JP6435059B2 - 光伝送システム及び光送信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光伝送技術に関する。
本願は、２０１６年１月１２日に日本へ出願された特願２０１６−００３８０５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年の光ファイバ通信の普及に伴うブロードバンドサービスの急速な発展とともに、通信容量は年々増え続けている。通信容量の急増に対応する光ネットワークの大容量化は、これまで光ファイバの構造を変えずに光通信システム装置を大容量化することにより実現されてきた。現在の大容量光ネットワークの基盤となっている光ファイバは、シングルモードファイバである。シングルモードファイバは、１本の光ファイバに光信号の通路となる１つのコアを持ち１つのモードのみを励起させる光ファイバである。これにより、毎秒数テラビットの容量を長距離にわたり伝送する光ネットワークが実現されている。
しかし、近年の通信容量の増加率から、さらなる通信容量の大容量化が課題となっていた。マルチモードファイバと呼ばれる複数モードの信号光が伝搬するコアを持つ光ファイバを伝送媒体として用いれば、使用するモード数の分だけファイバあたりの通信容量を増大させることができる。しかし、マルチモードファイバは、シングルモードファイバと比較して伝送損失等が大きく、伝搬途中においてモード間でカップリングした信号を受信後に分離する必要がある。そのため、マルチモードファイバは、長距離伝送に不向きであるとして、主にＬＡＮ（Local Area Network）などの短距離通信向けの伝送媒体として限定的に使用されてきた。ところが近年、マルチモードファイバ用の光増幅器や無線通信システムで使用されるＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）信号処理技術などの発展により、マルチモードファイバを用いたモード分割多重光通信方式の研究開発が盛んになっており、上記通信容量の大容量化の課題を解決する可能性が示唆されている。
上述の近年盛んに検討されているマルチモードファイバを用いたモード分割多重光通信方式を実用化するためには、光信号をその品質を損なわないように長距離に渡り安定して伝送可能にする技術が必須である。マルチモードファイバ伝送における性能の評価指標として、モード間分散、モード依存損失などがあり、光信号がこれら指標により品質を損なわないように管理、ないしは補償することが重要である。上記指標のうち、モード依存損失は伝搬するモード毎に光強度損失量がばらつく現象であり、例えばマルチモード光増幅器、モード合波・分波器などで生じる。マルチモード光増幅器で生じる現象は、正確に記述すればモード依存利得であるが、以下の説明ではモード依存利得も含めてモード依存損失と記載する。
しかしながら、従来のマルチモードファイバ伝送では、モード依存損失による光信号の劣化が顕著となり、マルチモードファイバ伝送の長距離化の妨げとなっていた。例えば、マルチモードファイバとマルチモード光増幅器によって多段的に構成される複数スパンの光伝送システムを考える。マルチモード光増幅器は、マルチモードファイバで生じた伝送損失を補償する目的で使用されるが、マルチモード光増幅器では一般にモード依存損失が発生するために全てのモード信号の伝送損失を正確に補償することができない。スパンあたりで発生するモード依存損失は、スパンを経るにつれて累積され、ついには特定のモード信号を伝送することができなくなってしまう。別の例として、マルチモードファイバ伝送で単一のデータ系列を伝送することを考える。伝送途中に発生するモード依存損失により、特定のモードの信号品質が劣化し、その影響により全てのモードの光信号品質は平均的に大きく劣化し、結果として単一のデータ系列伝送に大きな影響を与えうる。伝送路で発生するモード依存損失が送信側で既知であれば、モード依存損失を考慮した伝送効率の良い伝送方法は例えば注水定理等により与えられるが、一般にモード依存損失はモードカップリングに伴って確率的に変動することが知られており（例えば、非特許文献１参照）、受信側からのフィードバック制御により送信側で継続的にモード依存損失の情報を予め取得することは困難である。
Ho, Keang-Po and Joseph M. Kahn, "Frequency diversity in mode-division multiplexing systems", Journal of Lightwave Technology, Vol. 29, No. 24, 2011, pp. 3719-3726.
以上のように、従来のマルチモードファイバ伝送では、送信側でモード依存損失の情報を予め取得し対策を講じることも困難であり、モード依存損失に起因する光信号の劣化が長距離化の妨げとなってしまうという問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、空間多重伝送システムにおけるモード依存損失への空間多重信号のロバスト性を向上させることができる技術の提供を目的としている。
本発明の一態様は、光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムであって、前記光送信装置は、複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、変換後の複数の前記データそれぞれに対して所定の符号化を行うことによって複数の符号化データを生成する符号化部と、前記複数の符号化データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成し、生成された前記モード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモード合波器と、を備え、前記光受信装置は、前記光送信装置から伝送された前記モード分割多重化光信号を異なるモード光へ分波するモード分波器と、複数の異なるモード光それぞれを電気信号に変換する光電変換部と、複数の前記電気信号それぞれを符号化データに変換するアナログ・デジタル変換部と、変換された前記符号化データに対してＭＩＭＯ等化処理を行うＭＩＭＯ等化処理部とを備える光伝送システムである。
本発明の一態様は、光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムであって、前記光送信装置は、複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、変換後の複数の前記データのうち一部のデータに対して所定の符号化を行うことによって符号化データを生成する符号化部と、前記符号化データ及び符号化されていない前記データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成し、生成された前記モード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモード合波器と、を備え、前記光受信装置は、前記光送信装置から伝送された前記モード分割多重化光信号を異なるモード光へ分波するモード分波器と、複数の異なるモード光それぞれを電気信号に変換する光電変換部と、複数の前記電気信号それぞれを前記符号化データ及び符号化されていない前記データのいずれかに変換するアナログ・デジタル変換部と、変換された前記符号化データ及び変換された符号化されていない前記データに対してＭＩＭＯ等化処理を行うＭＩＭＯ等化処理部とを備える光伝送システムである。
本発明の一態様では、上記の光伝送システムにおいて、前記符号化部が、直交変換により前記所定の符号化を行う。
本発明の一態様は、光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムであって、前記光送信装置は、複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、複数の前記データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、生成された前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成するモード合波器と、生成された前記モード分割多重化光信号に対してモードミキシングを行って、前記モード分割多重化光信号に対して所定の符号化の効果を実効的に付加し、モードミキシング後のモード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモードミキシング部と、を備え、前記光受信装置は、前記光送信装置から伝送された前記モードミキシング後のモード分割多重化光信号を異なるモード光へ分波するモード分波器と、複数の異なるモード光それぞれを電気信号に変換する光電変換部と、複数の前記電気信号それぞれを前記データに変換するアナログ・デジタル変換部と、変換された前記データに対してＭＩＭＯ等化処理を行うＭＩＭＯ等化処理部とを備える光伝送システムである。
本発明の一態様では、上記の光伝送システムにおいて、前記モードミキシング部が、前記モード分割多重化光信号に対して直交変換による所定の符号化の効果を実効的に付加する。
本発明の一態様は、光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムにおける前記光送信装置であって、複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、変換後の複数の前記データそれぞれに対して所定の符号化を行うことによって複数の符号化データを生成する符号化部と、前記複数の符号化データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成し、生成された前記モード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモード合波器と、を備える光送信装置である。
