(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムおよび符号化率に基づいて、送信フレームを構成する送信ビット列を符号器により順に符号化した後、光送信器により光信号に電光変換し、光伝送路を介して相手光通信装置へ送信する光通信装置であって、
前記相手光通信装置との間の伝搬経路上で発生する前記光送信器への戻り光に関する戻り光パラメータに基づいて、前記送信ビット列を符号化および電光変換して送信した場合における当該伝搬経路の符号誤り特性を推定するシミュレーション部と、
推定された前記符号誤り特性に基づいて、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムで用いる前記符号化率を計算し、前記符号器に設定する符号化設定部と
を備え、
前記シミュレーション部は、前記伝搬経路を模擬するレート方程式に対して前記戻り光パラメータを適用することにより、前記相手光通信装置に到達すると推定される推定光信号を計算し、得られた推定光信号をデジタル変換および復号して得られた推定ビット列を前記送信ビット列と比較することにより、当該伝搬経路の符号誤り特性を推定する
ことを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光通信装置において、
前記シミュレーション部は、前記推定ビット列と前記送信ビット列とを比較することにより符号化シンボルに関するシンボル誤り数を計数し、
前記符号化設定部は、前記シンボル誤り数に基づいて、前記符号化アルゴリズムで訂正する誤りバイト数を示す誤り訂正限界を特定し、当該誤り訂正限界と前記送信ビット列に含まれる全バイト数とに基づいて、前記符号化率を計算する
ことを特徴とする光通信装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光通信装置において、
前記シミュレーション部は、前記推定ビット列と前記送信ビット列とを比較することによりビット誤り数および符号化シンボルに関するシンボル誤り数を計数し、
前記符号化設定部は、前記ビット誤り数および前記シンボル誤り数に基づいて、ビット誤りの発生間隔が符号化シンボル長未満となる頻度を示すバースト誤り指数を計算し、このバースト誤り指数に基づきブロック誤りまたはバースト誤りに適切な符号化アルゴリズムを選択して前記符号器に設定する
ことを特徴とする光通信装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光通信装置において、
前記光送信器に関する光子寿命、キャリア寿命、第１の利得係数、第２の利得係数、透明キャリア密度、線幅増大係数、および自然放出光係数をそれぞれτp、τc、Ｇ、Ｇs、Ｎ0、α、およびβspとし、戻り光ｋに関する戻り光強度係数および戻り光遅延をそれぞれＲkおよびτkとし、半導体のキャリア密度をＮとし、前記送信ビット列の変調信号に関する注入電流密度をＪとし、前記推定光信号の電界およびその位相成分をそれぞれＥおよびφとした場合、前記レート方程式は次の式からなる
【数１】
0006480257.tif 000014
ことを特徴とする光通信装置。
【請求項５】
光伝送路を介して接続された第１および第２の光通信装置からなる光通信システムであって、当該第１の光通信装置が請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光通信装置からなることを特徴とする光通信システム。
【請求項６】
請求項５に記載の光通信システムにおいて、
前記第２の光通信装置は、
前記第１の光通信装置から受信した受信ビット列に基づいて、訂正ブロックあたりのシンボル誤り数に関する分布を観測する符号誤り観測部を備え、
前記第１の光通信装置は、
前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムとして、前記符号誤り観測部で観測された前記観測結果に対応する、ブロック誤りまたはバースト誤りに適切な前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを用いる
ことを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前方誤り訂正符号を用いて光通信を行う際に、伝搬経路に関する符号誤り特性に応じた最適な符号化率で光通信を行うための光通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送路を介して光信号を送受信する通信システムでは、伝搬経路の様々な状態変化に起因して信号波形が劣化し、符号誤りが発生する。一般に、このような符号誤りを訂正する技術として、誤り訂正符号が採用されており、その１つとして、前方誤り訂正（ＦＥＣ：Forward Error Correction）という手法がある。前方誤り訂正は、送信側で元データに冗長データを付加して送信し、受信側でその冗長データに基づき誤りの検出および訂正を行うものである。
【０００３】
図１９は、従来の光通信システムを示すブロック図である。従来、誤り訂正符号を用いてデータ通信を行う場合、送信側の光通信装置５０では、入力された送信データからフレーム処理部で送信フレームを生成し、これを予め設定されている前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムにより符号化部で符号化することにより冗長データを付加して符号化し、得られた符号化データを光送受信部で光信号に変換して光伝送路Ｌから送信する。一方、受信側の光通信装置６０では、光伝送路Ｌから受信した光信号を光送受信部で電気信号に変換し、符号化部で送信側に対応する符号化アルゴリズムにより復号し、得られた復号データに付加されている冗長データに基づき誤りの検出および訂正を行い、得られた受信フレームからフレーム処理部で受信データを抽出して出力する。
