(57)【要約】【課題】伝送距離が長く累積波長分散が大きい伝送路であっても同期エラーを回避できる信頼性の高い光通信システム、光通信方法および装置を提供する。【解決手段】少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域（２０４）とを含む信号フレームを伝送し、オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターン（２０１）を用いてフレーム同期を行う光通信システムであって、送信側で、オーバヘッド領域に同期用信号パターン（２０１）の平均光強度がペイロード領域の平均光強度より小さく設定される。あるいは同期用信号パターンを囲む所定領域（２０２、２０３）を設け、所定領域の平均光強度がペイロード領域の平均光強度より小さく設定される。【選択図】図６
2016019030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送し、前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおいて、
送信側で、前記同期用信号パターンの平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定されることを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送し、前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおいて、
送信側で、前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域を設け、少なくとも前記所定領域の平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定されることを特徴とする光通信システム。
【請求項３】
前記同期用信号パターンの平均光強度も前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定されることを特徴とする請求項２に記載の光通信システム。
【請求項４】
前記信号フレームを光の１波長内の複数のチャネルを使ってマルチレーン伝送を行い、
前記同期用信号パターンが少なくとも１つのチャネルに配置され、
前記所定領域が、前記同期用信号パターンの時間軸上の前後の第１領域と、前記少なくとも１つのチャネル以外のチャネルにおける前記同期用信号パターンおよび前記第１領域の合計と同じ時間幅の第２領域と、を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の光通信システム。
【請求項５】
受信側で、前記複数のチャネルにそれぞれ配置された同期用信号パターンの誤り状態をチャネル毎に監視し、前記複数のチャネルの誤り状態に応じてフレーム同期処理の可否を判定することを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
【請求項６】
送信側および受信側で、フレーム同期が完了すると、前記所定領域のサイズをフレーム同期前よりも小さくすることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の光通信システム。
【請求項７】
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送し前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおける光通信装置であって、
前記信号フレームを生成する信号フレーム生成手段と、前記同期用信号パターンの平均光強度を前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定して前記信号フレームを光信号として送信する光送信手段と、
を有することを特徴とする光通信装置。
【請求項８】
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送し前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおける光通信装置であって、
前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域を設けた信号フレームを生成する信号フレーム生成手段と、
少なくとも前記所定領域の平均光強度を前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定して前記信号フレームを光信号として送信する光送信手段と、
を有することを特徴とする光通信装置。
【請求項９】
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを送信装置から受信装置へ伝送し、前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおける光通信方法であって、
前記送信装置が、前記同期用信号パターンの平均光強度を前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定することを特徴とする光通信方法。
【請求項１０】
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを送信装置から受信装置へ伝送し、前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおける光通信方法であって、