本発明の一態様は、光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムにおける前記光送信装置であって、複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、変換後の複数の前記データのうち一部のデータに対して所定の符号化を行うことによって符号化データを生成する符号化部と、前記符号化データ及び符号化されていない前記データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成し、生成された前記モード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモード合波器とを備える光送信装置である。
本発明の一態様は、光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムにおける前記光送信装置であって、複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、複数の前記データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、生成された前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成するモード合波器と、生成された前記モード分割多重化光信号に対してモードミキシングを行って、前記モード分割多重化光信号に対して所定の符号化の効果を実効的に付加し、モードミキシング後のモード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモードミキシング部と、を備える光送信装置である。
本発明により、空間多重伝送システムにおけるモード依存損失への空間多重信号のロバスト性を向上させることが可能となる。
第１の実施形態における光伝送システム１００のシステム構成を示す図である。 第１の実施形態における光送信装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。 第１の実施形態における光受信装置２０の処理の流れを示すフローチャートである。 第１の実施形態におけるモード依存損失へのロバスト性向上の効果を説明するための図である。 図４における実験結果を示す図である。 第２の実施形態における光伝送システム１００ａのシステム構成を示す図である。 第２の実施形態における光送信装置１０ａの処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態における光受信装置２０ａの処理の流れを示すフローチャートである。 第３の実施形態における光伝送システム１００ｂのシステム構成を示す図である。 第３の実施形態における光送信装置１０ｂの処理の流れを示すフローチャートである。 第４の実施形態における光伝送システム１００ｃのシステム構成を示す図である。 第４の実施形態における光送信装置１０ｃの処理の流れを示すフローチャートである。 第４の実施形態における光受信装置２０ｃの処理の流れを示すフローチャートである。 第５の実施形態における光伝送システム１００ｄのシステム構成を示す図である。 第５の実施形態における光送信装置１０ｄの処理の流れを示すフローチャートである。 第５の実施形態における光受信装置２０ｄの処理の流れを示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における光伝送システム１００のシステム構成を示す図である。光伝送システム１００は、光送信装置１０及び光受信装置２０を備える。光送信装置１０及び光受信装置２０は、光伝送路３０を介して通信可能な状態で接続される。なお、送信するバイナリ信号系列の総数をＮＴ、光伝送路３０がサポートするモード数をＭとする。一般にＭ≧ＮＴの関係が成立するが、本明細書では簡単化のためＮＴ＝Ｍ、すなわち全モードをモード分割多重伝送に使用する例を考える。なお、光伝送路３０は、光送信装置１０と光受信装置２０との間で光信号を伝送する。光伝送路３０は、例えばマルチモード光ファイバである。以下、光送信装置１０及び光受信装置２０の構成について具体的に説明する。
まず、光送信装置１０について説明する。光送信装置１０は、マッピング部１０１、符号化部１０２、光信号生成部１０３及びモード合波器１０４を備える。
マッピング部１０１は、複数のマッピング部１０１−１〜１０１−ＮＴ（ＮＴは２以上の整数）で構成される。マッピング部１０１は、複数のバイナリ信号系列１〜ＮＴを入力する。マッピング部１０１は、入力されたバイナリ信号系列１〜ＮＴそれぞれの信号形式を所望の信号形式へ変換する。例えば、マッピング部１０１−１は、バイナリ信号系列１を入力し、入力されたバイナリ信号系列１の信号形式を所望の信号形式へ変換する。また、例えば、マッピング部１０１−ＮＴは、バイナリ信号系列ＮＴを入力し、入力されたバイナリ信号系列ＮＴの信号形式を所望の信号形式へ変換する。ここでいう信号形式とは、例えば四値位相変調（Quadrature phase-shift keying）や十六値強度位相変調（16 Quadrature amplitude modulation）である。以下、マッピング部１０１によって、その信号形式が所望の信号形式へ変換された信号系列をシンボル系列と記載する。マッピング部１０１は、複数のシンボル系列１〜ＮＴを符号化部１０２に出力する。
符号化部１０２は、マッピング部１０１から出力されたＮＴ個のシンボル系列それぞれを時空間符号化することによって符号化シンボル系列１〜ＮＴを生成する。本実施形態では、時空間符号化として直交変換を用いた例を説明する。ここで言う直交変換とは、変換に用いる行列とその複素共役転置行列の積が単位行列となる変換のことを指し、例えば、回転行列を用いた変換、アダマール行列を用いた変換、離散フーリエ行列を用いた変換を指す。なお、以下では、これらの変換のうち、特にアダマール行列を用いた変換を例に挙げて説明する。符号化部１０２は、生成された複数の符号化シンボル系列１〜ＮＴを光信号生成部１０３に出力する。
光信号生成部１０３は、複数の光信号生成部１０３−１〜１０３−ＮＴで構成される。光信号生成部１０３は、符号化部１０２から出力された符号化シンボル系列１〜ＮＴを入力する。光信号生成部１０３は、入力された符号化シンボル系列１〜ＮＴを光信号に変換する。例えば、光信号生成部１０３−１は、符号化シンボル系列１を入力し、入力された符号化シンボル系列１を光信号に変換する。また、例えば、光信号生成部１０３−ＮＴは、符号化シンボル系列ＮＴを入力し、入力された符号化シンボル系列ＮＴを光信号に変換する。光信号生成部１０３は、複数の光信号をモード合波器１０４に出力する。
モード合波器１０４は、光信号生成部１０３から出力された複数の光信号を入力する。モード合波器１０４は、入力された複数の光信号をモード多重することによってモード分割多重化光信号を生成する。モード合波器１０４は、生成したモード分割多重化光信号を、光伝送路３０を介して光受信装置２０に伝送する。
ここで、符号化部１０２について補足する。マルチモード光ファイバでは規格化周波数によりサポートされるモード数が異なるが、本実施形態ではサポートされるモードがＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、ＬＰ０２の４モードであるマルチモード光ファイバを例に考える。各ＬＰモードは縮退した複数のモードを持ち、ＬＰ０１モードは２重、ＬＰ１１は４重、ＬＰ２１は４重、ＬＰ０２は２重に縮退している。なお、同じ有効屈折率を持つ複数のモード番号が存在することを縮退しているという。したがって、いまモード分割多重伝送に利用できる全モード数Ｍはそれぞれの縮退モードも含め１２（ＬＰ０１Ｘ、ＬＰ０１Ｙ、ＬＰ１１ａＸ、ＬＰ１１ａＹ、ＬＰ１１ｂＸ、ＬＰ１１ｂＹ、ＬＰ２１ａＸ、ＬＰ２１ａＹ、ＬＰ２１ｂＸ、ＬＰ２１ｂＹ、ＬＰ０２Ｘ、ＬＰ０２Ｙ）である。つまり、第１の実施形態では、符号化部１０２が上記１２モード全てを時空間符号化する。
次に、光受信装置２０について説明する。光受信装置２０は、モード分波器２０１、光電変換部２０２、Ａ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換部２０３、ＭＩＭＯ等化処理部２０４及びデマッピング部２０５を備える。
モード分波器２０１は、光送信装置１０から伝送されたモード分割多重化光信号を入力する。モード分波器２０１は、入力されたモード分割多重化光信号を複数の基底モード信号（光信号）に分離（分波）する。モード分波器２０１は、分離した光信号それぞれを光電変換部２０２に出力する。
光電変換部２０２は、複数の光電変換部２０２−１〜２０２−ＮＲ（ＮＲは２以上の整数）で構成される。なお、一般的にＮＲとＮＴとは異なる。本実施形態では、ＮＲとＮＴの数については限定しない。光電変換部２０２は、モード分波器２０１から出力された複数の光信号を入力する。光電変換部２０２は、入力された複数の光信号それぞれを電気信号（符号化シンボル系列）に変換する。光電変換部２０２は、電気信号をＡ／Ｄ変換部２０３に出力する。
Ａ／Ｄ変換部２０３は、複数のＡ／Ｄ変換部２０３−１〜２０３−ＮＲで構成される。Ａ／Ｄ変換部２０３は、光電変換部２０２から出力された複数の電気信号を入力する。Ａ／Ｄ変換部２０３は、入力された複数の電気信号それぞれをデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部２０３は、複数のデジタル信号をＭＩＭＯ等化処理部２０４に出力する。
ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、Ａ／Ｄ変換部２０３から出力された複数のデジタル信号を入力する。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、入力された複数のデジタル信号に対して、等化及び時空間復号に相当する処理を行う。一般的には、時空間復号では最尤復号などが用いられるが、上記のアダマール変換を用いた例では、ＭＩＭＯ等化処理部２０４が有するＭＩＭＯ構造のトランスバーサル型等化フィルタなどを用いて復号することができる。このように構成される場合、光受信装置２０では時空間復号器は不要であり、従来通りのＭＩＭＯ等化処理を基本としたマルチモード用復調器で復号が可能である。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、複数のデジタル信号を復号することによって複数のシンボル系列を復元する。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、復元した複数のシンボル系列それぞれをデマッピング部２０５に出力する。
デマッピング部２０５は、複数のデマッピング部２０５−１〜２０５−ＮＲで構成される。デマッピング部２０５は、ＭＩＭＯ等化処理部２０４から出力された複数のシンボル系列を入力する。デマッピング部２０５は、入力された複数のシンボル系列にデマッピングを行うことによって複数のバイナリ信号系列を生成する。デマッピング部２０５は、生成した複数のバイナリ信号系列を出力する。
図２は、第１の実施形態における光送信装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。
マッピング部１０１−１〜１０１−ＮＴはそれぞれ、バイナリ信号系列を入力する（ステップＳ１０１）。マッピング部１０１は、入力されたバイナリ信号系列を複素平面上にマッピング（配置）することによってシンボル系列を生成する（ステップＳ１０２）。マッピング部１０１は、生成した複数のシンボル系列を符号化部１０２に出力する。符号化部１０２は、マッピング部１０１から出力された複数のシンボル系列それぞれに対して時空間符号化を行うことによって、複数の符号化シンボル系列を生成する（ステップＳ１０３）。具体的には、符号化部１０２は、以下のような処理を行う。ここで、時空間符号化前及び時空間符号化後のシンボルそれぞれをｓｉ（ｔ）、ｘｉ（ｔ）と定義する。ここで、添え字ｉ（ｉ＝１〜Ｍ、Ｍ＝ＮＴ）はモードのインデックス番号を表す。これらを用いて、時空間符号化前及び時空間符号化後のシンボル系列ベクトルをそれぞれ以下の式１及び式２と表す。なお、Ｔは転置を意味する。
Figure 0006435059
Figure 0006435059
符号化部１０２は、まずＮＴ次のアダマール行列ＨＮＴ（ＴはＮの下付き）を用いて以下の式３のような線形変換を行う。
Figure 0006435059
次に、符号化部１０２の出力シンボル系列ベクトルをベクトルy(t)とすると、y(t)はｘｉ（ｔ）をそれぞれ時間シフトしてベクトル化することで得られる。すなわち、y(t)は以下の式４のように表される。
Figure 0006435059
上記の時間シフトにより、マルチモードファイバ伝送中に時空間符号化された光信号がデコリレーションされる。式３と式４を通して、伝送されるシンボルは時間と空間に拡散され、ダイバーシティ効果を得ることが可能となる。符号化部１０２は、上記のように生成した複数の符号化シンボル系列それぞれを光信号生成部１０３に出力する。光信号生成部１０３−１〜１０３−ＮＴはそれぞれ、符号化部１０２から出力された符号化シンボル系列を入力する。光信号生成部１０３は、入力された複数の符号化シンボル系列それぞれを光信号に変換する（ステップＳ１０４）。光信号生成部１０３は、複数の光信号をモード合波器１０４に出力する。モード合波器１０４は、光信号生成部１０３から出力された複数の光信号をモード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成する（ステップＳ１０５）。モード合波器１０４は、生成したモード分割多重化光信号を、光伝送路３０を介して光受信装置２０に伝送する（ステップＳ１０６）。
図３は、第１の実施形態における光受信装置２０の処理の流れを示すフローチャートである。
モード分波器２０１は、光送信装置１０から伝送されたモード分割多重化光信号を入力する。モード分波器２０１は、入力されたモード分割多重化光信号を基底モード信号（光信号）に分離する（ステップＳ２０１）。モード分波器２０１は、分離した光信号それぞれを光電変換部２０２に出力する。光電変換部２０２−１〜２０２−ＮＲは、モード分波器２０１から出力された光信号を入力する。光電変換部２０２は、入力した複数の光信号それぞれを電気信号に変換する（ステップＳ２０２）。光電変換部２０２は、複数の電気信号それぞれをＡ／Ｄ変換部２０３に出力する。Ａ／Ｄ変換部２０３は、光電変換部２０２から出力された複数の電気信号をデジタル信号に変換する（ステップＳ２０３）。Ａ／Ｄ変換部２０３は、複数のデジタル信号をＭＩＭＯ等化処理部２０４に出力する。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、Ａ／Ｄ変換部２０３から出力された複数のデジタル信号を入力する。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、入力された複数のデジタル信号に対して時空間復号を行うことによって複数のシンボル系列を復元する（ステップＳ２０４）。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、復元した複数のシンボル系列それぞれをデマッピング部２０５に出力する。デマッピング部２０５は、ＭＩＭＯ等化処理部２０４から出力された複数のシンボル系列をデマッピングすることによって複数のバイナリ信号系列を生成する。（ステップＳ２０５）。デマッピング部２０５は、複数のバイナリ信号系列を出力する。
図４は、第１の実施形態におけるモード依存損失へのロバスト性向上の効果を説明するための図である。
図４には、第１の実施形態における光伝送実験データの取得に用いた光伝送評価システムが示されている。ここで、光信号として偏波多重１６値振幅位相変調（ＤＰ−１６ＱＡＭ）信号を用い、伝送路としてヒューモードファイバを用い、また、可変光アッテネータ（ＶＯＡ）で高次モード用光信号（ＬＰ１１ａ、ＬＰ１１ｂ）へアッテネーション量を付加することでモード依存損失をエミュレートした。時空間符号としては、第１の実施形態に記載したアダマール符号を用いた符号化を行い、光受信装置２０内の適応等化器によりモード分離及び時空間復号を行った。測定結果を図５に示す。
図５における横軸はＶＯＡで付加したアッテネーション量、すなわちモード依存損失、縦軸は光信号品質を表すＱ値であり、３つのモード間で平均した誤り率より算出した。図５より、モード依存損失が０ｄＢのときには従来伝送と第１の実施形態によるＱ値はほぼ一致しているのに対し、モード依存損失が大きくなるにつれて差が開き、モード依存損失が３ｄＢのときには約１ｄＢのＱ値改善が第１の実施形態により得られていることが分かる。このように、時空間符号化を行うことにより時間と空間のダイバーシティを利用した伝送を行うことができ、結果としてモード依存損失に対しロバスト性を高めることが可能となる。
以上のように構成された光伝送システム１００によれば、マルチモードファイバを用いた空間多重伝送システムにおけるモード依存損失への空間多重信号のロバスト性を向上させることが可能となる。以下、この効果について詳細に説明する。
光送信装置１０は、複数のシンボル系列に対して時空間符号化を行う。そして、光送信装置１０は、時空間符号化が行われた複数のシンボル系列（符号化シンボル系列）を異なるモードに変換して、モード分割多重することによって生成したモード分割多重化光信号を光受信装置２０に伝送する。光受信装置２０は、光送信装置１０から伝送されたモード分割多重化光信号に対して時空間復号を行うことによって複数のシンボル系列を復元し、復元された複数のシンボル系列を複数のバイナリ信号に変換し、変換された複数のバイナリ信号を出力する。このように、時空間符号化を行うことにより時間と空間のダイバーシティを利用した伝送を行うことができる。そのため、マルチモードファイバを用いた空間多重伝送システムにおけるモード依存損失への空間多重信号のロバスト性を向上させることが可能になる。
＜変形例＞
本実施形態では、時空間符号化として、直交変換を用いた例を説明したが、これに限定される必要はない。例えば、時空間符号化の別の例として、以下の参考文献１や、参考文献２や、参考文献３に記載された技術が用いられてもよい。参考文献１には、時空間ブロック符号や、Ａｌａｍｏｕｔｉ符号を用いた時空間符号化の例が記載されている。また、参考文献２には、時空間トレリス符号を用いた時空間符号化の例が記載されている。また、参考文献３には、Ｇｏｌｄｅｎ符号を用いた時空間符号化の例が記載されている。
［参考文献１］Alamouti, Siavash M., "A simple transmit diversity technique for wireless communications", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 16, No. 8, 1998, pp. 1451-1458.