【０００４】
一般に、伝搬経路で発生する符号誤りは、白色雑音によるランダム誤りと、突発的な障害によって連続して発生するバースト誤りとに大別される。
例えば、１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムでは、光を信号媒体とし、信号波形は、急激な温度変化、応力集中、ファイバ破断等により、バースト誤りが発生するため、バースト誤りに対応可能な符号化アルゴリズムとして、リード・ソロモン符号ＲＳ（２５５，２２３）が採用されている。
【０００５】
従来、このような前方誤り訂正を用いた符号化技術として、通信システムにおいて、具体的な誤り訂正符号としてハミング符号を採用した際に、物理層（ＰＣＳ：Physical Coding Sublayer）で６４Ｂ／６６Ｂ符号を用いた場合に適応できる符号化技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
また、無線システムにおいては、データの一部を複数に分割して異なる生成多項式で畳み込みし、得られた符号化データをそれぞれ符号化していない残りの他のデータと多重化して、これら符号化データを時間的に離間して通信することにより、同一のバースト的符号誤りの影響を受けにくくして、バースト誤りとランダム誤りの両方からデータを保護する技術も提案されている（例えば、特許文献２など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１０６５３８号公報
【特許文献２】特許第３５１５３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
誤り訂正符号において、冗長データを増やせば高い訂正能力が得られるものの、冗長データにより通信帯域が削減されて転送効率が低下するというトレードオフが存在する。このため、誤り訂正符号のための符号化処理内容として、実際の伝搬経路に関する符号誤り特性に応じた符号化率を用いる必要があり、特に、最低限の冗長データでより高い転送効率が得られる最適な符号化率を特定することが重要となる。
【０００８】
しかしながら、前述した従来技術によれば、一定のバースト誤りやランダム誤りに対応できるものの、光伝送路端面や分岐光伝送路など伝搬経路上で発生する戻り光が存在する、１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムのような光通信システムの場合には、戻り光が正規分布に従わない雑音となるため、白色雑音系のランダム誤りに対応する符号化アルゴリズムでは、対応できないという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、伝搬経路上で発生する戻り光が存在する場合であっても、伝搬経路に関する符号誤り特性に応じた最適な符号化率で、前方誤り訂正符号によりデータ通信を行うことができるデータ通信技術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】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明にかかる光通信装置は、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムおよび符号化率に基づいて、送信フレームを構成する送信ビット列を符号器により順に符号化した後、光送信器により光信号に電光変換し、光伝送路を介して相手光通信装置へ送信する光通信装置であって、前記相手光通信装置との間の伝搬経路上で発生する前記光送信器への戻り光に関する戻り光パラメータに基づいて、前記送信ビット列を符号化および電光変換して送信した場合における当該伝搬経路の符号誤り特性を推定するシミュレーション部と、推定された前記符号誤り特性に基づいて、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムで用いる前記符号化率を計算し、前記符号器に設定する符号化設定部とを備えている。
【００１１】
上記光通信装置において、前記シミュレーション部は、前記伝搬経路を模擬するレート方程式に対して前記戻り光パラメータを適用することにより、前記相手光通信装置に到達すると推定される推定光信号を計算し、得られた推定光信号をデジタル変換および復号して得られた推定ビット列を前記送信ビット列と比較することにより、当該伝搬経路の符号誤り特性を推定するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明にかかる上記光通信装置の一構成例は、前記シミュレーション部が、前記推定ビット列と前記送信ビット列とを比較することにより符号化シンボルに関するシンボル誤り数を計数し、前記符号化設定部は、前記シンボル誤り数に基づいて、前記符号化アルゴリズムで訂正する誤りバイト数を示す誤り訂正限界を特定し、当該誤り訂正限界と前記送信ビット列に含まれる全バイト数とに基づいて、前記符号化率を計算するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明にかかる上記光通信装置の一構成例は、前記シミュレーション部が、前記推定ビット列と前記送信ビット列とを比較することによりビット誤り数および符号化シンボルに関するシンボル誤り数を計数し、前記符号化設定部は、前記ビット誤り数および前記シンボル誤り数に基づいて、ビット誤りの発生間隔が符号化シンボル長未満となる頻度を示すバースト誤り指数を計算し、このバースト誤り指数に基づきブロック誤りまたはバースト誤りに適切な符号化アルゴリズムを選択して前記符号器に設定するようにしたものである。
【００１４】