前記送信装置が、前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域を配置した信号フレームを生成し、前記所定領域の平均光強度を前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定して前記信号フレームを光信号として送信し、
前記受信装置が、前記信号フレームを受信し、前記同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行い、前記オーバヘッド領域から前記所定領域を削除して前記信号フレームを終端する、
ことを特徴とする光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムに係り、特に同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおける光通信方法および光通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信トラフィックの増加に対応して、基幹系の長距離ネットワークにおいても、大容量化に向けたＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing) 光通信システムの導入が進められている。このＷＤＭ光通信システムの伝送速度は、デジタルコヒーレント技術により１波長当たり１００Ｇｂｐｓ以上が実現されている。ＷＤＭ光通信システムでは、伝送路中で生じる符号の誤りを訂正するＦＥＣ（Forward Error Correction）が使われており、クライアント信号に訂正ビット（ＦＥＣオーバヘッド）を付けた信号フレームが用いられる。
【０００３】
たとえば、図１に示すようなＯＴＵ(Optical channel Transport Unit)フレーム（ここでは、ＯＴＵｋ（Ｖ）フレーム）が光通信に関する標準化団体であるＩＴＵ−Ｔにより標準化されている（非特許文献１参照）。ＯＴＵフレームは、クライアント信号が配置されるペイロード（ＰＬＤ:Payload）と、保守制御に必要な情報が配置されるオーバヘッド(ＯＨ:Over Head)と、誤り訂正用のＦＥＣオーバヘッド(ＦＥＣ＿ＯＨ)とからなる。ＦＥＣ＿ＯＨはＦＥＣの冗長度に応じて追加が可能である。
【０００４】
このようなＯＴＵフレームを正しく受信するためには、ＦＥＣによる誤り訂正の前に、当該フレームの先頭を正しく見つける「フレーム同期」が必要である。そのためにオーバヘッドＯＨの先頭にはフレーム同期用のＦＡＳ(Frame Alignment Signal)が配置されている。オーバヘッドＯＨの詳細を図２に示す。
【０００５】
図２に示すように、ＦＡＳは“１１０１  ０１１０”の信号パターンが３回続き、その後に“００１０  １０００”の信号パターンが３回続く固定信号パターンである。フレーム同期は、受信装置側でＦＡＳを検出することで行う。また、ＦＡＳに続いて１バイトのＭＦＡＳ(MultiFrame Alignment Signal)が配置されている。このＭＦＡＳの値はフレーム毎にインクリメントされ、当該フレームがマルチフレームの何番目のフレームであるかを示す。また、図３に示すように、ＦＡＳおよびＭＦＡＳは１つのレーンのフレームの先頭に配置され、フレーム毎にレーンを回転させて配置されることで、レーンの識別が可能である。
【０００６】
上述したように、フレーム同期は、ＦＥＣによる誤り訂正の前に実行されるので、誤り訂正前の符号誤り数の多い信号に対して実行されることなる。このために、ＷＤＭ光通信システムでは、フレーム同期で検出する信号パターン（同期用信号パターン）の長さを短くしたり、同期用信号の検出時に符号の誤りの１部を許容したりする方法を用いて、ＦＥＣと同等の誤り耐性を実現している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４９６４９２７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７０９／Ｙ．１３３１、Interfaces for the Optical Transport Network（２０１２年２月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、長距離の光ファイバ伝送路を通した光伝送では、長距離伝送された光信号の波長分散が累積し、信号パルスが時間軸上で広がってしまう。この広がりにより、時間軸上の前後の信号が光ファイバの非線形性による位相ノイズ（非線形歪）による劣化を相互に受け、短い区間に多数の誤りが集中するバースト誤りを生じる。このバースト誤りが同期用信号パターンに許容される以上の符号誤りを生じさせると、フレーム同期が失敗し通信できなくなる場合がある。たとえば、光海底ケーブルのような長距離光ファイバを用いたＷＤＭ光通信システムにおいて、このようなフレーム同期の失敗により通信できなくなる場合が知られている。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、伝送距離が長く累積波長分散が大きい伝送路であっても同期エラーを回避できる信頼性の高い光通信システム、光通信方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による光通信システムは、少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送し、前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおいて、送信側で、前記同期用信号パターンの平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定されることを特徴とする。
