０ｂと伝送路Ｉ，ＩＩは、送信側結合部１１により、設定した割合に従って結合される。伝送路Ｉ，ＩＩと第１及び第２の誤り訂正回路８ａ，８ｂは受信側結合部１２により、設定した割合に従って結合される。この場合、１対１の結合ではなく、複数対複数の結合となる。第１及び第２の符号化部１０ａ，１０ｂによって符号化された符号語毎に複数の伝送路Ｉ，ＩＩに割り当てることができるが、１つの符号語が分割されて複数の伝送路Ｉ，ＩＩに割り当てられてもよい。
ここで、伝送路Ｉは相対的に雑音に強い高伝送特性を有する伝送路であり、伝送路ＩＩは伝送路Ｉよりも雑音に弱い低伝送特性を有する伝送路である。例えば、伝送路ＩがＱＰＳＫによる伝送路であり、伝送路ＩＩが１６ＱＡＭによる伝送路であれば、伝送路Ｉの方が伝送路ＩＩに比べて伝送特性が良くなる。
また、第１の誤り訂正回路８ａは、相対的に誤り訂正能力は高いが、回路規模及び消費電力は大きい。第２の誤り訂正回路８ｂは、第１の誤り訂正回路８ａよりも誤り訂正能力は低いが、回路規模及び消費電力は小さい。例えば、第１の誤り訂正回路８ａはＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号による誤り訂正を行い、第２の誤り訂正回路８ｂはリードソロモン符号による誤り訂正を行う。一般的には、ＬＤＰＣ符号の方がリードソロモン符号よりも誤り訂正能力は高く、回路規模や電力が大きい。勿論、同じ誤り訂正の方法においても、符号長等に応じて、上述した特性の差異を構成することはできる。なお、誤り訂正方法は、上述の方法に限られず、畳み込み符号及びＶｉｔｅｒｂｉ復号等の他の誤り訂正方法でもよい。
図３は、第１及び第２の誤り訂正回路の訂正作用を示す図である。横軸は誤り訂正を行う前の誤り率ＢＥＲｉｎを示し、縦軸は誤り訂正を行った後の誤り率ＢＥＲｏｕｔを示す。ＢＥＲ（Bit Error Rate）はビット毎の誤り率である。第１の誤り訂正回路８ａによる誤り訂正作用ＦＥＣ＿Ａ［ＢＥＲｉｎ］、第２の誤り訂正回路８ｂによる誤り訂正作用ＦＥＣ＿Ｂ［ＢＥＲｉｎ］は以下の式で表される。
ＢＥＲｏｕｔ＿Ａ＝ＦＥＣ＿Ａ［ＢＥＲｉｎ］
ＢＥＲｏｕｔ＿Ｂ＝ＦＥＣ＿Ｂ［ＢＥＲｉｎ］
入力の誤り率ＢＥＲｉｎよりも出力の誤り率ＢＥＲｏｕｔが減少することによって誤り訂正効果が示される。同じ入力の誤り率ＢＥＲｉｎに対して、第１の誤り訂正回路８ａの出力の誤り率ＢＥＲｏｕｔ＿Ａは第２の誤り訂正回路８ｂの出力の誤り率ＢＥＲｏｕｔ＿Ｂよりも小さい。このことは、第１の誤り訂正回路８ａの方が第２の誤り訂正回路８ｂよりも誤り訂正能力が高いことを示している。
図４及び図５は、本発明の誤り訂正装置の誤り率特性を示す図である。図４及び図５で伝送路Ｉの誤り率特性ＰＩ、伝送路ＩＩの誤り率特性ＰＩＩは共通である。図４は更に第１の誤り訂正回路８ａと結合される伝送路Ｉ，ＩＩの総合伝送路誤り率特性Ｐ（Ｉ＋ＩＩ）＿Ａ、及び、伝送路Ｉ，ＩＩが第１の誤り訂正回路８ａと結合された場合の誤り率特性ＰＡ（Ｉ＋ＩＩ）を示す。図５は更に第２の誤り訂正回路８ｂと結合される伝送路Ｉ，ＩＩの総合伝送路誤り率特性Ｐ（Ｉ＋ＩＩ）＿Ｂ、及び、伝送路Ｉ，ＩＩが第２の誤り訂正回路８ｂと結合された場合の誤り率特性ＰＢ（Ｉ＋ＩＩ）を示す。ＳＮＲは信号対雑音比（Signal to noise）である。例えば、伝送路ＩがＱＰＳＫによる伝送、伝送路ＩＩが１６ＱＡＭによる伝送である場合、伝送路Ｉの誤り率特性ＰＩの方が伝送路ＩＩの誤り率特性ＰＩＩよりも良い。なお、図４及び図５は、イメージ図であり、実際の誤り率特性とは異なる場合がある。
分配器１において第１の符号化部１０ａに割り当てられた伝送レートＲ１［Ｇｂｐｓ］のうち、伝送路Ｉと結合される伝送レートをＲＩ＿Ａ［Ｇｂｐｓ］、伝送路ＩＩと結合される伝送レートをＲＩＩ＿Ａ［Ｇｂｐｓ］とすると、総合伝送路誤り率特性Ｐ（Ｉ＋ＩＩ）＿Ａは下式で示される。
Figure 0006308314
更に、それらが第１の誤り訂正回路８ａと結合された場合、誤り率特性ＰＡ（Ｉ＋ＩＩ）は下式で示される。
ＰＡ（Ｉ＋ＩＩ）＝ＦＥＣ＿Ａ［Ｐ（Ｉ＋ＩＩ）＿Ａ］
