(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送装置に用いる光送信機であって、
入力ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間の信号点配置に対応付けを行うエンコーダ回路と、
複数の低次元マッピング回路を有しており、前記エンコーダ回路からの出力をもとに前記Ｎ次元空間に変調信号を出力するマッピング回路と、
前記変調信号により光を変調する光変調回路と
を備え、
前記エンコーダ回路は、少なくとも１つの前記低次元マッピング回路に、他の前記低次元マッピング回路にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して送信ビット列を生成し、
前記マッピング回路は、前記入力ビット列に基づく前記送信ビット列を前記Ｎ次元空間にマッピングする際に、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに前記送信ビット列を分割して複数の前記低次元マッピング回路それぞれに入力し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるようにビットマッピングを行う、
ことを特徴とする光送信機。
【請求項２】
光伝送装置に用いる光受信機であって、
入力された光信号を電気信号として出力する光電気変換回路と、
前記光電気変換回路から出力された信号に対して信号品質の劣化要因の補償、偏波分離、及び、搬送波位相推定を含む等価処理を行うデジタル信号処理回路と、
前記デジタル信号処理回路から出力された等価後の信号を閾値判定することにより信号点配置の制限を行い、前記等価後の信号と前記信号点配置とのユークリッド距離を計算し、計算された前記ユークリッド距離のうち最小となる信号点を受信シンボルとして判定するシンボル判定回路と、
送信側のマッピング規則に基づき、前記受信シンボルからビット列への変換を行い、受信データとして出力するデマッピング回路と
を備え、
前記光信号は、前記送信側において、入力ビット列に基づく送信ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間を構成する低次元空間ごとに分割し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるように前記Ｎ次元空間へのビットマッピングが行われており、かつ、少なくとも１つの前記低次元空間において、他の前記低次元空間にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して前記送信ビット列が生成されている、
ことを特徴とする光受信機。
【請求項３】
請求項１の光送信機と請求項２の光受信機とを備えたことを特徴とする光伝送装置。
【請求項４】
光送信機と光受信機とが光伝送通信を行う光伝送システムであって、
前記光送信機は、
入力ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間の信号点配置に対応付けを行うエンコーダ回路と、
複数の低次元マッピング回路を有しており、前記エンコーダ回路からの出力をもとに前記Ｎ次元空間に変調信号を出力するマッピング回路と、
前記変調信号により光を変調する光変調回路と
を備え、
前記光受信機は、
前記光送信機から送信された光信号を電気信号として出力する光電気変換回路と、
前記光電気変換回路から出力された信号に対して信号品質の劣化要因の補償、偏波分離、及び、搬送波位相推定を含む等価処理を行うデジタル信号処理回路と、
前記デジタル信号処理回路から出力された等価後の信号を閾値判定することにより信号点配置の制限を行い、前記等価後の信号と前記信号点配置とのユークリッド距離を計算し、計算された前記ユークリッド距離のうち最小となる信号点を受信シンボルとして判定するシンボル判定回路と、
送信側のマッピング規則に基づき、前記受信シンボルからビット列への変換を行い、受信データとして出力するデマッピング回路と
を備え、
前記エンコーダ回路は、少なくとも１つの前記低次元マッピング回路に、他の前記低次元マッピング回路にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して送信ビット列を生成し、
前記マッピング回路は、前記入力ビット列に基づく前記送信ビット列を前記Ｎ次元空間にマッピングする際に、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに前記送信ビット列を分割して複数の前記低次元マッピング回路それぞれに入力し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるようにビットマッピングを行う、
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項５】
光伝送装置に用いる光送信機が行う光送信方法であって、
入力ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間の信号点配置に対応付けを行うエンコーダステップと、
前記エンコーダステップからの出力を、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに分割してマッピングすることにより前記Ｎ次元空間に変調信号を出力するマッピングステップと、
前記変調信号により光を変調する光変調ステップと
を備え、
前記エンコーダステップにおいては、少なくとも１つの前記低次元空間において、他の前記低次元空間にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して送信ビット列を生成し、
前記マッピングステップにおいては、前記入力ビット列に基づく前記送信ビット列を前記Ｎ次元空間にマッピングする際に、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに前記送信ビット列を分割し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるようにビットマッピングを行う、