また、本発明にかかる上記光通信装置の一構成例は、前記光送信器に関する光子寿命、キャリア寿命、第１の利得係数、第２の利得係数、透明キャリア密度、線幅増大係数、および自然放出光係数をそれぞれτp、τc、Ｇ、Ｇs、Ｎ0、α、およびβspとし、戻り光ｋに関する戻り光強度係数および戻り光遅延をそれぞれＲkおよびτkとし、半導体のキャリア密度をＮとし、前記送信ビット列の変調信号に関する注入電流密度をＪとし、前記推定光信号の電界およびその位相成分をそれぞれＥおよびφとした場合、前記レート方程式が後述する式（１）および式（２）からなるものである。
【００１５】
また、本発明にかかる光通信システムは、光伝送路を介して接続された第１および第２の光通信装置からなる光通信システムであって、当該第１の光通信装置が前述したいずれかの光通信装置からなるものである。
【００１６】
また、本発明にかかる上記光通信システムの一構成例は、前記第２の光通信装置が、前記第１の光通信装置から受信した受信ビット列に基づいて、訂正ブロックあたりのシンボル誤り数に関する分布を観測する符号誤り観測部を備え、前記第１の光通信装置は、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムとして、前記符号誤り観測部で観測された前記観測結果に対応する、ブロック誤りまたはバースト誤りに適切な前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを用いるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、戻り光を考慮した場合の符号誤り特性が推定され、得られた符号誤り特性に基づき計算された符号化率が、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムで用いられることになる。このため、伝搬経路上に戻り光が存在する場合であっても、伝搬経路に関する符号誤り特性に応じた最適な符号化率で、前方誤り訂正符号によりデータ通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態にかかる光通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】符号化率特定処理を示すフローチャートである。
【図３】レート方程式で用いる各種パラメータの例である。
【図４】推定光信号波形（戻り光なし）のアイダイヤグラムである。
【図５】推定光信号波形（近端戻り光のみ）のアイダイヤグラムである。
【図６】推定光信号波形（遠端戻り光のみ）のアイダイヤグラムである。
【図７】推定光信号波形（近端・遠端戻り光あり）のアイダイヤグラムである。
【図８】シンボル誤り数の戻り光強度依存特性を示すグラフである。
【図９】シンボル誤り指数の戻り光強度依存特性を示すグラフである。
【図１０】シンボル誤り数の戻り光遅延依存特性（近端戻り）を示すグラフである。
【図１１】シンボル誤り指数の光遅延依存特性（近端戻り）を示すグラフである。
【図１２】シンボル誤り数の戻り光遅延依存特性（遠端戻り）を示すグラフである。
【図１３】シンボル誤り指数の光遅延依存特性（遠端戻り）を示すグラフである。
【図１４】符号化率の戻り光遅延（近端戻り）依存性を示すグラフである。
【図１５】第２の実施の形態にかかる光通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１６】符号誤り観測処理を示すフローチャートである。
【図１７】誤り訂正ブロックあたりのシンボル誤り数分布を示すグラフである。
【図１８】図１７の要部拡大グラフである。
【図１９】従来の光通信システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる光通信システム１について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる光通信システムの構成を示すブロック図である。
この光通信システム１は、親局側となる光通信装置１０と、子局側となる１つまたは複数の光通信装置２０とからなり、これら光通信装置１０に対してこれら光通信装置２０が、光分波器３０を介して接続されている。
【００２０】
本発明にかかる光通信システム１を１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムに適用した場合、光通信装置１０がＯＬＴ（Optical Line Terminal：局側終端装置）に相当し、光通信装置２０がＯＮＵ（Optical Network Unit：加入者側終端装置）に相当する。なお、本発明にかかる光通信システム１は、これに限定されるものではなく、前方誤り訂正符号を用いて光通信システムであれば、同様にして本発明を適用できる。
また、本発明では、理解を容易とするため、光通信装置１０から光通信装置２０へ送信する場合を例として説明するが、光通信装置２０から光通信装置１０に送信する場合についても、同様にして適用してもよい。
【００２１】
［光通信装置］
光通信装置１０には、主な機能部として、フレーム処理部１１、符号化部１２、光送受信部１３、シミュレーション部１４、および符号化設定部１５が設けられている。
【００２２】
フレーム処理部１１は、外部に接続されている親局側通信端末（図示せず）から入力された送信データ（下りデータ）から送信フレーム（下りフレーム）を生成する機能と、符号化部１２から入力された受信フレーム（上りフレーム）から受信データ（上りデータ）を抽出して送信側通信端末へ出力する機能を有している。
【００２３】
符号化部１２は、フレーム処理部１１から入力された送信フレームを構成する送信ビット列（下りビット列）を、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムおよび符号化率に基づき符号器１２Ｂで符号化し、得られた送信符号化ビット列（下り符号化ビット列）を光送受信部１３へ出力する機能と、光送受信部１３から入力された受信符号化ビット列（上り符号化ビット列）を、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムおよび符号化率に基づき復号器１２Ａで復号し、得られた受信ビット列（上りビット列）からなる受信フレームをフレーム処理部１１へ出力する機能とを有している。
