(57)【要約】１以上の光リンクを介して接続され、それぞれのレート適応型前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号を用いて互いに通信するように適合させた複数の光トランスポンダ（ＯＴ）を有する光伝送システム（ＯＴＳ）。一実施形態では、このＯＴＳはＯＴＳの総合的能力を最適化する一方で、総合的なシステムのマージンを適切であるが過度でなく維持するように、２つのそれぞれの通信しているＯＴの間の各リンクに関して推定された性能マージンに基づいてＦＥＣ符号のレートを動的に調整するようにＯＴを構成するように適合されたレート制御ユニット（ＲＣＵ）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の光リンクを介して接続された複数の光トランスポンダ（ＯＴ）、及び
レート制御ユニット（ＲＣＵ）を備える光伝送システムであって、
前記複数のＯＴの少なくとも第１及び第２のものが、レート適応型前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号を用いて互いに通信するように適合され、
前記ＲＣＵが（ｉ）前記第１のＯＴと前記第２のＯＴとの間の光リンクに関する性能マージンを推定し、（ｉｉ）前記推定された性能マージンに基づいて前記ＦＥＣ符号のレートを変更するように前記第１及び第２のＯＴを構成するように適合された光伝送システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記ＲＣＵが（ｉ）前記第１及び第２のＯＴの少なくとも１つに関してビット誤り率（ＢＥＲ）を求め、且つ（ｉｉ）前記求められたＢＥＲを目標ＢＥＲと比較して前記性能マージンを推定するようにさらに適合された光伝送システム。
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、前記ＲＣＵが、前記第１のＯＴと前記第２のＯＴとの間の前記光リンクの１以上の特性に基づいて前記性能マージンを推定するようにさらに適合された光伝送システム。
【請求項４】
請求項３に記載の発明において、前記１以上の特性が、
前記光リンクの長さ、前記光リンクを通った信号伝送の後の光の信号対雑音比、前記光リンクを通って伝送される信号の波長、波長分散の量、偏光モード分散の量、光チャネルのクロストーク、ファイバの非線形ペナルティ、光フィルタリングペナルティ、並びに前記第１及び第２のＯＴの少なくとも１つについての使用年数のうち１つ又は複数を含む光伝送システム。
【請求項５】
請求項１に記載の発明において、
前記第１及び第２のＯＴが少なくとも約１０Ｇｂ／ｓの光信号速度で互いに通信するように適合され、
前記第１のＯＴと前記第２のＯＴとの間の前記通信に関する前記光信号速度が当該光伝送システムの寿命にわたって一定である光伝送システム。
【請求項６】
請求項１に記載の発明において、前記第１及び第２のＯＴが少なくとも１００ｋｍの距離だけ離れている光伝送システム。
【請求項７】
請求項１に記載の発明において、前記ＦＥＣ符号が低密度パリティ検査符号、リード−ソロモン符号、畳込符号、及びレート互換の符号の１つ又は複数からなる光伝送システム。
【請求項８】
請求項１に記載の発明において、前記ＲＣＵが、
前記第１のＯＴと前記第２のＯＴとの間の前記通信に関する現行のＢＥＲを目標ＢＥＲと比較して現行の性能マージンを求め、
前記現行の性能マージンを少なくとも第１の閾値と比較し、且つ、
前記現行の性能マージンが前記第１の閾値より小さい場合は、前記ＦＥＣ符号の前記レートを低減するように適合された光伝送システム。
【請求項９】
請求項８に記載の発明において、前記ＲＣＵが、
前記現行の性能マージンを前記第１の閾値より大きい第２の閾値と比較し、
前記現行の性能マージンが前記第２の閾値より大きい場合は、前記ＦＥＣ符号の前記レートを増加するようにさらに適合された光伝送システム。
【請求項１０】
光伝送システムを作動させる方法であって、
１以上の光リンクを介して接続されている複数の光トランスポンダ（ＯＴ）のうちの少なくとも第１のＯＴと第２のＯＴの間の光リンクに関する性能マージンを推定するステップであって、該第１のＯＴ及び該第２のＯＴがレート適応型前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号を用いて互いに通信するように適合されている、ステップ、及び
前記推定された性能マージンに基づいて前記ＦＥＣ符号のレートを変更するように前記第１及び第２のＯＴを構成するステップ
からなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光伝送システム（ＯＴＳ）に関し、より詳細には、その寿命の間、レート適応型前方誤り訂正（ＦＥＣ）を利用することによりＯＴＳの容量及び／又は費用対効果を改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
