(57)【要約】  光通信システムにおいて、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送器を提供する、技術、装置、およびシステム。【選択図】図１Ａ
2011514736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信の方法であって、
複数の直交振幅変調（ＱＡＭ）コンスタレーションのなかから選択された可変ビットレートで光チャネル信号の信号変調を制御する際に、異なるデータビットレートを有する複数の異なるＱＡＭコンスタレーションを提供するように、プログラム可能光伝送器を動作させるステップと、
前記光チャネル信号を伝送する光伝送リンクの状態に基づき、前記ＱＡＭコンスタレーションの１つを選択して前記信号変調を制御するように、前記光伝送器を動作させるステップと、
前記光伝送リンクの状態が変わったとき、前記ＱＡＭコンスタレーションのうち他の１つを選択して前記信号変調を制御するように、前記光伝送器を動作させるステップと、
を有することを特徴とする光通信方法。
【請求項２】
前記光伝送リンクの状態の変化は、前記光伝送リンクの距離を含む
ことを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項３】
前記光伝送リンクの距離が増加したとき、信号変調のための前記ＱＡＭコンスタレーションを、より低いデータビットレートのＱＡＭコンスタレーションに変更するように、前記光伝送器を動作させるステップを有する
ことを特徴とする請求項２記載の光通信方法。
【請求項４】
前記光伝送リンクの状態の変化は、前記光伝送リンクの光信号対ノイズ比を含む
ことを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項５】
前記光伝送リンクの状態の変化は、前記光伝送リンク内のデータビットエラー率を含む
ことを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項６】
前記光伝送リンクの状態の変化は、前記光チャネル信号内の１波長当たりのデータビットレートを含む
ことを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項７】
前記光伝送リンク内のデータビットエラー率の最小２乗値を用いて前記光伝送リンクの状態の変化を示すステップを有する
ことを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項８】
前記ＱＡＭコンスタレーションは、円形ＱＡＭコンスタレーションを含む
ことを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項９】
前記ＱＡＭコンスタレーションは、矩形ＱＡＭコンスタレーションを含む
ことを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項１０】
前記ＱＡＭコンスタレーションについての所定のルックアップテーブルと、前記光チャネル信号を伝送するための前記光伝送リンクの動作状態を提供するステップと、
前記光伝送リンクの所与の動作条件を用いて、前記光伝送器内の前記信号変調のためのＱＡＭコンスタレーションを、前記所定のルックアップテーブルから選択するステップと、
を有することを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項１１】
前記光伝送器が前記光伝送リンクを介して前記光チャネル信号を伝送する動作中に、前記光伝送リンクの状態を監視するステップと、
フィードバック信号を用いて前記監視した状態を前記光伝送器に伝達するステップと、
前記フィードバック信号に応じて、前記光伝送器内の前記信号変調のためのＱＡＭコンスタレーションを選択するように、前記光伝送器を動作させるステップと、
を有することを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項１２】
前記光伝送器に、前記光伝送リンクを介して前記光チャネル信号を伝送する動作をさせる前に、前記光伝送リンクのパフォーマンスを測定するテストを実施するように、前記光伝送器を動作させるステップと、
前記測定された前記光伝送リンクのパフォーマンスを用いて、前記光伝送器内の前記信号変調のためのＱＡＭコンスタレーションを選択するステップと、
前記光伝送リンクを介して前記光チャネル信号を伝送する際に、前記光伝送器を前記選択されたＱＡＭコンスタレーションの下で動作させるステップと、
を有することを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項１３】
前記光伝送器を前記選択されたＱＡＭコンスタレーションの下で動作させ、ある期間が経過した後、前記光伝送リンクのパフォーマンスを測定する他のテストを実施するように、前記光伝送器を動作させるステップと、
前記測定された前記光リンクのパフォーマンスを用いて、前記選択された現在使用中の前記光伝送器内の前記信号変調のためのＱＡＭコンスタレーションが適正であるか否かを判定するステップと、
前記測定されたパフォーマンスに基づき、以前に選択された現在使用中の前記信号変調のためのＱＡＭコンスタレーションが適正でないとき、前記光伝送リンクを介して前記光チャネル信号を伝送する際に、異なるＱＡＭコンスタレーションを選択するように、前記光伝送器を動作させるステップと、
を有することを特徴とする請求項１３記載の光通信方法。
【請求項１４】
前記プログラム可能光伝送器内の前記異なるデータビットレートを有する異なるＱＡＭコンスタレーションは、固定ボーレートを有する
ことを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項１５】
前記プログラム可能光伝送器内の、前記異なるデータビットレートを有するＱＡＭコンスタレーションのうち、第１ＱＡＭコンスタレーションから第２ＱＡＭコンスタレーションに変更するとき、ボーレートを変更するステップを有する
ことを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項１６】
前記光チャネル信号を前記光伝送リンクから受信し、前記受信した光チャネル信号からデータを抽出するように、コヒーレントＱＡＭ検出光レシーバを動作させるステップを有する
ことを特徴とする請求項１記載の光通信方法。
【請求項１７】
前記コヒーレントＱＡＭ検出光レシーバは、
前記受信した光チャネル信号からデータを抽出する際に、光信号を生成して、前記受信した光チャネル信号と混合する局部光発信器を備える
ことを特徴とする請求項１６記載の光通信方法。
【請求項１８】
前記コヒーレントＱＡＭ検出光レシーバは、
前記受信した光チャネル信号からデータを抽出する際に、デジタルコヒーレントＱＡＭ処理を実施する、デジタル信号プロセッサを備える
ことを特徴とする請求項１６記載の光通信方法。
【請求項１９】
光通信システムであって、
異なる光ＷＤＭ波長で光ＷＤＭチャネル信号を生成する複数のプログラム可能光伝送器を備え、各プログラム可能光伝送器は、複数の直交振幅変調（ＱＡＭ）コンスタレーションのなかから選択された可変ビットレートで光ＷＤＭチャネル信号の信号変調を制御する際に、異なるデータビットレートを有する複数の異なるＱＡＭコンスタレーションを含むようにプログラムされたデジタル信号処理部を備える、光トランスポンダと、
光トランスポンダに接続され、前記光ＷＤＭチャネル信号を伝送する、光伝送ネットワークと、
少なくとも１つの前記光ＷＤＭチャネル信号を前記光トランスポンダから受信し、前記受信した光ＷＤＭチャネル信号からデータを抽出するコヒーレントＱＡＭ検出メカニズムを備える、前記光伝送ネットワーク内の少なくとも１つの光レシーバと、
少なくとも１つの前記光ＷＤＭチャネル信号を前記光トランスポンダから前記光レシーバに伝送する光伝送リンクの状態を示すフィードバックメカニズムと、
を備え、
前記光トランスポンダは、
前記フィードバック信号に応答して、前記ＱＡＭコンスタレーションのなかから１つのＱＡＭコンスタレーションを選択し、前記フィードバック信号に基づいて、個々のプログラム可能光伝送器内の前記信号変調を制御し、前記光伝送リンクの状態が変わったとき、他のＱＡＭコンスタレーションを選択し、前記個々のプログラム可能光伝送器内の前記信号変調を制御する
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項２０】
前記プログラム可能光伝送器からの前記ＷＤＭチャネル波長における前記光ＷＤＭチャネル信号は、第１光偏波状態にあり、
前記光トランスポンダは、
第２光ＷＤＭチャネル信号を前記ＷＤＭチャネル波長で、前記第１偏波状態と直交する第２光偏波状態で生成する、第２プログラム可能光伝送器と、
前記第１光偏波状態の前記光ＷＤＭチャネル信号と前記第２光偏波状態の前記第２光ＷＤＭ信号を結合し、偏波多重信号を生成して前記光伝送ネットワークに伝送する偏波結合器と、
を備えることを特徴とする請求項１９記載の光通信システム。
【請求項２１】
各プログラム可能光伝送器は、
