WO2020031554A1 - 通信システム、光送信装置及び光受信装置 - Google Patents

通信システム、光送信装置及び光受信装置 Download PDF

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WO2020031554A1
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optical
signal
band
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optical signal
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聖司 岡本
福太郎 濱岡
政則 中村
木坂　由明
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日本電信電話株式会社
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    • H04L27/38—Demodulator circuits; Receiver circuits

Definitions

  • the present invention relates to a communication system, an optical transmitter, and an optical receiver.
  • the band of an optical signal (hereinafter, referred to as a “signal band”) is a band through which each device such as an optical transmitter, an optical receiver, and a transmission path transmits an optical signal (hereinafter, “device band”). ). Therefore, the signal band may be narrowed according to the device band. Due to the narrowing of the signal band, the transmission characteristics of the optical signal deteriorate. In order to prevent the narrowing of the signal band, the communication system needs to adjust the modulation speed of the optical signal so that the signal band is narrower than the device band (see Non-Patent Document 1).
  • the communication system can improve the frequency use efficiency by increasing the multi-level of the symbol of the optical signal according to the device band.
  • the communication system since the multi-level of a symbol is a discrete value, the communication system may not always be able to increase the transmission capacity of an optical signal even if the multi-level is increased.
  • the conventional communication system has a problem that the transmission characteristics of the optical signal cannot be improved.
  • an object of the present invention is to provide a communication system, an optical transmitting device, and an optical receiving device capable of improving the transmission characteristics of an optical signal.
  • One embodiment of the present invention is a communication system including an optical transmitting device, an optical receiving device, and a transmission path of an optical signal, wherein the optical transmitting device uses information representing a distribution of appearance probabilities of symbols of an optical signal.
  • a first storage unit that stores certain amplitude distribution information in association with the modulation speed of the optical signal, a signal band that is a band determined by the modulation speed, and the optical transmission device, the optical reception device, and the transmission line
  • a control unit that selects the modulation speed based on a device band that is a band through which the signal passes, and controls an appearance probability of a symbol of an optical signal based on the amplitude distribution information associated with the selected modulation speed.
  • An optical transmitter that transmits an optical signal of the symbol whose appearance probability is controlled, wherein the optical receiving device receives an optical signal of the symbol whose appearance probability is controlled, and For modulation speed
  • a second storage unit that additionally stores the amplitude distribution information, detects the selected modulation speed, and detects the received optical signal based on the amplitude distribution information associated with the detected modulation speed.
  • control unit adjusts the modulation rate such that the signal band matches the device band or the signal band is narrower than the device band. select.
  • One aspect of the present invention is the communication system described above, wherein the control unit is transmitted such that a distribution of symbol appearance probabilities in the constellation map is a distribution of symbol appearance probabilities in the amplitude distribution information. It controls the appearance probability of the symbol of the optical signal.
  • One embodiment of the present invention is the above communication system, wherein the distribution of the symbol appearance probabilities is a Maxwell-Boltzmann distribution.
  • control unit is based on the information on the device band and the information on the signal band fed back from the optical receiving device to the optical transmitting device, Select the modulation speed.
  • One embodiment of the present invention is the optical transmission device in a communication system including an optical transmission device, an optical reception device, and a transmission path of an optical signal, wherein the information represents a distribution of occurrence probabilities of symbols of the optical signal.
  • a storage unit that stores the amplitude distribution information in association with the modulation speed of the optical signal, a signal band that is a band determined by the modulation speed, and a band through which the own device, the optical receiving device, and the transmission line pass the optical signal.
  • a control unit that selects the modulation speed based on a certain device band, and controls a probability of appearance of a symbol of an optical signal based on the amplitude distribution information associated with the selected modulation speed; and And an optical transmitter that transmits an optical signal of a controlled symbol.
  • control unit is configured to control the modulation rate so that the signal band matches the device band or the signal band is narrower than the device band.
  • One aspect of the present invention is the optical receiving device in a communication system including an optical transmitting device, an optical receiving device, and a transmission path for an optical signal, the optical receiving device receiving an optical signal of a symbol whose appearance probability is controlled.
  • a receiver a storage unit that stores amplitude distribution information that is information representing the distribution of the appearance probabilities of the symbols of the optical signal in association with the modulation speed of the optical signal, and the modulation speed selected by the optical transmission device.
  • a decoding unit configured to detect and decode a symbol of the received optical signal based on the amplitude distribution information associated with the detected modulation rate.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a communication system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical transmission device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of mapping of 64QAM symbols in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between a band limit amount and a Q limit margin in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a relationship between an optical signal-to-noise ratio and a Q limit in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a relationship between a band and an amplitude in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical receiving device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a 64QAM non-uniform modulation encoding unit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a lower bit selection unit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an equivalent configuration of a 64QAM nonuniform modulation encoding unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration of a generalized nonuniform modulation encoding unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration of a 64QAM non-uniform modulation decoding unit in the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a configuration of a communication system according to a second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of the communication system 1.
  • the communication system 1 includes an optical transmitting device 2 and an optical receiving device 3.
  • the communication system 1 includes an optical fiber 4 and an amplifier 5 as a transmission path.
  • the optical transmitting device 2 and the optical receiving device 3 communicate with each other by an optical signal via a transmission path.
  • the optical transmitter 2 and the optical receiver 3 may store the software program in a non-volatile storage device (non-temporary recording medium) such as a flash memory. At least some of the functions of the optical transmitting device 2 and the optical receiving device 3 may be realized by a software program.
  • the optical transmission device 2 includes a transmission device interface 20, a transmission processing unit 21, a driver 22, and an optical transmitter 23.
  • the transmission device interface 20 acquires a bit sequence from a client device (not shown).
  • the transmission processing unit 21 encodes the obtained bit sequence.
  • the driver 22 drives the optical transmitter 23 according to the encoded bit sequence.
  • the optical transmitter 23 generates an optical signal according to the drive by the driver 22.
  • the optical transmitter 23 transmits the generated optical signal to the optical receiving device 3 via a transmission path.
  • the optical receiver 3 includes an optical receiver 30, an amplifier 31, a reception processing unit 32, and a receiver interface 33.
  • the optical receiver 30 receives an optical signal from the optical transmitting device 2.
  • the amplifier 31 converts the received optical signal into an analog reception signal.
  • the reception processing unit 32 converts an analog reception signal into a digital reception signal.
  • the reception processing unit 32 decodes a bit sequence based on a digital reception signal.
  • the receiving device interface 33 transmits the decoded bit sequence to a predetermined client device (not shown).
  • the optical fiber 4 transmits an optical signal.
  • the amplifier 5 amplifies the intensity of the transmitted optical signal in the transmission path.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the optical transmission device 2.
  • the transmission processing unit 21 includes a framer 210, a storage unit 211, a non-uniform modulation encoding unit 212, an error correction encoding unit 213, a modulation unit 214, and a digital / analog conversion unit 215.
  • the framer 210 acquires the bit sequence from the transmission device interface 20.
  • the framer 210 converts the acquired bit sequence into a bit sequence in a predetermined format (frame).
  • the storage unit 211 stores information (hereinafter, referred to as “amplitude distribution information”) representing the distribution of the occurrence probabilities of the symbols (amplitude sequences) of the optical signal in the constellation map for each modulation speed of the optical signal.
  • amplitude distribution information representing the distribution of the occurrence probabilities of the symbols (amplitude sequences) of the optical signal in the constellation map for each modulation speed of the optical signal.
  • the distribution of the appearance probabilities of the symbols (amplitude sequences) of the optical signal (hereinafter referred to as “distribution of amplitude sequences”) is not limited to a distribution having a specific distribution shape, but is, for example, a Maxwell-Boltzmann distribution.
  • the device band is determined according to the sum of the pass bands of the devices such as the optical transmitter 2, the optical receiver 3, and the transmission path.
  • the device band may be determined by an external device based on a simulation of a characteristic model of the device band, or may be determined by an external device based on a measured value of the device band.
  • the non-uniform modulation coding unit 212 determines the distribution of the amplitude sequence in advance according to the modulation speed of the optical signal so that the signal band matches the device band or the signal band becomes narrower than the device band.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 changes the distribution of the amplitude sequence into, for example, a Maxwell-Boltzmann distribution.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 records, in the storage unit 211, amplitude distribution information indicating a distribution of a predetermined amplitude sequence for each optical signal modulation speed.
  • the nonuniform modulation / encoding unit 212 selects the modulation speed of the optical signal so that the signal band is narrower than the device band. Thereby, the non-uniform modulation encoding unit 212 can prevent the signal band from being narrowed.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 may select the modulation speed of the optical signal so that the signal band matches the device band. Thereby, the nonuniform modulation encoding unit 212 can improve the transmission characteristics of the optical signal.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 acquires from the storage unit 211 the amplitude distribution information associated with the selected modulation speed.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 obtains a bit sequence in a predetermined format from the framer 210.
  • the non-uniform modulation coding unit 212 codes the obtained bit sequence by a non-uniform modulation technique based on the obtained amplitude distribution information.
  • the throughput of the bit sequence encoded by the non-uniform modulation encoding unit 212 is higher than the throughput of the bit sequence acquired by the framer 210 from the transmission device interface 20.
  • Non-uniform modulation encoding section 212 outputs the encoded bit sequence to error correction encoding section 213.
  • the error correction encoding unit 213 corrects an error that has occurred in the encoded bit sequence.
  • Modulating section 214 performs a modulation process on the bit sequence in which the error has been corrected.
  • the digital-to-analog conversion unit 215-1 converts the XI signal, which is an in-phase signal of the first polarization component X, from the first polarization component X and the second polarization component Y orthogonal to each other, to the modulation unit 214. To get from.
  • the digital / analog converter 215-1 converts the digital XI signal into an analog XI signal, and outputs the analog XI signal to the driver 22.
  • the digital-to-analog converter 215-2 acquires the XQ signal, which is the quadrature signal of the first polarization component X, from the modulator 214.
  • the digital / analog conversion unit 215-2 converts the XQ signal of the digital signal into the XQ signal of the analog signal, and outputs the XQ signal of the analog signal to the driver 22.
  • the digital-to-analog conversion unit 215-3 acquires the YI signal, which is the in-phase signal of the second polarization component Y, from the modulation unit 214.
  • the digital / analog conversion unit 215-3 converts the digital signal YI signal into an analog signal YI signal, and outputs the analog signal YI signal to the driver 22.
  • the digital-to-analog converter 215-4 acquires the YQ signal, which is the quadrature signal of the second polarization component Y, from the modulator 214.
  • the digital / analog conversion unit 215-4 converts the YQ signal of the digital signal into a YQ signal of the analog signal, and outputs the YQ signal of the analog signal to the driver 22.
  • the driver 22 includes modulator drivers 220-1 to 220-4.
  • the modulator drivers 220-1 to 220-4 drive the polarization modulator of the optical transmitter 23.
  • the modulator driver 220-1 outputs the analog signal XI signal to the optical transmitter 23.
  • the modulator driver 220-2 outputs the analog signal XQ signal to the optical transmitter 23.
  • the modulator driver 220-3 outputs the YI signal of the analog signal to the optical transmitter 23.
  • the modulator driver 220-4 outputs the analog signal YQ signal to the optical transmitter 23.
  • the optical transmitter 23 includes a signal light source 230, a polarization modulator 231, and a polarization beam combiner 232 (PBC: Polarization Beam Combiner).
  • the signal light source 230 is a laser diode (Laser @ Diode) that outputs a laser beam.
  • the signal light source 230 outputs the laser light to the polarization modulators 231-1 and 231-2.
  • the polarization modulator 231-1 generates an optical signal of the first polarization component X by modulating the laser light according to the XI signal and the XQ signal.
  • the polarization modulator 231-1 outputs the generated optical signal of the first polarization component X to the polarization beam combiner 232.
  • the polarization modulator 231-2 generates an optical signal of the second polarization component Y by modulating the laser light according to the YI signal and the YQ signal.
  • the polarization modulator 231-2 outputs the generated optical signal of the second polarization component Y to the polarization beam combiner 232.
  • the polarization beam combiner 232 combines the optical signal of the first polarization component Y and the optical signal of the second polarization component Y.
  • the polarization beam combiner 232 transmits the multiplexed optical signal to the optical receiver 3 via a transmission path.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 performs a modulation process (non-uniform modulation process) for making the distribution of the amplitude sequence non-uniform on the bit sequence.
  • Non-uniform modulation encoding section 212 encodes the bit sequence that has been subjected to the non-uniform modulation processing.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 outputs the symbol in which the distribution of the appearance probabilities is non-uniform to the error correction encoding unit 213 as a bit sequence encoding result.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of symbol mapping (constellation map) of 64QAM (Quadrature ⁇ Amplitude ⁇ Modulation).
  • the bit length of the code of the 64QAM symbol is 6 bits.
  • the bit group that affects the position in the I-axis direction in the constellation map is the upper three bits in the symbol code.
  • the bit group that affects the position in the Q-axis direction in the constellation map is the lower three bits in the symbol code.
  • the error rate differs according to the bit position in the symbol code.
  • a bit group that affects the position of the constellation map in the axial direction is represented by a bit group composed of (log 2 N) bits for each axis.
  • the code of the symbol is allocated line-symmetrically with respect to the I axis or the Q axis according to the value of the first bit. That is, the symbols are arranged collectively on the positive or negative value side of the I axis or the Q axis according to the value of the first bit.
  • the first bit which affects the position in the I-axis direction includes (0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1) from the negative value side to the positive value side of the I axis. Is assigned.
  • symbols in which the value of the first bit affecting the position in the Q-axis direction is 0 are arranged collectively on the positive value side of the Q-axis.
  • the first bit affecting the position in the Q-axis direction includes (1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0) from the negative value side to the positive value side of the Q axis. Is assigned.