現行の光伝送システム（ＯＴＳ）では、適切なデータ伝送容量をもたらすために波長分割多重方式（ＷＤＭ）が広く用いられている。各ＷＤＭチャネルの、本明細書で「光信号速度」と称する光信号のデータ転送率は通常、同期式光ファイバ網（ＳＯＮＥＴ）標準規格により、また、計画されたトラフィック需要及び光リンク条件に基づいて２．５Ｇｂ／ｓ、１０Ｇｂ／ｓ、又は４０Ｇｂ／ｓに規定されている。一旦、システムの配備段階で設定されると、光信号速度を変更することはハードウェア及びソフトウェアの変更のために不可能であるか、或いは非常に高くつくので一般に光信号速度はＯＴＳの寿命の全体にわたって一定のままである。
【０００３】
規定されたサービス品質（ＱｏＳ）要件を満たすために、一般に各ＷＤＭチャネルは、通常およそ１０−１６の比較的低い出力ビット誤り率（ＢＥＲ）を保証する必要がある。ＯＴＳの全寿命の間中ＱｏＳ要件を満たすことが期待されるので、光リンクの状況におけるシステム構成要素（例えば光学送信機、増幅器、受信機、フィルタ、及びマルチプレクサ／デマルチプレクサ）の老化及び全体的な劣化による後の性能マージンの損失に対応するために、配備段階で各ＷＤＭチャネルにかなりの初期性能マージンが割り当てられる。この性能マージンは通常、実際の信号品質（Ｑ係数）と、システムがどうにかかろうじて許容できる性能を有すると見なされる閾値Ｑ係数との間のデシベル（ｄＢ）での差と定義される。Ｑ係数（ｄＢ）とＢＥＲとの関係は次式となる。
【０００４】
【数１】
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例えば、１０−３のＢＥＲに対してＱ係数は９．８ｄＢである。性能マージンの老化による一般的な損失が約２０年（光ネットワーク／システム運営者によって規定された一般的な寿命）にわたって約４ｄＢであるので、現行のＯＴＳはその寿命にわたって確実な動作を保証するために、システムの寿命初期（ＢＯＬ）に約４ｄＢの割増性能マージンを有するように構成されることが多い。
【０００５】
その上、２つの光トランスポンダ（ＯＴ）間の所与の伝送リンク向けの性能マージンは、信号伝送後の光の信号対雑音比（ＯＳＮＲ）、波長分散（ＣＤ）特性及び偏光モード分散（ＰＭＤ）特性、ＷＤＭクロストーク、並びに光フィルタリングペナルティなどの伝送リンクの条件に左右される。信号伝送後のＯＳＮＲは、光ファイバでの信号減衰、信号パワー、及び光増幅にさらに左右される。所定の時間に、別々のＷＤＭチャネルが別々の性能マージンを有することはまれではない。要求に基づいて、２つのＯＴの間に別々の伝送リンクを確立するために、所与のＷＤＭチャネルを別ルートで送ることができ、また信号波長を調整することができるので、ＷＤＭチャネルに関する性能マージンが時間にわたって著しく変化する（例えば増加したり減少したりする）ことがある。この変化によって、ＯＴＳの全体的なスループットに悪影響があり、且つ／又は老化に対応する約４ｄＢの値を超える初期の割増性能マージンのさらなる増加が必要になることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１１３１４７号
【特許文献２】米国特許第６，８２９，７４１号
【特許文献３】米国特許第６，８９２，３４２号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／００２２３６２号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J. Hagenauer、「Rate-Compatible Punctured Convolutional Codes (RCPC Codes) and Their Applications」、IEEE Trans. Commun.、vol. 36、no. 4、389〜400頁、1988年4月
【非特許文献２】M. R. Yazdani及びA. H. Banihashemi、「On Construction of Rate-Compatible Low-Density Parity-Check Codes」、IEEE Commun. Letters、vol. 8、 no. 3、159〜161頁、2004年5月
【非特許文献３】N. Chen、Y. Chang、及び D. Yang、「Generation of Rate-Compatible LDPC Codes Based on Linear Transformation」、Communications and Electronics、ICCE -- First International Conference、2006年10月、311〜314頁
【非特許文献４】G. Kramer、A. Ashikhmin、A. J. van Wijngaarden、及び X. Wei、「Spectral efficiency of coded phase-shift keying for fiber-optic communication」、J. Lightwave Technol.、2003年、vol. 21、2438〜2445頁
【発明の概要】
【０００８】
本発明の代表的実施形態は、１以上の光リンクを介して接続され、それぞれのレート適応型前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号を用いて互いに通信するように適合させた複数の光トランスポンダ（ＯＴ）を有する光伝送システム（ＯＴＳ）を提供する。ＯＴＳは、ＯＴＳの総合的能力を最適化する一方で、総合的なシステムのマージンを適切であるが過度ではなく維持するために、２つのそれぞれの通信しているＯＴ間の各リンクに関して推定された性能マージンに基づいてＦＥＣ符号のレートを動的に調整するようにＯＴを構成するように適合されたレート制御ユニット（ＲＣＵ）を有する。有利なことに、本発明のＯＴＳのシステム資源の遊休の程度は、同等の従来技術のＯＴＳのそれと比較して著しく低減される。