前記プログラム可能光伝送器内の、前記異なるデータビットレートを有するＱＡＭコンスタレーションのうち、第１ＱＡＭコンスタレーションから第２ＱＡＭコンスタレーションに変更するとき、ボーレートを変更する
ことを特徴とする請求項１９記載の光通信システム。
【請求項２２】
各プログラム可能光伝送器は、
前記プログラム可能光伝送器内の、前記異なるデータビットレートを有するＱＡＭコンスタレーションのうち、第１ＱＡＭコンスタレーションから第２ＱＡＭコンスタレーションに変更するとき、固定ボーレートを維持する
ことを特徴とする請求項１９記載の光通信システム。
【請求項２３】
各プログラム可能光伝送器は、
ＣＷレーザビームを生成するレーザ生成器と、
前記ＣＷレーザビームを第１ビームと第２ビームに分割するビームスプリッタと、
異なるＱＡＭコンスタレーションに基づいて前記第１ビームと前記第２ビームをそれぞれ変調する２つのマッハ−ツェンダー光変調器と、
前記ＱＡＭコンスタレーションを生成するのに足るＤＡＣビット分解能よりも高いＤＡＣビット分解能を有し、前記２つのマッハ−ツェンダー光変調器を制御する、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）回路と、
ことを特徴とする請求項１９記載の光通信システム。
【請求項２４】
光通信の方法であって、
プログラム可能光トランスポンダを光通信ネットワークに接続するステップであって、各光トランスポンダは、異なる光ＷＤＭ波長で光ＷＤＭチャネル信号を生成する複数のプログラム可能光伝送器と、光ＷＤＭチャネル信号を検出する複数の光レシーバと、を備え、各プログラム可能光伝送器は、複数の直交振幅変調（ＱＡＭ）コンスタレーションのなかから選択された可変ビットレートで光ＷＤＭチャネル信号の信号変調を制御する際に、異なるデータビットレートを有する複数の異なるＱＡＭコンスタレーションを含むようにプログラムされたデジタル信号処理部を備える、ステップと、
プログラム可能光トランスポンダによって生成された、各前記光ＷＤＭチャネル信号の各光パスリンクについてのパフォーマンス情報を取得するステップと、
各前記光パスリンクの前記パフォーマンス情報に基づいて、各光トランスポンダ内の各前記プログラム可能光伝送器を、前記プログラム可能光伝送器の前記デジタル信号処理部内の前記複数のＱＡＭコンスタレーションから選択されたＱＡＭコンスタレーションの下で動作させるステップと、
個々のプログラム可能光伝送器からの各光ＷＤＭチャネル信号について前記光パスリンクの前記パフォーマンスの変化を示すフィードバック信号を前記光トランスポンダに伝達するフィードバックメカニズムを前記光ネットワークにおいて提供するステップと、
前記光パスリンクの前記パフォーマンスの変化が、ＱＡＭコンスタレーションを変更するための所定の条件に合致するとき、現在使用しているＱＡＭコンスタレーションを異なるＱＡＭコンスタレーションに変更するように、プログラム可能光伝送器を動作させるステップと、
を有することを特徴とする光通信方法。
【請求項２５】
前記ＱＡＭコンスタレーションを変更するための所定の条件は、前記光パスリンクの距離を含む
ことを特徴とする請求項２４記載の光通信方法。
【請求項２６】
前記ＱＡＭコンスタレーションを変更するための所定の条件は、前記光パスリンクの光信号対ノイズ比を含む
ことを特徴とする請求項２４記載の光通信方法。
【請求項２７】
前記ＱＡＭコンスタレーションを変更するための所定の条件は、前記光パスリンクのデータビットエラー率を含む
ことを特徴とする請求項２４記載の光通信方法。
【請求項２８】
前記ＱＡＭコンスタレーションを変更するための所定の条件は、前記光チャネル信号内の１波長当たりのデータビットレートを含む
ことを特徴とする請求項２４記載の光通信方法。
【請求項２９】
前記光伝送リンク内のデータビットエラー率の最小２乗値を用いて前記ＱＡＭコンスタレーションを変更するための所定の条件を示すステップを有する
ことを特徴とする請求項２４記載の光通信方法。
【請求項３０】
前記光ネットワーク内の第１光パスリンクを介して第１光ＷＤＭチャネル信号を送信する際に、プログラム可能光トランスポンダ内の第１プログラム可能光伝送器を、第１ＱＡＭコンスタレーションの下で第１データレートで動作させるステップと、
前記第１光パスリンクよりも長い第２光パスリンクを介して第２光ＷＤＭチャネル信号を送信する際に、前記プログラム可能光トランスポンダ内の第２プログラム可能光伝送器を、第２ＱＡＭコンスタレーションの下で前記第１データレートよりも低い第２データレートで動作させるステップと、
を有することを特徴とする請求項２４記載の光通信方法。
【請求項３１】
前記光ネットワーク内の第１光パスリンクを介して第１光ＷＤＭチャネル信号を送信する際に、プログラム可能光トランスポンダ内の第１プログラム可能光伝送器を、第１ＱＡＭコンスタレーションの下で第１データレートで動作させるステップと、
前記第１光パスリンクよりも光信号対ノイズ比が高い第２光パスリンクを介して第２光ＷＤＭチャネル信号を送信する際に、前記プログラム可能光トランスポンダ内の第２プログラム可能光伝送器を、第２ＱＡＭコンスタレーションの下で前記第１データレートよりも低い第２データレートで動作させるステップと、
を有することを特徴とする請求項２４記載の光通信方法。
【請求項３２】
各プログラム可能光伝送器を設定する際に、前記複数のＱＡＭコンスタレーション内に、２−ＱＡＭ、４−ＱＡＭ、８−ＱＡＭ、１６−ＱＡＭ、３２−ＱＡＭ、６４−ＱＡＭ、１２８−ＱＡＭ、２５６−ＱＡＭを含める
ことを特徴とする請求項２４記載の光通信方法。
【請求項３３】
前記光ネットワーク内の選択されたＱＡＭコンスタレーションの下で、各光ＷＤＭチャネル信号を検出する際に、コヒーレントＱＡＭ検出方式を適用するステップを有する
ことを特徴とする請求項２４記載の光通信方法。
【請求項３４】
前記複数のＱＡＭコンスタレーションを固定共通ボーレートに維持するステップを有する
ことを特徴とする請求項２４記載の光通信方法。
【請求項３５】
光通信の方法であって、
ネットワーク内の光ノードにおいて複数のプログラム可能光伝送器を提供するステップであって、各プログラム可能光伝送器は、異なるデータビットレートを有する複数の異なる直交振幅変調（ＱＡＭ）コンスタレーションを備え、前記ＱＡＭコンスタレーションから選択された可変ビットレートを有する光チャネル信号の信号変調を制御する、ステップと、
各光パスリンクについての光パスリンク長および光信号対ノイズ比の少なくとも１つに基づいて、光パスリンクが光チャネル信号を前記光ノード内の光伝送器から伝送する光伝送パフォーマンスを判定し、各光伝送器について前記ＱＡＭコンスタレーションの１つを選択し、前記信号変調を制御するステップと、
前記光ノード内の前記光伝送器を前記選択されたＱＡＭコンスタレーションの下で異なるデータビットレートで動作させるステップと、
を有することを特徴とする光通信方法。
【請求項３６】
前記光パスリンクの設計ルールに基づいて光パスリンクの前記光伝送パフォーマンスを判定するステップを有する
ことを特徴とする請求項３５記載の光通信方法。
【請求項３７】
光パスリンクの前記光伝送パフォーマンスを判定するステップは、
各光パスリンクに対して光伝送パフォーマンスを測定するテストを実施するステップと、
前記光パスリンクについてＱＡＭコンスタレーションを選択するためのテストにおいて、前記測定された光伝送パフォーマンスを用いるステップと、
によって実施されることを特徴とする請求項３５記載の光通信方法。
【請求項３８】
光パスリンクの前記光伝送パフォーマンスを判定するステップは、
各光パスリンクの受信端において前記光伝送パフォーマンスを測定するステップと、
各光伝送器に前記受信端における前記測定された光伝送パフォーマンスを通知するためのフィードバック信号を動作させるステップと、
前記光パスリンクについてＱＡＭコンスタレーションを選択する際に、前記フィードバック新号内の前記測定された光伝送パフォーマンスを用いて前記光伝送器を動作させるステップと、
によって実施されることを特徴とする請求項３５記載の光通信方法。
【請求項３９】
異なるデータビットレートを有するＱＡＭコンスタレーションを選択するとき、ボーレートを変更するステップを有する
ことを特徴とする請求項３５記載の光通信方法。
【請求項４０】
異なるデータビットレートを有するＱＡＭコンスタレーションを選択するとき、ボーレートを固定レートに維持するステップを有する
ことを特徴とする請求項３５記載の光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本ＰＣＴ出願は、２００８年２月５日に出願された、米国特許出願１２／０２６，５４５号、発明の名称「プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送」の優先権を主張し、同出願は参照によって本ＰＣＴ出願の開示の一部として組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、光通信に関する。
【０００３】
