(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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。【選択図】図１
2020025190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】T. Rahman et al., "FEC Overhead Optimization for Long-Haul Transmission of PM-16QAM based 400Gb/s Super-Channel", ECOC2014, Cannes-France, P.5.17
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
伝送容量［ｂ／ｓ］＝周波数利用効率［ｂ／ｓ／Ｈｚ］×信号帯域［Ｈｚ］  …（１）
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
（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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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（Field Programmable 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。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は、光通信システムに適用可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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