【００２４】
光送受信部１３は、符号化部１２から入力された送信符号化ビット列（電気信号）を光送信器１３Ｂで光信号に電光変換して光伝送路Ｌ１から送信する機能と、光伝送路Ｌ１から受信した光信号を光受信器１３Ａで受信符号化ビット列（電気信号）に光電変換して符号化部１２へ出力する機能とを有している。
【００２５】
シミュレーション部１４は、フレーム処理部１１で生成された送信ビット列に基づいて、光通信装置２０との間の伝搬経路に関する伝送特性に応じた、当該伝搬経路の符号誤り特性を推定する機能を有している。なお、ここでいう伝搬経路とは、図１において、光伝送路Ｌ３からの戻り光による影響も含めた、光送信器１３Ｂから光受信器２３Ａまでの区間に相当する。
【００２６】
符号化設定部１５は、シミュレーション部１４で得られた推定結果に基づいて、前方誤り訂正用の最適な符号化率を特定し、符号器１２Ｂに設定する機能を有している。
【００２７】
光通信装置２０には、主な機能部として、フレーム処理部２１、符号化部２２、および光送受信部２３が設けられている。
【００２８】
フレーム処理部２１は、外部に接続されている子局側通信端末（図示せず）から入力された送信データ（上りデータ）から送信フレーム（上りフレーム）を生成する機能と、符号化部２２から入力された受信フレーム（下りフレーム）から受信データ（下りデータ）を抽出して子局側通信端末へ出力する機能を有している。
【００２９】
符号化部２２は、フレーム処理部２１から入力された送信フレームを構成する送信ビット列（上りビット列）を、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムおよび符号化率に基づき符号器２２Ｂで符号化し、得られた送信符号化ビット列（上り符号化ビット列）を光送受信部２３へ出力する機能と、光送受信部２３から入力された受信符号化ビット列（下り符号化ビット列）を、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムおよび符号化率に基づき復号器２２Ａで復号し、得られた受信ビット列（下りビット列）からなる受信フレームをフレーム処理部２１へ出力する機能とを有している。
【００３０】
光送受信部２３は、符号化部２２から入力された送信符号化ビット列（電気信号）を光送信器２３Ｂで光信号に電光変換して光伝送路Ｌ２から送信する機能と、光伝送路Ｌ２から受信した光信号を光受信器２３Ａで受信符号化ビット列（電気信号）に光電変換して、符号化部２２へ出力する機能とを有している。
【００３１】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図２を参照して、本実施の形態にかかる光通信装置１０の動作として、光通信装置１０における符号化率特定処動について説明する。図２は、符号化率特定処理を示すフローチャートである。
【００３２】
まず、シミュレーション部１４は、符号誤り特性の推定に用いる送信フレームの送信ビット列をフレーム処理部１１から取得して（ステップ１００）、指定された前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを確認した後（ステップ１０１）、指定された前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムに基づき符号化し（ステップ１０２）、得られた符号化ビット列を、ＮＲＺ（Non Return to Zero）などの物理層用の変調方式で変調して変調信号を生成する（ステップ１０３）。
【００３３】
本例では、符号誤り特性の推定に用いるフレームが、ＰＲＢＳ（擬似ランダムビット列）２9−１を基本としたビット列からなるものとし、符号誤り特性の推定に用いる前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムとして、リード・ソロモン符号ＲＳ（２５５，２２３）を用いる場合を例として説明するが、他の符号化アルゴリズムを用いてもよい。また、この前方誤り訂正用の符号化については、必ずしも推定時に適用する必要はない。これは、符号化の適用有無や、適用する符号化アルゴリズムの違いによる推定結果への影響にくらべて、信号源が正規分布に従わない雑音に寄与する因子によって擾乱される影響のほうがはるかに大きいからである。
【００３４】
なお、推定時に前方誤り訂正用の符号化を適用することにより、より推定精度を高める場合には、上記前提にしたがって、拡大ガロア体ＧＦ（２m）（ｍは１以上の整数）の上で前方誤り訂正用の符号化が行われることを考慮して、ビット列の長さを決定する必要がある。本実施の形態では、８ｂｉｔ＝１ｂｙｔｅで構成される元を１シンボル（ブロック）とし、拡大ガロア体ＧＦ（２m）の上で前方誤り訂正用の符号化が行われることを前提として説明する。この場合、ビット列の長さは、２8−１＝２５５ｂｙｔｅ＝２０４０ｂｉｔとなり、このビット列を誤り訂正ブロックという。
【００３５】
次に、シミュレーション部１４は、符号器１２Ｂで用いられる発光素子の特性を示す発光素子パラメータ、符号器１２Ｂで用いられる被変調素子の特性を示す被変調素子パラメータ、および伝搬経路上で発生する戻り光に関する戻り光パラメータを取得し（ステップ１０４）、伝搬経路を擬似するモデルであるレート方程式に対して、これらパラメータを適用することにより、ステップ１０３で得られた変調信号（電気信号）を電光変換して送信し、光通信装置２０の光受信器２３Ａに到達すると推定される推定光信号を計算する（ステップ１０５）。なお、符号化部１２において、被変調素子を使わず発光素子を直接変調制御する場合、被変調素子パラメータは不要である。