ことを特徴とする光送信方法。
【請求項６】
光伝送装置に用いる光受信機が行う光受信方法であって、
入力された光信号を電気信号として出力する光電気変換ステップと、
前記光電気変換ステップから出力された信号に対して信号品質の劣化要因の補償、偏波分離、及び、搬送波位相推定を含む等価処理を行うデジタル信号処理ステップと、
前記デジタル信号処理ステップから出力された等価後の信号を閾値判定することにより信号点配置の制限を行い、前記等価後の信号と前記信号点配置とのユークリッド距離を計算し、計算された前記ユークリッド距離のうち最小となる信号点を受信シンボルとして判定するシンボル判定ステップと、
送信側のマッピング規則に基づき、前記受信シンボルからビット列への変換を行い、受信データとして出力するデマッピングステップと
を有し、
前記光信号は、前記送信側において、入力ビット列に基づく送信ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間を構成する低次元空間ごとに分割し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるように前記Ｎ次元空間へのビットマッピングが行われており、かつ、少なくとも１つの前記低次元空間において、他の前記低次元空間にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して前記送信ビット列が生成されている、
ことを特徴とする光受信方法。
【請求項７】
光送信機と光受信機とが光伝送を行う光伝送方法であって、
前記光送信機が、
入力ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間の信号点配置に対応付けを行うエンコーダステップと、
前記エンコーダステップからの出力を、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに分割してマッピングすることにより前記Ｎ次元空間に変調信号を出力するマッピングステップと、
前記変調信号により光を変調する光変調ステップと
前記光受信機が、
前記光送信機から送信された光信号を電気信号として出力する光電気変換ステップと、
前記光電気変換ステップから出力された信号に対して信号品質の劣化要因の補償、偏波分離、及び、搬送波位相推定を含む等価処理を行うデジタル信号処理ステップと、
前記デジタル信号処理ステップから出力された等価後の信号を閾値判定することにより信号点配置の制限を行い、前記等価後の信号と前記信号点配置とのユークリッド距離を計算し、計算された前記ユークリッド距離のうち最小となる信号点を受信シンボルとして判定するシンボル判定ステップと、
送信側のマッピング規則に基づき、前記受信シンボルからビット列への変換を行い、受信データとして出力するデマッピングステップと
を有し、
前記エンコーダステップにおいては、少なくとも１つの前記低次元空間において、他の前記低次元空間にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して送信ビット列を生成し、
前記マッピングステップにおいては、前記入力ビット列に基づく前記送信ビット列を前記Ｎ次元空間にマッピングする際に、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに前記送信ビット列を分割し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるようにビットマッピングを行う、
ことを特徴とする光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信機、光受信機、光伝送装置、光伝送システム、光送信方法、光受信方法及び光伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの基幹網において、近年の通信トラヒックの拡大により１００Ｇｂｐｓ級伝送で標準的に採用されている変調方式であるＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying）方式（例えば、非特許文献１参照）に変わり、次世代の４００Ｇｂｐｓ級伝送では、ＤＰ−ＱＰＳＫより周波数利用効率の高い変調方式であるＤＰ−１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）方式（例えば、非特許文献２参照）が検討されている。
【０００３】
ＤＰ−１６ＱＡＭでは、Ｘ偏波とＹ偏波に対してそれぞれの偏波が独立に１６ＱＡＭで変調されており、受信側では、コヒーレント受信機に入力後、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）によりデジタル化された後、デジタル信号処理により、偏波分離が行われ、独立した信号としてシンボル判定が行われる。
【０００４】
更なる伝送容量を増加させる方式として、１Ｔｂｐｓ級伝送ではＤＰ−１６ＱＡＭよりも周波数利用効率の高いＤＰ−６４ＱＡＭ方式（例えば、非特許文献２参照）等の変調信号の更なる多値化が検討されている。しかしながら変調信号の多値化によりシンボル間の最小ユークリッド距離が縮小され、雑音に対する耐性が低下し、伝送距離に制限がかかってしまう。
【０００５】
近年、周波数利用効率向上に伴う最小ユークリッド距離の縮小に対し、これまで独立の次元として扱われていた偏波や時間、波長方向に信号点配置の設計次元を広げ、周波数利用効率と最小ユークリッド距離の関係をＮ次元空間中の球充填問題の概要に帰着させることで、最小ユークリッド距離を拡大するＮ次元空間における信号点配置による変調方式が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】OIF, "100G Ultra Long Haul DWDM Framework Document".