光通信は、光変調器を用いて光キャリアビームを変調し、光リンクを介してデジタルビットを伝送する。光通信システムは、光波長分割多重方式（ＷＤＭ）を用いて、単一の光ファイバを介して種々の光データチャネルを搬送するように変調された複数の光キャリアを伝送することができる。
【０００４】
光通信のパフォーマンスは、様々なパラメータによって特徴付けることができる。例えば、光信号対ノイズ比（ＯＳＮＲ）、データビットエラーレート（ＢＥＲ）、波長当たりのデータビットレート、またはデータスペクトル効率である。光ＷＤＭ信号の信号品質は、光通信における様々な効果によって劣化し得る。例えば、ファイバ内の光減衰効果および、ファイバ内の色分散（ＣＤ）、偏波モード分散（ＯＭＤ）、偏光依存損失（ＰＤＬ）を含む光学分散効果である。伝送中の光信号の劣化を緩和する技術のなかには、光伝送路において、信号減衰に対する光増幅器、分散補償装置のような光補償装置を用いるものもある。その他の技術では、さまざまな光変調技術を用いて、例えばファイバ分散のような光伝送における信号劣化効果に耐性がある変調データフォーマットを生成する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本出願は、特に、光通信システムにおいて、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送を提供する技術、装置、システムを開示する。１側面において、光通信方法は、複数の直交振幅変調（ＱＡＭ）コンスタレーションのなかから選択された可変ビットレートで光チャネル信号の信号変調を制御する際に、異なるデータビットレートを有する複数の異なるＱＡＭコンスタレーションを提供するように、プログラム可能光伝送器を動作させるステップと、前記光チャネル信号を伝送する光伝送リンクの状態に基づき、前記ＱＡＭコンスタレーションの１つを選択して前記信号変調を制御するように、前記光伝送器を動作させるステップと、前記光伝送リンクの状態が変わったとき、前記ＱＡＭコンスタレーションのうち他の１つを選択して前記信号変調を制御するように、前記光伝送器を動作させるステップと、を有する。
【０００６】
上記光通信方法の１実装例は、ＱＡＭコンステレーションのなかから選択された可変データビットレートを有する光チャネル信号の信号変調を制御する際に、異なるデータビットレートを有する複数の直交振幅変調（ＱＡＭ）コンスタレーションを提供するようにプログラム可能光伝送器を動作させるステップと、ＱＡＭコンスタレーションの１つを選択して光チャネル信号を伝送するように光伝送器を動作させるステップと、光伝送リンクの状態が変わったとき他のＱＡＭコンスタレーションを選択して信号変調を制御するように光伝送器を動作させるステップと、を有する。
【０００７】
他の側面において、光通信システムは、光チャネル信号生成時の信号変調を制御する際における異なるデータビットレートを有する複数の異なる信号変調フォーマットを有するようにプログラムされたデジタル信号処理部を有する光伝送器と、光伝送器と接続され、光チャネル信号を伝送する光伝送リンクと、光伝送リンクと接続され、光チャネル信号を光伝送器から受信する光レシーバと、光チャネル信号を光伝送器から光レシーバに伝送する際において光伝送リンクの状態を示すフィードバック信号を光伝送器に伝達するフィードバックメカニズムと、を備える。光伝送器は、フィードバック信号に応答し、複数の信号変調フォーマットから１つの信号変調フォーマットを選択し、状態に基づいて信号変調を制御し、光伝送リンクの状態が変わったときは他の信号変調フォーマットを選択して信号変調を制御する。
【０００８】
１つの実装例において、光通信システムは、種々なＷＤＭ波長で光ＷＤＭチャネル信号を生成する複数のプログラム可能光伝送器を備えた光トランスポンダを備える。各プログラム可能光伝送器は、複数の直交振幅変調（ＱＡＭ）コンスタレーションから選択された可変データビットレートを有する光ＷＤＭチャネル信号の信号変調を制御する際における、異なるデータビットレートの複数のＱＡＭコンスタレーションを有するようにプログラムされたデジタル信号処理部を備える。このシステムは、光トランスポンダに接続され、光ＷＤＭチャネル信号を伝送する光伝送ネットワークと、少なくとも１つの光ＷＤＭチャネル信号を光トランスポンダを受信し、受信した光ＷＤＭチャネル信号からデータを抽出するためのコヒーレントＱＡＭ検出メカニズムを備える、光伝送ネットワーク内の少なくとも１つの光レシーバと、少なくとも１つのＷＤＭチャネル信号を光トランスポンダから光レシーバに伝送する光伝送リンクの状態を示すフィードバック信号を光トランスポンダに伝達するための、光伝送ネットワーク内のフィードバックメカニズムと、を備える。本システム内において、光トランスポンダはフィードバック信号に応答し、１つのＱＡＭコンスタレーションを複数のＱＡＭコンスタレーションから選択し、フィードバック信号に基づいて個々のプログラム可能光伝送器内の信号変調を制御し、光伝送リンクの状態が変わったとき、他のＱＡＭコンスタレーションを選択して個々のプログラム可能光伝送器内の信号変調を制御する。各プログラム可能光伝送器は、ＣＷレーザビームを生成するレーザ生成器と、ＣＷレーザビームを第１ビームと第２ビームに分岐させるビームスプリッタと、第１ビームと第２ビームを異なるＱＡＭコンスタレーションに基づいて個々に変調する２つのマッハ−ツェンダー光変調器と、２つのマッハ−ツェンダー光変調器を制御するためのＱＡＭコンスタレーションを生成するために必要なＤＡＣビット分解能よりも高いＤＡＣビット分解能を有するＤＡコンバータ（ＤＡＣ）と、を備える。各プログラム可能光伝送器は、プログラム可能光伝送器内の第１ＱＡＭコンスタレーションから第２ＱＡＭコンスタレーションに変更するとき、ボーレートを固定レートに維持するか、またはボーレートを変化させるかのいずれにも構成することができる。
【０００９】
さらに他の側面において、光通信の方法は、光通信ネットワーク内のプログラム可能光トランスポンダを接続するステップであって、各プログラム可能光トランスポンダは光ＷＤＭチャネル信号を種々の光ＷＤＭ波長で生成する複数のプログラム可能光伝送器と、光ＷＤＭチャネル信号を検出するための複数の光レシーバと、を備えるステップを有する。各プログラム可能光伝送器は、種々の直交振幅変調（ＱＡＭ）コンスタレーションを有するようにプログラムされたデジタル信号処理部を備える。この方法は、プログラム可能光トランスポンダが生成した各光ＷＤＭチャネル信号についての各光パスリンクのパフォーマンス情報を取得するステップと、各光トランスポンダ内の各プログラム可能光伝送器を、個々の光パスリンクについてのパフォーマンス情報に基づいて、プログラム可能光伝送器のデジタル信号処理部内の複数のＱＡＭコンステレーションから選択されたＱＡＭコンステレーションの下で動作させるステップと、光ネットワーク内においてフィードバックメカニズムを提供し、個々のプログラム可能光伝送器からの各光ＷＤＭチャネル信号についての光パスリンクのパフォーマンスの変化を示す光トランスポンダにフィードバック信号を伝達するステップと、光パスリンクのパフォーマンスの個々の変化がＱＡＭコンステレーションを変更するための所定の条件と合致したとき、プログラム可能光伝送器を動作させ、現在使用中のＱＡＭコンステレーションを異なるＱＡＭコンステレーションに変更するステップと、を有する。
【００１０】
さらに別の側面では、光通信の方法は、ネットワーク内の光ノード内において複数のプログラム可能光伝送器を提供するステップを有する。各プログラム可能光伝送器は、種々のデータビットレートの複数の直交振幅変調（ＱＡＭ）コンスタレーションを備え、ＱＡＭコンスタレーションのなかから選択された可変データビットレートを有する光チャネル信号の信号変調を制御するように動作する。この方法は、光ノード内の光伝送器からの光チャネル信号を伝送するための光パスリンクの光伝送パフォーマンスを、各光パスリンクについての少なくとも１つの光パスリンク長および光信号対ノイズ比に基づき判定し、各光伝送器について１つのＱＡＭコンスタレーションを選択し、信号変調を制御するステップと、光ノード内の光伝送器を異なるデータビットレートを有する選択されたＱＡＭコンスタレーションの下で動作させるステップと、を有する。
【００１１】
これらおよび他の実装例、並びにその変形例は、添付する図面、発明の詳細な説明、特許請求の範囲において詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送を実装した、光通信システムの例を示す。
【図１Ｂ】図１Ａのシステム内の、プログラム可能可変ビットレート光伝送およびこれに対応する種々の光ＷＤＭ波長を受信する光レシーバを有する光トランスポンダを示す。
【図１Ｃ】プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光通信器と光レシーバの例をそれぞれ示す。
【図２】Ｍ変数ＱＡＭコンスタレーションおよび代表ＯＳＮＲ、ＤＡＣおよびＡＤＣビット分解能要件、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）通信システムにおける５０ＧＨｚ間隔再構成可能光挿入・分岐モジュール（ＲＯＡＤＭｓ）を介した伝送に適したボーレート２５Ｇｂのビットレートおよびスペクトル効率の例を示す。