【００３６】
以下では、信号源が、正規分布に従わない雑音に寄与する因子によって擾乱される系の一つとしてアイソレータレスの光送受信系（戻り光が存在する系）を例として、定式化して数値的に解き、符号誤りを推定する方法を説明する。
アイソレータは、一方向に伝搬する電磁波のみを透過する部品で、光送信器１３Ｂの光源が戻り光と干渉することを防止するために、半導体レーザの出射光側に設置される。本例では、光源として分布帰還型レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）を用いるものとする。
【００３７】
図３は、レート方程式で用いる各種パラメータの例である。このうち、光子寿命τp、キャリア寿命τc、および第１、第２の利得係数Ｇ，Ｇsは、それぞれ発光素子パラメータであり、透明キャリア密度Ｎ0、線幅増大係数α、および自然放出光係数βspは、それぞれ被変調素子パラメータである。また、注入電流密度Ｊが、ステップ１０３で得られた変調信号（電気信号）を示し、レート方程式の入力変数となる。また、Ｋ（Ｋは１以上の整数）個の戻り光ｋ（ｋ＝１〜Ｋの整数）ごとに設定される、戻り光強度係数Ｒk、戻り光遅延τk、戻り光強度係数振幅ｒk、および戻り光強度係数位相φkが、伝搬経路に関する戻り光パラメータである。
【００３８】
したがって、戻り光がＫ個存在する場合、分布帰還型レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）を光源として得られる推定信号光の電界Ｅおよび半導体のキャリア密度Ｎは、次の式（１）および式（２）で表され、電界Ｅおよび光強度係数Ｒkの複素表示は、次の式（３）および式（４）で表される。
【００３９】
【数１】
0006480257.tif 000002
【数２】
0006480257.tif 000003
【数３】
0006480257.tif 000004
【数４】
0006480257.tif 000005
【００４０】
特に、式（１）の右辺第４項が、信号源が正規分布に従わない雑音となる戻り光雑音を示しており、Ｋ個の戻り光に関する遅延成分が合計され、戻り光雑音成分として加算されている。
また、式（１）に基づいて、電界Ｅの振幅成分Ａおよび位相成分φは、次の式（５）および式（６）で表され、これら式（５），式（６）で用いるθkは、式（７）となる。
【００４１】
【数５】
0006480257.tif 000006
【数６】
0006480257.tif 000007
【数７】
0006480257.tif 000008
【００４２】
このようにして、シミュレーション部１４は、ステップ１０３で得られた変調信号（電気信号）の注入電流密度Ｊを入力変数として、ステップ１０４で取得した各パラメータに基づいて、ステップ１０５において、これら式（１）〜式（５）を数値的に解析することにより、推定光信号に関する電界Ｅを計算する。
【００４３】
図４は、推定光信号波形（戻り光なし）のアイダイヤグラムであり、ｒ1＝０，ｒ2＝０の場合に相当する。図５は、推定光信号波形（近端戻り光のみ）のアイダイヤグラムであり、ｒ1＝１０，ｒ2＝０，τ1＝０．１の場合に相当する。図６は、推定光信号波形（遠端戻り光のみ）のアイダイヤグラムであり、ｒ1＝０，ｒ2＝１０，τ2＝１０の場合に相当する。図７は、推定光信号波形（近端・遠端戻り光あり）のアイダイヤグラムであり、ｒ1＝１０，ｒ2＝１０，τ1＝０．１，τ2＝１０の場合に相当する。
【００４４】
次に、シミュレーション部１４は、得られた電界Ｅに基づいて推定光信号を推定ビット列にデジタル変換するためのしきい値に相当する識別点を、アイダイヤグラム上に設定し（ステップ１０６）、この識別点に基づき、推定光信号を推定符号化ビット列にデジタル変換（光電変換）した後、符号化時と同様の前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムにより復号して、推定ビット列に変換する（ステップ１０７）。この際、識別点については、公知の手法に基づいて、戻り光が存在しない場合に得られる電界Ｅのアイダイヤグラムにおいて、推定光信号をエラーなく「０」および「１」に識別できる位置に設定すればよい。
【００４５】
この後、シミュレーション部１４は、得られた推定ビット列と元の送信ビット列とを比較することにより、誤りが発生したビットの数をビット誤り数Ｎbit_errとして計数するとともに、得られたビット列を誤り訂正ブロックごとに元のビット列とを比較することにより、誤りが発生した誤り訂正ブロックの数をブロック誤り数Ｎblock_errとして計数し（ステップ１０８）、これらビット誤り数Ｎbit_errおよびブロック誤り数Ｎblock_errを、ビット列全体のビット列長Ｎbitおよび誤り訂正ブロック数Ｎblockとともに、伝搬経路の符号誤り特性として、符号化設定部１５へ出力する。
【００４６】
符号化設定部１５は、シミュレーション部１４からの伝搬経路の符号誤り特性に基づいて、誤り訂正すべきブロック数を示す誤り訂正限界Ｎbit_limitを特定し、式（８）により、符号化率Ｒcodingを計算する（ステップ１０９）。
【数８】
0006480257.tif 000009
【００４７】
この際、誤り訂正限界Ｎbit_limitとして、ブロック誤り数Ｎblock_errを用いることにより、理論上、エラーフリーとなる符号化率Ｒcodingが得られる。また、シミュレーションを繰り返し実行して、ブロック誤り数Ｎblock_errの分布を取得し、この分布に基づいて、光通信システム１に対して設定されている許容誤り率に対応する、誤り訂正限界Ｎbit_limitを選択してもよい。これにより、エラーフリーの場合と比較して、転送効率が改善された符号化率Ｒcodingを得ることができる。
【００４８】