【０００９】
一実施形態によれば、本発明の光伝送システムは（Ａ）１以上の光リンクを介して接続された複数の光トランスポンダ（ＯＴ）及び（Ｂ）レート制御ユニット（ＲＣＵ）を備える。前記複数のＯＴの少なくとも第１及び第２のものは、レート適応型前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号を用いて互いに通信するように適合される。ＲＣＵは（ｉ）第１のＯＴと第２のＯＴとの間の光リンクに関する性能マージンを推定し、（ｉｉ）推定された性能マージンに基づいてＦＥＣ符号のレートを変更するように第１及び第２のＯＴを構成するように適合される。
【００１０】
別の実施形態によれば、本発明の光伝送システムを作動させる方法は（Ａ）１以上の光リンクを介して接続された複数の光トランスポンダ（ＯＴ）の、レート適応型前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号を用いて互いに通信するように適合された少なくとも第１のＯＴと第２のＯＴとの間の光リンクに関する性能マージンを推定するステップ、及び（Ｂ）推定された性能マージンに基づいてＦＥＣ符号のレートを変更するように第１及び第２のＯＴを構成するステップからなる。
【００１１】
本発明のその他の態様、特徴及び利点は以下の発明を実施するための形態、添付の特許請求の範囲、及び添付図面からより十分に明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による光伝送システム（ＯＴＳ）のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による図１に示されたＯＴＳの光トランスポンダで使用することができる送信機及び受信機のデータプロセッサのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による図１のＯＴＳを作動させる方法の流れ図である。
【図４Ａ】従来技術のＯＴＳと図１に示されたＯＴＳの一実施形態との代表的な特性を比較したグラフである。
【図４Ｂ】従来技術のＯＴＳと図１に示されたＯＴＳの一実施形態との代表的な特性を比較したグラフである。
【図４Ｃ】従来技術のＯＴＳと図１に示されたＯＴＳの一実施形態との代表的な特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
一般に、通信チャネルに関連したノイズが受信機での誤差をもたらすことがある。ＲＳ（リード−ソロモン）符号及びＢＣＨ（Ｂｏｓｅ−Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ−Ｈｏｃｑｕｅｎｇｈｅｍ）符号を使用するものなどの前方誤り訂正（ＦＥＣ）技法は、誤差を検出して補正するために受信機で用いられるデータに冗長性を加えることにより光チャネルの信頼性を改善する。通常、より多くの冗長性によってより確実な通信が可能になるが、追加の帯域幅の消費又はスループットの低下といった代償を伴う。
【００１４】
ＦＥＣ符号は元の情報ビットの数ｋと伝送ビットの合計数ｎとの比と定義されるＦＥＣレートＲＣによって特徴づけられ、すなわちＲＣ＝ｋ／ｎであり、伝送ビットの合計数ｎは情報ビット及び冗長ビットの両方を含む。ＦＥＣレートもＦＥＣフレームにおける元の情報ビットの数と冗長ビットの数との比として定義されるＦＥＣオーバーヘッド率ＲＯに関して特徴づけることができ、すなわちＲＯ＝（ｎ−ｋ）／ｋである。ＦＥＣレートとＦＥＣオーバーヘッド率との関係は、ＲＣ＝（１＋ＲＯ）−１によって与えられる。
【００１５】
ＦＥＣを用いることの主な利益は、信号チャネルの性能マージンが著しく増加され得ることである。例えば、７％のオーバーヘッドを有する一般的なＲＳのＦＥＣ符号はＢＥＲを補正前の約６×１０−５から補正後の約１０−１６未満へ低減することができ、それによって性能マージンが効果的に約６．５ｄＢ増加する。同様に、７％のオーバーヘッドを有する低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）のＦＥＣ符号はＢＥＲを補正前の約１×１０−３から補正後の約１０−１６未満へ低減することができ、それによって性能マージンが約８．５ｄＢ増加する。ソフト復号又は他の適当な先進の復号技法の使用に基づくＦＥＣ符号の性能マージンのさらなる増加が実現可能である。ＦＥＣによってもたらされる性能マージンの増加は「符号化利得」と称されることが多い。代表的なＬＤＰＣのＦＥＣ符号は、（１）米国特許出願公開第２００７／０１１３１４７号、（２）J. Hagenauer、「Rate-Compatible Punctured Convolutional Codes (RCPC Codes) and Their Applications」、IEEE Trans. Commun.