図３にはＦＥＣ＿Ａによって誤り率自体が改善される様子が示されているが、入力ＳＮＲに対する誤り率特性ＰＡ（Ｉ＋ＩＩ）は図４の左側の実線で描かれた曲線となる。ここで、誤り訂正を行う前の総合伝送路誤り率特性Ｐ（Ｉ＋ＩＩ）＿Ａ、は図４の右側の実線で描かれた曲線である。それらの同じ誤り率に対する入力ＳＮＲの差分が、第１の誤り訂正回路８ａの誤り訂正能力を示す。一般的に、これはＮＣＧ（Net Coding Gain）と称される誤り訂正能力を示す指標である。
同様に、分配器１において第２の符号化部１０ｂに割り当てられた伝送レートＲ２［Ｇｂｐｓ］のうち、伝送路Ｉと結合される伝送レートをＲＩ＿Ｂ［Ｇｂｐｓ］、伝送路ＩＩと結合される伝送レートをＲＩＩ＿Ｂ［Ｇｂｐｓ］とすると、総合伝送路誤り率特性Ｐ（Ｉ＋ＩＩ）＿Ｂは下式で示される。
Figure 0006308314
更に、それらが第２の誤り訂正回路８ｂと結合された場合、誤り率特性ＰＢ（Ｉ＋ＩＩ）は下式で示される。
ＰＢ（Ｉ＋ＩＩ）＝ＦＥＣ＿Ｂ［Ｐ（Ｉ＋ＩＩ）＿Ｂ］
ここでは第２の誤り訂正回路８ｂのＮＣＧは第１の誤り訂正回路８ａよりも小さい。
送信側結合部１１と受信側結合部１２は同期して同様の動作を行う。即ち、送信側結合部１１は、第１の符号化部１０ａの出力データを伝送路Ｉ及び伝送路ＩＩに分配し、第２の符号化部１０ｂの出力データを伝送路Ｉ及び伝送路ＩＩに分配する。受信側結合部１２は、伝送路Ｉ及び伝送路ＩＩに分配された第１の符号化部１０ａからのデータを第１の誤り訂正回路８ａに結合し、伝送路Ｉ及び伝送路ＩＩに分配された第２の符号化部１０ｂからのデータを第２の誤り訂正回路８ｂに結合する。
ここで、送信側結合部１１は、第１の符号化部１０ａ又は第２の符号化部１０ｂの出力データである符号語を複数の伝送路Ｉ，ＩＩに分配する際、符号化単位（即ち符号語毎）だけでなく、符号語内のデータを伝送路Ｉ，ＩＩに分配できる。この分配は数ビット単位で行うことができる。これにより、符号化長が長い場合や連続的な符号化が行われる場合でも、容易に複数の伝送路との結合が可能となり、分配の割合の緻密な調整が可能となる。なお、符号化内のデータを分配する場合、総合誤り率の計算は非線形となり、複雑である。その計算方法は、以下の動作説明の中で示す。
続いて、全体の動作を説明する。総合データレートＲ０［Ｇｂｐｓ］の入力データは第１の符号化部１０ａに供給されるＲ１［Ｇｂｐｓ］データと、第２の符号化部１０ｂに供給されるＲ２［Ｇｂｐｓ］データに分配される。この分配の割合も、その後の送信側結合部１１での結合方法のアルゴリズムの一環である。第１及び第２の符号化部１０ａ，１０ｂにおいて符号化されたデータは、それぞれ送信側結合部１１に供給される。ここで、一般的には符号化によってデータの情報量は変わる場合があるが、ここでは説明の簡易化のため同じ伝送レートで表す。送信側結合部１１は、Ｒ１［Ｇｐｂｓ］のデータのうち、ＲＩ＿Ａ［Ｇｂｐｓ］を伝送路Ｉへ供給し、残りのＲＩＩ＿Ａ［Ｇｂｐｓ］を伝送路ＩＩに供給する。更に、Ｒ２［Ｇｐｂｓ］のデータのうち、ＲＩ＿Ｂ［Ｇｂｐｓ］を伝送路Ｉへ供給し、残りのＲＩＩ＿Ｂ［Ｇｂｐｓ］を伝送路ＩＩに供給する。
次に、伝送路Ｉ及び伝送路ＩＩを伝送したデータはそれぞれ受信側結合部１２に供給される。受信側結合部１２は、伝送路Ｉからのデータのうち、ＲＩ＿Ａ［Ｇｂｐｓ］を第１の誤り訂正回路８ａに結合し、残りのＲＩ＿Ｂ［Ｇｂｐｓ］を第２の誤り訂正回路８ｂに結合する。更に、伝送路ＩＩからのデータのうち、ＲＩＩ＿Ａ［Ｇｂｐｓ］を第１の誤り訂正回路８ａに結合し、ＲＩＩ＿Ｂ［Ｇｂｐｓ］を第２の誤り訂正回路８ｂに結合する。
最後に、第１の誤り訂正回路８ａが再生したＲ１［Ｇｂｐｓ］のデータを出力し、第２の誤り訂正回路８ｂが再生したＲ２［Ｇｂｐｓ］のデータを出力する。統合部９はこれらを統合してＲ０［Ｇｂｐｓ］の出力データを出力する。