［参考文献２］Tarokh, Vahid, Nambi Seshadri, and A. Robert Calderbank, "Space-time codes for high data rate wireless communication: Performance criterion and code construction", IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 44, No. 2, 1998, pp. 744-765.
［参考文献３］Belfiore, Jean-Claude, Ghaya Rekaya, and Emanuele Viterbo, "The Golden code: A 2 x 2 full-rate space-time code with nonvanishing determinants", IEEE Transactions on information theory, Vol. 51, No. 4, 2005, pp. 1432-1436.
また、光送信装置１０は、時空間符号の他、周波数空間符号を用いてもよい。
光受信装置２０は、デマッピングを行わないように構成されてもよい。このように構成される場合、光受信装置２０は、デマッピング部２０５を備えない。光受信装置２０は、復元した複数のシンボル系列を、デマッピング部２０５を備える他の装置に出力する。そして、他の装置は、複数のシンボル系列にデマッピングを行うことで生成された複数のバイナリ信号系列を出力する。
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態における光伝送システム１００ａのシステム構成を示す図である。光伝送システム１００ａは、光送信装置１０ａ及び光受信装置２０ａを備える。光送信装置１０ａ及び光受信装置２０ａは、光伝送路３０を介して通信可能な状態で接続される。
第２の実施形態における光伝送システム１００ａでは、光送信装置１０ａは、マッピング後の一部のシンボル系列（例えば、ｎ個のシンボル系列）に対して時空間符号化を行い、その他のシンボル系列（例えば、ＮＴ−ｎ個のシンボル系列）に対しては時空間符号化を行わない。また、光受信装置２０ａは、光送信装置１０ａで一部（例えば、ｎ個のシンボル系列）に対して時空間符号化が行われたシンボル系列に対して時空間復号を行う。
第２の実施形態は、マルチモード光ファイバにおいて例えばＬＰ０１とＬＰ１１の縮退した６モード間（ＬＰ０１Ｘ、ＬＰ０１Ｙ、ＬＰ１１ａＸ、ＬＰ１１ａＹ、ＬＰ１１ｂＸ、ＬＰ１１ｂＹ）で時空間符号を行い、ＬＰ２１とＬＰ０２の縮退した６モード間（ＬＰ２１ａＸ、ＬＰ２１ａＹ、ＬＰ２１ｂＸ、ＬＰ２１ｂＹ、ＬＰ０２Ｘ、ＬＰ０２Ｙ）では行わないというような実施形態に該当する。
まず、光送信装置１０ａについて説明する。光送信装置１０ａは、マッピング部１０１ａ、符号化部１０２、光信号生成部１０３ａ及びモード合波器１０４を備える。第２の実施形態における光送信装置１０ａは、マッピング部１０１及び光信号生成部１０３に代えてマッピング部１０１ａ及び光信号生成部１０３ａを備える点で光送信装置１０と構成が異なる。光送信装置１０ａの他の構成については光送信装置１０と同様である。そのため、光送信装置１０ａ全体の説明は省略し、マッピング部１０１ａ及び光信号生成部１０３ａについて説明する。
マッピング部１０１ａは、複数のマッピング部１０１ａ−１〜１０１ａ−ＮＴで構成される。マッピング部１０１ａは、複数のバイナリ信号系列１〜ＮＴを入力する。マッピング部１０１ａは、入力されたバイナリ信号系列１〜ＮＴそれぞれの信号形式を所望の信号形式へ変換することによって複数のシンボル系列１〜ＮＴを生成する。マッピング部１０１ａは、複数のシンボル系列１〜ＮＴのうち、シンボル系列１〜ｎ（ｎ＜ＮＴ）を符号化部１０２に出力する。また、マッピング部１０１ａは、複数のシンボル系列１〜ＮＴのうち、シンボル系列ｎ＋１〜ＮＴ（つまり、ＮＴ−ｎのシンボル系列）を光信号生成部１０３ａに出力する。これにより、一部のシンボル系列（例えば、シンボル系列１〜ｎ）に対して時空間符号化が行われる。
光信号生成部１０３ａは、複数の光信号生成部１０３ａ−１〜１０３ａ−ＮＴで構成される。光信号生成部１０３ａは、符号化部１０２から出力された符号化シンボル系列１〜ｎ及びマッピング部１０１ａから出力されたシンボル系列ｎ＋１〜ＮＴを入力する。光信号生成部１０３ａは、入力された符号化シンボル系列１〜ｎ及びシンボル系列ｎ＋１〜ＮＴを光信号に変換する。光信号生成部１０３ａは、複数の光信号をモード合波器１０４に出力する。
次に、光受信装置２０ａについて説明する。光受信装置２０ａは、モード分波器２０１、光電変換部２０２、Ａ／Ｄ変換部２０３ａ、ＭＩＭＯ等化処理部２０４及びデマッピング部２０５を備える。第２の実施形態における光受信装置２０ａは、Ａ／Ｄ変換部２０３に代えてＡ／Ｄ変換部２０３ａを備える点で光受信装置２０と構成が異なる。光受信装置２０ａの他の構成については光受信装置２０と同様である。そのため、光受信装置２０ａ全体の説明は省略し、Ａ／Ｄ変換部２０３ａを中心に説明する。
Ａ／Ｄ変換部２０３ａは、複数のＡ／Ｄ変換部２０３ａ−１〜２０３ａ−ＮＲで構成される。Ａ／Ｄ変換部２０３ａは、光電変換部２０２から出力された複数の電気信号を入力する。Ａ／Ｄ変換部２０３ａは、入力された複数の電気信号それぞれをデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部２０３ａは、デジタル信号（符号化されたｎ個（ｎ＜ＮＲ）のデジタル信号および符号化されていないＮＲ−ｎ個のデジタル信号）をＭＩＭＯ等化処理部２０４に出力する。
ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、Ａ／Ｄ変換部２０３ａから出力されたＮＲ個のデジタル信号に対して時空間復号を行うことによってＮＲ個のシンボル系列を復元する。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、復元したＮＲ個のシンボル系列をデマッピング部２０５に出力する。
図７は、第２の実施形態における光送信装置１０ａの処理の流れを示すフローチャートである。図２と同様の処理については、図７において図２と同様の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０１の処理によりマッピング部１０１ａに複数のバイナリ信号系列が入力されると、マッピング部１０１ａは複数のバイナリ信号系列それぞれの信号形式を所望の信号形式へ変換することによって複数のシンボル系列を生成する（ステップＳ３０１）。マッピング部１０１ａは、複数のシンボル系列のうち、ｎ個のシンボル系列を符号化部１０２に出力する。例えば、マッピング部１０１ａ−１〜１０１ａ−ｎはそれぞれ、シンボル系列を符号化部１０２に出力する。また、マッピング部１０１ａは、複数のシンボル系列のうち、ＮＴ−ｎ個のシンボル系列を光信号生成部１０３ａに出力する。例えば、マッピング部１０１ａ−（ｎ＋１）〜１０１ａ−ＮＴはそれぞれ、シンボル系列を光信号生成部１０３ａに出力する。