、 vol. 36、no. 4、389〜400頁、1988年4月、（３）M. R. Yazdani及びA. H. Banihashemi、「On Construction of Rate-Compatible Low-Density Parity-Check Codes」、IEEE Commun. Letters、vol. 8、 no. 3、159〜161頁、2004年5月、及び（４）N. Chen、Y. Chang、及び D. Yang、「Generation of Rate-Compatible LDPC Codes Based on Linear Transformation」、Communications and Electronics、ICCE -- First International Conference、2006年10月、311〜314頁、の刊行物で説明されており、これらの教示のすべてが参照によって本明細書に組み込まれる。
【００１６】
光通信では、ＦＥＣは、例えば、（ｉ）３つのＲ（再タイミングどり、再成形、再伝送）の再生器の数を減少させるための長距離輸送ＯＴＳ及び（ｉｉ）個々のＷＤＭチャネルのデータ転送率を増加するための波長分割多重方式（ＷＤＭ）システムで用いられる。同期式光ファイバ網（ＳＯＮＥＴ）システム及び同期デジタルハイアラーキ（ＳＤＨ）システムでのＦＥＣ符号の使用は、例えば米国特許第６，８２９，７４１号に開示されており、その教示が参照によって本明細書に組み込まれる。オンオフ変調（ＯＯＫ）された光信号及び差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）された光信号の伝送のためのＲＳ及びＬＤＰＣのＦＥＣ符号の使用は、例えばG. Kramer、A. Ashikhmin、A. J. van Wijngaarden、及び X. Weiによる論文「Spectral efficiency of coded phase-shift keying for fiber-optic communication」、J. Lightwave Technol.、2003年、vol. 21、2438〜2445頁に開示されており、その教示が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００１７】
光伝送システム（ＯＴＳ）に対して許容できるものと規定されるＦＥＣ復号後のＢＥＲ（今後、「補正されたＢＥＲ」と称する）が１０−１６である（平均で、１０１６個の復号情報ビット当り１つのビット誤りが許容されることを意味する）と想定する。これは、符号の誤り訂正能力を超過するとＦＥＣ符号の出力が一般に複数の誤差を生じるので、誤り事象の可能性が１０−１６よりなお一層低いことをさらに意味する。配備において、ＲＳのＦＥＣ符号を用いる従来技術のＯＴＳはシステム老化による性能マージン損失に対応するために、６×１０−５の対応するＢＥＲ閾値の上に約４ｄＢの追加の性能マージンを与えるのにせいぜい約１０−９の補正前のＢＥＲしかないように構成されることがある。しかし、ＯＴＳのＦＥＣに対する従来技術の手法に関する問題の１つに、存続期間の初め（ＢＯＬ）に、通常、性能マージンが過度に高いことがある。過度に高い性能マージンを有することは、全体的スループット又は費用対効果に関するシステムの能力のいくらかがかなりの期間利用されないままであることを意味し、これはネットワーク運営者にとって通常望ましくない。
【００１８】
従来技術における問題は、ＯＴＳの現行条件に対して十分であるが過度でない性能マージンを維持するために、ＯＴＳの寿命にわたって必要に応じてＦＥＣ符号化利得を調整することができるＯＴＳを設けることにより対処される。例えば、ＯＴＳのＢＯＬでは、ＯＴＳに適切な性能マージンを持たせるのに過不足ない符号化利得を与えるために比較的高いＦＥＣレート（比較的小さなＦＥＣオーバーヘッド率）を用いることができる。ＯＴＳが老化するにつれて、より多くの符号化利得をもたらし、且つ性能マージンの損失を補償するためにＦＥＣレートを低下させることができる（ＦＥＣオーバーヘッド率を高めることができる）。また、伝送リンクの状況における変化に対応するためにＯＴＳの再構成中にＦＥＣレートを調整することができる。この手法の重要な属性の１つに、所与のＷＤＭチャネルに対する光信号速度が例えば１０Ｇｂ／ｓ又は４０Ｇｂ／ｓと一定のままであることがあり、その結果、例えばクロック及びデータの復旧（ＣＤＲ）回路におけるハードウェア変更は不要であり、また、波長分散、偏光モード分散、ファイバの非線形性、及び光フィルタリング、などの伝送障害の影響はレート調整に影響されないままである。この手法を用いて、ＯＴＳはその全寿命及び可能なネットワーク再構成の全体にわたって適切であるが過度でない性能マージンを有利に維持することができる。ＦＥＣレートのそれぞれの上向きの調整の後にシステムの有効なデータ伝送容量がいくぶん低減することがあるが、本発明のＯＴＳでは、システムの総合スループット（又は容量）及びシステム資源利用の程度が同等の従来技術のＯＴＳのものよりかなり高い。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態によるＯＴＳ  １００のブロック図を示す。ＯＴＳ  １００は光リンク（例えば光ファイバ）１０２ａ及び１０２ｃを介して外部の光伝送ネットワークに接続され、また、光リンク（例えば光ファイバ）１０２ｂを介して互いに接続された光挿入−分岐多重装置（ＯＡＤＭ）１１０ａ、１１０ｂを有するものとして例示的に示されている。各ＯＡＤＭ  １１０はそれぞれの光トランスポンダ（ＯＴ）１２０から生じた光信号及び／又はＯＴ  １２０に向けられた光信号を挿入及び／又は分岐することができる。例えば、ＯＴ  １２０ａ、１２０ｃは、それぞれ、ＷＤＭ多重からＯＴＳ  １００によって輸送され、ＯＡＤＭ  １１０ａ、１１０ｂによって分岐された光信号を受け取るように構成される。同様に、ＯＴ  １２０ｂ、１２０ｄは、ＯＡＤＭ  １１０ａ、１１０ｂを通してそれぞれＷＤＭ多重に加算するための光信号を生成するように構成される。