続いて、符号化設定部１５は、式（９）、式（１０）、および式（１１）により、ビット誤り率Ｐbit、シンボル誤り率Ｐbyte、およびランダム誤りシンボル誤り率Ｐbyte_randを計算した後、式（１２）により、バースト誤り係数Ｆを計算する（ステップ１１０）。
【００４９】
【数９】
0006480257.tif 000010
【数１０】
0006480257.tif 000011
【数１１】
0006480257.tif 000012
【数１２】
0006480257.tif 000013
【００５０】
式（１１）に示すように、ランダム誤りシンボル誤り率Ｐbyte_randは、伝搬経路で発生した符号誤りがランダム誤りのみであると仮定した場合のシンボル誤り率である。このため、バースト誤り係数Ｆは、ビット誤りの間隔が１ｂｙｔｅ（１シンボル長）未満となる頻度を表す指標となる。前述したように、連続して発生する符号誤りは、バースト誤りと定義されている。バースト誤り係数Ｆがある基準値より大きな値を示す場合、符号誤りの発生間隔が１ｂｙｔｅ未満となることを示す。ビット誤り数が総ビット数より十分に小さい場合、上記基準値は「１」である。一般に、この基準値は、ビット誤り数に依存する。ビット誤り数が増えるに従い、基準値として「１」より小さい値を用いる必要がある。
【００５１】
したがって、伝搬経路で発生した符号誤りがランダム誤りのみであり、バースト誤りが全くなかった場合、バースト誤り係数Ｆは「１」に等しくなる。一方、バースト誤りが含まれる場合、バースト誤り係数Ｆは「１」からはずれることになる。これにより、バースト誤り係数Ｆに基づき、バースト誤りが含まれているか否か判定することができる。
この後、符号化設定部１５は、バースト誤り係数Ｆに基づいて、符号器１２Ｂで使用する前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを特定し（ステップ１１１）、これら符号化率および符号化アルゴリズムを、符号化処理内容として符号器１２Ｂに設定し（ステップ１１２）、一連の符号化率特定処理を終了する。
【００５２】
図８は、シンボル誤り数の戻り光強度依存特性を示すグラフであり、図９は、シンボル誤り指数の戻り光強度依存特性を示すグラフである。いずれも、伝送速度が１０Ｇｂ／ｓで、訂正ブロック長が２５５ｂｙｔｅの場合が示されており、戻り光遅延τ＝０．１，０．５，１０［ｎｓ］のそれぞれについてプロットされている。
また、図１０は、シンボル誤り数の戻り光遅延依存特性（近端戻り）を示すグラフであり、図１１は、シンボル誤り指数の光遅延依存特性（近端戻り）を示すグラフである。一方、図１２は、シンボル誤り数の戻り光遅延依存特性（遠端戻り）を示すグラフであり、図１３は、シンボル誤り指数の光遅延依存特性（遠端戻り）を示すグラフである。いずれも、戻り光強度Ｒ＝１０，１５，２０［ａ．ｕ．］のそれぞれについてプロットされている。
【００５３】
光送受信系は、図１に示すように、光通信装置１０と光通信装置２０を、光分波器３０を介し、光伝送路Ｌ１，Ｌ２によって接続される系である。光分波器３０の一端が終端されていない場合、光通信装置に戻り光が入射する。また、光通信装置１０の光送受信部１３内にある光送信器１３Ｂのファイバ端面からの戻り光も存在する。これら戻り光によって、光通信装置１０の送信データに符号誤りが発生する場合がある。
【００５４】
前述した式（１）のレート方程式は、このような戻り光存在下の系を模擬している。符号誤りの推定情報は、記録媒体に記録しておく。その推定情報から、光送受信系の符号誤り数及び符号誤りがランダム的であるかバースト的であるかといった性質を予測し、符号化アルゴリズムを決定する。
【００５５】
例えば、光通信装置１０とファイバ断線点との距離を１００ｍｍとし、光送信器１３Ｂ内部の光源とファイバ端面との距離を１ｍｍとする。また、光源の強度を６ｄＢｍとし，光送信器１３Ｂ内部の反射点からの戻り光強度（近端戻り光）を−８ｄＢｍとし、光通信装置２０からの戻り光強度（遠端戻り光）を−１８ｄＢｍとする。この場合、近端戻り光強度は、遠端戻り光強度の１０倍となる。
【００５６】
図８を参照すると、遠端戻り光の領域（本実施例では、ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ＜１５［ａ．ｕ．］と仮定する）では、シンボル誤りは発生していない。一方、図１０を参照すると、本実施例における近端戻り光の存在下（ｄｅｌａｙ＝０．１３ｎｓ）において、シンボル誤り数は、５ｂｙｔｅ以下の値を示している。また、図１１を参照すると、近端戻り光遅延時間の掃引範囲において、バースト誤り指数は１以上を示す場合がある。近端戻り光の領域に対するシンボル誤り数とバースト誤り指数が示す値から判定し、訂正限界が５ｂｙｔｅで、ランダム誤りだけでなく、バースト誤りにも適応した、例えばリード・ソロモン符号ＲＳ（２５５，２４５）やＢＣＨ符号などの符号化アルゴリズムを設定する。
【００５７】
図１４は、符号化率の戻り光遅延（近端戻り）依存性を示すグラフであり、バイト符号誤りを完全に訂正するために必要な符号化率に関する戻り光遅延依存性が示されている。これによれば、近端戻り光遅延が約０．１ｎｓ以上であれば、必要な符号化率は０．７以上１以下と見込まれる。
【００５８】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、シミュレーション部１４が、光通信装置２０との間の伝搬経路上で発生する光送信器１３Ｂへの戻り光に関する戻り光パラメータに基づいて、送信フレームを送信した場合における当該伝搬経路の符号誤り特性を推定し、符号化設定部１５が、推定された符号誤り特性に基づいて、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムで用いる符号化率を計算し、符号器１２Ｂに設定するようにしたものである。
【００５９】