符号化部１０２は、マッピング部１０１から出力されたｎ個のシンボル系列を入力し、入力されたｎ個のシンボル系列に対して時空間符号化を行うことによってｎ個の符号化シンボル系列を生成する（ステップＳ３０２）。符号化部１０２は、生成したｎ個の符号化シンボル系列を光信号生成部１０３ａに出力する。光信号生成部１０３ａは、符号化部１０２から出力されたｎ個の符号化シンボル系列及びマッピング部１０１ａから出力されたＮＴ−ｎ個のシンボル系列それぞれを光信号に変換する。光信号生成部１０３ａは、複数（ＮＴ個）の光信号をモード合波器１０４に出力する（ステップＳ３０３）。その後、ステップＳ１０５以降の処理が実行される。
図８は、第２の実施形態における光受信装置２０ａの処理の流れを示すフローチャートである。図３と同様の処理については、図８において図３と同様の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ２０２が終了すると、Ａ／Ｄ変換部２０３ａは、光電変換部２０２から出力されたＮＲ個の電気信号それぞれをデジタル信号に変換する（ステップＳ４０１）。Ａ／Ｄ変換部２０３ａは、ＮＲ個のデジタル信号として、符号化されたｎ個のデジタル信号および符号化されていないＮＲ−ｎ個のデジタル信号をＭＩＭＯ等化処理部２０４に出力する。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、入力されたＮＲ個のデジタル信号に対して時空間復号を行うことによってＮＲ個のシンボル系列を復元する（ステップＳ４０２）。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、復元したＮＲ個のシンボル系列をデマッピング部２０５に出力する。その後、ステップＳ２０５の処理が実行される。
以上のように構成された光伝送システム１００ａによれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、光伝送システム１００ａでは、一部の情報系列に対して時空間符号化が行われる。時空間符号化は、複数の系列間に渡る処理の為一般に信号処理量が大きい。そのため、時空間符号化処理を施す系列数を限定することで所望のＬＳＩ（Large Scale Integration）の回路規模の削減、消費電力の削減などの効果が期待できる。
＜変形例＞
第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に変形されてもよい。
符号化部１０２は、ｎ個の情報系列間と（ＮＴ−ｎ）個の情報系列間とでそれぞれ独立した時空間符号化を行うように構成されてもよい。
光受信装置２０ａは、デマッピングを行わないように構成されてもよい。このように構成される場合、光受信装置２０ａは、デマッピング部２０５を備えない。光受信装置２０ａは、復元した複数のシンボル系列を、デマッピング部２０５を備える他の装置に出力する。そして、他の装置は、複数のシンボル系列にデマッピングを行うことで生成された複数のバイナリ信号系列を出力する。
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態における光伝送システム１００ｂのシステム構成を示す図である。光伝送システム１００ｂは、光送信装置１０ｂ及び第１の実施形態と同じ光受信装置２０を備える。光送信装置１０ｂ及び光受信装置２０は、光伝送路３０を介して通信可能な状態で接続される。
第３の実施形態における光伝送システム１００ｂでは、光送信装置１０ｂが、時空間符号化を行わず、モード分割多重化光信号に対してモードミキシングを行う。
光送信装置１０ｂについて説明する。光送信装置１０ｂは、マッピング部１０１ｂ、光信号生成部１０３ｂ、モード合波器１０４ｂ及びモードミキシング部１０５を備える。第３の実施形態における光送信装置１０ｂは、マッピング部１０１、光信号生成部１０３及びモード合波器１０４に代えてマッピング部１０１ｂ、光信号生成部１０３ｂ及びモード合波器１０４ｂを備える点、符号化部１０２を備えない点、モードミキシング部１０５を新たに備える点で光送信装置１０と構成が異なる。光送信装置１０ｂの他の構成については光送信装置１０と同様である。そのため、光送信装置１０ｂ全体の説明は省略し、マッピング部１０１ｂ、光信号生成部１０３ｂ、モード合波器１０４ｂ及びモードミキシング部１０５について説明する。
マッピング部１０１ｂは、複数のマッピング部１０１ｂ−１〜１０１ｂ−ＮＴで構成される。マッピング部１０１ｂは、複数のバイナリ信号系列１〜ＮＴを入力する。マッピング部１０１ｂは、入力されたバイナリ信号系列１〜ＮＴそれぞれの信号形式を所望の信号形式へ変換する。マッピング部１０１ｂは、複数のシンボル系列１〜ＮＴを光信号生成部１０３ｂに出力する。
光信号生成部１０３ｂは、複数の光信号生成部１０３ｂ−１〜１０３ｂ−ＮＴで構成される。光信号生成部１０３ｂは、マッピング部１０１ｂから出力されたシンボル系列１〜ＮＴを入力する。光信号生成部１０３ｂは、入力されたシンボル系列１〜ＮＴを光信号に変換する。例えば、光信号生成部１０３ｂ−１は、シンボル系列１を入力し、入力されたシンボル系列１を光信号に変換する。また、例えば、光信号生成部１０３ｂ−ＮＴは、シンボル系列ＮＴを入力し、入力されたシンボル系列ＮＴを光信号に変換する。光信号生成部１０３ｂは、複数の光信号をモード合波器１０４ｂに出力する。
モード合波器１０４ｂは、光信号生成部１０３ｂから出力された複数の光信号を入力する。モード合波器１０４ｂは、入力された複数の光信号をモード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成する。モード合波器１０４ｂは、生成したモード分割多重化光信号をモードミキシング部１０５に出力する。
モードミキシング部１０５は、モード合波器１０４ｂから出力されたモード分割多重化光信号を入力する。モードミキシング部１０５は、入力されたモード分割多重化光信号に対してモードミキシングを行う。モードミキシングの方法としては、以下の参考文献４や、参考文献５に記載された技術が適用されてもよい。ここで、参考文献４には、マルチモードファイバに応力をかけてモードミキシングを行う構成が記載されている。また、参考文献５には、ファイバグレーティングを用いた構成が記載されている。
［参考文献４］Li, An, et al., "Reception of mode and polarization multiplexed 107-Gb/s CO-OFDM signal over a two-mode fiber", National Fiber Optic Engineers Conference, Optical Society of America, 2011.