  • the group of 1s of the first bit is not divided into the positive value side and the negative value side of the axis, but is grouped on the positive value side or the negative value side of the axis.
  • the group of 0s of the first bit is not divided into the positive side and the negative side of the axis, but is grouped on the positive side or the negative side of the axis.
  • the second bit affecting the position in the I-axis direction includes (0,0,1,1,0,0,1,1) from the negative value side to the positive value side of the I-axis. Is assigned.
  • the second bit affecting the position in the Q-axis direction is assigned (1,1,0,0,1,1,0,0) from the negative value side to the positive value side of the Q axis. I have.
  • the group of 1s of the second bit is divided into the positive value side and the negative value side of the axis.
  • the group of 0s of the second bit is divided into the positive side and the negative side of the axis.
  • the third bit affecting the position in the I-axis direction includes (0,1,1,0,0,1,1,0) from the negative value side to the positive value side of the I-axis. Is assigned.
  • the (0,1,1,0,0,1,1,0) is assigned to the third bit which affects the position in the Q-axis direction from the negative side to the positive side of the Q-axis. I have.
  • the symbol position is a positive value or a negative value on the I axis.
  • whether the position of the symbol is a positive value or a negative value on the Q axis is determined according to the value of the first bit in the lower bit group of the code of the symbol.
  • the position of the symbol in the constellation map is greatly different depending on the value of the higher bit in the upper or lower bit group of the symbol code.
  • a symbol of a code that differs only in the value of the third bit in the upper bit group of the symbol code is adjacent in the constellation map.
  • a symbol of a code that differs only in the value of the third bit in the lower bit group of the symbol code is adjacent in the constellation map.
  • the position of the symbol in the constellation map is significantly different depending on the value of the lower bit in the upper or lower bit group of the symbol code. There is no.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 can increase the frequency use efficiency by increasing the multi-level of the symbol of the optical signal.
  • the higher the frequency utilization efficiency the narrower the signal band. Since the high frequency use efficiency is realized by using a high-level modulation signal, when the frequency use efficiency is high, the symbol interval on the constellation is short. Shorter symbol intervals reduce noise immunity and make long-distance transmission difficult. Therefore, the higher the frequency utilization efficiency, the more the transmission characteristics deteriorate.
  • the nonuniform modulation / encoding unit 212 increases the frequency use efficiency based on Equation (1). Even if the narrowing of the signal band is small because the device band is wide, if the frequency use efficiency is higher than necessary, the transmission characteristics deteriorate.
  • the nonuniform modulation encoding unit 212 selects the modulation speed of the optical signal according to the device band.
  • the signal band is determined according to the modulation speed of the optical signal.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 appropriately selects the frequency use efficiency according to the signal band determined by the selected modulation speed. Thereby, the nonuniform modulation encoding unit 212 can improve the transmission characteristics of the optical signal.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 selects an amplitude sequence distribution according to the selected modulation speed.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 controls the distribution (distribution shape) of the appearance probabilities of each symbol in the constellation map based on the distribution of the selected amplitude sequence.
  • the signal band is uniquely determined according to the distribution of the amplitude sequence selected by the non-uniform modulation encoding unit 212. Note that a distribution of a plurality of types of shapes may exist as a distribution of an amplitude sequence that realizes the same signal band.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a relationship between an optical signal-to-noise ratio (Optical Signal-to-Noise Ratio) and a Q limit.
  • the Q limit is an error correction limit of the Q value.
  • the Q limit margin is the difference between the Q limit and the Q value at a predetermined optical signal to noise ratio.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the band limit amount (device band) and the Q limit margin.
  • the horizontal axis indicates the band limitation [Hz].
  • the vertical axis indicates the Q limit margin [dB].
  • the Q limit margin [dB] decreases in the order from the mark 100 to the mark 170.
  • the band limiting amount [Hz] increases in the order from the mark 100 to the mark 170. That is, the device band becomes narrower in the order from the mark 100 to the mark 170.
  • Each mark from the mark 100 to the mark 120 indicates a point defined on the curve of the band limit and Q limit margin at a modulation speed of 64 GBd.
  • Each mark from the mark 120 to the mark 140 indicates each point defined on the curve of the band limitation amount / Q limit margin at the modulation speed of 56 GBd.
  • the mark 120 indicates the intersection of the curve of the band limit and Q limit margin where the modulation speed is 64 GBd and the curve of the band limit and Q limit margin where the modulation speed is 56 GBd.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 switches the modulation speed of the mark 120 to 64 GBd or 56 GBd so as to increase the Q limit margin.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 may switch the modulation method (the multi-level of the symbol of the optical signal) so as to increase the Q limit margin.
  • Each mark from the mark 140 to the mark 160 indicates a point defined on the curve of the band limit and Q limit margin at a modulation speed of 48 GBd. Therefore, the mark 140 indicates the intersection between the curve of the band limit and the Q limit margin where the modulation speed is 56 GBd and the curve of the band limit and the Q limit margin where the modulation speed is 48 GBd.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 switches the modulation speed of the mark 140 to 56 GBd or 48 GBd so as to increase the Q limit margin.
  • Each mark from the mark 160 to the mark 170 indicates each point defined on the band limit / Q limit margin curve at a modulation speed of 32 GBd. Accordingly, the mark 160 indicates the intersection of the curve of the band limit and Q limit margin where the modulation speed is 48 GBd and the curve of the band limit and Q limit margin where the modulation speed is 32 GBd. In FIG. 5, the non-uniform modulation encoding unit 212 switches the modulation speed of the mark 160 to 48 GBd or 32 GBd so as to increase the Q limit margin.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the band and the amplitude.
  • the horizontal axis of each graph indicates a band.
  • the vertical axis of each graph indicates the amplitude.
  • the predetermined band “A” indicates a signal band when the modulation speed is 64 GBd.
  • the predetermined band “B” is a band narrower than the band “A”, and indicates a signal band when the modulation speed is 56 GBd.
  • the nonuniform modulation / encoding unit 212 adjusts the modulation speed of the optical signal so that the signal band is narrower than the device band.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 may adjust the modulation speed of the optical signal so that the signal band matches the device band. As a result, the non-uniform modulation encoding unit 212 can suppress deterioration of transmission characteristics.
  • the first graph from the top shows the relationship between the device band and the amplitude of the optical signal (device band curve) when the band limit amount and the Q limit margin have the relationship shown by the mark 100 in FIG. 101) and a graph showing a relationship between the signal band and the amplitude of the optical signal (signal band curve 102).
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 sets the signal band to, for example, band “A” so that the signal band matches the device band.
  • the second graph from the top shows the relationship between the device band and the amplitude of the optical signal (device band curve) when the band limit amount and the Q limit margin have the relationship shown by the mark 110 in FIG. 111) and a relationship between the signal band and the amplitude of the optical signal (signal band curve 112).
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 sets the signal band to, for example, band “A” so that the signal band matches the device band.
  • the third graph from the top shows the relationship between the device band and the amplitude of the optical signal (device band curve) when the band limit amount and the Q limit margin have the relationship shown by the mark 120 in FIG. 121) is a graph showing a relationship between the signal band and the amplitude of the optical signal (signal band curve 122).
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 sets the signal band to, for example, band “A” so that the signal band matches the device band.
  • the signal band (signal band curve 122) and the device band (device band curve 121) do not always completely match. This is because the signal distortion of the optical signal is compensated by the adaptive filter or the like, so that even if the signal band slightly exceeds the device band, the signal distortion of the optical signal is compensated. Therefore, when the signal band exceeds the device band by a predetermined frequency, the non-uniform modulation coding unit 212 may switch the modulation speed to 64 GBd or 56 GBd.
  • the signal band indicating the timing at which the modulation rate is changed by the modulation encoding unit 212 is determined by previously evaluating a simulation result or an actual measurement value of the transmission characteristics of the optical signal in the communication system 1.
  • the fourth graph from the top shows the relationship between the device band and the amplitude of the device band (device band curve) when the band limit amount and the Q limit margin have the relationship shown by the mark 130 in FIG. 131) and the relationship between the signal band and the amplitude of the signal band (signal band curve 132).
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 sets the signal band to, for example, band “B” so that the signal band matches the device band.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a configuration of the optical receiving device 3.
  • the optical receiver 30 includes a local light source 300 (Local Oscillator), a 90 ° optical hybrid 301 (90 ° Optical Hybrid), and balanced photodetectors 302-1 to 302-4.
  • the local light source 300 outputs laser light as local light to the 90-degree optical hybrid 301.
  • the 90-degree optical hybrid 301 is a functional unit that detects an in-phase signal and a quadrature-phase signal by mixing a received optical signal and local light.
  • the 90-degree optical hybrid 301 includes a polarizing beam splitter 303.
  • the polarization beam splitter 303 separates the polarization component of the light output from the local light source 300.
  • the ⁇ balance photodetector 302 detects interference light in the light output from the 90-degree optical hybrid 301 for each polarization component.
  • the balanced photodetector 302-1 outputs a current signal representing an XI signal in the interference light to the amplifier 31.
  • the balanced photodetector 302-2 outputs a current signal representing the XQ signal in the interference light to the amplifier 31.
  • the balanced photodetector 302-3 outputs a current signal representing the YI signal in the interference light to the amplifier 31.
  • the balanced photodetector 302-4 outputs a current signal representing the YQ signal in the interference light to the amplifier 31.
  • the amplifier 31 includes trans-impedance amplifiers 310-1 to 310-4.
  • the trans-impedance amplifier 310-1 outputs an XI signal of an analog signal (voltage signal) to the reception processing unit 32 by performing impedance conversion on a current signal representing the XI signal.
  • the trans-impedance amplifier 310-2 similarly outputs an analog signal (voltage signal) XQ signal to the reception processing unit 32.
  • the trans-impedance amplifier 310-3 similarly outputs a YI signal of an analog signal (voltage signal) to the reception processing unit 32.
  • the trans-impedance amplifier 310-4 similarly outputs the analog signal (voltage signal) YQ signal to the reception processing unit 32.
  • the reception processing unit 32 includes an analog / digital conversion unit 320-1 to 320-4, a demodulation unit 321, an error correction decoding unit 322, a storage unit 323, a non-uniform modulation decoding unit 324, and a framer 325.
  • the analog / digital converter 320-1 converts the analog signal XI signal into a digital signal XI signal.
  • the analog / digital converter 320-2 converts the analog signal XQ signal into a digital signal XQ signal.
  • the analog-to-digital converter 320-3 converts the analog signal YI signal into a digital signal YI signal.
  • the analog / digital converter 320-4 converts the analog YQ signal into a digital YQ signal.
  • the demodulation unit 321 performs a demodulation process on digital signals XI, XQ, YI, and YQ.
  • Error correction decoding section 322 corrects an error occurring in the demodulated bit sequence.
  • the storage unit 323 stores the amplitude distribution information for each modulation speed of the optical signal.
  • the storage unit 323 stores the same amplitude distribution information as the amplitude distribution information stored in the storage unit 211 of the optical transmission device 2.
  • the non-uniform modulation decoding unit 324 records the same amplitude distribution information as the amplitude distribution information stored in the storage unit 211 in the storage unit 323.
  • the non-uniform modulation decoding unit 324 acquires the amplitude distribution information recorded in the storage unit 323 from, for example, an external device.
  • the nonuniform modulation decoding unit 324 estimates the modulation speed of the optical signal adjusted by the nonuniform modulation coding unit 212 so that the signal band is narrower than the device band.
  • the non-uniform modulation decoding unit 324 may estimate the modulation speed of the optical signal adjusted by the non-uniform modulation encoding unit 212 such that the signal band matches the device band.
  • the non-uniform modulation decoding unit 324 acquires the amplitude distribution information associated with the estimated modulation speed from the storage unit 323.
  • the non-uniform modulation decoding unit 324 performs a decoding process, which is a process reverse to the coding process of the non-uniform modulation coding unit 212, based on the acquired amplitude distribution information. That is, the non-uniform modulation decoding unit 324 decodes the bit sequence by performing inverse processing (non-uniform demodulation) of the non-uniform modulation based on the amplitude distribution information on the error corrected bit sequence. I do.
  • the framer 325 converts the decoded bit sequence into a bit sequence in a predetermined format (frame).
  • the framer 325 outputs a bit sequence in a predetermined format to the receiving device interface 33.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the configuration of the non-uniform modulation encoding unit 212 of 64QAM.
  • the 64QAM non-uniform modulation encoding unit 212 includes a serial / parallel conversion unit 40, a candidate selection unit 41, a multiplication unit 42, and a signal line 500.
  • the candidate selection unit 41 includes a conversion unit 410, a conversion unit 411, and a conversion unit 412.
  • the multiplier 42 includes a bit / symbol converter 43.
  • the signal line 500 outputs the SSB bit sequence after the entropy conversion by the conversion unit 410 to the low-order bit selection unit 413 from the conversion unit 410.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of the lower bit selection unit 413.
  • the lower bit selection unit 413 includes a buffer 416, a buffer 417, and a switching unit 418.
  • the buffer 416 stores the first bit sequence of the LSB.
  • the buffer 417 stores the second bit sequence of the LSB.
  • the buffers 416 and 417 have queues and output stored bits in FIFO (First @ In, First @ Out).
  • the lower bit selection unit 413 acquires the upper bits from the conversion unit 410 via the signal line 500.
  • the lower bit selecting unit 413 determines a bit from among the bits of the first sequence of the LSB stored in the buffer 416 and the bits of the second sequence of the LSB stored in the buffer 417 according to the acquired upper bits. Select The lower bit selector 413 outputs the selected bit to the bit / symbol converter 43 as an LSB output.