【非特許文献２】T. J. Xia, S. Gringeri, and M. Tomizawa, "High-capacity optical transport networks," IEEE Commun. Mag., vol. 50, no. 11, pp. 170-178, Nov. 2012.
【非特許文献３】Koike-Akino, Toshiaki, et al. "Eight-dimensional modulation for coherent optical communications." Proc. ECOCTu 3 (2013).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら非特許文献３を始めとするＮ次元空間における信号点配置による変調方式では、隣接する信号点の数が増加するとこにより、２次元空間での変調方式で採用されているグレイコードを取ることができず、信号点に対するビットマッピング方法にとって雑音耐力特性が異なることが知られている。また送信側の装置において、非特許文献３では、各信号点に対してルックアップテーブル方式を用いてビットマッピングを行っており、変調時に必要となるメモリの量が増加してしまうという問題がある。
【０００８】
一方で受信側では、受信された信号からＮ次元空間のどの信号点が送信されたか判定（シンボル判定）を行うために、受信信号に対して取り得る信号点配置全てとＮ次元空間中のユークリッド距離を計算し、ユークリッド距離が最小となるシンボルを受信シンボルとして判定するＭａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＭＬＤ）が用いられており、回路規模の増大してしまうという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、メモリ量と回路規模を抑えることができる光送信機、光受信機、光伝送装置、光伝送システム、光送信方法、光受信方法及び光伝送方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光伝送装置に用いる光送信機であって、入力ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間の信号点配置に対応付けを行うエンコーダ回路と、複数の低次元マッピング回路を有しており、前記エンコーダ回路からの出力をもとに前記Ｎ次元空間に変調信号を出力するマッピング回路と、前記変調信号により光を変調する光変調回路とを備え、前記エンコーダ回路は、少なくとも１つの前記低次元マッピング回路に、他の前記低次元マッピング回路にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して送信ビット列を生成し、前記マッピング回路は、前記入力ビット列に基づく前記送信ビット列を前記Ｎ次元空間にマッピングする際に、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに前記送信ビット列を分割して複数の前記低次元マッピング回路それぞれに入力し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるようにビットマッピングを行う、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明は、光伝送装置に用いる光受信機であって、入力された光信号を電気信号として出力する光電気変換回路と、前記光電気変換回路から出力された信号に対して信号品質の劣化要因の補償、偏波分離、及び、搬送波位相推定を含む等価処理を行うデジタル信号処理回路と、前記デジタル信号処理回路から出力された等価後の信号を閾値判定することにより信号点配置の制限を行い、前記等価後の信号と前記信号点配置とのユークリッド距離を計算し、計算された前記ユークリッド距離のうち最小となる信号点を受信シンボルとして判定するシンボル判定回路と、送信側のマッピング規則に基づき、前記受信シンボルからビット列への変換を行い、受信データとして出力するデマッピング回路とを備え、前記光信号は、前記送信側において、入力ビット列に基づく送信ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間を構成する低次元空間ごとに分割し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるように前記Ｎ次元空間へのビットマッピングが行われており、かつ、少なくとも１つの前記低次元空間において、他の前記低次元空間にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して前記送信ビット列が生成されている、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明は、前記光送信機と前記光受信機とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、光送信機と光受信機とが光伝送通信を行う光伝送システムであって、前記光送信機は、入力ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間の信号点配置に対応付けを行うエンコーダ回路と、複数の低次元マッピング回路を有しており、前記エンコーダ回路からの出力をもとに前記Ｎ次元空間に変調信号を出力するマッピング回路と、前記変調信号により光を変調する光変調回路とを備え、前記光受信機は、前記光送信機から送信された光信号を電気信号として出力する光電気変換回路と、前記光電気変換回路から出力された信号に対して信号品質の劣化要因の補償、偏波分離、及び、搬送波位相推定を含む等価処理を行うデジタル信号処理回路と、前記デジタル信号処理回路から出力された等価後の信号を閾値判定することにより信号点配置の制限を行い、前記等価後の信号と前記信号点配置とのユークリッド距離を計算し、計算された前記ユークリッド距離のうち最小となる信号点を受信シンボルとして判定するシンボル判定回路と、送信側のマッピング規則に基づき、前記受信シンボルからビット列への変換を行い、受信データとして出力するデマッピング回路とを備え、前記エンコーダ回路は、少なくとも１つの前記低次元マッピング回路に、他の前記低次元マッピング回路にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して送信ビット列を生成し、前記マッピング回路は、前記入力ビット列に基づく前記送信ビット列を前記Ｎ次元空間にマッピングする際に、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに前記送信ビット列を分割して複数の前記低次元マッピング回路それぞれに入力し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるようにビットマッピングを行う、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、光伝送装置に用いる光送信機が行う光送信方法であって、入力ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間の信号点配置に対応付けを行うエンコーダステップと、前記エンコーダステップからの出力を、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに分割してマッピングすることにより前記Ｎ次元空間に変調信号を出力するマッピングステップと、前記変調信号により光を変調する光変調ステップとを備え、前記エンコーダステップにおいては、少なくとも１つの前記低次元空間において、他の前記低次元空間にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して送信ビット列を生成し、前記マッピングステップにおいては、前記入力ビット列に基づく前記送信ビット列を前記Ｎ次元空間にマッピングする際に、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに前記送信ビット列を分割し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるようにビットマッピングを行う、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明は、光伝送装置に用いる光受信機が行う光受信方法であって、入力された光信号を電気信号として出力する光電気変換ステップと、前記光電気変換ステップから出力された信号に対して信号品質の劣化要因の補償、偏波分離、及び、搬送波位相推定を含む等価処理を行うデジタル信号処理ステップと、前記デジタル信号処理ステップから出力された等価後の信号を閾値判定することにより信号点配置の制限を行い、前記等価後の信号と前記信号点配置とのユークリッド距離を計算し、計算された前記ユークリッド距離のうち最小となる信号点を受信シンボルとして判定するシンボル判定ステップと、送信側のマッピング規則に基づき、前記受信シンボルからビット列への変換を行い、受信データとして出力するデマッピングステップとを有し、前記光信号は、前記送信側において、入力ビット列に基づく送信ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間を構成する低次元空間ごとに分割し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるように前記Ｎ次元空間へのビットマッピングが行われており、かつ、少なくとも１つの前記低次元空間において、他の前記低次元空間にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して前記送信ビット列が生成されている、ことを特徴とする。
【００１６】