ここで、系全体の総合誤り特性ＰＴは、第１の誤り訂正回路８ａと複数の伝送路Ｉ，ＩＩと結合した誤り率特性ＰＡ（Ｉ＋ＩＩ）と、第２の誤り訂正回路８ｂと複数の伝送路Ｉ，ＩＩと結合した誤り率特性ＰＢ（Ｉ＋ＩＩ）と、それらの配分率Ｒ１／Ｒ０、及びＲ２／Ｒ０とから以下の式で求まる。ただし、Ｒ０＝Ｒ１＋Ｒ２、Ｒ１＝ＲＩ＿Ａ＋ＲＩＩ＿Ａ、Ｒ２＝Ｉ＿Ｂ＋ＲＩＩ＿Ｂである。なお、分配の割合は予め受信側結合部１２に設定する。
Figure 0006308314
以下に、結合部におけるデータの分配方法について説明する。結合部におけるデータの分配に当たり、低電力な第２の誤り訂正回路８ｂをより多く使用することで装置全体の電力を低減できる。ただし、伝送特性の高い伝送路Ｉを伝送したデータは、誤り訂正能力が相対的に低い第２の誤り訂正回路８ｂに結合させることが好ましい。一方、伝送特性の低い伝送路ＩＩを伝送したデータは、誤り訂正能力の高い第１の誤り訂正回路８ａに結合させることが好ましい。この際に、図４及び図５示すように誤り率特性ＰＡ（Ｉ＋ＩＩ）と誤り率特性ＰＢ（Ｉ＋ＩＩ）とがほぼ同じ特性になるように調整すると、最適化設計が容易になる。この時、送信電力も合わせて調整すると、設計が更に容易になる。以下では、特に送信電力の調整については言及しないが、設計には送信電力の調整も含まれる。
表１に、上記の方針に従って入力データ１２０［Ｇｐｂｓ］を割り当てた例を示す。表１は、伝送路Ｉと第１の誤り訂正回路８ａを結合した場合、伝送路Ｉと第２の誤り訂正回路８ｂを結合した場合、伝送路ＩＩと第１の誤り訂正回路８ａを結合した場合、伝送路ＩＩと第２の誤り訂正回路８ｂを結合した場合について、それぞれ伝送レートを示している。
Figure 0006308314
この時の総合誤り率ＰＴは、以下の式で表される。
Figure 0006308314
なお、複数の伝送路と複数の誤り訂正回路との結合方法、即ちデータの配分方法は、総合の誤り率ＰＴと総合の電力を考慮して決定する。具体的には、誤り訂正能力の高い第１の誤り訂正回路８ａに全て結合した場合の誤り率に対する許容値を定め、総合の誤り率ＰＴが許容値内に収まるように低電力な第２の誤り訂正回路８ｂに結合する割合を増やしていく。
以上説明したように、データを伝送する際に、低電力化のためにはできる限り通常性能／低電力な誤り訂正回路を使いたい。一方、伝送特性の向上のためにはできる限り高性能／高電力な誤り訂正回路を使いたい。そこで、本実施の形態では、伝送特性が高い第１の伝送路Ｉを訂正能力及び消費電力が低い第２の誤り訂正回路８ｂに第１の誤り訂正回路８ａよりも多くの割合で結合させ、伝送特性が低い第２の伝送路ＩＩを訂正能力及び消費電力が高い第１の誤り訂正回路８ａに第２の誤り訂正回路８ｂよりも多くの割合で結合させる。これにより、消費電力を抑えつつ総合の伝送特性を向上することができる。
また、一般的には、複数のキャリア又は複数のチャネル帯域内に、それぞれ複数の変調方式又は複数の伝送特性に対応する複数の伝送路を構成する。しかし、本実施の形態では、１つのキャリア又は１つのチャネル帯域内に複数の伝送路を構成する。なお、１つのチャネル帯域内は、１つのキャリア（搬送波）と同義である。ただし、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）のように複数のサブキャリアからなる方式は、ＯＦＤＭの複数のサブキャリアが１つのキャリアで伝送されるため、複数のサブキャリアの一束を１つのキャリア又は１つのチャネルとみなす。
また、ＦＥＣで符号化した一連の出力である１つの符号語を複数の伝送路に割り当てる。例えば、１つの符号語を伝送路Ｉと伝送路ＩＩに割り当てる。符号語毎に別々の伝送路に割り当てる方法もあるが（例えば、第１の符号語は伝送路Ｉに、第２の符号語は伝送路ＩＩに割り当てる）、符号長が長くなると、割当ての緻密な調整ができなくなる場合がある。
図６は、伝送路の例を示す図である。これらの複数の伝送路は、１つのキャリア又は１つのチャネル帯域内に構成されている。例１は、多値化ビットの高位のビットと低位のビットで伝送特性が異なることを利用して、それらを複数の伝送路として構成する方法である。例えば、４ビットで示す１６ＱＡＭでは、上位２ビットは下位２ビットよりも相対的に雑音に強い。例２〜例４は、複数の変調方式（例えば、ＱＰＳＫ変調と１６ＱＡＭ変調）を複数の伝送路として構成する方法である。例えば、ＱＰＳＫ変調と１６ＱＡＭ変調では、ＱＰＳＫ変調の方が１６ＱＡＭ変調よりも相対的に雑音に強い。例２は、ＯＦＤＭのサブキャリア毎に変調方式を変える。例３は、時分割で変調方式を変える。例４は、偏波毎に変調方式を変える。これらの伝送路の例について以下の実施の形態２〜６で詳細に説明する。