  • the lower bit selection unit 413 when the lower bit selection unit 413 obtains, from the conversion unit 410, a bit that is 0 in the bit sequence of the SSB after the entropy conversion, the lower bit selection unit 413 converts the bits of the first sequence of the LSB stored in the buffer 416 into the LSB output Is output to the bit / symbol converter 43.
  • the lower-bit selecting unit 413 when the lower-bit selecting unit 413 acquires a bit that is 1 in the bit sequence of the SSB after the entropy conversion from the converting unit 410, the lower-bit selecting unit 413 converts the bit of the second sequence of the LSB stored in the buffer 417 into the output of the LSB. Is output to the bit / symbol converter 43.
  • the bit / symbol converter 43 converts the MSB, SSB, and LSB bit sequences input to the bit / symbol converter 43 into symbols on the I-axis (In-phase) or the Q-axis (quadrature-phase). That is, the bit / symbol converter 43 performs symbol mapping on the I axis or the Q axis.
  • the bit / symbol converter 43 outputs the result of converting the bit sequence to a symbol to the error correction encoder 213 as a value (code) representing the symbol of the transmitted optical signal.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of an equivalent configuration of the 64QAM non-uniform modulation encoding unit 212 shown in FIG.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 includes a serial / parallel conversion unit 40, a candidate selection unit 41, and a multiplication unit 42.
  • Candidate selection section 41 is configured based on a predetermined symbol candidate in accordance with the bit sequence output from conversion section 410, the bit sequence output from conversion section 411, and the bit sequence output from conversion section 412. Generate a symbol sequence.
  • the candidate selection unit 41 includes a conversion unit 410, a conversion unit 411, a conversion unit 412, and a signal line 500.
  • the candidate selection unit 41 includes a storage unit 600.
  • the candidate selection unit 41 includes a switching unit 414, a switching unit 415, a buffer 416, a buffer 417, and a switching unit 418.
  • the buffer 416, the buffer 417, and the switching unit 418 have a configuration equivalent to the lower bit selection unit 413 shown in FIG.
  • the conversion unit 410, the conversion unit 411, and the conversion unit 412 have a configuration equivalent to the conversion unit illustrated in FIG.
  • the candidate selection unit 41 includes (2 n -1) conversion units and (2 n -1) switching units. .
  • the storage unit 600 stores in advance symbol candidates (Sa, Sb, Sc, Sd).
  • the serial / parallel conversion unit 40 outputs the most significant bit sequence of the first sequence length in the bit sequence input to the serial / parallel conversion unit 40 to the multiplication unit 42 as an MSB bit sequence for each bit.
  • the conversion unit 410 outputs the bit sequence of the SSB after the entropy conversion in which the appearance probability of 0 or the appearance probability of 1 is adjusted to the switching unit 418 via the signal line 500 for each bit.
  • the conversion unit 411 outputs, to the switching unit 414, the first bit sequence of the LSB after the entropy conversion in which the appearance probability of 0 or the appearance probability of 1 is adjusted, for each bit.
  • the conversion unit 412 outputs, to the switching unit 415, the second bit sequence of the LSB after the entropy conversion in which the appearance probability of 0 or the appearance probability of 1 has been adjusted, for each bit.
  • the switching unit 414 acquires, from the conversion unit 411, the first bit sequence of the LSB after the entropy conversion in which the appearance probability of 0 or the appearance probability of 1 has been adjusted.
  • the switching unit 414 outputs the symbol Sa, which is one of the symbol candidates of the optical signal to be transmitted, to the buffer 416.
  • the switching unit 414 outputs the symbol Sb, which is one of the symbol candidates of the optical signal to be transmitted, to the buffer 416.
  • the switching unit 415 acquires, from the conversion unit 412, the LSB second bit sequence after the entropy conversion in which the appearance probability of 0 or the appearance probability of 1 is adjusted.
  • the switching unit 415 outputs the symbol Sc, which is one of the symbol candidates of the optical signal to be transmitted, to the buffer 417.
  • the switching unit 415 outputs the symbol Sd, which is one of the symbol candidates of the optical signal to be transmitted, to the buffer 417.
  • the buffers 416 and 417 are volatile recording media such as RAM (Random Access Memory).
  • the buffers 416 and 417 may be non-volatile storage devices (non-temporary recording media) such as a flash memory.
  • the buffer 416 temporarily stores the symbol Sa or the symbol Sb output from the switching unit 414.
  • the buffer 417 temporarily stores the symbol Sc or the symbol Sd output from the switching unit 415.
  • Each of the buffers 416 and 417 has a queue and outputs a symbol sequence in FIFO (First @ In, First @ Out).
  • the switching unit 418 acquires the entropy-converted SSB bit sequence in which the appearance probability of 0 or the appearance probability of 1 has been adjusted from the conversion unit 410 for each bit.
  • the switching unit 418 outputs the symbol Sa or the symbol Sb stored in the buffer 416 to the multiplying unit 42.
  • the switching unit 418 outputs the symbol Sc or the symbol Sd stored in the buffer 417 to the multiplication unit 42.
  • the multiplication unit 42 acquires the MSB bit sequence from the serial / parallel conversion unit 40 for each bit.
  • the multiplication unit 42 acquires one symbol selected from the symbol candidates (symbol Sa, symbol Sb, symbol Sc, and symbol Sd) from the switching unit 418 for each bit in the SSB bit sequence after the entropy conversion. I do.
  • the multiplication unit 42 multiplies the obtained symbol code (value representing the symbol) by a real number according to the bit in the MSB bit sequence. For example, when the bit in the MSB bit sequence is 0, the multiplication unit 42 multiplies the code of the acquired symbol by (+1). For example, when the bit in the MSB bit sequence is 1, the multiplication unit 42 multiplies the acquired symbol code by ( ⁇ 1). The multiplication unit 42 outputs the result of multiplying the symbol code by a real number to the error correction encoding unit 213.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the configuration of the generalized nonuniform modulation / encoding unit 212.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 includes a serial / parallel conversion unit 40, a candidate selection unit 41, and a multiplication unit 42.
  • the candidate selection unit 41 includes conversion units in multiple stages.
  • the candidate selection unit 41 includes a conversion unit 410, a conversion unit 411, a conversion unit 412, a conversion unit 419, a conversion unit 420, a buffer 423, a buffer 424, and a plurality of signal lines 500 or the like. And a signal line.
  • the serial / parallel conversion unit 40 converts the bit sequence input to the serial / parallel conversion unit 40 from the most significant sequence group and the first sequence group to the (log 2 (k) ) Divide into each bit sequence up to the sequence group.
  • the sequence length of the bit sequence input to the serial / parallel conversion unit 40 is the sequence length of the bit sequence of the most significant sequence group and the sequence of each bit sequence from the first sequence group to the (log 2 (k)) sequence group. Equal to the sum of the length.
  • the number of conversion units from the first sequence group to the (log 2 (k)) sequence group is (2 (log (k)) ⁇ 1).
  • the serial / parallel converter 40 outputs the most significant bit sequence having the first sequence length in the bit sequence input to the serial / parallel converter 40 to the multiplier 42 as a bit sequence of the most significant sequence group.
  • the serial / parallel conversion unit 40 outputs the second highest bit sequence of the second sequence length in the bit sequence input to the serial / parallel conversion unit 40 to the conversion unit 410 as a first sequence group bit sequence.
  • the serial / parallel conversion unit 40 outputs the upper third bit sequence of the third sequence length in the bit sequence input to the serial / parallel conversion unit 40 to the conversion unit 411 as the first bit sequence of the second sequence group. .
  • the serial / parallel conversion unit 40 outputs the fourth highest bit sequence of the fourth sequence length in the bit sequence input to the serial / parallel conversion unit 40 to the conversion unit 412 as the second bit sequence of the second sequence group. .
  • the serial / parallel conversion unit 40 converts the bit sequence input to the serial / parallel conversion unit 40 into each of a top sequence group and a first sequence group to a (log 2 (k)) sequence group. Divide into bit series.
  • the conversion unit 419 is an entropy conversion circuit that converts the bit sequence input to the conversion unit 419 into a bit sequence in which the appearance probability of 0 or 1 is a predetermined occurrence probability.
  • the conversion unit 419 performs entropy conversion of changing the appearance probability of 0 or the appearance probability of 1 for the first bit sequence of the (log 2 (k)) sequence group input to the conversion unit 419.
  • the conversion unit 419 outputs the first bit sequence of the (log 2 (k)) sequence group after the entropy conversion to the switching unit 421.
  • the conversion unit 420 is an entropy conversion circuit that converts the bit sequence input to the conversion unit 420 into a bit sequence whose occurrence probability of 0 or 1 is a predetermined occurrence probability.
  • the conversion unit 420 performs an entropy conversion of changing the appearance probability of 0 or the appearance probability of 1 for the (k / 2) th bit of the (log 2 (k)) sequence group input to the conversion unit 420.
  • the conversion unit 419 outputs the (k / 2) th bit sequence of the (log 2 (k)) sequence group after the entropy conversion to the switching unit 421.
  • the switching unit 421 acquires the first bit sequence of the (log 2 (k)) sequence group after entropy conversion in which the appearance probability of 0 or the appearance probability of 1 has been adjusted from the conversion unit 419 for each bit.
  • the switching unit 421 converts the symbol S 1 that is one of the symbol candidates of the optical signal to be transmitted.
  • To the buffer 423 When the bit in the first bit sequence of the (log 2 (k)) sequence group after the entropy conversion is 1, the switching unit 421 converts the symbol S 2 that is one of the symbol candidates of the optical signal to be transmitted.
  • the buffer 423 has a queue, and outputs a symbol sequence by FIFO.
  • the switching unit 422 converts the (k / 2) -th bit sequence of the (log 2 (k))-th sequence group after entropy conversion in which the appearance probability of 0 or the appearance probability of 1 is adjusted from the conversion unit 420 for each bit. get.
  • the switching unit 422 is one of the symbol candidates of the optical signal to be transmitted.
  • the symbol S k-1 is output to the buffer 424.
  • the switching unit 421 is one of the symbol candidates of the optical signal to be transmitted.
  • the symbols S k are output to the buffer 424.
  • the buffer 424 has a queue and outputs a symbol sequence in FIFO.
  • the candidate selection unit 41 includes a switching unit 414, a switching unit 415, a buffer 416, a buffer 417, a switching unit 418, a switching unit 421, a switching unit 422, a buffer 423, and a buffer 424.
  • the switching unit 414, the switching unit 415, the buffer 416, the buffer 417, and the switching unit 418 have a configuration equivalent to the lower bit selection unit 413 shown in FIG.
  • the number of switching units from the first sequence group to the (log 2 (k)) sequence group is the same as the number of conversion units, and is (2 (log (k)) ⁇ 1).
  • the candidate symbols of the optical signal transmitted is the k from S 1 to S k.
  • the candidate selection unit 41 includes (2 n -1) conversion units and (2 n -1) switching units. Is provided.
  • Each conversion unit, each switching unit, and each buffer shown in FIG. 11 operate similarly to each conversion unit, each switching unit, and each buffer shown in FIG.
  • the multiplication unit 42 acquires the bit sequence of the highest-order sequence group from the serial / parallel conversion unit 40 for each bit.
  • the multiplication unit 42 acquires one symbol selected from the symbol candidates (from S 1 to S k ) from the switching unit 418 for each bit in the first sequence bit sequence after the entropy conversion.
  • the multiplication unit 42 may multiply the obtained symbol code by an arbitrary number (complex number) according to the bit sequence in the bit sequence of the highest-order sequence group. For example, when the bit sequence in the bit sequence of the highest-order sequence group is “00”, the multiplication unit 42 multiplies the code of the acquired symbol by a complex number (1 + i). For example, when the bit sequence in the bit sequence of the highest-order sequence group is “01”, the multiplication unit 42 multiplies the code of the acquired symbol by a complex number ( ⁇ 1 + i). For example, when the bit sequence in the bit sequence of the highest-order sequence group is “11”, the multiplication unit 42 multiplies the code of the acquired symbol by a complex number ( ⁇ 1 ⁇ i).
  • the multiplication unit 42 multiplies the code of the acquired symbol by a complex number (1-i).
  • the multiplication unit 42 outputs the result of multiplying the symbol code by an arbitrary number to the error correction encoding unit 213.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 is determined in advance by, for example, adjusting the number of conversion units and switching units included in the non-uniform modulation encoding unit 212 to a number that is not a “power of 2”. It is possible to cope with the case where the number of symbol candidates is not “power of 2”. In addition, the non-uniform modulation encoding unit 212 uses a part of the plurality of conversion units and switching units included in the non-uniform modulation encoding unit 212, and uses a part of the conversion units and the switching units. It is possible to cope with the case where the determined number of symbol candidates is not “power of 2”.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the configuration of the 64QAM non-uniform modulation decoding unit 324.
  • the nonuniform modulation decoding unit 324 includes a division unit 70, a generation unit 71, and a parallel / serial conversion unit 72.
  • the division unit 70 includes a symbol / bit conversion unit 73.
  • the generation unit 71 includes a conversion unit 710, a conversion unit 711, a conversion unit 712, a lower bit selection unit 713, and a signal line 800.
  • Symbol / bit converter 73 converts a value representing a symbol of the received optical signal into a bit sequence.
  • the symbol / bit conversion unit 73 outputs the SSB bit sequence converted to the bit sequence to the lower bit selection unit 713 via the signal line 800.
  • the symbol / bit conversion unit 73 outputs the SSB bit sequence before the entropy conversion by the conversion unit 710 to the lower bit selection unit 713 via the signal line 800.
  • Conversion section 710 generates an SSB bit sequence after entropy conversion by executing entropy conversion on the SSB bit sequence.
  • the sequence length of the SSB bit sequence input to conversion section 710 is equal to or longer than the second sequence length of the SSB bit sequence after entropy conversion.