［参考文献５］Mori, Takayoshi, et al., "Equipartition multiplexing technique for equalizing channel dependent degradation in MDM transmission", Optical Fiber Communication Conference, Optical Society of America, 2015.
なお、モード合波器１０４ｂ及びモードミキシング部１０５は、同一デバイスで構成されてもよい。例えば、同一デバイスの具体例として、空間光学系を用いたもの、ＰＬＣ（Planar lightwave circuit）を用いたもの、フォトニックランタンを用いたものなどが挙げられる。
図１０は、第３の実施形態における光送信装置１０ｂの処理の流れを示すフローチャートである。図２と同様の処理については、図１０において図２と同様の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０１の処理によりマッピング部１０１ｂ−１〜１０１ｂ−ＮＴそれぞれにバイナリ信号系列が入力されると、マッピング部１０１ｂはＮＴ個のバイナリ信号系列それぞれの信号形式を所望の信号形式へ変換することによってＮＴ個のシンボル系列を生成する（ステップＳ５０１）。マッピング部１０１ｂは、ＮＴ個のシンボル系列それぞれを光信号生成部１０３ｂに出力する。光信号生成部１０３ｂは、入力されたＮＴ個のシンボル系列それぞれを光信号に変換する（ステップＳ５０２）。光信号生成部１０３ｂは、ＮＴ個の光信号をモード合波器１０４ｂに出力する。モード合波器１０４ｂは、光信号生成部１０３ｂから出力されたＮＴ個の光信号をモード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成する（ステップＳ５０３）。モード合波器１０４ｂは、モード分割多重化光信号をモードミキシング部１０５に出力する。モードミキシング部１０５は、モード分割多重化光信号に対してモードミキシングを行う（ステップＳ５０４）。モードミキシング部１０５は、モードミキシング後のモード分割多重化光信号を、光伝送路３０を介して光受信装置２０に伝送する（ステップＳ５０５）。
以上のように構成された光伝送システム１００ｂによれば、マルチモードファイバを用いた空間多重伝送システムにおけるモード依存損失への空間多重信号のロバスト性を向上させることが可能となる。以下、この効果について詳細に説明する。
光伝送システム１００ｂでは、モードミキシングを行うことにより、モード分割多重化光信号に対して上記式３の効果を実効的に付加することができる。そのため、マルチモードファイバを用いた空間多重伝送システムにおけるモード依存損失への空間多重信号のロバスト性を向上させることが可能になる。
＜変形例＞
第１の実施形態と同様に、光受信装置２０は、デマッピングを行わないように構成されてもよい。このように構成される場合、光受信装置２０は、デマッピング部２０５を備えない。光受信装置２０は、復元した複数のシンボル系列を、デマッピング部２０５を備える他の装置に出力する。そして、他の装置は、複数のシンボル系列にデマッピングを行うことで生成された複数のバイナリ信号系列を出力する。
（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態における光伝送システム１００ｃのシステム構成を示す図である。光伝送システム１００ｃは、光送信装置１０ｃ及び光受信装置２０ｃを備える。光送信装置１０ｃ及び光受信装置２０ｃは、光伝送路３０を介して通信可能な状態で接続される。
まず、光送信装置１０ｃについて説明する。光送信装置１０ｃの基本的な構成は、光送信装置１０と同一である。光送信装置１０ｃは、マッピング部１０１の前に誤り訂正符号化部１０６及びインタリーブ部１０７を新たに備える点で光送信装置１０と構成が異なる。そのため、光送信装置１０ｃ全体の説明は省略し、誤り訂正符号化部１０６及びインタリーブ部１０７について説明する。図１２は、第４の実施形態における光送信装置１０ｃの処理の流れを示すフローチャートである。図１２において、図２と同様の処理については図２と同様の符号を付してある。
誤り訂正符号化部１０６は、ステップＳ１０１で入力されたバイナリ信号系列に対して誤り訂正符号を用いた誤り訂正符号化を行い、バイナリ信号系列のビット間に一定の冗長性を持たせる（ステップＳ６０１）。誤り訂正符号としては、任意のブロック符号や、任意の畳み込み符号を適用することが考えられる。誤り訂正符号化部１０６は、誤り訂正符号化されたバイナリ信号系列をインタリーブ部１０７に出力する。インタリーブ部１０７は、誤り訂正符号化されたバイナリ信号系列の各ビットを一定の規則に従ってインタリーブし、インタリーブにより得られたバイナリ信号系列１〜ＮＴをマッピング部１０１に出力する（ステップＳ６０２）。その後、ステップＳ１０２以降の処理が実行される。
次に、光受信装置２０ｃについて説明する。光受信装置２０ｃの基本的な構成は、光受信装置２０と同一である。光受信装置２０ｃは、ＭＩＭＯ等化処理部２０４の後において、デマッピング部２０５の代わりに対数尤度比推定部２０７を備え、さらにデインタリーブ部２０８及び誤り訂正復号部２０９を新たに備える点で、光受信装置２０と構成が異なる。対数尤度比推定部２０７は、複数の対数尤度比推定部２０７−１〜２０７−ＮＲで構成される。そのため、光受信装置２０ｃ全体の説明は省略し、対数尤度比推定部２０７、デインタリーブ部２０８及び誤り訂正復号部２０９について説明する。図１３は、第４の実施形態における光受信装置２０ｃの処理の流れを示すフローチャートである。図１３において、図３と同様の処理については図３と同様の符号を付してある。
第１の実施形態と同様にステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理が行われると、対数尤度比推定部２０７は、ＭＩＭＯ等化処理によって得られたシンボル系列の各シンボルを構成する各ビットに対し、これら各シンボルが既知のもとにおいて、１が送られた確率と０が送られた確率の比の対数（いわゆる対数尤度比）を推定する（ステップＳ７０１）。そして、対数尤度比推定部２０７は、複数の対数尤度比の系列を出力する。デインタリーブ部２０８は、対数尤度比推定部２０７から入力された複数の対数尤度比の系列を一定の規則に従ってデインタリーブし、デインタリーブにより得られた対数尤度比の系列を出力する（ステップＳ７０２）。誤り訂正復号部２０９は、デインタリーブ部２０８から出力された対数尤度比の系列に対して誤り訂正復号を行う（ステップＳ７０３）。すなわち、誤り訂正復号部２０９は、入力された対数尤度比の系列をもとに硬判定または軟判定を行い、ビット誤りを訂正したバイナリ信号系列を出力する。
本実施形態では、時空間符号および誤り訂正符号の併用が可能となり、時間と空間のダイバーシティ効果の向上が期待できる。
（第５の実施形態）
図１４は、第５の実施形態における光伝送システム１００ｄのシステム構成を示す図である。本実施形態は、光キャリアの形態として、シングルキャリアではなくマルチキャリアを用いる。具体的には、本実施形態は、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing、ＯＦＤＭ）を用いる。光伝送システム１００ｄは、光送信装置１０ｄ及び光受信装置２０ｄを備える。光送信装置１０ｄ及び光受信装置２０ｄは、光伝送路３０を介して通信可能な状態で接続される。
まず、光送信装置１０ｄについて説明する。光送信装置１０ｄの基本的な構成は、光送信装置１０と同一である。ＯＦＤＭで用いるサブキャリアの数をＫと記載する。光送信装置１０ｄは、シリアルパラレル変換部１０８、高速逆フーリエ変換部１０９、ガードインターバル付加部１１０及びパラレルシリアル変換部１１１を新たに備えるとともに、Ｋ個のマッピング部１０１および符号化部１０２を備える点で、光送信装置１０と構成が異なる。シリアルパラレル変換部１０８は、複数のシリアルパラレル変換部（図１４ではＳ／Ｐと表記）１０８−１〜１０８−ＮＴで構成される。高速逆フーリエ変換部１０９は、複数の高速逆フーリエ変換部（図１４ではＩＦＦＴと表記）１０９−１〜１０９−ＮＴで構成される。ガードインターバル付加部１１０は、複数のガードインターバル付加部（図１４ではＧＩ付加部と表記）１１０−１〜１１０−ＮＴで構成される。パラレルシリアル変換部１１１は、複数のパラレルシリアル変換部（図１４ではＰ／Ｓと表記）１１１−１〜１１１−ＮＴで構成される。
図１５は、第５の実施形態における光送信装置１０ｄの処理の流れを示すフローチャートである。図１５において、図２と同様の処理については図２と同様の符号を付してある。