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る通信装置を示す図である。本実施の形態はコヒーレント光通信に適用した通信装置である。コヒーレント光通信は、一般的には、Ｘ偏波とＹ偏波による伝送で構成される。Ｙ偏波による伝送構成もＸ偏波と同様であるため、ここではＸ偏波による伝送のみを示し、Ｙ偏波による伝送構成は省略する。
送信装置において、入力データを第１及び第２の符号化部１０ａ，１０ｂで符号化した後、送信側結合部１１で複数の伝送路と結合する。複数の伝送路に結合されたデータは、マッピング回路１３で多値化変調され、光変調器３から光信号として出力される。なお、一般的には、送信装置で一連のデジタル信号処理が行われるがここでは省略している。
受信装置において、光復調器５が受信信号を光信号から電気信号に変換した後、デジタル信号処理部６がデジタル信号処理を行う。その出力を判定部７が座標データからビットデータに変換し、複数の伝送路のデータに分ける。それらのデータは受信側結合部１２を介して第１及び第２の誤り訂正回路８ａ，８ｂに結合される。
本実施の形態では、２つの伝送路と２つのＦＥＣとを組み合わせてデータが伝送される。ＦＥＣとしては、高性能で高電力な第１の誤り訂正回路８ａと、通常性能で低電力な第２の誤り訂正回路８ｂを用いる。更に、本実施の形態では、多値化ビットの高位のビットと低位のビットで伝送特性が異なることを利用して、それらを複数の伝送路として構成している。その方法について以下に示す。
図８〜１０は、本発明の実施の形態２で使用する１６ＱＡＭの信号マッピングの例を示す図である。ただし、ここに示したマッピングは一例であり、これに限られない。１６ＱＡＭでは、入力データに対して、４ビット（ｂ０、ｂ１、ｂ２、ｂ３）毎に、１６点の信号点が割り当てられる。ここでは、（ｂ０、ｂ１）を高位ビット、（ｂ２、ｂ３）を低位ビットと定義する。図９は、高位ビット（ｂ０、ｂ１）のみを表示した図であり、図１０は、低位ビット（ｂ２、ｂ３）のみを表示した図である。
図９で示される高位ビットに着目すると、各象限における４つの信号点は同じ値で示されている。例えば、第一象限の４つの信号点の値は、全て（０、０）である。一方、図１０で示される低位ビットに着目すると、各象限における４つの信号点はそれぞれ異なる値で示されている。例えば、第一象限の４つの信号点の値は、（１、１）、（０、１）、（１、０）及び（０、０）である。この場合、高位ビットによる伝送における異なる値の信号点間の平均的な距離は、低位ビットによる伝送における異なる値の信号点間の平均的な距離よりも大きい。これらの距離は、データ誤りを引き起こす雑音に対する耐力に関連している。従って、高位ビットによる伝送の方が、低位ビットによる伝送よりも、雑音に対する耐力が大きく、伝送特性が良くなることが分る。
これを利用して、伝送路Ｉを高位ビットによる伝送で構成し、伝送路ＩＩを低位ビットによる伝送で構成する。具体的には、送信側結合部１１が、第１及び第２の符号化部１０ａ，１０ｂからのデータを高位ビット（ｂ０、ｂ１）及び低位ビット（ｂ２、ｂ３）に分配してマッピング回路１３へ供給する。受信側結合部１２が、判定部７からのデータの高位ビット（ｂ０、ｂ１）及び低位ビット（ｂ２、ｂ３）を送信側結合部１１と逆の方法で第１及び第２の誤り訂正回路８ａ，８ｂに割り当てる。この方法によって、伝送路Ｉとしての高位ビット伝送及び伝送路ＩＩとしての低位ビット伝送と第１及び第２の誤り訂正回路８ａ，８ｂを自由に結合することができる。
図１１は、本発明の実施の形態２に係る通信装置の動作原理を説明する図である。この時の割り当ての例を以下に示す。