  • the conversion unit 711, the conversion unit 712, and the lower bit selection unit 713 generate a first LSB bit sequence after entropy conversion and a second bit sequence of LSB after entropy conversion according to the SSB bit sequence. .
  • the parallel-to-serial conversion unit 72 converts the MSB bit sequence, the SSB bit sequence after entropy conversion, the first LSB bit sequence after entropy conversion, and the second LSB bit sequence after entropy conversion. , And performs a parallel-serial conversion process.
  • the demodulation process of the nonuniform modulation decoding unit 324 is a reverse process to the modulation process of the nonuniform modulation coding unit 212. Therefore, the direction of the flow of the bit sequence in the nonuniform modulation / decoding unit 324 and the direction of the flow of the bit sequence in the nonuniform modulation / encoding unit 212 are, in principle, opposite to each other.
  • the direction of the flow of the bit sequence on the signal line 500 of the non-uniform modulation coding unit 212 and the direction of the flow of the bit sequence on the signal line 800 of the non-uniform modulation decoding unit 324 are the same as each other. That is, the direction of the flow of the bit sequence on the signal line 800 of the non-uniform modulation decoding unit 324 is the direction from the conversion unit 710 to the lower bit selection unit 713.
  • the direction of the flow of the bit sequence on the signal line 500 of the nonuniform modulation / coding unit 212 is the direction from the conversion unit 410 to the lower bit selection unit 413.
  • the direction of the signal line 801 is the same as the direction of the signal line 501.
  • the direction of the signal line 802 is the same as the direction of the signal line 502.
  • the direction of the signal line 803 is the same as the direction of the signal line 503.
  • the communication system 1 includes the optical transmitting device 2, the optical receiving device 3, and the transmission path of the optical signal.
  • the optical transmission device 2 includes a storage unit 211, a nonuniform modulation / encoding unit 212 (control unit), and an optical transmitter 23.
  • the storage unit 211 stores the amplitude distribution information in association with the modulation speed of the optical signal.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 selects a modulation speed based on the signal band and the device band.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 controls the appearance probability of the symbol of the optical signal based on the amplitude distribution information associated with the selected modulation rate.
  • the optical transmitter 23 transmits an optical signal of a symbol whose appearance probability is controlled.
  • the optical receiving device 3 includes an optical receiver 30 and a non-uniform modulation decoding unit 324 (decoding unit).
  • the optical receiver 30 receives an optical signal of a symbol whose appearance probability is controlled.
  • the storage unit 323 stores the same amplitude distribution information as the amplitude distribution information stored in the storage unit 211 in association with the modulation speed of the optical signal.
  • the non-uniform modulation decoding unit 324 detects the modulation speed selected by the non-uniform modulation encoding unit 212.
  • the non-uniform modulation decoding unit 324 decodes the symbol of the received optical signal based on the amplitude distribution information associated with the detected modulation speed.
  • the communication system 1 of the first embodiment can improve the transmission characteristics of the optical signal.
  • the nonuniform modulation encoding unit 212 selects the modulation speed of the optical signal such that the signal band matches the device band or the signal band becomes narrower than the device band, for example.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 controls the symbol appearance probability of the transmitted optical signal, for example, so that the symbol appearance probability distribution in the constellation map becomes the symbol appearance probability distribution in the amplitude distribution information. I do.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the characteristics of the device band are unknown. In the second embodiment, differences from the first embodiment will be described.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the configuration of the communication system 1.
  • the communication system 1 includes an optical transmitting device 2 and an optical receiving device 3.
  • the optical transmission device 2 includes a transmission device interface 20, a transmission processing unit 21, a driver 22, and an optical transmitter 23. Since the optical receiving device 3 measures the device band, the transmission processing unit 21 transmits the optical signal of the test signal, which is a random signal having a wide band, to the optical receiving device 3.
  • the transmission processing unit 21 may sweep the tone signal for each predetermined band while transmitting the tone signal to the optical receiver 3.
  • the optical receiver 3 includes an optical receiver 30, an amplifier 31, a reception processor 32, and a receiver interface 33.
  • the reception processing unit 32 receives the test signal from the optical receiving device 3.
  • the reception processing unit 32 performs a demodulation process on the test signal.
  • the reception processing unit 32 acquires device band information from the test signal. For example, the reception processing unit 32 calculates the device band based on the tap coefficient of the adaptive equalization filter.
  • the reception processing unit 32 may measure the device band using a function unit (spectrum analyzer) that measures the frequency.
  • the reception processing unit 32 feeds back information on the device band to the transmission processing unit 21.
  • the reception processing unit 32 generates amplitude distribution information based on the device band.
  • the non-uniform modulation decoding unit 324 determines the distribution of the amplitude sequence in advance according to the modulation speed of the optical signal so that the signal band matches the device band or the signal band is narrower than the device band.
  • the reception processing unit 32 records, in the storage unit 323, amplitude distribution information representing a distribution of a predetermined amplitude sequence for each optical signal modulation speed.
  • the transmission processing unit 21 acquires device band information from the reception processing unit 32.
  • the transmission processing unit 21 generates amplitude distribution information based on the device band.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 determines the distribution of the amplitude sequence in advance according to the modulation speed of the optical signal so that the signal band matches the device band or the signal band becomes narrower than the device band.
  • the transmission processing unit 21 records the amplitude distribution information in the storage unit 211 for each optical signal modulation speed.
  • the non-uniform modulation / coding unit 212 selects the modulation speed of the optical signal based on the device band information and the signal band information fed back from the reception processing unit 32 to the transmission processing unit 21.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 acquires, from the storage unit 211, amplitude distribution information associated with the selected modulation speed.