本発明は、光送信機と光受信機とが光伝送を行う光伝送方法であって、前記光送信機が、入力ビット列をＮ（Ｎは自然数）次元空間の信号点配置に対応付けを行うエンコーダステップと、前記エンコーダステップからの出力を、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに分割してマッピングすることにより前記Ｎ次元空間に変調信号を出力するマッピングステップと、前記変調信号により光を変調する光変調ステップと前記光受信機が、前記光送信機から送信された光信号を電気信号として出力する光電気変換ステップと、前記光電気変換ステップから出力された信号に対して信号品質の劣化要因の補償、偏波分離、及び、搬送波位相推定を含む等価処理を行うデジタル信号処理ステップと、前記デジタル信号処理ステップから出力された等価後の信号を閾値判定することにより信号点配置の制限を行い、前記等価後の信号と前記信号点配置とのユークリッド距離を計算し、計算された前記ユークリッド距離のうち最小となる信号点を受信シンボルとして判定するシンボル判定ステップと、送信側のマッピング規則に基づき、前記受信シンボルからビット列への変換を行い、受信データとして出力するデマッピングステップとを有し、前記エンコーダステップにおいては、少なくとも１つの前記低次元空間において、他の前記低次元空間にマッピングされるビットを用いた追加のビットがマッピングされるように前記入力ビット列にビットを付与して送信ビット列を生成し、前記マッピングステップにおいては、前記入力ビット列に基づく前記送信ビット列を前記Ｎ次元空間にマッピングする際に、前記Ｎ次元空間を構成する低次元空間ごとに前記送信ビット列を分割し、前記低次元空間それぞれにおいて最小のハミング距離のビット列同士が最小ユークリッド距離となるようにビットマッピングを行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光伝送装置において、メモリ量と回路規模を抑えることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態における光送信機１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すエンコーダ回路１１の構成を示す図である。
【図３】図１に示すマッピング回路１２の構成を示す図である。
【図４】本発明により光送信機で送信した信号のノイズ耐力を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態における光受信機２の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示すシンボル判定回路２３の構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示す閾値判定回路２３１の構成を示す図である。
【図８】図６に示す信号点絞りこみ回路２３３の構成を示す図である。
【図９】本実施形態による方式と従来方式であるＭＬＤ（最尤検出）方式のシミュレーションによる比較を示す図である。
【図１０】本実施形態の方式（提案方式）とＭＬＤ方式の回路規模の見積もり結果を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における光伝送装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態による光伝送装置（光送信機と光受信機とからなる装置）を説明する。図１は同実施形態における光送信機１の構成を示すブロック図である。図１に示す光送信機１は、入力されたビット列をエンコーダ回路１１により、Ｎ次元空間における信号点との対応付けを行い、エンコーダ回路１１からの出力をマッピング回路１２に入力し各次元に出力するデジタル信号に変換を行う。
【００２０】
マッピング回路からの出力はデジタル／アナログ変換器（digital to analog convertor：ＤＡＣ）にてアナログ信号に変換して出力する。この際マッピング回路１２からの出力にデジタルフィルタまたは送信側デジタル信号処理回路を挿入するようにしてもよい。デジタル／アナログ変換器からの出力を光変調回路１３によって同相搬送波、直交位相搬送波、時間、偏波、波長、空間（マルチモード、マルチコア）に対して光の変調を行う。
【００２１】
エンコーダ回路１１とマッピング回路１２は、Ｎ次元空間における信号点配置間の最小ユークリッド距離となる信号点配置にハミング距離が小さくなるようにビットマッピングを行うことで、シンボル誤りが発生した場合に発生するビット誤りを低減することが可能となる。
【００２２】
次に、図２を参照して図１に示すエンコーダ回路１１の構成を説明する。図２は、図１に示すエンコーダ回路１１の構成を示す図である。図２に示すエンコーダ回路１１は、入力された１２ｂｉｔの送信ビットを基に排他的論理和回路を用いて４ｂｉｔのパリティビットを付加し１６ｂｉｔが出力される。出力されたビット情報は、それぞれ２ｂｉｔで１つの次元に対応しており各次元は４レベルの出力になる。