Figure 0006308314
送信装置において、総合データレート１２０Ｇｂｐｓの入力データが、分配器１により、第１の符号化部１０ａに供給されるＲ１＝４０Ｇｂｐｓデータと、第２の符号化部１０ｂに供給されるＲ２＝８０Ｇｂｐｓデータに分配される。第１の符号化部１０ａ及び第２の符号化部１０ｂで符号化されたデータは、それぞれ送信側結合部１１に供給される。この際にデータ量が増える場合があるが、ここでは説明の簡易化のため、入力データと同じデータ量とする。
送信側結合部１１は、第１の符号化部１０ａの４０Ｇｂｐｓの出力全てをマッピングの低位ビット（ｂ２、ｂ３）に割り当てる。これにより、第１の符号化部１０ａの出力４０Ｇｂｐｓは、低位ビットの伝送路Ｉと結合される。この例では第１の符号化部１０ａの出力から、高位ビット（ｂ０、ｂ１）への割り当てはない。
一方、第２の符号化部１０ｂの出力８０Ｇｂｐｓのうち、６０Ｇｂｐｓのデータはマッピングの高位ビット（ｂ０、ｂ１）に割り当てられ、２０Ｇｂｐｓはマッピングの低位ビット（ｂ２、ｂ３）に割り当てられる。マッピング以降については、高位ビット伝送も低位ビット伝送も共に６０Ｇｂｐｓとなり、３０Ｇシンボル／ｓでの伝送となる。
受信装置において、６０Ｇｂｐｓの高位ビット（ｂ０、ｂ１）と６０Ｇｂｐｓの低位ビット（ｂ２、ｂ３）が受信側結合部１２へ供給される。この時、誤り訂正方法によっては、尤度情報も付加される。受信側結合部１２は、６０Ｇｂｐｓの高位ビットのデータ全てを第２の誤り訂正回路８ｂに供給する。また、６０Ｇｂｐｓの低位ビットのうち、４０Ｇｂｐｓのデータを第１の誤り訂正回路８ａに供給し、２０Ｇｂｐｓのデータを第２の誤り訂正回路８ｂに供給する。
上述した処理によって、総合データレート１２０Ｇｂｐｓの入力データのうち８０Ｇｂｐｓが低電力な第２の誤り訂正回路８ｂに割り当てられ、高電力な第１の誤り訂正回路８ａに４０Ｇｂｐｓが割り当てられる。従って、全てのデータが高電力な第１の誤り訂正回路８ａに割り当てられる場合に比べて、大幅な低電力化が達成できる。
また、総合の誤り率ＰＴは実施の形態１と同様に計算できる。伝送特性が相対的に低い伝送路ＩＩが、誤り訂正能力の高い第１の誤り訂正回路８ａに結合される割合が増えているため、総合の誤り率は容認できる範囲内となる。これにより、消費電力を抑えつつ総合の伝送特性を向上することができる。
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係る通信装置を示す図である。本実施の形態では、実施の形態２に係る１６ＱＡＭの通信装置と比べて、変調方式を６４ＱＡＭに変更している。その他の構成は実施の形態２と同様である。
６４ＱＡＭ変調では、６ビット（ｂ０、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５）毎に、６４点の信号点が割り当てられる。ここでは、（ｂ０、ｂ１）を高位ビット、（ｂ２、ｂ３）を中位ビット、（ｂ４、ｂ５）を低位ビットと定義する。高位ビット伝送、中位ビット伝送、及び低位ビット伝送は高位ほど良い伝送特性となり、１６ＱＡＭの場合と同様に、それぞれ伝送路Ｉ、伝送路ＩＩ、伝送路ＩＩＩを構成する。従って、送信側結合部１１からマッピング回路１３へ供給されるＦＥＣ符号化データは、３通りの伝送ビット（高位ビット、中位ビット、低位ビット）に割り当てられる。また、受信側における判定部７から受信側結合部１２へ供給されるデータも、送信側と同じ割合で逆方向に割り当てられる。割当ての例を以下に示す。また、本実施の形態でも、総合の誤り率は１６ＱＡＭと同様に求めることができる。
Figure 0006308314
本実施の形態では、１２０Ｇｂｐｓの入力データのうち８０Ｇｂｐｓが低電力な第２の誤り訂正回路８ｂに結合され、全てのデータが高電力な第１の誤り訂正回路８ａに割り当てられる場合に比べて、大幅な低電力化が達成できる。また、伝送特性が相対的に低い伝送路ＩＩＩが、誤り訂正能力の高い第１の誤り訂正回路８ａに結合される割合が増えているため、総合の誤り率は容認できる範囲内となる。これにより、消費電力を抑えつつ総合の伝送特性を向上することができる。また、６４ＱＡＭのような多値化のビット数が多い場合は、緻密な結合調整が可能となり、結合の最適化を行いやすい。