  • the non-uniform modulation encoding unit 212 obtains a bit sequence in a predetermined format from the framer 210.
  • the non-uniform modulation coding unit 212 codes the obtained bit sequence by a non-uniform modulation technique based on the obtained amplitude distribution information.
  • the nonuniform modulation / encoding unit 212 (control unit) of the second embodiment is configured based on the device band information and the signal band information fed back from the optical receiving device 3 to the optical transmitting device 2. And the modulation speed of the optical signal.
  • the communication system 1 according to the second embodiment can improve the transmission characteristics of the optical signal even when the characteristics of the device band are unknown.
  • the optical transmitting device and the optical receiving device in the above-described embodiment may be realized by a computer.
  • a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read and executed by a computer system.
  • the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.
  • the “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system.
  • the “computer-readable recording medium” refers to a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short time.
  • a program may include a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case.
  • the program may be for realizing a part of the functions described above, or may be a program that can realize the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system, It may be realized using a programmable logic device such as an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the present invention is applicable to an optical communication system.
  • Generation unit 72 parallel / serial converter, 73: symbol / bit converter, 100: mark, 101: device band curve, 102: signal band curve, 110: mark, 111: device band curve, 112: signal band curve, 120 ... Mark, 121: Device band curve, 122: Signal band curve, 130: Mark, 131: Device band curve, 132: Signal band curve, 140: Mark, 1 0: mark, 160: mark, 170: mark, 210: framer, 211: storage unit, 212: non-uniform modulation encoding unit, 213: error correction encoding unit, 214: modulation unit, 215: digital / analog conversion
  • Polarization beam splitter 310 transimpedance amplifier, 320 analog-to-digital conversion unit, 321 demodulation unit, 322 error correction decoding unit, 324 non-uniform modulation decoding unit, 325 framer, 410 conversion Unit, 411 conversion unit, 412 conversion unit, 413 low-order bit selection unit, 414 switching unit, 415 switching unit, 416 bar 417: buffer, 418: switching unit, 419: conversion unit, 420: conversion unit, 421: switching unit, 422: switching unit, 423: buffer, 424: buffer, 500: signal line, 600: storage unit, 710 .. Conversion unit, 711 conversion unit, 712 conversion unit, 713 lower bit selection unit, 800 signal line, A modulation band, B modulation band

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Abstract

通信システムであって、光送信装置は、光信号のシンボルの出現確率の分布を表す情報である振幅分布情報を光信号の変調速度に対応付けて記憶する第１記憶部と、変調速度により定まる帯域である信号帯域と伝送路等が光信号を通過させる帯域であるデバイス帯域とに基づいて変調速度を選択し、振幅分布情報に基づいて、光信号のシンボルの出現確率を制御する制御部と、出現確率が制御されたシンボルの光信号を送信する光送信器とを有し、光受信装置は、シンボルの光信号を受信する光受信器と、振幅分布情報を変調速度に対応付けて記憶する第２記憶部と、選択された変調速度を検出し、検出された変調速度に対応付けられた振幅分布情報に基づいて、受信された光信号のシンボルを復号する復号部とを有する。

Description

通信システム、光送信装置及び光受信装置
　本発明は、通信システム、光送信装置及び光受信装置に関する。
　光信号を用いる通信システムでは、光信号の帯域（以下「信号帯域」という。）が、光送信装置、光受信装置及び伝送路等の各デバイスが光信号を通過させる帯域（以下「デバイス帯域」という。）を超えられないという制限がある。このため、信号帯域は、デバイス帯域に応じて狭窄化される場合がある。信号帯域の狭窄化によって、光信号の伝送特性は劣化する。信号帯域の狭窄化を防ぐためには、通信システムは、信号帯域がデバイス帯域よりも狭い帯域となるように、光信号の変調速度を調整する必要がある（非特許文献１参照）。
　通信システムは、デバイス帯域に応じて光信号のシンボルの多値度を増加させることによって、周波数利用効率を向上させることができる。しかしながら、シンボルの多値度は離散値であるため、通信システムは、多値度を増加させても、光信号の伝送容量を必ずしも増加させることができない場合がある。このように、従来の通信システムは、光信号の伝送特性を向上させることができないという問題がある。
　上記事情に鑑み、本発明は、光信号の伝送特性を向上させることが可能である通信システム、光送信装置及び光受信装置を提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、光送信装置と、光受信装置と、光信号の伝送路とを備える通信システムであって、前記光送信装置は、光信号のシンボルの出現確率の分布を表す情報である振幅分布情報を、光信号の変調速度に対応付けて記憶する第１記憶部と、前記変調速度により定まる帯域である信号帯域と前記光送信装置、前記光受信装置及び前記伝送路が光信号を通過させる帯域であるデバイス帯域とに基づいて前記変調速度を選択し、選択された前記変調速度に対応付けられた前記振幅分布情報に基づいて、光信号のシンボルの出現確率を制御する制御部と、前記出現確率が制御されたシンボルの光信号を送信する光送信器とを有し、前記光受信装置は、前記出現確率が制御されたシンボルの光信号を受信する光受信器と、前記変調速度に対応付けて前記振幅分布情報を記憶する第２記憶部と、選択された前記変調速度を検出し、検出された前記変調速度に対応付けられた前記振幅分布情報に基づいて、受信された光信号のシンボルを復号する復号部とを有する、通信システムである。
　本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記制御部は、前記信号帯域が前記デバイス帯域に一致、又は、前記信号帯域が前記デバイス帯域よりも狭くなるように、前記変調速度を選択する。
　本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記制御部は、コンスタレーションマップにおけるシンボルの出現確率の分布が前記振幅分布情報におけるシンボルの出現確率の分布となるように、送信される光信号のシンボルの出現確率を制御する。
　本発明の一態様は、上記の通信システムであって、シンボルの出現確率の分布は、マクスウェル・ボルツマン分布である。
　本発明の一態様は、上記の通信システムであって、　前記制御部は、前記光受信装置から前記光送信装置にフィードバックされた前記デバイス帯域の情報と前記信号帯域の情報とに基づいて、前記変調速度を選択する。
　本発明の一態様は、光送信装置と、光受信装置と、光信号の伝送路とを備える通信システムにおける前記光送信装置であって、光信号のシンボルの出現確率の分布を表す情報である振幅分布情報を、光信号の変調速度に対応付けて記憶する記憶部と、前記変調速度により定まる帯域である信号帯域と自装置、前記光受信装置及び前記伝送路が光信号を通過させる帯域であるデバイス帯域とに基づいて前記変調速度を選択し、選択された前記変調速度に対応付けられた前記振幅分布情報に基づいて、光信号のシンボルの出現確率を制御する制御部と、前記出現確率が制御されたシンボルの光信号を送信する光送信器とを備える光送信装置である。
　本発明の一態様は、上記の光送信装置であって、前記制御部は、前記信号帯域が前記デバイス帯域に一致、又は、前記信号帯域が前記デバイス帯域よりも狭くなるように、前記変調速度を選択する。
　本発明の一態様は、光送信装置と、光受信装置と、光信号の伝送路とを備える通信システムにおける前記光受信装置であって、出現確率が制御されたシンボルの光信号を受信する光受信器と、光信号のシンボルの出現確率の分布を表す情報である振幅分布情報を、光信号の変調速度に対応付けて記憶する記憶部と、前記光送信装置によって選択された前記変調速度を検出し、検出された前記変調速度に対応付けられた前記振幅分布情報に基づいて、受信された光信号のシンボルを復号する復号部とを備える光受信装置である。
　本発明により、光信号の伝送特性を向上させることが可能である。
第１実施形態における、通信システムの構成の例を示す図である。 第１実施形態における、光送信装置の構成の例を示す図である。 第１実施形態における、６４ＱＡＭのシンボルのマッピングの例を示す図である。 第１実施形態における、帯域制限量とＱリミットマージンとの関係の例を示す図である。 第１実施形態における、光信号対雑音比とＱリミットとの関係の例を示す図である。 第１実施形態における、帯域及び振幅の関係の例を示す図である。 第１実施形態における、光受信装置の構成の例を示す図である。 第１実施形態における、６４ＱＡＭの不均一化変調符号化部の構成の例を示す図である。 第１実施形態における、下位ビット選択部の構成の例を示す図である。 第１実施形態における、６４ＱＡＭの不均一化変調符号化部の等価構成の例を示す図である。 第１実施形態における、一般化された不均一化変調符号化部の構成の例を示す図である。 第１実施形態における、６４ＱＡＭの不均一化変調復号部の構成の例を示す図である。 第２実施形態における、通信システムの構成の例を示す図である。
　本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、通信システム１の構成の例を示す図である。通信システム１は、光送信装置２と、光受信装置３とを備える。通信システム１は、光ファイバ４及び増幅部５を伝送路として備える。光送信装置２及び光受信装置３は、伝送路を介して光信号で通信する。
　光送信装置２及び光受信装置３は、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置（非一時的な記録媒体）に、ソフトウェアプログラムを記憶してもよい。光送信装置２及び光受信装置３の機能の少なくとも一部は、ソフトウェアプログラムによって実現されてもよい。
　光送信装置２は、送信装置インタフェース２０と、送信処理部２１と、ドライバ２２と、光送信器２３とを備える。送信装置インタフェース２０は、ビット系列をクライアント装置（不図示）から取得する。送信処理部２１は、取得されたビット系列を符号化する。
ドライバ２２は、符号化されたビット系列に応じて、光送信器２３を駆動する。光送信器２３は、ドライバ２２による駆動に応じて光信号を生成する。光送信器２３は、生成された光信号を、伝送路を介して光受信装置３に送信する。
　光受信装置３は、光受信器３０と、アンプ３１と、受信処理部３２と、受信装置インタフェース３３とを備える。光受信器３０は、光信号を光送信装置２から受信する。アンプ３１は、受信された光信号をアナログの受信信号に変換する。受信処理部３２は、アナログの受信信号をデジタルの受信信号に変換する。受信処理部３２は、デジタルの受信信号に基づいてビット系列を復号する。受信装置インタフェース３３は、復号されたビット系列を所定のクライアント装置（不図示）に送信する。
　光ファイバ４は光信号を伝送する。増幅部５は、伝送路において、伝送された光信号の光の強度を増幅する。
　次に、光送信装置２の構成の例を説明する。
　図２は、光送信装置２の構成の例を示す図である。送信処理部２１は、フレーマ２１０と、記憶部２１１と、不均一化変調符号化部２１２と、誤り訂正符号化部２１３と、変調部２１４と、デジタル・アナログ変換部２１５とを備える。
　フレーマ２１０は、ビット系列を送信装置インタフェース２０から取得する。フレーマ２１０は、取得されたビット系列を、予め定められた形式（フレーム）のビット系列に変換する。
　記憶部２１１は、コンスタレーションマップにおける光信号のシンボル（振幅系列）の出現確率の分布を表す情報（以下「振幅分布情報」という。）を、光信号の変調速度ごとに記憶する。光信号のシンボル（振幅系列）の出現確率の分布（以下「振幅系列の分布」という。）は、特定の分布形状を有する分布に限定されないが、例えばマクスウェル・ボルツマン分布である。
　デバイス帯域は、光送信装置２、光受信装置３及び伝送路等である各デバイスの通過帯域の総和に応じて定まる。デバイス帯域は、デバイス帯域の特性モデルのシミュレーションに基づいて外部装置によって定められてもよいし、デバイス帯域の実測値に基づいて外部装置によって定められてもよい。
　不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域がデバイス帯域に一致、又は、信号帯域がデバイス帯域よりも狭くなるように、振幅系列の分布を光信号の変調速度に応じて予め定める。不均一化変調符号化部２１２は、振幅系列の分布を、例えばマクスウェル・ボルツマン分布にする。不均一化変調符号化部２１２は、予め定められた振幅系列の分布を表す振幅分布情報を、光信号の変調速度ごとに記憶部２１１に記録する。
　デバイス帯域が既知である場合、不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域がデバイス帯域よりも狭くなるように、光信号の変調速度を選択する。これによって、不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域が狭窄化されることを防ぐことができる。デバイス帯域が既知である場合、不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域がデバイス帯域に一致するように、光信号の変調速度を選択してもよい。これによって、不均一化変調符号化部２１２は、光信号の伝送特性を向上させることができる。