【００２０】
ＯＴ  １２０ａ〜１２０ｄのそれぞれはレート適応型ＦＥＣ（ＲＡＦ）を用いるように適合される。より詳細には、少なくとも１つのＷＤＭチャネル向けにＯＴ  １２０はそのレートＲＣが必要に応じて調整され得るＦＥＣ符号を利用し、その一方で光信号速度は一定（不変）のままである。一実施形態では、ＯＴ  １２０はレート互換のＲＳのＦＥＣ符号を用いるように構成され、そのレートＲＣは１５／１６、７／８、３／４、及び１／２のうちの任意の値に設定することができ、これらの値はそれぞれ約６．２ｄＢ、７．６ｄＢ、８．９ｄＢ、及び１０．２ｄＢの総体の符号化利得に形を変える。別の実施形態では、ＯＴ  １２０は、ＬＤＰＣのＦＥＣ符号を用いるように構成され、そのレートＲＣはそれぞれ約８ｄＢ、９ｄＢ、１０．５ｄＢ、１２ｄＢ、及び１３．５ｄＢの総体の符号化利得を得るための１５／１６、７／８、３／４、１／２、及び３／８の値から選択可能である。
【００２１】
ＯＴ  １２０ａ〜１２０ｄのそれぞれによって用いられるＦＥＣレートはレート制御ユニット（ＲＣＵ）１３０によって制御される。一実施形態では、ＦＥＣ符号を実行して誤差を検出し補正することにより、ＯＴ  １２０は、ＲＣＵ  １３０にＢＥＲ情報を供給することができる。様々なＯＴ  １２０からＢＥＲ情報を収集し解析することにより、ＲＣＵ  １３０は各光リンク及び／又はＷＤＭチャネルに関する現行の性能マージンを求めることができる。現行の性能マージンが適切であるとＲＣＵ  １３０が判断すると、ＲＣＵは措置を講じない。しかし、現行の性能マージンが所定の閾値未満に落ちたとＲＣＵ  １３０が判断すると、ＲＣＵは諸ＯＴ  １２０のうち適切なものを構成してそれぞれのＦＥＣレートを変更する。好ましくは、ＲＣＵ  １３０は２つの通信しているＯＴ間の伝送リンクに対して許容できる性能マージンを与える、できるだけ高いＦＥＣ符号のレートを選択するように適合される。例えば、ＲＣＵ  １３０は１ｄＢ未満の推定性能不足が予期されたときに、ＬＤＰＣのＦＥＣレートをＲＣ＝１５／１６で実行しているＯＴ  １２０がそのＲＣ値を７／８へ変更するようにＯＴを構成してよい。結果として生じる総体の符号化利得の変化は約１ｄＢの性能マージンの増加に形を変え、これは不足を克服するのに十分であり得る。
【００２２】
別の実施形態では、ＲＣＵ  １３０は２つの通信しているＯＴ間のＷＤＭチャネルのそれぞれについて予測された性能マージンに基づいてＦＥＣレートの調整を行うことができる。予測された性能マージンは２つの通信しているＯＴ間の光伝送リンクの条件から導き出すことができる。これらの条件は、リンクの長さ、リンクを通じた伝送の後の光の信号対雑音比（ＯＳＮＲ）、２つの通信しているＯＴによって送受信される光信号の波長、波長分散（ＣＤ）及び偏光モード分散（ＰＭＤ）の特性、ＷＤＭクロストーク、ファイバの非線形ペナルティ、光フィルタリングペナルティ、並びにＯＴのそれぞれについての使用年数など、複数のパラメータによって記述される。しかし、別々のＷＤＭチャネルが等しいＦＥＣレートを有する必要性はないことに留意されたい。
【００２３】
一実施形態では、ＲＣＵ  １３０は、２つの通信しているＯＴが元の情報データを同期式光ファイバ網（ＳＯＮＥＴ）標準規格と互換性のあるデータ端局へ分割するように、両ＯＴを構成するようにさらに適合される。より詳細には、分割されたデータ端局は約４０Ｇｂ／ｓ（ＯＣ７６８）、１０Ｇｂ／ｓ（ＯＣ１９２）、２．５Ｇｂ／ｓ（ＯＣ４８）、６２２Ｍｂ／ｓ（ＯＣ１２）、及び１５５Ｍｂ／ｓ（ＯＣ３）の情報速度を有することができる。表１は４２．７Ｇｂ／ｓ及び１０．７Ｇｂ／ｓの光信号の別々のＦＥＣレートでＳＯＮＥＴ互換のデータ端局への例示的分割を示す。ＳＯＮＥＴ光信号が依然として一定の全体的データ転送率を有するという事実のために、空いたままの時間枠を埋めるのに情報データ及び冗長なＦＥＣデータに対して「ダミーの」データを加える必要があり得ることに留意されたい。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
別の実施形態では、ＲＣＵ  １３０は、２つの通信しているＯＴが元の情報データをイーサネット（登録商標）標準規格と互換性のあるデータ端局へ分割するように両ＯＴを構成するようにさらに適合される。例えば、１０Ｇｂ／ｓ、１Ｇｂ／ｓ、１００Ｍｂ／ｓ、及び１０Ｍｂ／ｓのデータ転送率はイーサネット（登録商標）標準規格と互換性がある（ＩＥＥＥ標準規格８０２．３を参照されたい）。
【００２６】