【図３】Ｍ−ＱＡＭビットレートとＯＳＮＲのトレードオフを示す。
【図４】波長チャネル毎のＭ−ＱＡＭ最適化についてのネットワーク例を示す。
【図５】ＲＯＡＤＭｓとＥＤＦＡｓを有する光ネットワークにおけるレート可変光ターミナルの例を示す。
【図６】本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送を動作させる３つの異なるモードの例を示す。
【図７】本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送を動作させる３つの異なるモードの例を示す。
【図８】本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送を動作させる３つの異なるモードの例を示す。
【図９】プログラム可能信号変調と動的フィードバックを用いた可変ビットレート光伝送に基づく光システムの例を示す。
【図１０】「帯域内」汎用通信チャネル（ＧＣＣ）を介して伝送器と通信して最適ビットレートを設定するレシーバからの事前前方誤り修正（ｐｒｅ−ＦＥＣ）ＢＥＲデータを用いた可変ビットレートトランスポンダを制御する、図９のシステムの例を示す。
【図１１】図１０のシステムにおいて最適Ｍ−ＱＡＭコンスタレーションを設定するためのシステムマージン（事前前方誤り修正（ｐｒｅ−ＦＥＣ）ＢＥＲから得られる）をモニタする例を示す。
【図１２】ボーレートとＭ−ＱＡＭコンスタレーションがともに変化する可変レート伝送についての光信号対ノイズ比（ＯＳＮＲ）感度に対するビットデータレートのシミュレーション結果を示す。基本となる前提は、２５Ｇボー、１００Ｇｂ／ｓのＰＭ−ＱＰＳＫで、ＩＯｄＢ／Ｏ．ｌｎｍ  ＯＳＮＲ感度を有することである。
【図１３】マッハ−ツェンダー変調器（ＭＺＭ）の伝達関数の望ましくない非線形性を表す、印加電圧に対するマッハ−ツェンダー変調器（ＭＺＭ）の伝達関数を示す。
【図１４】１６ＱＡＭコンスタレーションにおける信号分散に対する伝送器ＭＺＭ伝達関数の非線形性の影響を示す。
【図１５】ＤＡＣ分解能を過量子化しない場合（４ビット）と過量子化する場合（６ビット）の強度シンボルレベル間の距離に対する伝送器ＭＺＭ伝達関数の非線形性の影響を示す。
【図１６】ＭＺＭ非線形性に対処するためのＤＡＣ過量子化についてのＤＡＣ値ルックアップテーブルの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本出願に記載されている技術、装置、システムの例は、光伝送器におけるプログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送を提供する。例えば、特定の光伝送器の光ＷＤＭ信号に対するシステム要件に基づいて、光伝送器内の光変調を制御するためにデジタル信号処理部を提供し、種々のビットレート、種々のデータスペクトル効率、種々のＯＳＮＲ感度レベルを有する種々のデータ変調フォーマットを、光伝送器内で用いることができる。したがって、１つの光伝送器が、多用途な動作条件とシステム要件に応じて可変的な態様で動作し、光伝送器を取り替える必要なしに、所望の伝送パフォーマンスレベルを維持し、または伝送パフォーマンスを最適化することができる。上記のような光伝送器とそれぞれの光レシーバは、ネットワークの光バックボーン構造を取り替えることなく、能力不足の光伝送器と光レシーバを取り替えることにより、光通信システムをより広帯域で改善されたスペクトル効率を有するようにアップグレードするために用いることもできる。
【００１４】
図１Ａは、本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送を実装した光通信システムの例を示す。可変ビットレート光伝送器１１０は、光伝送リンクまたはネットワーク１２０に接続され、光ＷＤＭ信号を１以上の光レシーバ１３０および１４０に送信する。可変ビットレート光伝送器１１０は、種々のビットレートの種々の信号変調フォーマットを有するようにプログラムされたデジタル信号処理部（ＤＳＰ）を備え、伝送器１１０からの出力光ＷＤＭ信号の信号変調フォーマットを制御する。例えば種々の変調レベル（Ｍ）と種々のビットレートを有する様々な直交振幅変調（ＱＡＭ）を、伝送器１１０のデジタル信号処理部内にプログラムすることができる。固定ボーレートの種々のＭ−ＱＡＭコンスタレーションを用いることができる。
【００１５】
様々な光通信システムにおいて、上記のような可変ビットレート光伝送器１１０は、光ＷＤＭ信号を受信する光レシーバを備えた光トランスポンダの一部である場合がある。可変ビットレート光伝送器１１０は、自己の出力光ＷＤＭチャネルに対する光伝送要件に基づいて種々のデータビットレートを有する複数の信号変調フォーマットから選択された、自己の信号変調フォーマットを調整するために動作する。図１Ｂは、光リンクまたはネットワーク１２０に接続された、ネットワーク１２０におけるそれぞれ異なる光リンク１０１および１０２に対する２つの異なる光ＷＤＭチャネル波長で動作する２つの可変ビットレート光伝送器１１１ＴＸおよび１１２ＴＸを備える、光トランスポンダ１１０ＴＲを示す。本例において、２つの光レシーバ１１１ＲＸおよび１１２ＲＸは、伝送器１１１ＴＸおよび１１２ＴＸとそれぞれペアになっている。各光レシーバは、ＱＡＭコンスタレーションの１つの下で変調された光ＷＤＭチャンネル信号を検出するための、コヒーレントＱＡＭ検出方式を実装することができる。
【００１６】
１つの実装例において、光伝送器１１０内のデジタル信号処理部は、光伝送要件と所与の光リンクの条件に基づいて１波長当たりのデータビットレート（すなわちスペクトル効率）を最適化する、プログラム可能変調フォーマットを提供することができる。図１Ａに戻って、光伝送器１１０は、２つの異なる光パスリンク１２１および１２２のうち１つを介して伝送する。２つの光パスリンク１２１および１２２のいずれであるかに基づいて、信号変調フォーマットおよび関連するデータビットレートを選択し、選択された光パスリンクについて信号伝送のパフォーマンスを向上させることができる。したがって、１つの可変伝送器を、種々のリンク伝送条件の下で種々のデータビットレートを有する種々の信号変調フォーマットの下で動作させるために用いることができる。応用例によっては、例えば、ネットワーク１２０内のネットワークルータは、光伝送器１１０からの光ＷＤＭチャンネル信号を、第１光レシーバ１３０に向けた第１光リンク１２１から、光リンク１２２を介した別の場所にある第２光レシーバ１４０へスイッチングすることができる。２つの光リンク１２１および１２２の動作条件は異なる場合があるので、光伝送器１１０は信号変調におけるＱＡＭコンスタレーションを調整してデータ伝送パフォーマンスを最適化するように制御することができる。
【００１７】
比較的高いＯＳＮＲに耐性がある短距離光伝送リンクを考えると、比較的高い１波長当たりのデータレートで伝送する光伝送器について信号変調フォーマットを選択し、光レシーバにおいて、許容範囲内のデータエラー率を達成することができる。低いＯＳＮＲにのみ耐性がある長距離伝送リンクについては、異なる信号変調フォーマットを選択し、低いデータレートで伝送して、同等の許容範囲内のデータエラー率を達成することができる。動作中、特定の光伝送器からの光ＷＤＭ信号は、種々の伝送長を有する種々の宛先を経由することができる。本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送は、伝送パフォーマンスを最適化するため光信号の経路が変化したとき、光伝送器の信号変調フォーマットを変更することができる。
【００１８】
特に、多数の高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）光チャネルおよび再構成可能光挿入・分岐モジュール（ＲＯＡＤＭｓ）を備えた光ノード、種々のＷＤＭ波長において種々の光ＤＷＤＭチャンネルを有する光伝送ネットワーク（ＯＴＮ）は、例えば異なる都市のような異なる宛先に接続するために用いることができる。したがって、異なる要件を有する場合がある。光ＤＷＤＭトランスポンダを配置する１つの方法は、トランスポンダが固定データビットレートで固定信号変調フォーマットを有し、最長経路について所望の伝送パフォーマンスをサポートするように設計することである。この設計の下では、光トランスポンダはしばしば短距離光伝送については機能過剰となる。これは、ＷＤＭ信号に対する信号劣化効果が上記のような光伝送において少なくなり、長距離伝送におけるデータレートよりも高い１波長当たりのデータレートを短距離伝送において使用して同程度のデータエラー率を達成することができるからである。光ＤＷＤＭトランスポンダを配置する別の方法は、種々の伝送距離またはデータビットレートについて最適化された種々の光伝送器を、光伝送要件に基づいて、適切な光伝送器を選択する各光トランスポンダに配置することである。この設計は、装置の資格、テスト、配置、調整、複数の異なるトランスポンダカードバージョンの予備を要し、これはサービスプロバイダにとっては好ましくない場合がある。
【００１９】