実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４に係る通信装置を示す図である。本実施の形態では、複数の伝送路の構成方法が、実施の形態２の多値化のビットを利用する方法から、ＯＦＤＭのサブキャリア毎に変調方式を切り替える方法に変更されている。
送信側結合部１１で複数の伝送路に結合されたデータは、ＱＰＳＫ変調部１４及び１６ＱＡＭ変調部１５で変調され、ＯＦＤＭ１６を通って光変調器３から光信号として出力される。受信装置において、光復調器５の出力信号がＯＦＤＭ１７を通ってＱＰＳＫ復調部１８及び１６ＱＡＭ復調部１９で復調される。
ＯＦＤＭでは、入力データを一般的に複数のサブキャリアに分けて伝送する。この時、サブキャリアによって変調方式を変えることで、伝送特性の異なる複数の伝送路を構成することができる。例えば、ＱＰＳＫ変調したデータと、１６ＱＡＭ変調したデータを別々のサブキャリアで伝送できる。一般的に、ＱＰＳＫ変調の方が１６ＱＡＭ変調よりも伝送特性が高い。従って、ＱＰＳＫ変調による伝送が実施の形態１の伝送路Ｉ、１６ＱＡＭによる伝送が伝送路ＩＩに対応する。
誤り訂正能力と消費電力が高い第１の誤り訂正回路８ａ及び誤り訂正能力と消費電力が相対的に低い第２の誤り訂正回路８ｂと、伝送路Ｉ及び伝送路ＩＩとの結合方法は実施の形態１と同様に決定することができる。以下に結合方法の一例を示すが、上述したように総合の誤り率と電力からそのシステムにおける最適な結合方法を決める。
Figure 0006308314
なお、ＯＦＤＭのサブキャリアによって、複数の伝送路を構成する場合、その他の変調方式（例えば、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、６４ＱＡＭ）を用いることによって、より多くの伝送路を構成することができる。また、割り当てるサブキャリア数も任意に変えられるので、伝送路Ｉと伝送路ＩＩのデータレートを同じにする必要はない。
１２０Ｇｂｐｓの入力データのうち８０Ｇｂｐｓが低電力な第２の誤り訂正回路８ｂに結合され、全てのデータが高電力な第１の誤り訂正回路８ａに割り当てられる場合に比べて、大幅な低電力化が達成できる。また、伝送特性が相対的に低い伝送路ＩＩ（１６ＱＡＭ＠サブキャリア２）が、誤り訂正能力の高い第１の誤り訂正回路８ａに結合される割合が増えている。これにより、消費電力を抑えつつ総合の伝送特性を向上することができる。また、ＯＦＤＭのサブキャリアによって伝送特性の異なる複数の変調方式が容易に構成できるので、より緻密な結合調整が可能となり、結合の最適化が行いやすい。
実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５に係る通信装置を示す図である。本実施の形態では、複数の伝送路の構成方法が、実施の形態４のＯＦＤＭのサブキャリア毎に変調方式を切り替える方法から、時分割に変調方式を切り替える方法に変更されている。
送信側結合部１１で複数の伝送路に結合されたデータは、ＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ時分割切替部２０を通って光変調器３から光信号として出力される。受信装置において、光復調器５の出力信号がＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ時分割切替部２１を通ってデジタル信号処理部６に入力される。
送信フレームが構成されている場合、フレームの中で又はフレーム毎に、伝送特性の異なる複数の変調方式でデータを伝送することができる。或いは、１シンボル又は数シンボル毎に切り替えることもできる。ここで、シンボルとは多値化したビット列の単位である（ＱＰＳＫでは２ビット＝１シンボル）。例えば、ＱＰＳＫ変調と１６ＱＡＭ変調を切り替えることができる。一般的に、ＱＰＳＫ変調の方が１６ＱＡＭ変調よりも伝送特性が高い。従って、ＱＰＳＫ変調による伝送が実施の形態１の伝送路Ｉ、１６ＱＡＭによる伝送が伝送路ＩＩに対応する。これらは時分割で伝送を行う。