レート互換の符号が自動反復要求（ＡＲＱ）とともに一般に用いられ、要求に基づいて冗長ビットが伝送される無線ネットワークと異なり、ＯＴＳ  １００は、好ましくは、常に情報ビットとともに冗長ビットを伝送するように構成される。この選好の重要な理由の１つに、光伝送ネットワークでは、送信機と対応する受信機との間の距離が非常に大きくなり得るということがあり、例えば、１００ｋｍより長く、しばしばおよそ１０００ｋｍであり、或いはそれより長いことさえある。したがって、ＡＲＱ及び冗長ビットの再送に関連した待ち時間が不利に大きくなり得る。この待ち時間を回避するために諸ＯＴ  １２０はＡＲＱを用いるようには構成されない。そうではなく、ＲＣＵ  １３０はＦＥＣレートを調整することができるように、必要に応じて、ＢＥＲ情報、光リンク条件、及びトラフィック需要に基づいてＯＴ  １２０と連続的に通信する。さらに、上記で論じられたように、２つの通信しているＯＴ間の伝送リンクの再構成中にＦＥＣレート調整が必要になることがあり、所望のレートは予測されたリンク状態及びトラフィック需要に基づいて「あらかじめ決められ」てよい。その場合、ＲＣＵ  １３０は、ＯＴからの現行のＢＥＲ情報に依存することなくＦＥＣレートを調整するように構成されてよい。
【００２７】
図２は、本発明の一実施形態により、例えばＯＴ  １２０で用いることができる受信機データプロセッサ（ＲＤＰ）２２０ａ及び送信機データプロセッサ（ＴＤＰ）２２０ｂのブロック図を示す。ＲＤＰ  ２２０ａは、例えば通信リンクを介して受け取った光信号を、ビットストリーム２２１の対応する電気信号に変換するように適合された光検知器（図２には明示されていない）を有する。ビットストリーム２２１は、送信機で用いられたＦＥＣ符号によって定義された割合で情報ビット及び冗長ビットの両方を搬送する。例えば、ＦＥＣレートＲＣ＝ｐ／（ｐ＋ｑ）で、ｐ及びｑが正整数である場合、ビットストリーム２２１はｐ個の情報ビット当りｑ個の冗長ビットを含む。ビットストリーム２２１によって供給された諸ビットはバッファ２２２でバッファリングされ、デ・インタリーバ（Ｄ−ＩＮＴ）２２４でインタリーブ復元されて、ビットストリーム２２１よりＮ倍低いビットレートをそれぞれ有する２２５−１から２２５−Ｎまでの複数のビットストリームを生成する。ＦＥＣデコーダ２２６はビットストリーム２２５を受け取って、送信機で用いられたＦＥＣ符号化アルゴリズムに対応するＦＥＣ復号アルゴリズムを適用する。復号アルゴリズムの出力は回復された情報ビットを搬送する２２７−１から２２７−ｋまでの複数のビットストリームである。特定のＦＥＣ符号化アルゴリズム次第で、Ｎは、ｋと異なるもの又は同一のものでよい。ビットストリーム２２７はインタリーバ（ＩＮＴ）２２８で適切にインタリーブされ、遠隔のクライアントによって送信機に与えられた元の情報ビットストリームに対応するビットストリーム２２９を生成する。ビットストリーム２２９は、例えばローカルクライアントへさらに分配するためにバッファ２３０に格納される。送信機で用いられた分割ルールに従って、情報ビットストリーム２２９のＳＯＮＥＴ互換のデータ端局へのさらなる分割が適用されてよいことに留意されたい。これらの分割ルールはＦＥＣレート次第であり、例示的分割が表１に示されている。
【００２８】
ＴＤＰ  ２２０ｂは、ＲＤＰ  ２２０ａなどのＲＤＰを有する遠隔の受信機への伝送を意図した情報ビットを格納するバッファ２０２を有する。バッファ２０２は格納した情報ビットを、ビットストリーム２０３を介してデ・インタリーバ（Ｄ−ＩＮＴ）２０４に与え、デ・インタリーバでは、そのビットストリームが適切にインタリーブ復元されて、２０５−１から２０５−ｋまでの複数のビットストリームを生成する。ＦＥＣエンコーダ２０６はビットストリーム２０５を受け取り、それにＦＥＣ符号化アルゴリズムを適用して、元の情報ビット及び冗長ビットの両方を搬送する２０７−１から２０７−Ｎまでの複数のビットストリームを生成する。例えば、ＦＥＣエンコーダ２０６はＦＥＣレートＲＣ＝ｐ／（ｐ＋ｑ）を用いてｐ個の情報ビット当りｑ個の冗長ビットを生成することができる（ブロック２０６ａを参照されたい）。ビットストリーム２０７はインタリーバ（ＩＮＴ）２０８でインタリーブされて、ビットストリーム２０７に対応するインタリーブされたビットストリーム２０９を生成する。ビットストリーム２０９のＦＥＣ符号化ビットは出力バッファ２１０でバッファリングされ、遠隔の受信機へ伝送するために出力ビットストリーム２１１を介して、例えばＳＯＮＥＴフレームを表す光信号を生成する光変調器（図２には明示されていない）に与えられる。
【００２９】
ＲＣＵ  １３０はエンコーダ２０６及びデコーダ２２６によって用いられるＦＥＣレートを制御する。データプロセッサ２２０ａ、２２０ｂが、例えば光リンク１０２ｂを介して互いに通信するように構成される状況では、ＲＣＵ  １３０は、エンコーダ２０６及びデコーダ２２６がそれぞれ等しいＦＥＣレートを有して相補的なＦＥＣ符号化アルゴリズム及び復号アルゴリズムを走らせるようにこれらを構成する。レートの調整を行う必要性があるとき、ＲＣＵ  １３０は、ＯＴ  ２２０ａ、ＯＴ  ２２０ｂが、ＦＥＣの符号化アルゴリズムと復号アルゴリズムとの相補的性質が維持されるようにそれらのＦＥＣレートを調整するように、ＯＴ  ２２０ａ、ＯＴ  ２２０ｂの両方を構成する。
【００３０】