　不均一化変調符号化部２１２は、選択された変調速度に対応付けられた振幅分布情報を、記憶部２１１から取得する。不均一化変調符号化部２１２は、予め定められた形式のビット系列をフレーマ２１０から取得する。不均一化変調符号化部２１２は、取得されたビット系列を、取得された振幅分布情報に基づく不均一化変調技術によって符号化する。
　不均一化変調符号化部２１２によって符号化されたビット系列のスループットは、フレーマ２１０が送信装置インタフェース２０から取得したビット系列のスループットよりも高い。不均一化変調符号化部２１２は、符号化されたビット系列を誤り訂正符号化部２１３に出力する。
　誤り訂正符号化部２１３は、符号化されたビット系列に生じた誤りを訂正する。変調部２１４は、誤りが訂正されたビット系列に変調処理を実行する。
　デジタル・アナログ変換部２１５－１は、互いに直交する第１偏光成分Ｘ及び第２偏光成分Ｙとのうち、第１偏光成分Ｘの同相（In-phase）信号であるＸＩ信号を、変調部２１４から取得する。デジタル・アナログ変換部２１５－１は、デジタル信号のＸＩ信号をアナログ信号のＸＩ信号に変換し、アナログ信号のＸＩ信号をドライバ２２に出力する。
　デジタル・アナログ変換部２１５－２は、第１偏光成分Ｘの直交位相（Quadrature）信号であるＸＱ信号を、変調部２１４から取得する。デジタル・アナログ変換部２１５－２は、デジタル信号のＸＱ信号をアナログ信号のＸＱ信号に変換し、アナログ信号のＸＱ信号をドライバ２２に出力する。
　デジタル・アナログ変換部２１５－３は、第２偏光成分Ｙの同相信号であるＹＩ信号を、変調部２１４から取得する。デジタル・アナログ変換部２１５－３は、デジタル信号のＹＩ信号をアナログ信号のＹＩ信号に変換し、アナログ信号のＹＩ信号をドライバ２２に出力する。
　デジタル・アナログ変換部２１５－４は、第２偏光成分Ｙの直交位相信号であるＹＱ信号を、変調部２１４から取得する。デジタル・アナログ変換部２１５－４は、デジタル信号のＹＱ信号をアナログ信号のＹＱ信号に変換し、アナログ信号のＹＱ信号をドライバ２２に出力する。
　ドライバ２２は、変調器ドライバ２２０－１～２２０－４を備える。変調器ドライバ２２０－１～２２０－４は、光送信器２３の偏波変調器を駆動する。変調器ドライバ２２０－１は、アナログ信号のＸＩ信号を光送信器２３に出力する。変調器ドライバ２２０－２は、アナログ信号のＸＱ信号を光送信器２３に出力する。変調器ドライバ２２０－３は、アナログ信号のＹＩ信号を光送信器２３に出力する。変調器ドライバ２２０－４は、アナログ信号のＹＱ信号を光送信器２３に出力する。
　光送信器２３は、信号光源２３０と、偏波変調器２３１と、偏波ビーム・コンバイナ２３２（PBC: Polarization Beam Combiner）とを備える。信号光源２３０は、レーザ光を出力するレーザダイオード（Laser Diode）である。信号光源２３０は、レーザ光を偏波変調器２３１－１及び２３１－２に出力する。
　偏波変調器２３１－１は、ＸＩ信号及びＸＱ信号に応じてレーザ光を変調することによって、第１偏光成分Ｘの光信号を生成する。偏波変調器２３１－１は、生成された第１偏光成分Ｘの光信号を、偏波ビーム・コンバイナ２３２に出力する。
　偏波変調器２３１－２は、ＹＩ信号及びＹＱ信号に応じてレーザ光を変調することによって、第２偏光成分Ｙの光信号を生成する。偏波変調器２３１－２は、生成された第２偏光成分Ｙの光信号を、偏波ビーム・コンバイナ２３２に出力する。
　偏波ビーム・コンバイナ２３２は、第１偏光成分Ｙの光信号と第２偏光成分Ｙの光信号とを合波する。偏波ビーム・コンバイナ２３２は、合波された光信号を、伝送路を介して光受信装置３に送信する。
　次に、不均一化変調符号化部２１２が実行する不均一化変調について説明する。
　不均一化変調符号化部２１２は、振幅系列の分布を不均一化する変調処理（不均一化変調処理）を、ビット系列に対して実行する。不均一化変調符号化部２１２は、不均一化変調処理が実行されたビット系列を符号化する。不均一化変調符号化部２１２は、出現確率の分布が不均一化されたシンボルを、ビット系列の符号化結果として、誤り訂正符号化部２１３に出力する。
　図３は、６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）のシンボルのマッピング（コンスタレーションマップ）の例を示す図である。６４ＱＡＭのシンボルのコードのビット長は、６ビットである。コンスタレーションマップにおいてＩ軸方向の位置に影響を及ぼすビット群は、シンボルのコードにおける上位側の３ビットである。コンスタレーションマップにおいてＱ軸方向の位置に影響を及ぼすビット群は、シンボルのコードにおける下位側の３ビットである。
　多値の直交振幅変調（QAM）では、シンボルのコードにおけるビット位置に応じて、エラーレートが異なる。
　Ｎ２（Ｎ＝４、８、１６…）ＱＡＭのシンボルのコードのビット長は、対数を用いて表現されることが可能であり、（２×ｌｏｇ２Ｎ）ビットである。コンスタレーションマップの軸方向の位置に影響を及ぼすビット群は、その軸ごとに、（ｌｏｇ２Ｎ）ビットで構成されるビット群で表現される。この（ｌｏｇ２Ｎ）ビットで構成されるビット群におけるビット位置は、最上位のビットから最下位のビットの順に、第１ビット、…、第（ｌｏｇ２Ｎ）ビットと表現される。
　例えば、６４（＝８２）ＱＡＭのシンボルのコード（ビット長＝６ビット）において、コンスタレーションマップの軸方向の位置に影響を及ぼすビット群は、その軸ごとに、３（＝ｌｏｇ２８）ビットで構成されるビット群で表現される。この３ビットで構成されるビット群におけるビット位置は、最上位のビットから最下位のビットの順に、第１ビット、第２ビット、第３ビットと表現される。
　コンスタレーションマップにおいて、シンボルのコードは、第１ビットの値に応じて、Ｉ軸又はＱ軸に関して線対称に割り当てられている。すなわち、シンボルは、第１ビットの値に応じて、Ｉ軸又はＱ軸の正値側若しくは負値側にまとまって配置される。
　例えば、Ｉ軸方向の位置に影響を及ぼす第１ビットの値が０であるシンボルは、Ｉ軸の負値側に纏まって配置されている。図３では、Ｉ軸方向の位置に影響を及ぼす第１ビットには、Ｉ軸の負値側から正値側に向けて、（０，０，０，０，１，１，１，１）が割り当てられている。
　例えば、Ｑ軸方向の位置に影響を及ぼす第１ビットの値が０であるシンボルは、Ｑ軸の正値側に纏まって配置されている。図３では、Ｑ軸方向の位置に影響を及ぼす第１ビットには、Ｑ軸の負値側から正値側に向けて、（１，１，１，１，０，０，０，０）が割り当てられている。
　このように、コンスタレーションマップにおいて、第１ビットの１の群は、軸の正値側及び負値側に分割されずに、軸の正値側又は負値側にまとまっている。同様に、第１ビットの０の群は、軸の正値側及び負値側に分割されずに、軸の正値側又は負値側にまとまっている。
　図３では、Ｉ軸方向の位置に影響を及ぼす第２ビットには、Ｉ軸の負値側から正値側に向けて、（０，０，１，１，０，０，１，１）が割り当てられている。Ｑ軸方向の位置に影響を及ぼす第２ビットには、Ｑ軸の負値側から正値側に向けて、（１，１，０，０，１，１，０，０）が割り当てられている。
　このように、コンスタレーションマップにおいて、第２ビットの１の群は、軸の正値側及び負値側に分割されている。同様に、第２ビットの０の群は、軸の正値側及び負値側に分割されている。
　図３では、Ｉ軸方向の位置に影響を及ぼす第３ビットには、Ｉ軸の負値側から正値側に向けて、（０，１，１，０，０，１，１，０）が割り当てられている。Ｑ軸方向の位置に影響を及ぼす第３ビットには、Ｑ軸の負値側から正値側に向けて、（０，１，１，０，０，１，１，０）が割り当てられている。
　シンボルのコードの上位側のビット群における第１ビットの値に応じて、シンボルの位置がＩ軸の正値又は負値のいずれであるかが定まる。同様に、シンボルのコードの下位側のビット群における第１ビットの値に応じて、シンボルの位置がＱ軸の正値又は負値のいずれであるかが定まる。このように、多値の直交振幅変調では、シンボルのコードの上位側又は下位側のビット群において上位ビットであるほど、そのビットの値に応じて、コンスタレーションマップにおけるシンボルの位置が大きく異なる。
　シンボルのコードの上位側のビット群における第３ビットの値のみが異なるコードのシンボルは、コンスタレーションマップにおいて隣接している。同様に、シンボルのコードの下位側のビット群における第３ビットの値のみが異なるコードのシンボルは、コンスタレーションマップにおいて隣接している。このように、多値の直交振幅変調では、シンボルのコードの上位側又は下位側のビット群において下位ビットであるほど、そのビットの値に応じて、コンスタレーションマップにおけるシンボルの位置が大きく異なることがない。
　次に、不均一化変調符号化部２１２の詳細を説明する。
　光信号の伝送容量と、周波数利用効率と、信号帯域との関係は、式（１）のように表される。
　伝送容量［ｂ／ｓ］＝周波数利用効率［ｂ／ｓ／Ｈｚ］×信号帯域［Ｈｚ］　…（１）
　式（１）に示されているように、伝送容量が同じでも、周波数利用効率と信号帯域との組み合わせには複数の組み合わせがある。
　不均一化変調符号化部２１２は、光信号のシンボルの多値度を増加させることによって、周波数利用効率を高くすることができる。
　伝送容量が一定であるという条件の下では、周波数利用効率が高いほど、信号帯域は狭くなる。高い周波数利用効率は高い多値度の変調信号を用いて実現されるので、周波数利用効率が高い場合では、コンスタレーション上におけるシンボル間隔が短くなる。シンボル間隔が短くなることで、雑音耐力が低くなり、長距離伝送は難しくなる。したがって、周波数利用効率が高いほど、伝送特性は劣化する。
　伝送容量が一定であるという条件の下で、信号帯域が狭い（変調速度が低い）場合、不均一化変調符号化部２１２は、式（１）に基づいて周波数利用効率を高くする。デバイス帯域が広いために信号帯域の狭窄化が少ない場合でも、必要以上に周波数利用効率が高ければ、伝送特性は劣化する。
　そこで、不均一化変調符号化部２１２は、デバイス帯域に応じて、光信号の変調速度を選択する。信号帯域は、光信号の変調速度に応じて定まる。不均一化変調符号化部２１２は、選択された変調速度により定まる信号帯域に応じて、周波数利用効率を適切に選択する。これによって、不均一化変調符号化部２１２は、光信号の伝送特性を向上させることができる。
　不均一化変調符号化部２１２は、選択された変調速度に応じて、振幅系列の分布を選択する。不均一化変調符号化部２１２は、選択された振幅系列の分布に基づいて、コンスタレーションマップにおける各シンボルの出現確率の分布（分布形状）を制御する。
　信号帯域は、不均一化変調符号化部２１２によって選択された振幅系列の分布に応じて一意に定まる。なお、同じ信号帯域を実現する振幅系列の分布として、複数種類の形状の分布が存在してもよい。
　図４は、光信号対雑音比（Optical Signal to Noise Ratio）とＱリミットとの関係の例を示す図である。Ｑリミットとは、Ｑ値の誤り訂正限界である。Ｑリミットマージンとは、所定の光信号対雑音比における、ＱリミットとＱ値との差である。
　図５は、帯域制限量（デバイス帯域）とＱリミットマージンとの関係の例を示す図である。図５において、横軸は、帯域制限量［Ｈｚ］を示す。縦軸は、Ｑリミットマージン［ｄＢ］を示す。マーク１００からマーク１７０の順に、Ｑリミットマージン［ｄＢ］は少なくなる。マーク１００からマーク１７０の順に、帯域制限量［Ｈｚ］は多くなる。すなわち、マーク１００からマーク１７０の順に、デバイス帯域は狭くなる。
　マーク１００からマーク１２０までの各マークは、変調速度が６４ＧＢｄである帯域制限量・Ｑリミットマージンの曲線上に定められた各点を示す。マーク１２０からマーク１４０までの各マークは、変調速度が５６ＧＢｄである帯域制限量・Ｑリミットマージンの曲線上に定められた各点を示す。したがって、マーク１２０は、変調速度が６４ＧＢｄである帯域制限量・Ｑリミットマージンの曲線と、変調速度が５６ＧＢｄである帯域制限量・Ｑリミットマージンの曲線との交点を示す。図５では、不均一化変調符号化部２１２は、Ｑリミットマージンが多くなるように、マーク１２０において、変調速度を６４ＧＢｄ又は５６ＧＢｄに切り替える。また、不均一化変調符号化部２１２は、Ｑリミットマージンが多くなるように、変調方式（光信号のシンボルの多値度）を切り替えてもよい。
　マーク１４０からマーク１６０までの各マークは、変調速度が４８ＧＢｄである帯域制限量・Ｑリミットマージンの曲線上に定められた各点を示す。したがって、マーク１４０は、変調速度が５６ＧＢｄである帯域制限量・Ｑリミットマージンの曲線と、変調速度が４８ＧＢｄである帯域制限量・Ｑリミットマージンの曲線との交点を示す。図５では、不均一化変調符号化部２１２は、Ｑリミットマージンが多くなるように、マーク１４０において、変調速度を５６ＧＢｄ又は４８ＧＢｄに切り替える。
　マーク１６０からマーク１７０までの各マークは、変調速度が３２ＧＢｄである帯域制限量・Ｑリミットマージンの曲線上に定められた各点を示す。したがって、マーク１６０は、変調速度が４８ＧＢｄである帯域制限量・Ｑリミットマージンの曲線と、変調速度が３２ＧＢｄである帯域制限量・Ｑリミットマージンの曲線との交点を示す。図５では、不均一化変調符号化部２１２は、Ｑリミットマージンが多くなるように、マーク１６０において、変調速度を４８ＧＢｄ又は３２ＧＢｄに切り替える。
　図６は、帯域及び振幅の関係の例を示す図である。各グラフの横軸は、帯域を示す。各グラフの縦軸は、振幅を示す。所定の帯域「Ａ」は、変調速度が６４ＧＢｄである場合における信号帯域を示す。所定の帯域「Ｂ」は、帯域「Ａ」よりも狭い帯域であって、変調速度が５６ＧＢｄである場合における信号帯域を示す。
　信号帯域が狭窄化されることを防ぐため、不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域がデバイス帯域よりも狭くなるように、光信号の変調速度を調整する。不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域をデバイス帯域に一致させるように、光信号の変調速度を調整してもよい。これによって、不均一化変調符号化部２１２は、伝送特性の劣化を抑えることができる。
　上から１段目のグラフは、図５におけるマーク１００に示された関係を帯域制限量とＱリミットマージンとが有している場合における、デバイス帯域と光信号の振幅との関係（デバイス帯域曲線１０１）と、信号帯域と光信号の振幅との関係（信号帯域曲線１０２）とを示すグラフである。不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域をデバイス帯域に合わせるように、信号帯域を例えば帯域「Ａ」とする。
　上から２段目のグラフは、図５におけるマーク１１０に示された関係を帯域制限量とＱリミットマージンとが有している場合における、デバイス帯域と光信号の振幅との関係（デバイス帯域曲線１１１）と、信号帯域と光信号の振幅との関係（信号帯域曲線１１２）とを示すグラフである。不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域をデバイス帯域に合わせるように、信号帯域を例えば帯域「Ａ」とする。
　上から３段目のグラフは、図５におけるマーク１２０に示された関係を帯域制限量とＱリミットマージンとが有している場合における、デバイス帯域と光信号の振幅との関係（デバイス帯域曲線１２１）と、信号帯域と光信号の振幅との関係（信号帯域曲線１２２）とを示すグラフである。不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域をデバイス帯域に合わせるように、信号帯域を例えば帯域「Ａ」とする。
　上から３段目のグラフでは、信号帯域（信号帯域曲線１２２）とデバイス帯域（デバイス帯域曲線１２１）とが完全に一致しているとは限らない。光信号の信号歪が適応フィルタ等によって補償されているので、信号帯域がデバイス帯域を少し超えたとしても、光信号の信号歪は補償されるからである。このため、不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域がデバイス帯域を所定周波数だけ超えた場合に、変調速度を６４ＧＢｄ又は５６ＧＢｄに切り替えてもよい。変調速度を不均一化変調符号化部２１２が切り替えるタイミングを示す信号帯域は、通信システム１における光信号の伝送特性のシミュレーション結果又は実測値が予め評価されることによって決定される。
　上から４段目のグラフは、図５におけるマーク１３０に示された関係を帯域制限量とＱリミットマージンとが有している場合における、デバイス帯域とデバイス帯域の振幅との関係（デバイス帯域曲線１３１）と、信号帯域と信号帯域の振幅との関係（信号帯域曲線１３２）とを示すグラフである。不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域をデバイス帯域に合わせるように、信号帯域を例えば帯域「Ｂ」とする。
　次に、光受信装置３の構成の例を説明する。
　図７は、光受信装置３の構成の例を示す図である。光受信器３０は、局発光源３００（Local Oscillator）と、９０度光ハイブリッド３０１（90°Optical Hybrid）と、バランス型光検出器３０２－１～３０２－４とを備える。局発光源３００は、局発光としてのレーザ光を９０度光ハイブリッド３０１に出力する。