光システムにおける特定の光パスリンクの伝送条件は、様々なパラメータで測定することができる。光伝送リンクの光信号対ノイズ比は、伝送条件を表すために用いることができる。したがって、信号変調における適切なＭ−ＱＡＭコンスタレーションを選択するために用いることができる。光伝送リンクにおけるデータビットエラー率も、伝送条件を表すために用いることができる。したがって、信号変調における適切なＭ−ＱＡＭコンスタレーションを選択するために用いることができる。光チャネル信号における１波長当たりのデータビットレートまたはスペクトル効率も、伝送条件を表すために用いることができる。したがって、信号変調における適切なＭ−ＱＡＭコンスタレーションを選択するために用いることができる。別の例において、最小２乗誤差計算器をデジタル信号処理部内に実装し、データビットエラーの最小２乗値を計算して、チャネル品質または忠実度を表すことができる。また、信号変調における適切なＭ−ＱＡＭコンスタレーションを選択するために用いることができる。さらに、これら異なるパラメータの組み合わせを、信号変調における適切なＭ−ＱＡＭコンスタレーションを選択するために用いることができる。
【００２０】
本発明に係る、プログラム可能信号変調に基づく可変レートＭ−ＱＡＭプログラム可能変調トランスポンダを、上記のような光伝送ネットワーク内に配置し、各トランスポンダについて所望のビットレートを有する信号変調フォーマットを選択し、特定の伝送距離要件、および各ＤＷＤＭチャネルのＯＳＮＲを満たすことができる。この、各光伝送器におけるプログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送は、各波長についてスペクトル効率を最大化し、ファイバ光ケーブルの容量を最大化するために用いることができる。１つのトランスポンダカードタイプは、本発明に係る、各トランスポンダにおけるプログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送に基づいて用いることができる。したがって、在庫保管場所毎にカードタイプを１つのみ持つようにすることにより、関連する在庫コストを最小化することができる。チャネルのボーレートは、一定に保つことができる。その上限は、各ＤＷＤＭチャネルにおいて得られる光帯域によって設定することができる。種々のレベルのＭ−ＱＡＭを、１ボー当たりの所定数のシンボルをコード化し、データレートを最大化するために提供することができる。これにより、信号のスペクトル幅は、最適な最大値で一定になる。システム実装例によっては、ＷＤＭ信号を少なくとも５つのＲＯＡＤＭ高速フィルタを介して伝搬させる必要がある場合もある。このとき、カスケードされた光フィルタＦＷＨＭ帯域は、典型的には２０〜２５ＧＨｚとなる。本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送は、上記のような要件その他の要件を各伝送器について満たすために用いることができる。
【００２１】
図１Ｃは、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送器および光レシーバの例をそれぞれ示す。この例は、変調信号成分のＩ相（ｉｎ−ｐｈａｓｅ）とＱ相（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｐｈａｓｅ）双方の振幅を制御する、光コヒーレント検出変調方式の基本的な機能ブロック図を示す。可変ビットレート光伝送器は、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）１０１と、付随するＤＡコンバータ回路（ＤＡＣ）を備え、種々のプログラム可能Ｍ値直交振幅変調（Ｍ−ＱＡＭ）方式を駆動する。ＤＳＰ１０１は、制御アルゴリズムを適用し、光伝送器の信号変調についての複数のＱＡＭ方式のなかから適切なＱＡＭ方式を選択するようにプログラムされている。本例において、名目ボーレートｂｎは一定に設定することができ、したがって、種々のＭ−ＱＡＭコンスタレーションの下での光ＷＤＭ信号についての光伝送帯域は、基本的に変化しないまま維持され得る。この固定ボーレート構成の下では、データビットレートおよびデータスペクトル効率は、光ネットワークインフラを変更または修正せずに、増加させることができる。そのため光システムは、本発明に係る可変ビットレート光伝送器および個々の光レシーバをインストールすることにより、既存のシステムファイバネットワークインフラを変更することなく、より高いビットデータレートおよびスペクトル効率を有するようにアップグレードすることができる。他の実装例において、可変ビットレート光伝送器のボーレートは、複数のＭ−ＱＡＭシンボル空間の間で移動する離散的なステップよりも連続的なレート調整機能を提供するように、調整することができる。
【００２２】
図１Ｃの可変ビットレート光伝送器の例において、ＣＷレーザ１１２は、ＣＷレーザビームを光スプリッタ１１３に向けて生成するために用いられる。光スプリッタ１１３は、ＣＷレーザビームを２つのレーザビームに分離し、Ｉ相変調信号とＱ相変調信号をそれぞれ伝搬する。第１光マッハ−ツェンダー変調器１１４Ａは、第１ＣＷレーザビームを変調して、選択されたＱＡＭコンスタレーションに基づきＩ相変調信号を伝搬するために用いられる。第２光マッハ−ツェンダー変調器１１４Ｂは、第２ＣＷレーザビームを変調して、選択されたＱＡＭコンスタレーションに基づきＱ相変調信号を伝搬するために用いられる。２つの光変調器１１４Ａおよび１１４Ｂから出力される変調ビームは、位相シフト器１１５によってπ／２（９０度）位相シフトされ、光カプラ１１６によって結合され、伝送のための出力光ＷＤＭチャネルを形成する。
【００２３】
図１Ｃの例は、１つの光偏波のみを用いている。これに代えて、２つの直交する光偏波を偏波多重（ＰＭ）構成において利用し、２つの個別の直交変調器を各直交偏波状態において使用し、偏波ビーム結合器を用いて２つの直交偏波光ＷＤＭチャネルを同一のＷＤＭ波長で結合し、２つの異なるチャネルを伝搬するＰＭ出力信号を生成することにより、トラフィック伝搬容量を２倍にすることもできる。２つの異なる光伝送器は、当該ＷＤＭ波長における共通光キャリア源からの直交偏波を適用して生成した２つの光チャネルを用いることができる。ある実装例では、位相調整を信号変調において提供し、ボースキューを、直交偏波を適用した第１チャネルと第２チャネルの間で変化させる。ボースキューを設定する２つの異なる方法を用いることができる。（１）ボースキューは、製造時点で設定される。（２）フィードバックチャネルを介してレシーバからエラーレート情報が提供され、ボースキューを第１チャネルと第２チャネルの間で調整する。このボースキューは、伝送リンクにおける非線形性の不利益を低減するために用いることができる。
【００２４】
図１Ｃは、光伝送器の光レシーバ設計の例を示す。この光レシーバ設計は、デジタル処理ベースの同期コヒーレント検出方式を実装している。この光レシーバは、光局部発振信号を生成する自走光局部発振器（ＬＯ）１３２、２つの光アナログ出力を生成する平衡フォトダイオード１３３Ａおよび１３３Ｂを用いることによるフィードフォワードキャリア回復、偏波逆多重、色分散（ＣＤ）補償、および偏波モード分散（ＰＭＤ）、信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換（ＡＤＣ）ブロック、レシーバＤＳＰ部１３４における可変デジタル有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタによるデジタル処理を備える。これに代えて、光コヒーレントＱＡＭ検出を、光局部発信器および光位相ロックループ（ＰＬＬ）を用いることにより、デジタル信号処理を用いずに実現することもできる。
【００２５】
図１Ｂにおける設計を実装する例として、ボーレートを固定値２５Ｇｐｓに設定することができる。実際の実装例におけるボーレート値は、ＰＣＳエンコード、ＯＴＮフレーミング、ＦＥＣのオーバーヘッドを含めて設定することができる。２つの直交光偏波における２つの光ビームを変調し、偏波多重（ＰＭ）に基づく２つの異なるデータチャネルを伝搬することができる。
【００２６】
図２は、固定ボーレート２５Ｇｐｓにおける偏波多重位相シフトキーイング（ＰＭ−ＰＳＫ）に基づく８つの異なるＱＡＭ変調コンスタレーションの例を示す。図示するＭ−ＱＡＭを実装するため、ＡＤＣとＤＡＣの分解能の例を示した。その他の適当なＡＤＣおよびＤＡＣの分解能を用いることもできる。光ＷＤＭチャネルの伝送距離を最大化するため、可変ビットレートトランスポンダは、図２（ａ）に示すように、ＰＭ−ＰＳＫを伝送するように構成することができる。この変調フォーマットは、最大ＯＳＮＲ感度と最大出射パワーを提供することができる。これにより、ネットワーク内の信号３Ｒ（再整形、再送、時間再調整）再生成ポイント間で伝送される距離を最大化することができる。この例における容量は、５０Ｇｂ／ｓ（１ビット／ｓ／Ｈｚ）である。特定のチャネルがパフォーマンスマージンを超過した場合、図２（ｂ）に示すように、トランスポンダをＰＭ−ＱＰＳＫに再構成することができる。ＯＳＮＲ感度は、図２（ａ）と同一である（Ｉ成分ノイズとＱ成分ノイズは独立している）。非線形位相ノイズに対してより鋭敏であるため（ＱＰＳＫではシンボル状態間が９０度であるのに対し、ＰＳＫでは１８０度）、出射パワーはＰＭ−ＰＳＫよりもわずかに小さい。これにより、容量は２倍の１００Ｇｂ／ｓとなる。同様に、チャネルがより多くのマージンを有している場合（すなわち、典型的にはより短い伝送距離で動作する場合）、トランスポンダは、ＰＭ−８ＱＡＭ（図２（ｃ））、ＰＭ−１６ＱＡＭ（図２（ｄ））、ＰＭ−３２ＱＡＭ（図２（ｅ））、ＰＭ−６４ＱＡＭ（図２（ｆ））、ＰＭ−１２８ＱＡＭ（図２（ｇ））、ＰＭ−２５６ＱＡＭ（図２（ｈ））、などに再構成することができる。