一実施形態では、エンコーダ２０６及びデコーダ２２６はレート互換の符号を用い、そこでは、ＦＥＣレートが高い方の符号からのコードワードのビットが、ＦＥＣレートが低い方の符号へ組み込まれている。この手法の１つの利益は、符号の群の全体がエンコーダ及びデコーダ向けの共通のハードウェア実装形態を用いて符号化され、且つ復号され得るということである。レート互換の符号は、例えば、冗長ビットを壊すこと、冗長ビットを拡大すること、又はＦＥＣパリティ検査マトリクスを線形変換することにより実現することができる。代表的なレート互換符号は（１）米国特許第６，８９２，３４２号及び（２）米国特許出願公開第２００７／００２２３６２号（両方の教示が参照によって本明細書に組み込まれる）、並びに（３）上記で引用された、Hagenauerによる刊行物、Yazdaniらによる刊行物、及びChenらによる刊行物に説明されている。
【００３１】
図３は本発明の一実施形態によるＯＴＳ  １００を作動させる方法３００の流れ図である。方法３００のステップ３０２で、ＲＣＵ  １３０（図１、図２も参照されたい）は様々なＯＴ  １２０がそれぞれ初期（デフォルト）のＦＥＣレートを用いるようにＯＴ  １２０を構成する。これらの初期レートは、例えば、ＯＴＳのトポロジ、設計、及び光リンク量の予算に基づくものであり得る。ステップ３０２は、例えばＯＴＳ  １００の初期配置で行うことができる。ステップ３０４で、ＲＣＵ  １３０はＯＴ  １２０と通信して、各光リンク１０２及び／又はＷＤＭチャネル向けのＢＥＲデータを得る。ステップ３０６で、ＲＣＵ  １３０はステップ３０４で収集されたＢＥＲデータを処理して性能マージンを求める。この確定は（諸）ＢＥＲをターゲットＢＥＲ値と比較することを含んでよい。
【００３２】
ステップ３０８で、ＲＣＵ  １３０は性能マージンが最適かどうか判断する。一実装形態では、用語「最適」とは、求められた性能マージンが過度でなく低すぎることもないことを意味する。ステップ３０８の一実装形態では、求めた性能マージンを２つの閾値、例えば上側の閾値及び下側の閾値と比較して、それら２つの閾値によって定義された区間内に現行の性能マージンが入るかどうか判断する。一般に、上側及び下側の閾値は総合的なシステム性能考慮事項に基づいて設定され、システム性能考慮事項はシステム容量、トラフィック需要、及び／又は符号化／復号の待ち時間を含み得るがこれらには限定されない。例えば、システム構成の１つでは、下側の閾値は約０．２ｄＢに設定することができ、上側の閾値は約１．６ｄＢに設定することができる。ステップ３０８で、望ましい区間内に性能マージンがあると判断されると、ＲＣＵ  １３０は何ら措置を講じることなく、方法３００の処理はステップ３０４に戻る。しかし、望ましい区間の外に性能マージンがあると判断されると、方法３００の処理はステップ３１０に向けられる。
【００３３】
ステップ３１０で、ＲＣＵ  １３０は様々なＯＴ  １２０を構成して適切な（１回又は複数回の）ＦＥＣレート調整を行う。ＦＥＣレート調整は上方へのレート調整及び／又は下方へのレート調整を含んでよい。より詳細には、性能マージンが過大であると判断されると、次に、上方へのレート調整が行われてよい。デフォルトのＦＥＣレートが控えめでありすぎると判明したとき、初期の配備段階に続いて上方へのレート調整が行われる可能性が高い。また、予定されたネットワーク再構成で、２つの通信するＯＴを接続しているＷＤＭチャネルの性能マージンの増加が予測されるとき、ＲＣＵ  １３０は必要な情報を有し、適切な上方へのレート調整によって新規のＦＥＣレートを指定することができ、最適な性能マージンを達成する。一実施形態では、ステップ３１０は通信しているＯＴ間の伝送リンク向けに許容できる性能マージンを与える、できるだけ高いＦＥＣ符号のレートを選択する。
【００３４】
性能マージンが低すぎると判断されると、次に下方へのレート調整が行われる。上記で既に示されたように、光リンクの状況におけるシステム構成要素及び一般的な劣化の老化のために、ＯＴＳ  １００の寿命中に複数回の下方へのレート調整が行われてよい。また、予定されたネットワーク再構成で、ＷＤＭチャネルの性能マージンの減少が予測されるとき、ＲＣＵ  １３０は必要な情報を有し、適切な下方へのレート調整によって新規のＦＥＣレートを指定することで最適な性能マージンを達成することができる。ステップ３１０の後、方法３００の処理はステップ３０４へ戻るように向けられる。方法３００では、ＲＣＵ  １３０は複数のＷＤＭチャネル向けに、並行して、動的にＦＥＣレートを最適化し得ることに留意されたい。
【００３５】
図４Ａ〜図４Ｃは、従来技術のＯＴＳ及び今後ＯＴＳ  ４００と称されるＯＴＳ  １００の実施形態の代表的な特性をグラフで比較している。より詳細には、図４Ａ〜図４Ｃのそれぞれで、従来技術のＯＴＳ及びＯＴＳ  ４００のそれぞれの特性はそれぞれ破線及び実線で示されている。従来技術のＯＴＳは２３９／２５５の一定のレート（ＲＣ）を有するＲＳのＦＥＣ符号を走らせる複数の２．５Ｇｂ／ｓのＯＴを有する。ＯＴＳ  ４００はレート適応型ＬＤＰＣのＦＥＣ符号を走らせる複数の１０Ｇｂ／ｓのＯＴを有する。従来技術のＯＴＳは１０Ｇｂ／ｓのＯＴを用いて約４ｄＢの必要な初期性能マージンを達成することができないので、従来技術のシステムの光信号速度２．５Ｇｂ／ｓは、ＯＴＳ  ４００の光信号速度１０Ｇｂ／ｓより低い。
【００３６】