【００２３】
次に、図３を参照して、図１に示すマッピング回路１２の構成を説明する。図３は、図１に示すマッピング回路１２の構成を示す図である。図３に示すマッピング回路１２は、エンコーダ回路１１から出力された１６ｂｉｔのデータを４ｂｉｔごとに、２次元マッピング回路１２１〜１２４によって、２次元平面の対応関係で２次元ごとマッピングを行うことにより、次元１〜８を出力する。
【００２４】
図４は周波数利用効率が６ｂｐｓ／Ｈｚとなる、従来の２次元空間でのＱＡＭ変調と、８次元空間の信号点にランダムにビットマッピングを行った場合と前述のエンコーダ回路１１とマッピング回路１２によってビットマッピングを行った場合での行いシミュレーションの結果を示す図である。横軸は、ＯＳＮＲ（Optical Signal-to-Noise Ratio; 光の信号/ノイズ比率）である。縦軸は、ビットエラーレートである。
【００２５】
図４において、白丸（○）が従来の２次元空間でのＱＡＭ変調のＯＳＮＲ耐力を示す。白四角（□）はユークリッド距離を拡大した８次元空間に信号点にランダムにビットマッピングを行った際のＯＳＮＲ耐力を示す。黒丸（●）はユークリッド距離を拡大した８次元空間に信号点に対し、前述のエンコーダ回路１１とマッピング回路１２を用いてビットマッピングを行った際のＯＳＮＲ耐力を示す。
【００２６】
図４に示すように、ビットエラーレートが１０−３の点でＯＳＮＲ耐力を比較すると前述した手法は、従来のＱＡＭ変調方式に対して約１．３ｄＢの改善効果が、ランダムにビットマッピングを行った８次元空間の信号点に対しては約０．４ｄＢの改善効果が確認できた。
【００２７】
このように、エンコーダ回路によりＮ次元空間の信号点配置に対してビットマッピングを行うことで、ビットエラーレートの雑音耐力特性を改善するとともに、ルックアップテーブルを削減することでメモリ量を削減できる光送信機を提供することができる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態による光伝送装置（光送信機と光受信機とからなる装置）を説明する。図５は同実施形態における光受信機２の構成を示すブロック図である。図５に示す光受信機２は、入力された光信号を光電気変換回路２１にて電気信号に変換を行い、アナログ／デジタル変換器（analog to digital converter；ＡＤＣ）にてアナログ信号をデジタル信号に変換を行う。
【００２９】
変換されたデジタル信号はデジタル信号処理回路２２に入力され、波長分散、偏波モード分散、非線形光学効果による波形ひずみ、送信光と局発光の周波数オフセット等の信号品質の劣化要因の補償や、偏波分離、搬送波位相推定等のデジタル信号処理を行う。
【００３０】
デジタル信号処理回路２２から出力された信号は、シンボル判定回路２３に入力され、シンボル判定回路２３内でそれぞれの信号は２系等に分岐される。分岐した１系統の信号は関係する２次元ごとに閾値判定を行う回路に入力され、閾値判定の結果から候補となる信号点の絞りこみを行う回路に入力される。
【００３１】
候補となる信号点の絞りこみ回路では送信された信号の制約条件から受信信号点の絞りこみを行い、絞り込まれた信号点の候補をユークリッド距離計算回路に出力する。またユークリッド距離計算回路には、シンボル判定回路内で分岐したデジタル信号処理回路からの出力が入力され、絞り込まれた信号点とのユークリッド距離の計算を行う。
【００３２】
それぞれの信号点について計算されたユークリッド距離は、比較回路に入力されユークリッド距離が最小となる信号点を受信信号点（受信シンボル）として判定する。デマッピング回路２４では、送信側のマッピング規則に基づき、受信されたシンボルからビット列へ変換が行われ、受信データとして出力される。
【００３３】
次に、図６を参照して、図５に示すシンボル判定回路２３の構成を説明する。図６は、図５に示すシンボル判定回路２３の構成を示すブロック図である。図６に示すシンボル判定回路２３に入力された各次元１〜８の信号はそれぞれ２系統に分岐される。そして、それぞれ閾値判定回路２３１とユークリッド距離計算回路２３２に入力される。ユークリッド距離計算回路２３２に入力された信号は信号点絞り込み回路２３３からの出力があるまでシフトレジスタによって保持される。
【００３４】
閾値判定回路２３１に入力された信号は、閾値判定により各次元に候補となる座標を算出し、信号点絞り込み回路において送信側信号点配置の制約条件をもとに候補となる信号点の絞り込みが行われる。
【００３５】
ユークリッド距離計算回路２３２では、デジタル信号処理回路からの出力に対し、候補となる信号点ごとにユークリッド距離の算出を行う。計算されたユークリッド距離は比較回路２３４に入力され、最小のユークリッド距離となる信号点配置を受信信号点（受信シンボル）として判定する。ここでのユークリッド距離の比較をする際、大小関係は二乗されていても変わらないため、ユークリッド距離の算出をする際に演算量の観点から平方根の計算はしなくてもよい。