誤り訂正能力と消費電力が高い第１の誤り訂正回路８ａ及び誤り訂正能力と消費電力が相対的に低い第２の誤り訂正回路８ｂと、伝送路Ｉ及び伝送路ＩＩとの結合方法は実施の形態１と同様に決定することができる。以下に結合方法の一例を示すが、上述したように総合の誤り率と電力からそのシステムにおける最適な結合方法を決める。
Figure 0006308314
なお、時分割で複数の伝送路を構成する場合、その他の変調方式（例えば、ＢＰＳＫ、６４ＱＡＭ）を用いることによって、より多くの伝送路を構成することができる。また、割り当てる時間によって、伝送路Ｉと伝送路ＩＩのデータレートを同じにする必要はない。更に、変調方式毎、即ち伝送路毎に、送信電力を変えＳＮＲを変えることで、総合誤り率の最適化が行いやすくなる。
１２０Ｇｂｐｓの入力データのうち８０Ｇｂｐｓが低電力な第２の誤り訂正回路８ｂに結合され、全てのデータが高電力な第１の誤り訂正回路８ａに割り当てられる場合に比べて、大幅な低電力化が達成できる。また、伝送特性が相対的に低い伝送路ＩＩ（１６ＱＡＭ＠タイムスロット２）が、誤り訂正能力の高い第１の誤り訂正回路８ａに結合される割合が増えている。これにより、消費電力を抑えつつ総合の伝送特性を向上することができる。
実施の形態６．
図１５は、本発明の実施の形態６に係る通信装置を示す図である。本実施の形態では、複数の伝送路の構成方法が、実施の形態４のＯＦＤＭのサブキャリア毎に変調方式を切り替える方法から、偏波毎に変調方式を切り替える方法に変更されている。即ち、Ｘ偏波はＱＰＳＫ変調で伝送し、Ｙ偏波は１６ＱＡＭ変調で伝送する。一般的に、ＱＰＳＫ変調の方が１６ＱＡＭ変調よりも伝送特性が高い。従って、ＱＰＳＫ変調による伝送が実施の形態１の伝送路Ｉ、１６ＱＡＭによる伝送が伝送路ＩＩに対応する。実施の形態３及び４ではＸ偏波のみを用いて説明したが、本実施の形態ではＸ偏波及びＹ偏波の両方を用いて複数の伝送路を構成する方法を説明する。
誤り訂正能力と消費電力が高い第１の誤り訂正回路８ａ及び誤り訂正能力と消費電力が相対的に低い第２の誤り訂正回路８ｂと、伝送路Ｉ及び伝送路ＩＩとの結合方法は実施の形態１と同様に決定することができる。以下に結合方法の一例を示すが、上述したように総合の誤り率と電力からそのシステムにおける最適な結合方法を決める。なお、偏波によって複数の伝送路を構成する場合、変調方式毎、即ち伝送路毎に、送信電力を変えＳＮＲを変えることで、総合誤り率の最適化が行いやすくなる。
Figure 0006308314
１２０Ｇｂｐｓの入力データのうち８０Ｇｂｐｓが低電力な第２の誤り訂正回路８ｂに結合され、全てのデータが高電力な第１の誤り訂正回路８ａに割り当てられる場合に比べて、大幅な低電力化が達成できる。また、伝送特性が相対的に低い伝送路ＩＩ(１６ＱＡＭ＠Ｙ偏波）が、誤り訂正能力の高い第１の誤り訂正回路８ａに結合される割合が増えている。これにより、消費電力を抑えつつ総合の伝送特性を向上することができる。
なお、実施の形態３〜５では、複数の変調方式としてＱＰＳＫと１６ＱＡＭについて例示したが、これに限らず、あらゆる変調方式が適用可能である。他の変調方式として、ＢＰＳＫ、８ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、２５６ＱＡＭ等も適用可能である。
また、実施の形態１〜５を互いに組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１，２の多値化ビットを利用する方法と実施の形態３の時分割に伝送する方法を組み合わせることもできる。このような組合せにより更に誤り率の最適化を図ることができる。