本発明による光通信システムは、送信側で、前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域を設け、少なくとも前記所定領域の平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定されることを特徴とする。
本発明による光通信装置は、少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送し前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおける光通信装置であって、前記信号フレームを生成する信号フレーム生成手段と、前記同期用信号パターンの平均光強度を前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定して前記信号フレームを光信号として送信する光送信手段と、を有することを特徴とする。
本発明による光通信装置は、前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域を設けた信号フレームを生成する信号フレーム生成手段と、少なくとも前記所定領域の平均光強度を前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定して前記信号フレームを光信号として送信する光送信手段と、を有することを特徴とする。
本発明による光通信方法は、少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを送信装置から受信装置へ伝送し、前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおける光通信方法であって、前記送信装置が前記同期用信号パターンの平均光強度を前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定することを特徴とする。
本発明による光通信方法は、前記送信装置が、前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域を配置した信号フレームを生成し、前記所定領域の平均光強度を前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定して前記信号フレームを光信号として送信し、前記受信装置が、前記信号フレームを受信し、前記同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行い、前記オーバヘッド領域から前記所定領域を削除して前記信号フレームを終端する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上述したように、本発明によれば、同期用信号パターンの平均光強度をペイロード領域の平均光強度より小さく設定する、あるいは、少なくとも同期用信号パターンを囲む所定領域の平均光強度をペイロード領域の平均光強度より小さく設定することで、伝送距離が長く累積波長分散が大きい伝送路であっても同期エラーを回避できる信頼性の高い光通信システム、光通信方法および装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はＩＴＵ−Ｔにより標準化されたＯＴＵｋ（Ｖ）フレームを示すフレーム構成図である。
【図２】図２はＯＴＵｋ（Ｖ）フレームにおけるオーバヘッドのより詳細な構成図である。
【図３】図３はＯＴＵｋ（Ｖ）フレームにおけるＦＡＳの回転を示す模式的フレーム構成図である。
【図４】図４は本発明の実施形態に用いられる光通信システムの一例を示すシステム構成図である。
【図５】図５は本発明の第１実施形態による光通信装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図６（Ａ）は第１実施形態で使用される信号フレーム構成の一例を示す図、図６（Ｂ）は同期信号パターンを含む所定領域での平均光強度の変化を模式的に示す図である。
【図７】図７は本発明の第２実施形態による光通信装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８（Ａ）は第２実施形態で使用される信号フレーム構成の一例を示す図、図８（Ｂ）は同期信号パターンの平均光強度の変化を模式的に示す図である。
【図９】図９は本発明の第３実施形態による光通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は第３実施形態で使用される信号フレーム構成の一例を示す図である。
【図１１】図１１は第３実施形態における０信号としてマッピングされるシンボルの一例を示す信号点配置図である。
【図１２】図１２は本発明の第４実施形態による光通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は第４実施形態における０信号としてマッピングされるシンボルの一例を示す信号点配置図である。
【図１４】図１４は本発明の第５実施形態で使用される信号フレーム構成の一例を示す図である。
【図１５】図１５は本発明の第６実施形態による光通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１６は第６実施形態による光通信装置の動作を説明するための長距離伝送後の固定パターン劣化状況を例示する図である。