バイナリ信号系列１〜ＮＴがシリアルパラレル変換部１０８に入力される（ステップＳ１０１）。シリアルパラレル変換部１０８は、バイナリ信号系列１〜ＮＴのそれぞれに対してシリアルパラレル変換を行って、バイナリ信号系列１〜ＮＴのそれぞれをＫ個のバイナリ信号系列に変換する（ステップＳ８０１）。シリアルパラレル変換部１０８は、変換されたバイナリ信号系列をマッピング部１０１に出力する。マッピング部１０１は、サブキャリア番号ｋ（１≦ｋ≦Ｋ）に割り当てられたＮＴ個のバイナリ信号系列それぞれの信号形式を所望の信号形式に変換し、サブキャリアあたりＮＴ個のシンボル系列を出力する（ステップＳ８０２）。符号化部１０２は、サブキャリアごとのＮＴ個のシンボル系列を時空間符号化することにより、サブキャリアあたりＮＴ個の符号化シンボル系列を生成する（ステップＳ８０３）。この動作が全てのサブキャリアに対して行われるため、全部でＫ・ＮＴ個の符号化シンボル系列が得られる。
符号化部１０２から出力されたＫ・ＮＴ個の符号化シンボル系列は、各モードの全サブキャリアに対応するＫ個の符号化シンボル系列ごとに、高速逆フーリエ変換部１０９へ入力される。高速逆フーリエ変換部１０９は、入力された符号化シンボル系列に対して高速逆フーリエ変換を行って、入力された符号化シンボル系列を時間軸上での符号化シンボル系列へ変換する（ステップＳ８０４）。ここで、高速逆フーリエ変換で用いられるポイント数をＮｆｆｔとする。Ｎｆｆｔとしては一般に２のべき乗が用いられ、Ｎｆｆｔ＞Ｋを満たす。Ｋ・ＮＴ個の符号化シンボル列はそれぞれ、Ｎｆｆｔサンプルごとにブロック処理される。ここではＮｆｆｔサンプルのブロックをＯＦＤＭシンボルと呼称する。高速逆フーリエ変換部１０９は、変換された符号化シンボル系列をガードインターバル付加部１１０に出力する。
ガードインターバル付加部１１０は、Ｋ・ＮＴ個の各符号化シンボル系列におけるＯＦＤＭシンボルそれぞれの先頭に所定の長さのガードインターバルを付加する（ステップＳ８０５）。ガードインターバルの長さＴＧＩは、ＴＧＩ＞Ｔｄｉｓを満たすように選ぶ。ここで、Ｔｄｉｓは光信号が光伝送路３０を伝送中に生じる分散現象、例えば波長分散またはモード分散の大きさによって決定される。
ガードインターバル付加部１１０から出力されたＫ・ＮＴ個の符号化シンボル系列は、各モードの全サブキャリアに対応するＫ個の符号化シンボル系列ごとに、パラレルシリアル変換部１１１へ入力される。パラレルシリアル変換部１１１は、入力された符号化シンボル系列に対してパラレルシリアル変換を行い、全部でＮＴ個のシリアル系列を符号化シンボル系列１〜ＮＴとして出力する（ステップＳ８０６）。その後、ステップＳ１０４以降の処理が実行される。
次に、光受信装置２０ｄについて説明する。光受信装置２０ｄの基本的な構成は、光受信装置２０と同一である。光受信装置２０ｄは、シリアルパラレル変換部２１０、ガードインターバル除去部２１１、高速フーリエ変換部２１２及びパラレルシリアル変換部２１３を新たに備えるとともに、Ｋ個のＭＩＭＯ等化処理部２０４およびＫ個のデマッピング部２０５を備える点で、光受信装置２０と構成が異なる。
シリアルパラレル変換部２１０は、複数のシリアルパラレル変換部（図１４ではＳ／Ｐと表記）２１０−１〜２１０−ＮＲで構成される。ガードインターバル除去部２１１は、複数のガードインターバル除去部（図１４ではＧＩ除去部と表記）２１１−１〜２１１−ＮＲで構成される。高速フーリエ変換部２１２は、複数の高速フーリエ変換部（図１４ではＦＦＴと表記）２１２−１〜２１２−ＮＲで構成される。パラレルシリアル変換部２１３は、複数のパラレルシリアル変換部（図１４ではＰ／Ｓと表記）２１３−１〜２１３−ＮＲで構成される。
図１６は、第５の実施形態における光受信装置２０ｄの処理の流れを示すフローチャートである。図１６において、図３と同様の処理については図３と同様の符号を付してある。第１の実施形態と同様にステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理が行われると、Ａ／Ｄ変換部２０３は、複数のデジタル信号をシリアルパラレル変換部２１０に出力する。シリアルパラレル変換部２１０は、入力された複数のデジタル信号に対してシリアルパラレル変換を行い、得られた複数のデジタル信号をガードインターバル除去部２１１に出力する（ステップＳ９０１）。ガードインターバル除去部２１１は、入力された複数のデジタル信号におけるそれぞれのＯＦＤＭシンボルの先頭からガードインターバルを除去し、ガードインターバルが除去されたＯＦＤＭシンボルを出力する（ステップＳ９０２）。
高速フーリエ変換部２１２は、ガードインターバル除去部２１１から入力されたＯＦＤＭシンボルに対して高速フーリエ変換を行い、得られた複数のデジタル信号を出力する（ステップＳ９０３）。高速フーリエ変換で用いられるポイント数は、一般に、高速逆フーリエ変換部１０９で用いられるポイント数Ｎｆｆｔと一致する。高速フーリエ変換部２１２から出力された複数のデジタル信号は、サブキャリアあたりＮＲ個のシンボル系列ごとに、ＭＩＭＯ等化処理部２０４へ入力される。
ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、入力された複数のデジタル信号に対して、等化及び時空間復号に相当する処理を行う（ステップＳ９０４）。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、複数のデジタル信号を復号することによって、全部でＫ・ＮＲ個のシンボル系列を復元する。ＭＩＭＯ等化処理部２０４は、復元したＫ・ＮＲ個のシンボル系列をデマッピング部２０５に出力する。デマッピング部２０５は、ＭＩＭＯ等化処理部２０４から出力されたＫ・ＮＲ個のシンボル系列にデマッピングを行い、得られた複数のバイナリ信号系列をパラレルシリアル変換部２１３に入力する（ステップＳ９０５）。パラレルシリアル変換部２１３は、デマッピング部２０５から入力された複数のバイナリ信号系列に対してパラレルシリアル変換を行い、ＮＲ個のシリアル系列を出力する（ステップＳ９０６）。
＜変形例＞
本実施形態では、誤り訂正符号を適用していない例を説明したが、これに限定される必要はない。例えば、光送信装置１０ｄの入力部に誤り訂正符号化部１０６及びインタリーブ部１０７を追加し、また、光受信装置２０ｄの出力部にデインタリーブ部２０８及び誤り訂正復号部２０９を追加することによって、本実施形態に対して誤り訂正符号を適用することができる。これにより、時空間符号および誤り訂正符号の併用が可能となり、時間と空間のダイバーシティ効果の向上が期待できる。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
例えば、上述した光送信装置および光受信装置をコンピュータで実現してもよい。その場合、これら装置の機能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、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に読み込ませて実行させ、光送信装置および光受信装置を実現してもよい。なお、ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳ（Operating System）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（Read Only Memory）、ＣＤ（Compact Disc）−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。さらに、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を送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その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のように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。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良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすで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であってもよい。また、光送信装置および光受信装置は、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
本発明は、空間多重伝送などの光伝送に利用可能である。本発明によれば、空間多重伝送システムにおけるモード依存損失への空間多重信号のロバスト性を向上させることができる。
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…光送信装置
２０、２０ａ、２０ｃ、２０ｄ…光受信装置
３０…光伝送路
１０１、１０１ａ、１０１ｂ（１０１−１〜１０１−ＮＴ、１０１ａ−１〜１０１ａ−ＮＴ、１０１ｂ−１〜１０１ｂ−ＮＴ）…マッピング部（変換部）