これにより、戻り光を考慮した場合の符号誤り特性が推定され、得られた符号誤り特性に基づき計算された符号化率が、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムで用いられることになる。このため、伝搬経路上に戻り光が存在する場合であっても、伝搬経路に関する符号誤り特性に応じた最適な符号化率で、前方誤り訂正符号によりデータ通信を行うことが可能となる。
【００６０】
また、本実施の形態において、シミュレーション部１４が、伝搬経路を模擬するレート方程式に対して戻り光パラメータを適用することにより、光通信装置２０に到達すると推定される推定光信号を計算し、得られた推定光信号をデジタル変換および復号して得られた推定ビット列を送信ビット列と比較することにより、当該伝搬経路の符号誤り特性を推定するようにしてもよい。これにより、より正確に符号誤り特性を推定することができる。
【００６１】
また、本実施の形態において、シミュレーション部１４が、推定ビット列と送信ビット列とを比較することにより符号化シンボルに関するシンボル誤り数を計数し、符号化設定部１５が、シンボル誤り数に基づいて、符号化アルゴリズムで訂正する誤りバイト数を示す誤り訂正限界を特定し、当該誤り訂正限界と送信ビット列に含まれる全バイト数とに基づいて、符号化率を計算するようにしてもよい。これにより、より正確に符号化率を計算することができる。
【００６２】
また、本実施の形態において、シミュレーション部１４が、推定ビット列と送信ビット列とを比較することによりビット誤り数および符号化シンボルに関するシンボル誤り数を計数し、符号化設定部１５が、ビット誤り数およびシンボル誤り数に基づいて、ビット誤りの発生間隔が符号化シンボル長未満となる頻度を示すバースト誤り指数を計算し、このバースト誤り指数に基づきブロック誤りまたはバースト誤りに適切な符号化アルゴリズムを選択して符号器１２Ｂに設定するようにしてもよい。これにより、符号化率だけでなく符号化アルゴリズムについても特定することができる。
【００６３】
また、本実施の形態において、光送信器１３Ｂに関する光子寿命、キャリア寿命、第１の利得係数、第２の利得係数、透明キャリア密度、線幅増大係数、および自然放出光係数をそれぞれτp、τc、Ｇ、Ｇs、Ｎ0、α、およびβspとし、戻り光ｋに関する戻り光強度係数および戻り光遅延をそれぞれＲkおよびτkとし、半導体のキャリア密度をＮとし、前記送信ビット列の変調信号に関する注入電流密度をＪとし、前記推定光信号の電界およびその位相成分をそれぞれＥおよびφとした場合、レート方程式として前述した式（１）および式（２）を用いてもよい。これにより、戻り光が存在する場合であっても、極めて精度よく伝搬経路を模擬することが可能となる。
【００６４】
［第２の実施の形態］
次に、図１５を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる光通信システム１について説明する。図１５は、第２の実施の形態にかかる光通信システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態は、光通信装置１０から送信した送信フレームに関する符号誤りを光通信装置２０で観測し、その観測結果に対応する前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを、光通信装置１０および光通信装置２０で用いるようにしたものである。
【００６５】
本実施の形態において、光通信装置２０の符号誤り観測部２４は、光送受信部２３により光伝送路Ｌ２から受信した受信した、光通信装置１０からの送信フレーム（下りフレーム）に関する受信符号化ビット列（下り符号化ビット列）に基づいて、誤り訂正ブロックあたりのシンボル誤り数に関する分布を観測する機能を有している。
【００６６】
光通信装置１０の符号化部１２は、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムとして、符号誤り観測部２４で観測された観測結果に対応する、ブロック誤りまたはバースト誤りに適切な前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを符号器１２Ｂで用いる機能を有している。
光通信装置２０の符号化部２２は、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムとして、符号誤り観測部２４で観測された観測結果に対応する、ブロック誤りまたはバースト誤りに適切な前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを符号器２２Ｂで用いる機能を有している。
【００６７】
この際、観測結果に対応する符号化アルゴリズムについては、符号誤り観測部２４で観測結果に基づき特定し、フレーム処理部２１から符号化部１２や符号化部２２に通知してもよく、あるいは、フレーム処理部２１を介して通知された観測結果に基づいて符号化部１２や符号化部２２で符号化アルゴリズムを特定してもよい。
【００６８】
［第２の実施の形態の動作］
次に、図１６を参照して、本実施の形態にかかる動作として、光通信装置２０の符号誤り観測部２４における符号誤り観測処理について説明する。図１６は、符号誤り観測処理を示すフローチャートである。ここでは、符号誤り観測部２４が観測結果に対応する、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを特定して、フレーム処理部２１から符号化部１２や符号化部２２に通知する場合を例として説明する。
【００６９】