【００２７】
図２のコンスタレーション図に示すように、Ｍ−ＱＡＭビット／シンボルレートが増加する毎に、チャネル伝搬容量は増加し、その代償として要求されるＯＳＮＲが増加する。ＯＳＮＲの増加は、シンボル間のユークリッド距離の減少に起因する。本分析において、矩形ＱＡＭコンスタレーションは実装を簡易化するために用いられており、円形ＱＡＭコンスタレーションは隣接するシンボル間の最小ユークリッド距離を増加させるために用いることができる。
【００２８】
図３は、チャネルビットレート容量／スペクトル効率とＯＳＮＲのトレードオフを、種々のＰＭ−ＱＡＭ変調フォーマットについて示す。
【００２９】
図４は、各トラフィック挿入・分岐端末にＲＯＡＤＭｓを配置した実際のＤＷＤＭシステムにおいて、プログラム可能Ｍ−ＱＡＭ可変レートトランスポンダが動作する方法の他例を示す。この例によれば、Ｍ−ＱＡＭコンスタレーションのレベル数が多くなることにより、短いリンクによって一般的には高い容量が得られることが分かる。また、伝送距離を最大化するため、レベル数がより少ないＱＡＭ、ＤＱＰＳＫ、またはＰＳＫ伝送を用いることにより、長い光パス回路は容量が小さくなることが分かる。このアプローチにより、その他のトレードオフも生じ得る。例えば、高容量経路において、ＥＤＦＡ間の距離を減らすこと、またはＯＳＮＲを向上させるため用いられるラマン増幅は、伝送器のデジタル処理部内で得られるＱＡＭコンスタレーションから選択された高レベルＱＡＭコンスタレーションを用いることにより容量を増加させる際のトレードオフとなる。他に自由に設定できるのは、３Ｒ再生成器を、光伝送距離をある波長または地理的位置において制限または低減するために用い、高次のＭ−ＱＡＭ変調器を利用して波長チャネルの伝送レート容量またはスペクトル効率を増加させることである。図４の例では、種々の光パスリンクについての光伝送器は、本願に記載されている同一のレート可変光伝送器を、種々の通信距離に対して種々のデータビットレートを有する種々のＭ−ＱＡＭコンスタレーションで動作するように設定して、用いることができる。
【００３０】
本発明に係る可変ビットレート光伝送器を配置する際に、レート可変Ｍ−ＱＡＭトランスポンダの集合を、全てが光端末のサブシステムにおいて用い、チャネルデータレートを波長単位ベースで最大化することができる。図５は、ネットワーク内の光ノード内のＲＯＡＤＭに接続されたレート可変光トランスポンダの１例を示す。このレート可変光トランスポンダは、調整可能レーザダイオードに基づく種々の調整可能光ＷＤＭ波長のプログラム可能レート可変光伝送器の集合、および検出における波長選択のための調整可能光局部発信器（ＬＯ）を備えた光レシーバの集合を備える。図５に示す設計例は、チャネル距離および各チャネルパスの瞬時パフォーマンスに基づいて、事前前方誤り修正（ｐｒｅ−ＦＥＣ）ＢＥＲフィードバックを用いてＭ−ＱＡＭコンスタレーションをリアルタイムベースで適応させ、ビットレートを各波長チャネルに（一般に、商用ＤＷＤＭシステムには８０個の独立チャネルがある）適応させることにより、総合ファイバ容量を最大化するために用いることができる。１実施形態としては、この光ターミナルを、ＩＰパケットが効率的かつ統計的にレート可変ＤＷＤＭトランスポンダの集合へ向けて多重化され、ＩＰデータスループットを最大化する、インターネットプロトコル（ＩＰ）ルータ内に配置することができる。特に、図５のレート可変光トランスポンダは、ＲＯＡＤＭおよびシステムの他の特徴を修正することなく、サードパーティーのＲＯＡＤＭシステムに接続することができる。この特徴により、システムをアップグレードするコストと作業を低減することができる。
【００３１】
本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送を実装する際に、様々な仕組みを用いて、所与の光伝送器について適切なデータビットレートを有する適切な変調フォーマットを選択することができる。例えば、１実装例において、設計ルール形式光リンクエンジニアリングツールは、どのＭ−ＱＡＭ信号コンスタレーションが各特定の伝送経路についてプログラムされるか決定するために用いることができる。伝送経路と変調フォーマットについてのルックアップテーブルが生成され、光伝送器の制御部内に格納される。動作中、経路情報は、適切な変調フォーマットをルックアップテーブルから選択し、変調を制御するために用いられる。経路が当該光伝送器の光ＷＤＭチャネルについて変更になった場合、異なる変調フォーマットが当該光伝送器のルックアップテーブルから選択される。
【００３２】
図６は、この処理の１例を示す。最初に、光ネットワーク内のプログラム可能レート可変光トランスポンダによって生成された種々の光ＷＤＭチャネルの種々の光リンクパスの光パス特性が、これら光リンクパスを設計する際に用いられる、関連するエンジニアリング設計ルールに基づいて取得される。次に、種々の光ＷＤＭチャネルにおける信号変調について適切なＭ−ＱＡＭコンスタレーションが、取得したパス特性（例えば、リンクパス長、ＯＳＮＲ、ＢＥＲ）に基づき、種々の光リンクパスについてそれぞれ選択される。この信号変調のための適切なＭ−ＱＡＭコンスタレーションおよび光リンクパスの間のマッピングは、ルックアップテーブルを形成するために用いられる。システム動作中、このルックアップテーブルは、各光ＷＤＭチャネルについて光トランスポンダ内の各プログラム可能可変ビットレート伝送器を制御し、対応する光ＷＤＭチャネルを生成するために複数のＭ−ＱＡＭコンスタレーションから選択された対応するＭ−ＱＡＭコンスタレーション内で動作するために用いられる。
【００３３】
プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送の他の実装例において、可変レートトランスポンダが設置場所に配置された後、チャネル調整において、最大使用可能容量を判定する、自己調整「設定後は操作不要」処理を実施することができる。この実装例は、事前前方誤り修正（ｐｒｅ−ＦＥＣ）ＢＥＲ（ＦＥＣ閾値に対するＱマージン）を評価フィードバック値として用い、チャネル内の既知のパフォーマンス劣化について十分なマージンを有する最大伝送レートを判定することができる。図７は、この処理の１例を示す。最初に、１以上のプログラム可能可変ビットレート光トランスポンダが、光ネットワーク内に設置される。設置されたトランスポンダは、光ネットワーク内のトランスポンダによって生成された種々の光ＷＤＭチャネルの種々の光リンクパスのパス特性を測定するための調整テストを実施する。測定されたパス特性（例えば、リンクパス長、ＯＳＮＲ、ＢＥＲ）に基づき、種々の光ＷＤＭチャネル内の信号変調についての個々のＭ−ＱＡＭコンスタレーションが、種々の光リンクパスについてそれぞれ選択される。各光ＷＤＭチャネルについての光トランスポンダ内の各プログラム可能可変ビットレート伝送器は、対応する光ＷＤＭチャネルを生成するために複数のＭ−ＱＡＭコンスタレーションから選択された、対応するＭ−ＱＡＭコンスタレーション内で動作するように制御される。実際の実装例においては、光ＷＤＭチャネル信号の伝送条件は、時間によって変化し得る。そのため、選択されたＱＡＭコンスタレーションは、後に不適切となる場合がある。したがって、ネットワーク内である期間動作した後、調整テストを再度実施して、各リンクパスについて測定したパス特性を更新し、各チャネルについてのＭ−ＱＡＭコンスタレーションの選択を更新する場合がある。
【００３４】
さらに別の実装例では、可変ビットレート光伝送器に現在の光伝送要件またはリンク状態を通知し、ビットレートがリンクの瞬時パフォーマンスに継続的に適合するようにするため、動的フィードバックメカニズムが提供される。このフィードバックにより、レート可変伝送器のレートを適合させながら用いることができる。
【００３５】
図８は、プログラム可能可変ビットレート光伝送器を調整する際の、上記フィードバック制御処理の例を示す。プログラム可能可変ビットレート光トランスポンダが動作している間、ネットワーク内の個々の光レシーバにおけるトランスポンダによって生成された種々の光ＷＤＭチャネルの種々の光リンクパスの光パフォーマンスが監視される。この監視は、例えば光レシーバにおいて実現することができる。光通信信号は、監視した光パフォーマンスを各光レシーバから光トランスポンダへ通知するためのフィードバックとして用いることができる。光トランスポンダは、種々の光ＷＤＭチャネルの種々の光リンクパスの監視したパフォーマンスを分析し、各プログラム可能可変ビットレート伝送器において現在使用されているＭ−ＱＡＭコンスタレーションについてリンクパフォーマンスを判定するように動作する。測定されたリンクパフォーマンスと現在使用中のＭ−ＱＡＭコンスタレーションが合致しないとき、プログラム可能可変ビットレート伝送器は、リンクパフォーマンスに基づいて、別のＭ−ＱＡＭコンスタレーションに変更するように制御される。測定されたリンクパフォーマンスと現在使用中のＭ−ＱＡＭコンスタレーションが合致するとき、プログラム可能可変ビットレート伝送器は、現時亜使用中のＭ−ＱＡＭコンスタレーションを維持するように制御される。このフィードバックと制御は、上記処理ステップが繰り返されている通常動作中の実時間内に実装することができる。