また、実施の形態１〜５の誤り訂正方法を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステム又はプログラマブルロジックデバイスに読み込ませ、実行することにより誤り訂正を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
Ｉ 第１の伝送路、ＩＩ 第２の伝送路、８ａ 第１の誤り訂正回路、８ｂ 第２の誤り訂正回路、１０ａ 第１の符号化部、１０ｂ 第２の符号化部、１１ 送信側結合部、１２ 受信側結合部

Claims (9)

  1. 所定の伝送レートのデータを１つのキャリア又は１つのチャネル帯域内に構成された複数の伝送路で伝送する通信装置に用いられる誤り訂正装置であって、
    前記複数の伝送路で伝送された前記データの誤りを訂正する複数の誤り訂正回路と、
    前記複数の伝送路を前記複数の誤り訂正回路に重複して結合させる機能を有する結合部とを備え、
    前記複数の伝送路は、第１の伝送路と、前記第１の伝送路よりも伝送特性が低い第２の伝送路とを有し、
    前記複数の誤り訂正回路は、第１の誤り訂正回路と、前記第１の誤り訂正回路よりも訂正能力及び消費電力の低い第２の誤り訂正回路とを有し、
    前記結合部は、１つの伝送路に複数の誤り訂正回路を重複して結合させる機能を使用して、前記第１の伝送路を前記第２の誤り訂正回路に前記第１の誤り訂正回路よりも多くの割合で結合させ、前記第２の伝送路を前記第１の誤り訂正回路に前記第２の誤り訂正回路よりも多くの割合で結合させることを特徴とする誤り訂正装置。
  2. 前記データとして、誤り訂正の１つの符号語に含まれる複数の内部データが前記複数の伝送路に分配されていることを特徴とする請求項１に記載の誤り訂正装置。
  3. 前記結合部は、前記データの総合の誤り率と前記複数の誤り訂正装置の総合の電力を考慮して、前記複数の伝送路と前記複数の誤り訂正回路の結合状態を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の誤り訂正装置。
  4. 前記複数の伝送路は、多値変調の伝送ビットで分けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の誤り訂正装置。
  5. 前記複数の伝送路は、ＯＦＤＭサブキャリアによる複数の変調方式で分けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の誤り訂正装置。
  6. 前記複数の伝送路は、時分割に切り替える複数の変調方式で分けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の誤り訂正装置。
  7. 前記複数の伝送路は、偏波に対応した複数の変調方式で分けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の誤り訂正装置。
  8. 所定の伝送レートのデータを１つのキャリア又は１つのチャネル帯域内に構成された複数の伝送路で伝送する通信装置に用いられる誤り訂正方法であって、
    前記複数の伝送路で伝送された前記データの誤りを複数の誤り訂正回路により訂正するステップと、
    前記複数の伝送路を結合部により前記複数の誤り訂正回路に結合させるステップとを備え、
    前記複数の伝送路は、第１の伝送路と、前記第１の伝送路よりも伝送特性が低い第２の伝送路とを有し、
    前記複数の誤り訂正回路は、第１の誤り訂正回路と、前記第１の誤り訂正回路よりも訂正能力及び消費電力の低い第２の誤り訂正回路とを有し、
    １つの伝送路に複数の誤り訂正回路を重複して結合させる前記結合部の機能を使用して、前記第１の伝送路を前記第２の誤り訂正回路に前記第１の誤り訂正回路よりも多くの割合で結合させ、前記第２の伝送路を前記第１の誤り訂正回路に前記第２の誤り訂正回路よりも多くの割合で結合させることを特徴とする誤り訂正方法。
  9. 請求項１〜７の何れか１項に記載の誤り訂正装置を備えることを特徴とする通信装置。
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