まず、符号誤り観測部２４は、光送受信部２３により光伝送路Ｌ２から受信した受信した、光通信装置１０からの送信フレーム（下りフレーム）に関する受信符号化ビット列（下り符号化ビット列）を取得し（ステップ２００）、この受信符号化ビット列に基づいて、誤り訂正ブロックあたりのシンボル誤り数に関する分布を観測する（ステップ２０１）。この符号誤り観測処理に用いるビット列については、予め用意した符号誤り観測用のビット列を光通信装置１０から送信してもよく、第１の実施の形態にかかる符号化率特定処理で用いたビット列を兼用してもよい。
【００７０】
図１７は、誤り訂正ブロックあたりのシンボル誤り数分布を示すグラフであり、横軸が訂正ブロックあたりのシンボル誤り数、縦軸が発生したシンボル誤り数の頻度である。図１８は、図１７の要部拡大グラフであり、頻度＝０付近を拡大したものである。
【００７１】
誤り訂正ブロックあたりのシンボル誤り数とは、例えば２０４０ｂｉｔ長の誤り訂正ブロック内に含まれる２５５個のシンボル（ブロック）のうち、誤りが発生したシンボルの数である。伝搬経路で発生するランダム誤りはランダムに発生するため、誤り訂正ブロックあたりのシンボル誤りは、図１７に示すようなポアソン分布となる。これに対して、バースト誤りは、ランダムに発生せずある期間に集中して発生するため、誤り訂正ブロックあたりのシンボル誤りは、図１８に示すように、ポアソン分布から外れた位置に現れる。
【００７２】
符号誤り観測部２４は、観測結果として得られたシンボル誤り数分布に基づいて、バースト誤りの有無を確認し（ステップ２０２）、図１８に示すように、バースト誤りが存在する場合には（ステップ２０２：ＹＥＳ）、バースト誤りに対応するシンボル誤り数の最大値から、光通信装置１０との間の伝搬経路に関する誤り訂正限界を特定し（ステップ２０３）、特定した誤り訂正限界に基づきバースト誤り対応の、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを特定し（ステップ２０４）、一連の符号誤り観測処理を終了する。
【００７３】
一方、バースト誤りが存在しない場合には（ステップ２０２：ＮＯ）、符号誤り観測部２４は、ランダム誤り対応の、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを特定し（ステップ２０５）、一連の符号誤り観測処理を終了する。
【００７４】
したがって、図１８の例では、ポアソン分布から外れた位置にシンボル誤りが発生しているため、バースト誤り有りと判定される。また、最大でシンボル誤り数が７０個程度の位置でバースト誤りが１回発生しており、光通信システム１における誤り訂正限界が１６ｂｙｔｅとすると、このバースト誤りを訂正する必要があるため、誤り訂正限界を７０ｂｙｔｅと特定される。
【００７５】
これにより、誤り訂正限界に応じた分だけ冗長データが増大して転送効率が低下することになる。このため、例えば、リード・ソロモン符号を基本としたインターリーブ方式を選択し、符号誤りを分散させて訂正することで、見かけ上、誤り訂正限界を下げて転送効率が改善されるよう、符号化アルゴリズムを設定してもよい。
【００７６】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、光通信装置２０の符号誤り観測部２４が、光通信装置１０から受信した受信ビット列に基づいて、訂正ブロックあたりのシンボル誤り数に関する分布を観測し、光通信装置１０の符号器１２Ｂが、前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムとして、符号誤り観測部２４で観測された観測結果に対応する、ブロック誤りまたはバースト誤りに適切な前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを用いるようにしたものである。
【００７７】
これにより、光通信装置１０と光通信装置２０との間の伝搬経路に関する符号誤り特性に応じた、最適な前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを用いて光通信を行うことが可能となる。
【００７８】
本実施の形態では、訂正ブロックあたりのシンボル誤り数分布に関する観測結果に基づき、実際の光通信に用いる前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを選択する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。第１の実施の形態で説明した符号化率特定処理において、シミュレーション部１４が用いる前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムとして、観測結果に基づき選択した前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを用いてもよい。これにより、符号化率を特定する際、実際の伝搬経路に関する符号誤り特性に応じた、最適な前方誤り訂正用の符号化アルゴリズムを用いることができ、結果として、より精度よく符号化率を特定することが可能となる。
【００７９】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１…光通信システム、１０…光通信装置（第１の光通信装置）、１１…フレーム処理部、１２…符号化部、１２Ａ…復号器、１２Ｂ…符号器、１３…光送受信部、１３Ａ…光受信器、１３Ｂ…光送信器、１４…シミュレーション部、１５…符号化設定部、２０…光通信装置（第２の光通信装置）、２１…フレーム処理部、２２…符号化部、２２Ａ…復号器、２２Ｂ…符号器、２３…光送受信部、２３Ａ…光受信器、２３Ｂ…光送信器、３０…光分波器、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…光伝送路。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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