　９０度光ハイブリッド３０１は、受信された光信号と局発光とをミキシングすることによって、同相信号と直交位相信号とを検出する機能部である。９０度光ハイブリッド３０１は、偏光ビーム・スプリッタ３０３を備える。偏光ビーム・スプリッタ３０３は、局発光源３００から出力された光の偏光成分を分離する。
　バランス型光検出器３０２は、９０度光ハイブリッド３０１から出力された光における干渉光を、偏光成分ごとに検出する。ここで、バランス型光検出器３０２－１は、干渉光におけるＸＩ信号を表す電流信号を、アンプ３１に出力する。バランス型光検出器３０２－２は、干渉光におけるＸＱ信号を表す電流信号を、アンプ３１に出力する。バランス型光検出器３０２－３は、干渉光におけるＹＩ信号を表す電流信号を、アンプ３１に出力する。バランス型光検出器３０２－４は、干渉光におけるＹＱ信号を表す電流信号を、アンプ３１に出力する。
　アンプ３１は、トランス・インピーダンス・アンプ３１０－１～３１０－４を備える。
トランス・インピーダンス・アンプ３１０－１は、ＸＩ信号を表す電流信号にインピーダンス変換を実行することによって、アナログ信号（電圧信号）のＸＩ信号を受信処理部３２に出力する。トランス・インピーダンス・アンプ３１０－２は、同様にアナログ信号（電圧信号）のＸＱ信号を受信処理部３２に出力する。トランス・インピーダンス・アンプ３１０－３は、同様にアナログ信号（電圧信号）のＹＩ信号を受信処理部３２に出力する。トランス・インピーダンス・アンプ３１０－４は、同様にアナログ信号（電圧信号）のＹＱ信号を受信処理部３２に出力する。
　受信処理部３２は、アナログ・デジタル変換部３２０－１～３２０－４と、復調部３２１と、誤り訂正復号部３２２と、記憶部３２３と、不均一化変調復号部３２４と、フレーマ３２５とを備える。アナログ・デジタル変換部３２０－１は、アナログ信号のＸＩ信号を、デジタル信号のＸＩ信号に変換する。アナログ・デジタル変換部３２０－２は、アナログ信号のＸＱ信号を、デジタル信号のＸＱ信号に変換する。アナログ・デジタル変換部３２０－３は、アナログ信号のＹＩ信号を、デジタル信号のＹＩ信号に変換する。アナログ・デジタル変換部３２０－４は、アナログ信号のＹＱ信号を、デジタル信号のＹＱ信号に変換する。
　復調部３２１は、デジタル信号のＸＩ信号、ＸＱ信号、ＹＩ信号及びＹＱ信号に、復調処理を実行する。誤り訂正復号部３２２は、復調されたビット系列に生じた誤りを訂正する。
　記憶部３２３は、振幅分布情報を光信号の変調速度ごとに記憶する。記憶部３２３は、光送信装置２の記憶部２１１が記憶している振幅分布情報と同一である振幅分布情報を記憶する。
　不均一化変調復号部３２４は、記憶部２１１が記憶している振幅分布情報と同じ振幅分布情報を、記憶部３２３に記録する。不均一化変調復号部３２４は、記憶部３２３に記録される振幅分布情報を、例えば外部装置から取得する。
　デバイス帯域が既知である場合、不均一化変調復号部３２４は、信号帯域がデバイス帯域よりも狭くなるように不均一化変調符号化部２１２によって調整された光信号の変調速度を推定する。不均一化変調復号部３２４は、信号帯域がデバイス帯域に一致するように不均一化変調符号化部２１２によって調整された光信号の変調速度を推定してもよい。
　不均一化変調復号部３２４は、推定された変調速度に対応付けられた振幅分布情報を、記憶部３２３から取得する。不均一化変調復号部３２４は、不均一化変調符号化部２１２の符号化処理に対して逆の処理である復号処理を、取得された振幅分布情報に基づいて実行する。すなわち、不均一化変調復号部３２４は、誤りが訂正されたビット系列に対して、振幅分布情報に基づく不均一化変調の逆処理（不均一化復調）を実行することによって、ビット系列を復号する。
　フレーマ３２５は、復号されたビット系列を、予め定められた形式（フレーム）のビット系列に変換する。フレーマ３２５は、予め定められた形式のビット系列を、受信装置インタフェース３３に出力する。
　次に、不均一化変調符号化部２１２の構成の詳細を説明する。
　図８は、６４ＱＡＭの不均一化変調符号化部２１２の構成の例を示す図である。６４ＱＡＭの不均一化変調符号化部２１２は、シリアル・パラレル変換部４０と、候補選択部４１と、乗算部４２と、信号線５００とを備える。候補選択部４１は、変換部４１０と、変換部４１１と、変換部４１２とを備える。乗算部４２は、ビット・シンボル変換部４３を備える。信号線５００は、変換部４１０から下位ビット選択部４１３に、変換部４１０によるエントロピー変換後のＳＳＢのビット系列を出力する。
　図９は、下位ビット選択部４１３の構成の例を示す図である。下位ビット選択部４１３は、バッファ４１６と、バッファ４１７と、切替部４１８とを備える。バッファ４１６は、ＬＳＢの第１ビット系列を記憶する。バッファ４１７は、ＬＳＢの第２ビット系列を記憶する。バッファ４１６及びバッファ４１７は、キュー（queue）を有し、記憶されたビットをＦＩＦＯ（First In，First Out）で出力する。
　下位ビット選択部４１３は、信号線５００を介して、上位ビットを変換部４１０から取得する。下位ビット選択部４１３は、取得された上位ビットに応じて、バッファ４１６に記憶されているＬＳＢの第１系列のビットとバッファ４１７に記憶されているＬＳＢの第２系列のビットとのうちからビットを選択する。下位ビット選択部４１３は、選択されたビットを、ＬＳＢの出力としてビット・シンボル変換部４３に出力する。
　例えば、下位ビット選択部４１３は、エントロピー変換後のＳＳＢのビット系列において０であるビットを変換部４１０から取得した場合、バッファ４１６に記憶されているＬＳＢの第１系列のビットを、ＬＳＢの出力としてビット・シンボル変換部４３に出力する。
　例えば、下位ビット選択部４１３は、エントロピー変換後のＳＳＢのビット系列において１であるビットを変換部４１０から取得した場合、バッファ４１７に記憶されているＬＳＢの第２系列のビットを、ＬＳＢの出力としてビット・シンボル変換部４３に出力する。
　ビット・シンボル変換部４３は、ビット・シンボル変換部４３に入力されたＭＳＢ、ＳＳＢ、ＬＳＢビット系列を、Ｉ軸（In-phase）又はＱ軸（quadrature-phase）におけるシンボルに変換する。すなわち、ビット・シンボル変換部４３は、Ｉ軸又はＱ軸におけるシンボルのマッピングを実行する。ビット・シンボル変換部４３は、ビット系列がシンボルに変換された結果を、送信される光信号のシンボルを表す値（コード）として誤り訂正符号化部２１３に出力する。
　図１０は、図８に示された６４ＱＡＭの不均一化変調符号化部２１２の等価構成の例を示す図である。不均一化変調符号化部２１２は、シリアル・パラレル変換部４０と、候補選択部４１と、乗算部４２とを備える。候補選択部４１は、変換部４１０から出力されたビット系列と変換部４１１から出力されたビット系列と変換部４１２から出力されたビット系列とに応じて、予め定められたシンボルの候補に基づいてシンボル列を生成する。候補選択部４１は、変換部４１０と、変換部４１１と、変換部４１２と、信号線５００とを備える。候補選択部４１は、記憶部６００を備える。
　候補選択部４１は、切替部４１４と、切替部４１５と、バッファ４１６と、バッファ４１７と、切替部４１８とを備える。バッファ４１６とバッファ４１７と切替部４１８とは、図８に示された下位ビット選択部４１３と等価の構成である。変換部４１０と変換部４１１と変換部４１２とは、図８に示された変換部と等価の構成である。
　予め定められたシンボルの候補の個数が（２ｎ）個である場合、候補選択部４１は、（２ｎ－１）個の変換部と、（２ｎ－１）個の切替部とを備える。図１０では、予め定められた送信される光信号のシンボルの候補は、ＳａとＳｂとＳｃとＳｄとの４（＝２２）個である。このため、候補選択部４１は、３（＝２２－１）個の変換部（変換部４１０、変換部４１１、変換部４１２）と、３個の選択部としての切替部４１４、切替部４１５及び切替部４１８とを備えている。記憶部６００は、シンボルの候補（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ）を予め記憶する。
　シリアル・パラレル変換部４０は、シリアル・パラレル変換部４０に入力されたビット系列における第１系列長の最上位のビット系列を、ＭＳＢのビット系列として乗算部４２にビットごとに出力する。
　変換部４１０は、０の出現確率又は１の出現確率が調整されたエントロピー変換後のＳＳＢのビット系列を、信号線５００を介して切替部４１８にビットごとに出力する。変換部４１１は、０の出現確率又は１の出現確率が調整されたエントロピー変換後のＬＳＢの第１ビット系列を、切替部４１４にビットごとに出力する。変換部４１２は、０の出現確率又は１の出現確率が調整されたエントロピー変換後のＬＳＢの第２ビット系列を、切替部４１５にビットごとに出力する。
　切替部４１４は、０の出現確率又は１の出現確率が調整されたエントロピー変換後のＬＳＢの第１ビット系列を、ビットごとに変換部４１１から取得する。切替部４１４は、エントロピー変換後のＬＳＢの第１ビット系列におけるビットが０である場合、送信される光信号のシンボルの候補の一つであるシンボルＳａを、バッファ４１６に出力する。切替部４１４は、エントロピー変換後のＬＳＢの第１ビット系列におけるビットが１である場合、送信される光信号のシンボルの候補の一つであるシンボルＳｂを、バッファ４１６に出力する。
　切替部４１５は、０の出現確率又は１の出現確率が調整されたエントロピー変換後のＬＳＢの第２ビット系列を、ビットごとに変換部４１２から取得する。切替部４１５は、エントロピー変換後のＬＳＢの第２ビット系列におけるビットが０である場合、送信される光信号のシンボルの候補の一つであるシンボルＳｃを、バッファ４１７に出力する。切替部４１５は、エントロピー変換後のＬＳＢの第２ビット系列におけるビットが１である場合、送信される光信号のシンボルの候補の一つであるシンボルＳｄを、バッファ４１７に出力する。
　バッファ４１６及びバッファ４１７は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の記録媒体である。バッファ４１６及びバッファ４１７は、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置（非一時的な記録媒体）でもよい。
　バッファ４１６は、切替部４１４から出力されたシンボルＳａ又はシンボルＳｂを一時記憶する。バッファ４１７は、切替部４１５から出力されたシンボルＳｃ又はシンボルＳｄを一時記憶する。バッファ４１６及びバッファ４１７は、キュー（queue）を有し、ＦＩＦＯ（First In，First Out）でシンボル列を出力する。
　切替部４１８は、０の出現確率又は１の出現確率が調整されたエントロピー変換後のＳＳＢのビット系列を、ビットごとに変換部４１０から取得する。切替部４１８は、エントロピー変換後のＳＳＢのビット系列におけるビットが０である場合、バッファ４１６に記憶されているシンボルＳａ又はシンボルＳｂを、乗算部４２に出力する。切替部４１８は、エントロピー変換後のＳＳＢのビット系列におけるビットが１である場合、バッファ４１７に記憶されているシンボルＳｃ又はシンボルＳｄを、乗算部４２に出力する。
　乗算部４２は、ＭＳＢのビット系列を、ビットごとにシリアル・パラレル変換部４０から取得する。乗算部４２は、シンボルの候補（シンボルＳａ、シンボルＳｂ、シンボルＳｃ、シンボルＳｄ）のうちから選択された一つのシンボルを、エントロピー変換後のＳＳＢのビット系列におけるビットごとに、切替部４１８から取得する。
　乗算部４２は、ＭＳＢのビット系列におけるビットに応じて、取得されたシンボルのコード（シンボルを表す値）に実数を乗算する。例えば、乗算部４２は、ＭＳＢのビット系列におけるビットが０である場合、取得されたシンボルのコードに（＋１）を乗算する。
例えば、乗算部４２は、ＭＳＢのビット系列におけるビットが１である場合、取得されたシンボルのコードに（－１）を乗算する。乗算部４２は、シンボルのコードに実数が乗算された結果を、誤り訂正符号化部２１３に出力する。
　図１１は、一般化された不均一化変調符号化部２１２の構成の例を示す図である。不均一化変調符号化部２１２は、シリアル・パラレル変換部４０と、候補選択部４１と、乗算部４２とを備える。候補選択部４１は、変換部を多段に備える。図１１では、候補選択部４１は、変換部４１０と、変換部４１１と、変換部４１２と、変換部４１９と、変換部４２０と、バッファ４２３と、バッファ４２４と、信号線５００等の複数の信号線とを備える。
　シリアル・パラレル変換部４０は、シリアル・パラレル変換部４０に入力されたビット系列を、上位ビット系列から下位ビット系列までの順に、最上位系列群と第１系列群から第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群までとの各ビット系列に分ける。ここで、ｋは、２（ｌｏｇ２Ｎ－１）＝Ｎ／２で表される整数である。例えば、１６ＱＡＭであればｋ＝２である。
６４ＱＡＭであればｋ＝４である。シリアル・パラレル変換部４０に入力されたビット系列の系列長は、最上位系列群のビット系列の系列長と第１系列群から第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群までの各ビット系列の系列長との合計に等しい。
　第１系列群から第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群までの変換部の個数は、（２（ｌｏｇ（ｋ））－１）個である。
　シリアル・パラレル変換部４０は、シリアル・パラレル変換部４０に入力されたビット系列における第１系列長の最上位のビット系列を、最上位系列群のビット系列として乗算部４２に出力する。
　シリアル・パラレル変換部４０は、シリアル・パラレル変換部４０に入力されたビット系列における第２系列長の上位２番目のビット系列を、第１系列群のビット系列として、変換部４１０に出力する。
　シリアル・パラレル変換部４０は、シリアル・パラレル変換部４０に入力されたビット系列における第３系列長の上位３番目のビット系列を、第２系列群の第１ビット系列として変換部４１１に出力する。シリアル・パラレル変換部４０は、シリアル・パラレル変換部４０に入力されたビット系列における第４系列長の上位４番目のビット系列を、第２系列群の第２ビット系列として変換部４１２に出力する。
　このように、シリアル・パラレル変換部４０は、シリアル・パラレル変換部４０に入力されたビット系列を、最上位系列群と第１系列群から第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群までとの各ビット系列に分ける。
　変換部４１９は、変換部４１９に入力されたビット系列を、０の出現確率又は１の出現確率が所定の出現確率であるビット系列に変換するエントロピー変換回路である。変換部４１９は、変換部４１９に入力された第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群の第１ビット系列について、０の出現確率又は１の出現確率を変更するというエントロピー変換を実行する。変換部４１９は、エントロピー変換後の第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群の第１ビット系列を、切替部４２１に出力する。
　変換部４２０は、変換部４２０に入力されたビット系列を、０の出現確率又は１の出現確率が所定の出現確率であるビット系列に変換するエントロピー変換回路である。変換部４２０は、変換部４２０に入力された第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群の第（ｋ／２）ビットについて、０の出現確率又は１の出現確率を変更するというエントロピー変換を実行する。変換部４１９は、エントロピー変換後の第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群の第（ｋ／２）ビット系列を、切替部４２１に出力する。
　切替部４２１は、０の出現確率又は１の出現確率が調整されたエントロピー変換後の第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群の第１ビット系列を、ビットごとに変換部４１９から取得する。切替部４２１は、エントロピー変換後の第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群の第１ビット系列におけるビットが０である場合、送信される光信号のシンボルの候補の一つであるシンボルＳ１を、バッファ４２３に出力する。切替部４２１は、エントロピー変換後の第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群の第１ビット系列におけるビットが１である場合、送信される光信号のシンボルの候補の一つであるシンボルＳ２を、バッファ４２３に出力する。バッファ４２３は、キューを有し、ＦＩＦＯでシンボル列を出力する。