【００３６】
１つの実装例において、事前前方誤り修正（ｐｒｅ−ＦＥＣ）ＢＥＲ閾値は、信号変調のためのＭ−ＱＡＭコンスタレーションの選択、すなわち選択されたＭ−ＱＡＭコンスタレーションに関連付けられたビットレートを制御するためのフィードバックメカニズムとして用いられる場合がある。この実装例は、光ファイバの伝送容量をチャネル毎ベースで動的に最大化することができる。この設計は、従来の設計および／または短距離リンク上の動作のいずれにおいても、チャネルが最大容量より低いパフォーマンスで動作している様々な既存システムにおけるＤＷＤＭチャネルのパフォーマンスを改善することができる。
【００３７】
図９は、プログラム可能信号変調と動的フィードバックを用いた可変ビットレート光伝送に基づく光通信システムの例を示す。フィードバック信号、例えば光フィードバック信号は、宛先光トランスポンダ内の光レシーバにおいて生成され、光伝送器の信号変調フォーマットを制御するために光伝送器へ戻される。様々なパフォーマンス監視メカニズムを、ビットレートを制御（および最大化）するためのフィードバックメカニズムとして用いることができる。ビットレート（およびＭ−ＱＡＭコンスタレーション）がビットレートを最大化するために選択されるとき、パフォーマンスフィードバック信号は、ＦＥＣエラーを生じさせることなく（エラーなし伝送）、レシーバ（末端）から伝送器（ヘッドエンド）に伝達することができる。
【００３８】
１例として、ＯＳＮＲ値は、フィードバックするレシーバパフォーマンス監視パラメータの１つとなり得る。ＯＳＮＲを用いる際の制約の１つは、実際のリンクパフォーマンスとの関連性が弱く、伝送パフォーマンスに影響を与えるアイダイヤグラム歪み効果（例えば、ＣＤ、ＰＭＤ、ＳＰＭ）を含んでいないことである。様々な商用基幹光ネットワーク装置は、前方誤り修正（ＦＥＣ）エンコーディングを用いて伝送可能距離パフォーマンスを改善する。このパラメータをフィードバックのために用い、本発明に係る可変ビットレート光伝送器を制御することができる。ＦＥＣの利点は、事前前方誤り修正（ｐｒｅ−ＦＥＣ）ＢＥＲも監視できることである。ＦＥＣコード化ゲイン（特定の選択されたアルゴリズムによって判定される）を知ることにより、システムマージン（通常、ｄＢＱで与えられる）を容易に求めることができる。最適なＭ−ＱＡＭコンスタレーション、すなわち伝送ビットレートは、高速過渡効果（可変ビットレートトランスポンダが追跡できないほど速い）に起因する事後ＦＥＣ出力ビットエラーを生じさせない程度に十分高く、トランスポンダが低すぎるビットレートで伝送してスループットパフォーマンスを最大化できないほどには大きくない、マージン値を得ることができる。伝送ネットワーク、例えばＳＯＮＥＴやＯＴＮは、通常は信号フレームのオーバーヘッドバイト内に記述される、管理データを送信するために用いることのできる帯域内通信チャネルを提供する。
【００３９】
図１０は、ＯＴＮシステム向けＩＴＵ標準Ｇ．７０９の汎用通信チャネル（ＧＣＣ）光信号を用いて、事前前方誤り修正（ｐｒｅ−ＦＥＣ）ＢＥＲフィードバック信号を、末端光トランスポンダからヘッドエンド光トランスポンダまで、伝送された光ＷＤＭチャネルの反対方向のデータパスを介して送信する、図９のフィードバックの実装例を示す。図示するように、ヘッドエンド光トランスポンダ内のＧＣＣ伝送器は、ＧＣＣ伝送器を動作させ、レシーバＲＸから受信したＦＥＣ情報を変調してＧＣＣ信号としてＭ−ＱＡＭ調整可能ビットレート伝送器に渡す。ヘッドエンドトランスポンダは次に、ＧＣＣを終了し、事前前方誤り修正（ｐｒｅ−ＦＥＣ）ＢＥＲデータに基づいて、Ｍ−ＱＡＭ調整可能ビットレート光伝送器のために用いられる個々のビットレートを有する最適なＭ−ＱＡＭコンスタレーションを判定する。選択されたＭ−ＱＡＭコンスタレーションは次に、Ｍ−ＱＡＭ調整可能ビットレート光伝送器内の信号変調を制御するために用いられる。その他の光信号も、ＱＡＭコンスタレーションを選択して制御する際の光フィードバックに用いることができる。
【００４０】
図１１は、Ｒｘの事前前方誤り修正（ｐｒｅ−ＦＥＣ）ＢＥＲデータから得られる瞬時マージンの高低閾値を用いて、光伝送器のＭ−ＱＡＭコンスタレーションを増加または減少させるための割り込み信号を送信し、ビットレートスループットを最大化する方法例を示す。所定の低側閾値を設定し、マージンが閾値を下回った際にトリガを送信することができる。トリガはその後、データレート（Ｍ−ＱＡＭコンスタレーション）を直接低減させるか、またはデータフローのコントローラに信号を送信する（例えば、ＩＰルータ内のフロー制御メカニズム、または交差接続スイッチ内の帯域集約制御）、割り込み信号を生じさせることができる。フローコントローラは、ビットレートが抑制されたときにエンドユーザの通信に影響が出ないように、適切なアクション（例えば、異なるパスまたは波長によってトラフィックの経路を再決定する）を取ることができる。送信端と受信端の双方において、チャネルが新たなＭ−ＱＡＭコンスタレーションに再適合して同期する期間中、バッファも必要になる。マージンが特定の高側閾値を超過したとき、このチャネルの利用は抑制され、ビットレート（Ｍ−ＱＡＭコンスタレーション）を増加させてこの改善したリンクパフォーマンスの利益を享受し、ビットレートを最大化する。ここでも、この閾値を交差すると瞬時的にビットレートを増加させるが、帯域フローコントローラに割り込み信号を送信して、チャネルのビットレートを増加させることができる旨を通知し、回線上のビットレートが増加する前に必要なアクション（バッファリング、トラフィックフローの経路再決定、など）を取ることができるようにするほうが有益である。
【００４１】
本願に記載されている様々な特徴を、１つの可変ビットレートトランスポンダを動作させて、Ｍ−ＱＡＭコンスタレーション伝送を変更することを介してビットレートを修正し、ＤＷＤＭシステム内の特定波長チャネル上のデータスループットを最大化するために用いることができる。実際のチャネルパフォーマンスは、様々な要因に依拠する。この要因には、伝送距離（ＯＳＮＲ）、ファイバ線形性効果（例えば、ＣＤ、ＰＭＤ、ＰＤＬ）および、自己位相変調（ＳＰＭ）、ビット間４光波混合（ＩＦＷＭ）、相互位相変調（ＸＰＭ）、４光子混合（ＦＷＭ）のような非線形光効果からの蓄積信号歪みを含む。これらの多くは、時間的変化またはチャネル劣化を生じさせる。ホストＤＷＤＭシステム光ファイバを介した伝搬を保証するために選択される最大ボーレートを想定すると（例えば、２５Ｇボーレートは、複数のカスケード接続された５０ＧＨｚＲＯＡＤＭｓを介した伝送を保証する）、ボーレートを変更せずに（または光スペクトル幅を１次まで）可変トランスポンダのビットレートを増加させることは、設置済みのＤＷＤＭ装置を変更する必要なしに、信号がＤＷＤＭフィルタを介して伝搬できることを意味する。
【００４２】
システム内の種々の距離を横断する種々のＷＤＭ波長における種々の光伝送器は、個々のＭ−ＱＡＭコンスタレーション内のレベルを調整し、伝送距離についてのスペクトル効率のトレードオフを図るように動作することができる。短距離であれば、比較的高いビットレートを有するＭ−ＱＡＭコンスタレーションで動作することができる。一方、長距離回路は伝送距離を最適化し、その結果としてビットレートは低くなる。１タイプの可変レートトランスポンダのみが必要となるので、複数の異なる伝送距離を有する異なる固定レートトランスポンダを所有し、各在庫保管場所がトランスポンダの各タイプを１つずつ保管しなければならない場合と比較すると、在庫に関する不利益は多くない。可変ビットレートトランスポンダ設計のコストは、電気光学素子のコストが支配的である。可変設計のコスト構造は、ＰＭ−ＱＰＳＫをサポートする固定トランスポンダと概ね同様である。これは、短距離回路についてデータレートを増加させることは非常に低コストで実現できることを意味し（送信端においてＤＡＣ、受信端において高分解能ＡＤＣを必要とする）、これはサービスプロバイダにとって魅力的である。
【００４３】
本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送は、空間および電力に関する顕著な利益を得るために実装することもできる。トランスポンダが高データレートで伝送するとき、電力消費とトランスポンダの設置面積は変化せず、これによりサービスプロバイダにとっての運用コスト（ＯＰＥＸ）を大幅に節減し、サービスプロバイダのバックボーン光伝送ネットワークの二酸化炭素排出量を低減して環境によい影響を与えることができる。