１０２…符号化部
１０３、１０３ａ、１０３ｂ（１０３−１〜１０３−ＮＴ、１０３ａ−１〜１０３ａ−ＮＴ、１０３ｂ−１〜１０３ｂ−ＮＴ）…光信号生成部
１０４、１０４ｂ…モード合波器
１０５…モードミキシング部
１０６…誤り訂正符号化部
１０７…インタリーブ部
１０８（１０８−１〜１０８−ＮＴ）…シリアルパラレル変換部
１０９（１０９−１〜１０９−ＮＴ）…高速逆フーリエ変換部
１１０（１１０−１〜１１０−ＮＴ）…ガードインターバル付加部
１１１（１１１−１〜１１１−ＮＴ）…パラレルシリアル変換部
２０１…モード分波器
２０２（２０２−１〜２０２−ＮＲ）…光電変換部
２０３、２０３ａ（２０３−１〜２０３−ＮＲ、２０３ａ−１〜２０３ａ−ＮＲ）…Ａ／Ｄ変換部
２０４…ＭＩＭＯ等化処理部
２０５（２０５−１〜２０５−ＮＲ）…デマッピング部
２０７（２０７−１〜２０７−ＮＲ）…対数尤度比推定部
２０８…デインタリーブ部
２０９…誤り訂正復号部
２１０（２１０−１〜２１０−ＮＲ）…シリアルパラレル変換部
２１１（２１１−１〜２１１−ＮＲ）…ガードインターバル除去部
２１２（２１２−１〜２１２−ＮＲ）…高速フーリエ変換部
２１３（２１３−１〜２１３−ＮＲ）…パラレルシリアル変換部

Claims (7)

  1. 光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムであって、
    前記光送信装置は、
    複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、
    変換後の複数の前記データそれぞれに対して所定の符号化を行うことによって複数の符号化データを生成する符号化部と、
    前記複数の符号化データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、
    前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成し、生成された前記モード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモード合波器と、
    を備え、
    前記光受信装置は、
    前記光送信装置から伝送された前記モード分割多重化光信号を異なるモード光へ分波するモード分波器と、
    複数の異なるモード光それぞれを電気信号に変換する光電変換部と、
    複数の前記電気信号それぞれを符号化データに変換するアナログ・デジタル変換部と、
    変換された前記符号化データに対してＭＩＭＯ等化処理を行うＭＩＭＯ等化処理部と、
    を備え、
    前記符号化部は、直交変換により前記所定の符号化を行う光伝送システム。
  2. 光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムであって、
    前記光送信装置は、
    複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、
    変換後の複数の前記データのうち一部のデータに対して所定の符号化を行うことによって符号化データを生成する符号化部と、
    前記符号化データ及び符号化されていない前記データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、
    前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成し、生成された前記モード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモード合波器と、
    を備え、
    前記光受信装置は、
    前記光送信装置から伝送された前記モード分割多重化光信号を異なるモード光へ分波するモード分波器と、
    複数の異なるモード光それぞれを電気信号に変換する光電変換部と、
    複数の前記電気信号それぞれを前記符号化データ及び符号化されていない前記データのいずれかに変換するアナログ・デジタル変換部と、
    変換された前記符号化データ及び変換された符号化されていない前記データに対してＭＩＭＯ等化処理を行うＭＩＭＯ等化処理部と、
    を備え、
    前記符号化部は、直交変換により前記所定の符号化を行う光伝送システム。
  3. 光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムであって、
    前記光送信装置は、
    複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、
    複数の前記データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、
    生成された前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成するモード合波器と、
    生成された前記モード分割多重化光信号に対してモードミキシングを行って、前記モード分割多重化光信号に対して所定の符号化の効果を実効的に付加し、モードミキシング後のモード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモードミキシング部と、
    を備え、
    前記光受信装置は、
    前記光送信装置から伝送された前記モードミキシング後のモード分割多重化光信号を異なるモード光へ分波するモード分波器と、
    複数の異なるモード光それぞれを電気信号に変換する光電変換部と、
    複数の前記電気信号それぞれを前記データに変換するアナログ・デジタル変換部と、
    変換された前記データに対してＭＩＭＯ等化処理を行うＭＩＭＯ等化処理部と、
    を備える光伝送システム。
  4. 前記モードミキシング部は、前記モード分割多重化光信号に対して直交変換による所定の符号化の効果を実効的に付加する請求項３に記載の光伝送システム。
  5. 光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムにおける前記光送信装置であって、
    複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、
    変換後の複数の前記データそれぞれに対して所定の符号化を行うことによって複数の符号化データを生成する符号化部と、
    前記複数の符号化データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、
    前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成し、生成された前記モード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモード合波器と、
    を備え、
    前記符号化部は、直交変換により前記所定の符号化を行う光送信装置。
  6. 光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムにおける前記光送信装置であって、
    複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、
    変換後の複数の前記データのうち一部のデータに対して所定の符号化を行うことによって符号化データを生成する符号化部と、
    前記符号化データ及び符号化されていない前記データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、
    前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成し、生成された前記モード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモード合波器と、
    を備え、
    前記符号化部は、直交変換により前記所定の符号化を行う光送信装置。
  7. 光送信装置と光受信装置とを備える光伝送システムにおける前記光送信装置であって、
    複数のバイナリデータ系列それぞれを所定の信号形式のデータに変換する変換部と、複数の前記データそれぞれを光信号に変換することによって複数の光信号を生成する光信号生成部と、
    生成された前記複数の光信号それぞれを異なるモードに変換し、モード分割多重することによってモード分割多重化光信号を生成するモード合波器と、
    生成された前記モード分割多重化光信号に対してモードミキシングを行って、前記モード分割多重化光信号に対して所定の符号化の効果を実効的に付加し、モードミキシング後のモード分割多重化光信号を前記光受信装置に伝送するモードミキシング部と、
    を備える光送信装置。
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