　切替部４２２は、０の出現確率又は１の出現確率が調整されたエントロピー変換後の第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群の第（ｋ／２）ビット系列を、ビットごとに変換部４２０から取得する。切替部４２２は、エントロピー変換後の第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群の第（ｋ／２）ビット系列におけるビットが０である場合、送信される光信号のシンボルの候補の一つであるシンボルＳｋ－１を、バッファ４２４に出力する。切替部４２１は、エントロピー変換後の第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群の第（ｋ／２）ビット系列におけるビットが１である場合、送信される光信号のシンボルの候補の一つであるシンボルＳｋを、バッファ４２４に出力する。バッファ４２４は、キューを有し、ＦＩＦＯでシンボル列を出力する。
　候補選択部４１は、切替部４１４と、切替部４１５と、バッファ４１６と、バッファ４１７と、切替部４１８と、切替部４２１と、切替部４２２と、バッファ４２３と、バッファ４２４とを備える。切替部４１４と切替部４１５とバッファ４１６とバッファ４１７と切替部４１８とは、図８に示された下位ビット選択部４１３と等価の構成である。第１系列群から第（ｌｏｇ２（ｋ））系列群までの切替部の個数は、変換部の個数と同じであり、（２（ｌｏｇ（ｋ））－１）個である。
　図１１では、送信される光信号のシンボルの候補は、Ｓ１からＳkまでのｋ個である。
予め定められたシンボルの候補の個数がｋ（＝２ｎ）個である場合、候補選択部４１は、（２ｎ－１）個の変換部と、（２ｎ－１）個の切替部とを備える。図１１に示された各変換部と各切替部と各バッファとは、図１０に示された各変換部と各切替部と各バッファと同様に動作する。
　乗算部４２は、最上位系列群のビット系列を、ビットごとにシリアル・パラレル変換部４０から取得する。乗算部４２は、シンボルの候補（Ｓ１からＳkまで）のうちから選択された一つのシンボルを、エントロピー変換後の第１系列のビット系列におけるビットごとに、切替部４１８から取得する。
　乗算部４２は、最上位系列群のビット系列におけるビット系列に応じて、取得されたシンボルコードに任意の数（複素数）を乗算してもよい。例えば、乗算部４２は、最上位系列群のビット系列におけるビット系列が「００」である場合、取得されたシンボルのコードに複素数（１＋ｉ）を乗算する。例えば、乗算部４２は、最上位系列群のビット系列におけるビット系列が「０１」である場合、取得されたシンボルのコードに複素数（－１＋ｉ）を乗算する。例えば、乗算部４２は、最上位系列群のビット系列におけるビット系列が「１１」である場合、取得されたシンボルのコードに複素数（－１－ｉ）を乗算する。
例えば、乗算部４２は、最上位系列群のビット系列におけるビット系列が「１０」である場合、取得されたシンボルのコードに複素数（１－ｉ）を乗算する。乗算部４２は、シンボルのコードに任意の数が乗算された結果を、誤り訂正符号化部２１３に出力する。
　なお、不均一化変調符号化部２１２は、例えば、不均一化変調符号化部２１２に備えられる変換部及び切替部の個数が「２のべき乗」でない個数に調整されることで、予め定められたシンボルの候補の個数が「２のべき乗」でない場合にも対応可能である。また、不均一化変調符号化部２１２は、不均一化変調符号化部２１２に備えられている複数の変換部及び切替部のうちの一部の変換部及び切替部を使用することで、予め定められたシンボルの候補の個数が「２のべき乗」でない場合に対応可能である。
　次に、不均一化変調復号部３２４の構成の詳細を説明する。
　図１２は、６４ＱＡＭの不均一化変調復号部３２４の構成の例を示す図である。不均一化変調復号部３２４は、除算部７０と、生成部７１と、パラレル・シリアル変換部７２とを備える。除算部７０は、シンボル・ビット変換部７３を備える。生成部７１は、変換部７１０と、変換部７１１と、変換部７１２と、下位ビット選択部７１３と、信号線８００とを備える。
　シンボル・ビット変換部７３は、受信された光信号のシンボルを表す値を、ビット系列に変換する。シンボル・ビット変換部７３は、ビット系列に変換されたＳＳＢのビット系列を、信号線８００を介して下位ビット選択部７１３に出力する。ここで、シンボル・ビット変換部７３は、変換部７１０によるエントロピー変換前のＳＳＢのビット系列を、信号線８００を介して下位ビット選択部７１３に出力する。
　変換部７１０は、ＳＳＢのビット系列に対してエントロピー変換を実行することで、エントロピー変換後のＳＳＢのビット系列を生成する。変換部７１０に入力されたＳＳＢのビット系列の系列長は、エントロピー変換後のＳＳＢのビット系列の第２系列長以上である。変換部７１１と変換部７１２と下位ビット選択部７１３とは、ＳＳＢのビット系列に応じて、エントロピー変換後のＬＳＢの第１ビット系列と、エントロピー変換後のＬＳＢの第２ビット系列とを生成する。パラレル・シリアル変換部７２は、ＭＳＢのビット系列と、エントロピー変換後のＳＳＢのビット系列と、エントロピー変換後のＬＳＢの第１ビット系列と、エントロピー変換後のＬＳＢの第２ビット系列とに対して、パラレル・シリアル変換処理を実行する。
　このように、不均一化変調復号部３２４の復調処理は、不均一化変調符号化部２１２の変調処理に対して逆の処理である。したがって、不均一化変調復号部３２４におけるビット系列の流れの向きと、不均一化変調符号化部２１２におけるビット系列の流れの向きとは、原則として互いに逆である。
　例外として、不均一化変調符号化部２１２の信号線５００におけるビット系列の流れの向きと、不均一化変調復号部３２４における信号線８００におけるビット系列の流れの向きとは、互いに同じである。すなわち、不均一化変調復号部３２４の信号線８００におけるビット系列の流れの向きは、変換部７１０から下位ビット選択部７１３への向きである。不均一化変調符号化部２１２の信号線５００におけるビット系列の流れの向きは、変換部４１０から下位ビット選択部４１３への向きである。同様に、信号線８０１の向きは、信号線５０１の向きと同じである。信号線８０２の向きは、信号線５０２の向きと同じである。信号線８０３の向きは、信号線５０３の向きと同じである。
　以上のように、第１実施形態の通信システム１は、光送信装置２と、光受信装置３と、光信号の伝送路とを備える。光送信装置２は、記憶部２１１と、不均一化変調符号化部２１２（制御部）と、光送信器２３とを有する。記憶部２１１は、振幅分布情報を、光信号の変調速度に対応付けて記憶する。不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域とデバイス帯域とに基づいて変調速度を選択する。不均一化変調符号化部２１２は、選択された変調速度に対応付けられた振幅分布情報に基づいて、光信号のシンボルの出現確率を制御する。光送信器２３は、出現確率が制御されたシンボルの光信号を送信する。光受信装置３は、光受信器３０と、不均一化変調復号部３２４（復号部）とを有する。光受信器３０は、出現確率が制御されたシンボルの光信号を受信する。記憶部３２３は、記憶部２１１が記憶している振幅分布情報と同一である振幅分布情報を、光信号の変調速度に対応付けて記憶する。不均一化変調復号部３２４は、不均一化変調符号化部２１２によって選択された変調速度を検出する。不均一化変調復号部３２４は、検出された変調速度に対応付けられた振幅分布情報に基づいて、受信された光信号のシンボルを復号する。
　これによって、第１実施形態の通信システム１は、光信号の伝送特性を向上させることが可能である。
　不均一化変調符号化部２１２は、例えば、信号帯域がデバイス帯域に一致、又は、信号帯域がデバイス帯域よりも狭くなるように、光信号の変調速度を選択する。不均一化変調符号化部２１２は、例えば、コンスタレーションマップにおけるシンボルの出現確率の分布が振幅分布情報におけるシンボルの出現確率の分布となるように、送信される光信号のシンボルの出現確率を制御する。
　（第２実施形態）
　第２実施形態では、デバイス帯域の特性が未知である点が、第１実施形態と相違する。
第２実施形態では、第１実施形態との相違点を説明する。
　図１３は、通信システム１の構成の例を示す図である。通信システム１は、光送信装置２と、光受信装置３とを備える。光送信装置２は、送信装置インタフェース２０と、送信処理部２１と、ドライバ２２と、光送信器２３とを備える。光受信装置３がデバイス帯域を測定するため、送信処理部２１は、帯域の広いランダム信号であるテスト信号の光信号を光受信装置３に送信する。送信処理部２１は、トーン信号を光受信装置３に送信しながら、所定の各帯域についてトーン信号をスイープしてもよい。
　光受信装置３は、光受信器３０と、アンプ３１と、受信処理部３２と、受信装置インタフェース３３とを備える。受信処理部３２は、テスト信号を光受信装置３から受信する。
受信処理部３２は、テスト信号に復調処理を実行する。受信処理部３２は、デバイス帯域の情報をテスト信号から取得する。例えば、受信処理部３２は、適応等化フィルタのタップ係数に基づいて、デバイス帯域を算出する。受信処理部３２は、周波数を測定する機能部（スペクトル・アナライザ）を用いて、デバイス帯域を測定してもよい。
　受信処理部３２は、デバイス帯域の情報を送信処理部２１にフィードバックする。受信処理部３２は、デバイス帯域に基づいて振幅分布情報を生成する。不均一化変調復号部３２４は、信号帯域がデバイス帯域に一致、又は、信号帯域がデバイス帯域よりも狭くなるように、振幅系列の分布を光信号の変調速度に応じて予め定める。受信処理部３２は、予め定められた振幅系列の分布を表す振幅分布情報を、光信号の変調速度ごとに記憶部３２３に記録する。
　送信処理部２１は、デバイス帯域の情報を受信処理部３２から取得する。送信処理部２１は、デバイス帯域に基づいて振幅分布情報を生成する。不均一化変調符号化部２１２は、信号帯域がデバイス帯域に一致、又は、信号帯域がデバイス帯域よりも狭くなるように、振幅系列の分布を光信号の変調速度に応じて予め定める。送信処理部２１は、振幅分布情報を光信号の変調速度ごとに記憶部２１１に記録する。
　不均一化変調符号化部２１２は、受信処理部３２から送信処理部２１にフィードバックされたデバイス帯域の情報と信号帯域の情報とに基づいて、光信号の変調速度を選択する。不均一化変調符号化部２１２は、選択された変調速度に対応付けられた振幅分布情報を、記憶部２１１から取得する。不均一化変調符号化部２１２は、予め定められた形式のビット系列をフレーマ２１０から取得する。不均一化変調符号化部２１２は、取得されたビット系列を、取得された振幅分布情報に基づく不均一化変調技術によって符号化する。
　以上のように、第２実施形態の不均一化変調符号化部２１２（制御部）は、光受信装置３から光送信装置２にフィードバックされたデバイス帯域の情報と信号帯域の情報とに基づいて、光信号の変調速度を選択する。
　これによって、第２実施形態の通信システム１は、デバイス帯域の特性が未知である場合でも、光信号の伝送特性を向上させることが可能である。
　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。
　上述した実施形態における光送信装置及び光受信装置をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、こ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に読み込ませ、実行することによって実現してもよい。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、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。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よく、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く、ＦＰＧＡ（FieldProgrammable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
　本発明は、光通信システムに適用可能である。
　１…通信システム、２…光送信装置、３…光受信装置、４…光ファイバ、５…増幅部、２０…送信装置インタフェース、２１…送信処理部、２２…ドライバ、２３…光送信器、３０…光受信器、３１…アンプ、３２…受信処理部、３３…受信装置インタフェース、４０…シリアル・パラレル変換部、４１…候補選択部、４２…乗算部、７０…除算部、７１…生成部、７２…パラレル・シリアル変換部、７３…シンボル・ビット変換部、１００…マーク、１０１…デバイス帯域曲線、１０２…信号帯域曲線、１１０…マーク、１１１…デバイス帯域曲線、１１２…信号帯域曲線、１２０…マーク、１２１…デバイス帯域曲線、１２２…信号帯域曲線、１３０…マーク、１３１…デバイス帯域曲線、１３２…信号帯域曲線、１４０…マーク、１５０…マーク、１６０…マーク、１７０…マーク、２１０…フレーマ、２１１…記憶部、２１２…不均一化変調符号化部、２１３…誤り訂正符号化部、２１４…変調部、２１５…デジタル・アナログ変換部、２２０…変調器ドライバ、２３０…信号光源、２３１…偏波変調器、２３２…偏波ビーム・コンバイナ、３００…局発光源、３０１…９０度光ハイブリッド、３０２…バランス型光検出器、３０３…偏光ビーム・スプリッタ、３１０…トランス・インピーダンス・アンプ、３２０…アナログ・デジタル変換部、３２１…復調部、３２２…誤り訂正復号部、３２４…不均一化変調復号部、３２５…フレーマ、４１０…変換部、４１１…変換部、４１２…変換部、４１３…下位ビット選択部、４１４…切替部、４１５…切替部、４１６…バッファ、４１７…バッファ、４１８…切替部、４１９…変換部、４２０…変換部、４２１…切替部、４２２…切替部、４２３…バッファ、４２４…バッファ、５００…信号線、６００…記憶部、７１０…変換部、７１１…変換部、７１２…変換部、７１３…下位ビット選択部、８００…信号線、Ａ…変調帯域、Ｂ…変調帯域

Claims (8)

  1. 　光送信装置と、光受信装置と、光信号の伝送路とを備える通信システムであって、
    　前記光送信装置は、
    　光信号のシンボルの出現確率の分布を表す情報である振幅分布情報を、光信号の変調速度に対応付けて記憶する第１記憶部と、
    　前記変調速度により定まる帯域である信号帯域と前記光送信装置、前記光受信装置及び前記伝送路が光信号を通過させる帯域であるデバイス帯域とに基づいて前記変調速度を選択し、選択された前記変調速度に対応付けられた前記振幅分布情報に基づいて、光信号のシンボルの出現確率を制御する制御部と、
    　前記出現確率が制御されたシンボルの光信号を送信する光送信器とを有し、
    　前記光受信装置は、
    　前記出現確率が制御されたシンボルの光信号を受信する光受信器と、
    　前記変調速度に対応付けて前記振幅分布情報を記憶する第２記憶部と、
    　選択された前記変調速度を検出し、検出された前記変調速度に対応付けられた前記振幅分布情報に基づいて、受信された光信号のシンボルを復号する復号部とを有する、
    　通信システム。
  2. 　前記制御部は、前記信号帯域が前記デバイス帯域に一致、又は、前記信号帯域が前記デバイス帯域よりも狭くなるように、前記変調速度を選択する、請求項１に記載の通信システム。
  3. 　前記制御部は、コンスタレーションマップにおけるシンボルの出現確率の分布が前記振幅分布情報におけるシンボルの出現確率の分布となるように、送信される光信号のシンボルの出現確率を制御する、請求項１又は請求項２に記載の通信システム。
  4. 　シンボルの出現確率の分布は、マクスウェル・ボルツマン分布である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の通信システム。
  5. 　前記制御部は、前記光受信装置から前記光送信装置にフィードバックされた前記デバイス帯域の情報と前記信号帯域の情報とに基づいて、前記変調速度を選択する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の通信システム。
  6. 　光送信装置と、光受信装置と、光信号の伝送路とを備える通信システムにおける前記光送信装置であって、
    　光信号のシンボルの出現確率の分布を表す情報である振幅分布情報を、光信号の変調速度に対応付けて記憶する記憶部と、
    　前記変調速度により定まる帯域である信号帯域と自装置、前記光受信装置及び前記伝送路が光信号を通過させる帯域であるデバイス帯域とに基づいて前記変調速度を選択し、選択された前記変調速度に対応付けられた前記振幅分布情報に基づいて、光信号のシンボルの出現確率を制御する制御部と、
    　前記出現確率が制御されたシンボルの光信号を送信する光送信器と
    　を備える光送信装置。
  7. 　前記制御部は、前記信号帯域が前記デバイス帯域に一致、又は、前記信号帯域が前記デバイス帯域よりも狭くなるように、前記変調速度を選択する、請求項６に記載の光送信装置。
  8. 　光送信装置と、光受信装置と、光信号の伝送路とを備える通信システムにおける前記光受信装置であって、
    　出現確率が制御されたシンボルの光信号を受信する光受信器と、
    　光信号のシンボルの出現確率の分布を表す情報である振幅分布情報を、光信号の変調速度に対応付けて記憶する記憶部と、
    　前記光送信装置によって選択された前記変調速度を検出し、検出された前記変調速度に対応付けられた前記振幅分布情報に基づいて、受信された光信号のシンボルを復号する復号部と
    　を備える光受信装置。
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