図４Ａは両方のＯＴＳに関して性能マージンを時間（使用年数）の関数として示す。図４Ａでは（図４Ｂ、図４Ｃでも）、時間分解能が１年であることに留意されたい。従来技術のＯＴＳでは、性能マージンがＢＯＬでの約４ｄＢから、ＢＯＬから２０年となる存続期間の最後（ＥＯＬ）に約０ｄＢへと時間とともに直線的に低下する。ＯＴＳ  ４００では、ＦＥＣレートがＢＯＬでＲＣ＝７／８に設定され、これは約０．８ｄＢの性能マージンをもたらす。性能マージンは約０．２ｄＢに指定された下側の閾値と交差する４年目のある時まで、時間とともに直線的に低下する。その時点で、ＦＥＣレートは方法３００によって下方へＲＣ＝３／４に調整される（図３を参照されたい）。このレート調整によって性能マージンが約１．６ｄＢへ増加する。その後、性能マージンは再び下側の閾値と交差する１２年目のある時まで直線的に低下する。その時点で、ＦＥＣレートは方法３００によって下方へＲＣ＝１／２にさらに調整される。後のレート調整によって、性能マージンが約１．４ｄＢへ増加する。その後、性能マージンはもう一度下側の閾値と交差する１９年目のある時まで直線的に低下する。その時点で、ＦＥＣレートは方法３００によって下方へＲＣ＝３／８にさらに調整される。このレート調整によって、性能マージンが上方へ約１．６ｄＢに戻る。ＥＯＬでＯＴＳが使用停止になるまで性能マージンはその後直線的に低下する。
【００３７】
図４Ｂは両方のＯＴＳに関して正規化されたシステム容量を時間の関数として示す。本明細書で用いられる用語「システム容量」は情報ビットの輸送のためのシステム容量又はスループットを指す。従来技術のＯＴＳでは、システム容量はＢＯＬからＥＯＬまで一定のままである。ＯＴＳ  ４００では、システム容量は１回目、２回目、及び３回目のレート調整の前で、並びに３回目のレート調整の後で、それぞれ従来技術のシステムのシステム容量の約３．７倍、３．２倍、２．１倍及び１．６倍である。有利なことに、ＯＴＳ  ４００は従来技術のＯＴＳより平均で約２．５倍大きなシステム容量をもたらす。
【００３８】
図４Ｃは両方のＯＴＳに関して正規化された情報ビット当りのコストを時間の関数として示す。図４Ｃに関して、光リンクのコストは両ＯＴＳで同一であって従来技術のＯＴＳの全コストの７５％を構成すると想定されている。２．５Ｇｂ／ｓのＯＴのコストが従来技術のＯＴＳのコストの残りの２５％を構成し、ＯＴＳ  ４００で用いられる１０Ｇｂ／ｓのＯＴは２．５Ｇｂ／ｓのＯＴより３倍高額であると想定されている。有利なことに、ＯＴＳ  ４００のビット当りコストは平均で従来技術ＯＴＳのビット当りコストより約４０％低い。
【００３９】
例示的実施形態を参照しながら本発明が説明されてきたが、この説明は限定する意味で解釈されるようには意図されていない。本発明の実施形態がＲＳ及びＬＤＰＣのＦＥＣ符号に関して説明されてきたが、本発明はそのようには制限されない。当業者なら、連接符号、畳込符号、ハード判定復号を伴う符号、及びソフト判定復号を伴う符号など、その他の適当なＦＥＣ符号も用いることができることを理解するであろう。説明された実施形態の様々な変更形態並びに本発明の他の実施形態は、本発明が関係する技術分野の当業者には明白であり、添付の特許請求の範囲で示される本発明の原理及び範囲内にあると見なされる。
【００４０】
別様に明記されるのでなければ、各数値及び範囲は、あたかも「約」又は「ほぼ」といった語が値又は範囲の数値に先行しているかのように、近似であると解釈されたい。
【００４１】
本発明の内容について説明するために記述され示された部分の詳細、材料、及び機構の様々な変更が、添付の特許請求の範囲で示されるような本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって行われ得ることがさらに理解されよう。
【００４２】
本明細書で説明された例示的方法のステップは必ずしも説明された順序で行われる必要がなく、また、そのような方法のステップの順序は単なる例示と理解されたい。同様に、そのような方法には追加のステップが含まれることがあり、本発明の様々な実施形態と整合性のある方法では、特定のステップが省略又は結合されることがある。
【００４３】
本明細書の「一実施形態」又は「実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造又は特性が少なくとも本発明の一実施形態に含まれ得ることを意味する。本明細書の様々な箇所での句「一実施形態では」の出現は必ずしもすべて同一の実施形態を指すものではなく、互いに他の実施形態を除外する単独又は代替の実施形態でもない。同じことが用語「実装形態」にあてはまる。
【００４４】
また、この説明の目的のために、用語「結合する」、「結合」、「結合された」、「接続する」、「接続」、又は「接続された」は、２つ以上の要素の間でのエネルギーの伝達を可能にすること、及び（必須ではないが）１以上の追加要素を挿入することが企図される、当技術分野で既知の又は将来開発される任意のやり方を指す。逆に、用語「直接結合された」、「直接接続された」などはそのような追加要素がないことを意味する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際調査報告】
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