【００３６】
次に、図７を参照して、図６に示す閾値判定回路２３１の構成を説明する。図７は、図６に示す閾値判定回路２３１の構成を示す図である。図７に示す閾値判定回路は、前述したデジタル信号処理後の信号が入力され、２つの次元に対して４つの異なる閾値を持った判定回路２３１１〜２３１４に分岐し入力され、それぞれの閾値で出力される座標値が異なっている。図７に示すように各系列の命名規則を定義すると○、×、□、△の４つの系列で１点ずつ座標点が出力される。
【００３７】
次に、図８を参照して、図６に示す信号点絞りこみ回路２３３の構成を説明する。図８は、図６に示す信号点絞りこみ回路２３３の構成を示す図である。図８に示す信号点絞り込み回路２３３は、前述の閾値判定回路２３１からの出力が入力され、図３、図４に示すのエンコーダ回路１１とマッピング回路１２によって与えられる各次元への制約条件をもとに信号点の絞り込みを行い、条件に一致する組み合わせのみを候補信号点として出力する。
【００３８】
図９は、本実施形態による方式と従来方式であるＭＬＤ（最尤検出）方式のシミュレーションによる比較を示す図である。図９に示すの白丸（○）は本実施形態の方式（提案方式）におけるシンボルエラーレートのＯＳＮＲ耐力を示し、白四角（□）はＭＬＤ方式におけるシンボルエラーレートのＯＳＮＲ耐力を示しており、本実施形態の方式とＭＬＤ方式が等価なシンボル判定性能を持っていることが確認できる。
【００３９】
図１０は、本実施形態の方式（提案方式）とＭＬＤ方式の回路規模の見積もり結果を示す図である。ここでは回路規模に最も影響が大きいユークリッド距離の計算回数にのみ着目して回路規模の比較を行っている。ビット精度が７ｂｉｔの乗算器（約６００Ｇａｔｅ）を用いた際に必要なＧａｔｅ数は、ＭＬＤ方式では８次元空間のユークリッド距離の計算を４０９６回行うため約２０ＭＧａｔｅであり、本実施形態の方式では８次元空間のユークリッド距離の計算を１６回行うため約０．１ＭＧａｔｅであるため本実施形態の方式により回路規模が低減されることが確認できる。
【００４０】
このように、受信信号を閾値判定により仮判定することにより、ユークリッド距離を計算する信号点の数を絞り込み、ＭＬＤと等価な精度でシンボル判定を行うことができる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態による光伝送装置（第１実施形態による光送信機１と第２実施形態による光受信機２とからなる装置）を説明する。図１１は同実施形態における光電送装置の構成を示すブロック図である。図１１に示す光送信機１は、前述した第１実施形態による光送信機１を用い、光受信機２は前述した第２実施形態の光受信機２を用いる。光送信機１から出力された光信号は、光ファイバ伝送路３を伝送後、光受信機２によって受信される。
【００４２】
以上説明したように、エンコーダ回路によりＮ次元空間の信号点配置に対してビットマッピングを行うことで、ビットエラーレートの雑音耐力特性を改善するとともに、ルックアップテーブルを削減することでメモリ量を削減できる光送信機及び、受信信号を閾値判定により仮判定することにより、ユークリッド距離を計算する信号点の数を絞り込み、ＭＬＤと等価な精度でシンボル判定を行うことができる。
【００４３】
この構成によれば、光送信機は、Ｎ次元空間における信号点配置に対してルックアップテーブルを削減し、雑音耐力の向上したビットマッピングを行うことができるようになる。また、光受信機は、受信信号を一度閾値判定することによってユークリッド距離を計算するシンボルを限定し、ＭＬＤとシンボル判定性能が等価で回路規模を低減することができる。
【００４４】
前述した実施形態における光送信機、光受信機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、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
【００４５】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
メモリ量と回路規模を抑えた光送信機と、光受信機とから構成する光伝送装置に適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・光送信機、１１・・・エンコーダ回路、１２・・・マッピング回路、１３・・・光変調回路、１２１〜１２４・・・２次元マッピング回路、２・・・光受信機、２１・・・光電気変換回路、２２・・・デジタル信号処理回路、２３・・・シンボル判定回路、２４・・・デマッピング回路、２３１・・・閾値判定回路、２３２・・・ユークリッド距離計算回路、２３３・・・信号絞りこみ回路、２３４・・・比較回路、２３１１〜２３１４判定回路、３・・・光ファイバ伝送路
【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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