【００４４】
本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送は、連続的な適応ビットレート制御を提供し、チャネルがいつの時点においても最大データ搬送容量で維持されるようにするために用いることができる。多くの歪み効果が時間的に変化すると（例えば、ＰＭＤ、ＰＤＬ、ＸＰＭ、ＦＷＭ）、パフォーマンスマージンも変動する。固定レートトランスポンダ設計を有する様々な他の光システムは、これら効果の最悪値に対処するため、追加マージンを用いることができる。上記のような固定レートシステムでは、任意の時点において、これら効果は最悪値になっていないので、チャネルは通常、超過パフォーマンスマージンを有する。本発明に係る、プログラム可能信号変調を用いた可変ビットレート光伝送は、劣化現象に影響を受けた瞬時時間歪みの値に基づき、チャネルがリアルタイムでビットレートに適応し最大化できるようにするために実装することができる。可変ビットレート伝送は、光伝送ネットワークにおいて伝送される平均ビットレートを増加させることにより、ネットワークに追加の価値を提供する。また、保守的過ぎるリンク設計条件によって、ネットワーク内に固定レートトランスポンダまたは再生器が多数配置され過ぎるというリスクを低減する。
【００４５】
長い伝送距離要件については、可変レートトランスポンダにより、通常は低いＭ−ＱＡＭコンスタレーション（おそらく、最大伝送距離については［ＰＭ］−ＱＰＳＫ）が選択されると予測される。しかし、キャリアがスペクトル効率を重視する場合（例えば、低＃光ファイバを有し、または既存のＤＷＤＭシステム上で容量を最大化したい場合）、サービスプロバイダは、調整可能再生器をリンク上に配置するというオプションを有する。これにより、必要なＯＳＮＲ感度を低減し、リンク上の可変レートトランスポンダと再生器からの高データレート伝送を可能にする。トレードオフとなるのは、高スペクトル効率（ファイバ毎の容量をより多くする）と再生器のコストである。再生器がリンク内で用いられる場合、末端間リンクは、最低マージンＯＥＯ区域に制約されるビットレートを有する。そのため、再生器と末端トランスポンダの間で通信し、可変ビットレートが全ての区域について同一であり、最低マージンＯＥＯ区域によって指示されていることを確認することが必要になる。ここでも、事前前方誤り修正（ｐｒｅ−ＦＥＣ）ＢＥＲ監視を用いたマージン測定と帯域内通信チャネル（例えばＧＣＣ）を、この目的と制御のために用いることができる。
【００４６】
上述のように、ビットレートを増加させるためにＭ−ＱＡＭコンスタレーションを変更し、ボーレートを固定値に維持することに加えて、光伝送器のデータボーレートも変化し得る。ボーレートが増加するとＳＮＲの不利益が減少するので、ボーレートを増加させることは、高密度なＭ−ＱＡＭコンスタレーションにおいて有効に用いることができる。信号の光スペクトル幅は、ボーレートが増加すると増加し、この増加した光スペクトル幅はシステム内のＤＷＤＭ光フィルタ、例えば端末におけるＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ要素、およびトラフィック挿入／分岐点における再構成可能光挿入・分岐多重装置（ＲＯＡＤＭｓ）を介した伝送パフォーマンスを制限する場合がある。ボーレートを増加させると、高速チャネルが横断するＲＯＡＤＭｓの数を減少させることにつながり、および／または長距離光ネットワークにおいて典型的には５０ＧＨｚのＤＷＤＭチャネル間隔を増加させることが必要になる場合がある。これは、ボーレートを増加させると、より大きいチャネル間隔、例えば１００ＧＨｚチャネル間隔が必要になる場合があるからである。反対に、ボーレートを低減させると、より多くのＲＯＡＤＭｓを介した伝送またはより高密度なＤＷＤＭチャネル間隔、たとえば３３ＧＨｚまたは２５ＧＨｚチャネル間隔での動作が可能になる場合がある。図１２は、ボーレートとＭ−ＱＡＭコンスタレーションの双方が変化する可変レート伝送における、光信号対ノイズ比（ＯＳＮＲ）感度に対するビットデータレートのシミュレーション結果を示す。基本的な前提は、２５Ｇボーレート、１００Ｇｂ／ｓ  ＰＭ−ＱＰＳＫがＩＯｄＢ／Ｏ．ｌｎｍ  ＯＳＮＲ感度を有していることである。
【００４７】
上述のＭ−ＱＡＭ光伝送器は、Ｍ−ＱＡＭ信号コンスタレーションを生成するだけのために必要なビット分解能よりも高いビット分解能を有するＤＡコンバータ（ＤＡＣ）を組み込むために実装することができる。このＤＡＣ過量子化により、伝送器駆動チェーン（例えば駆動増幅器、特に電気光学変調器）内の非線形性のいくつかを補償することができる。光キャリアのＩおよびＱ変調にマッハ−ツェンダー変調器（ＭＺＭ）が用いられる場合、ＭＺＭが、光強度出力が電気駆動入力の関数となる２乗余弦伝達関数を生成するので、非線形性は特に強くなる。
【００４８】
図１３は、印加電圧に対するマッハ−ツェンダー変調器（ＭＺＭ）の伝達関数を示す。同図は、マッハ−ツェンダー変調器（ＭＺＭ）の伝達関数の、望ましくない非線形性を示す。この非線形性が訂正されない場合、Ｍ−ＱＡＭコンスタレーションにおける本来の位置から最も離れたシンボル状態は圧縮され、最も近いシンボル状態は間隔が広くなる可能性がある。図１４は、１６ＱＡＭコンスタレーションにおいて、伝送ＭＺＭの伝達関数の非線形性がシンボル配置に及ぼす影響を示す。これは、シンボル状態間の最適でないユークリッド距離間隔をもたらし、本来の位置から最も離れたシンボル状態間のユークリッド距離が小さいため、シンボル間ユークリッド距離が均等に配置されている場合よりも大幅に高いビットレートを生成する結果となる。図１５は、ＤＡＣ分解能を過量子化しない場合（４ビット）および過量子化する場合（６ビット）において、伝送ＭＺＭの伝達関数の非線形性が強度シンボルレベル間の距離に及ぼす影響を示す。
【００４９】
ＤＡＣ過量子化を有する他の理由は、シンボルが均等に配置されたとき、最適パフォーマンスが得られないからである。この理由は、光ノイズの成分が、強度、例えば自然放出ビートノイズに依拠しているからである。そのため、システムの光ＳＮＲが既知であるか、またはコヒーレント等価モデム内のＬＭＳエラー信号エラー値のようなノイズに関するパフォーマンス監視から推定できる場合、ＤＡＣ過量子化によって非線形性を追加し、最適ＢＥＲパフォーマンスを提供することができる。この非線形プリディストーション（ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）（高強度レベルにおける隣接シンボル間のユークリッド距離を大きくする）は、チャネル試運転の間またはルックアップテーブルを介して、調整処理中に最適化することができる。図１６は、ＭＺＭ非線形性に対処するためのＤＡＣ過量子化におけるＤＡＣ値ルックアップテーブルの例を示す。ＤＡＣ過量子化の２つの余剰ビットを用いることにより、１６振幅レベル信号が生成される。
【００５０】
本明細書は、多くの詳細を含んでいるが、これらは、特許請求の範囲または特許請求可能な範囲を制限するものではなく、本発明の特定の実施の形態の特定の特徴の記述として解釈される。本明細書において、別個の実施の形態の文脈で開示した幾つかの特徴を組み合わせて、単一の実施の形態として実施してもよい。逆に、単一の実施の形態の文脈で開示した様々な特徴は、複数の実施の形態として別個に実施してもよく、適切な如何なる部分的組合せとして実施してもよい。さらに、以上では、幾つかの特徴を、ある組合せで機能するものと説明しているが、初期的には、そのように特許請求している場合であっても、特許請求された組合せからの１つ以上の特徴は、幾つかの場合、組合せから除外でき、特許請求された組合せは、部分的組合せまたは部分的な組合せの変形に変更してもよい。
【００５１】
開示しているのは、数個の例と実装のみである。記載した例および実装に対して、変形、修正、機能強化を施すことができ、開示内容にしたがってその他の実装することも可能である。
【図１Ａ】
2011514736.tif 000003
【図１Ｂ】
2011514736.tif 000004
【図１Ｃ】
2011514736.tif 000005
【図２】
2011514736.tif 000006
【図３】
2011514736.tif 000007
【図４】
2011514736.tif 000008
【図５】
2011514736.tif 000009
【図６】
2011514736.tif 000010
【図７】
2011514736.tif 000011
【図８】
2011514736.tif 000012
【図９】
2011514736.tif 000013
【図１０】
2011514736.tif 000014
【図１１】
2011514736.tif 000015
【図１２】
2011514736.tif 000016
【図１３】
2011514736.tif 000017
【図１４】
2011514736.tif 000018
【図１５】
2011514736.tif 000019
【図１６】
2011514736.tif 000020
【国際調査報告】
2011514736.tif 000021
2011514736.tif 000022