【図１７】図１７は本発明の第７実施形態による光通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８は第７実施形態で使用される信号フレームの同期前のフレーム構成を示す図である。
【図１９】図１９は第７実施形態で使用される信号フレームの同期後のフレーム構成を示す図である。
【図２０】図２０は第７実施形態の動作状態に対する同期ビット値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜実施形態の概要＞
本発明の実施形態によれば、少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを用いた光通信システムにおいて、信号フレームのオーバヘッド領域に配置された同期用信号パターンの平均光強度をペイロード領域の平均光強度より小さく設定する。あるいは、少なくとも同期用信号パターンを囲む所定領域の平均光強度をペイロード領域の平均光強度より小さく設定する。たとえば、同期用信号パターンの少なくとも時間軸上の前後の領域あるいは囲む領域に平均光強度が小さいブロックを配置する。さらに同期用信号パターン自体の平均光強度をペイロード領域の平均光強度より小さく設定してもよい。
【００１５】
このように、同期用信号パターンの平均光強度、あるいは少なくとも同期用信号パターンを囲むように配置された所定領域の平均光強度を小さくすることで、同期用信号パターンの非線形歪を低減させることができ、結果的にバースト誤りによる同期エラーを回避できる。これにより、伝送距離が長く累積波長分散も大きい伝送路でも、同期エラーのない安定した光通信システムを実現することができる。本発明の実施形態を適用する光通信システムの一例を図４に示す。
【００１６】
＜システム構成＞
図４において、光通信システムは光伝送システム１１とそれにより接続された一対のクライアント装置１２Ａおよび１２Ｂからなり、光伝送システム１１は一対の光通信装置１３Ａおよび１３Ｂと、それらを結ぶ伝送路１４から構成されるものとする。光通信装置１３Ａおよび１３Ｂの各々は同様の構成を有するので、以下、光通信装置１３Ａ、１３Ｂを区別しないときには「光通信装置１３」と表記する。クライアント装置１２Ａ、１２Ｂも同様に、区別しないときには「クライアント装置１２」と表記する。
【００１７】
後述するように、光通信装置１３の送信系では、信号フレームを生成する際に同期用信号パターンを囲む所定領域を設けて平均光強度を低下させる制御が行われる。伝送路１４はＮ（Ｎは１以上）スパンからなり、各スパンが光ファイバ１５と光ファイバ１５での損失を補償するための光増幅器１６とから構成される。従って複数のスパンを接続することで、クライアント装置１２Ａおよび１２Ｂの間で長距離双方向通信が可能となる。なお、伝送路１４は図４のような直列伝送であってもよいし、並列伝送であってもよい。
【００１８】
以下、本発明の実施形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
１．第１実施形態
本発明の第１実施形態による光通信装置は、管理制御用オーバヘッドの先頭に設けられた同期用信号パターンを囲む所定領域を設けて、その平均光強度をペイロード領域の平均光強度よりも低下させる。たとえば、同期用信号パターンの少なくとも時間軸上の前後に追加したブロックの平均光強度を小さくする。なお、平均光強度は、単位時間当たりの光強度である。以下、図５および図６を参照しながら第１実施形態について詳細に説明する。
【００２０】
１．１）光通信装置
図５に示すように、光通信装置１３は、信号フレーム生成部１０１、Ｄ／Ａ変換部１０２および光送信器１０３を含む送信系と、光受信器１０４、Ａ／Ｄ変換部２０５および信号フレーム終端部１０６を含む受信系と、送信系および受信系を制御する制御部１０７と、を有する。信号フレーム生成部１０１には、ＦＥＣ符号化部１１１、同期制御部１１２および０信号追加部１１３が設けられており、信号フレーム終端部１０６には、同期制御部１２１、ＦＥＣ復号部１２２および０信号削除部１２３が設けられている。
【００２１】
図６（Ａ）に示すように、信号フレーム生成部１０１により生成される信号フレームは、同期用信号パターン２０１の時間的に前後する位置に０信号ブロック２０２および２０３が配置され、０信号ブロック２０３に続いてペイロード２０４およびＦＥＣオーバヘッド２０５が配置される。ここでは、０信号ブロック２０２および０信号ブロック２０３からなる領域が管理制御用オーバヘッドの同期用信号パターンを挟む所定領域となる。
【００２２】
０信号ブロック２０２および２０３は同期用信号パターン２０１が配置される時間軸上の直前、直後が望ましい。直前直後の信号は短い距離から同期用信号パターン２０１に影響を与えため、非線形歪による信号劣化の蓄積が大きいためである。ただし、０信号ブロック２０２、２０３のサイズを長くとりすぎると、信号の伝送効率が落ちてしまう。必要な伝送量を確保しようとすれば、それだけ伝送速度を増やす必要があり、光・電子デバイスへの要求が厳しくなってしまい、コストが高くなってしまう。したがって、非線形歪の影響の低減と伝送効率の確保とのトレードオフを考慮して、０信号ブロックの適切なサイズを決定することが必要である。たとえば、０信号ブロック２０２、２０３のサイズをフレーム長の約２％とし、それらを同期用信号パターン２０１の直前、直後に配置することができる。
【００２３】
１．２）動作
送信系の信号フレーム生成部１０１は、クライアント装置１２からのクライアント信号を分割し、信号フレームのペイロード２０４に入れていく。各信号フレームにおいて、ＦＥＣ符号化部１１１は誤り訂正用のＦＥＣオーバヘッド２０５を付加し、同期制御部１１２はフレームの頭出し用の同期用信号パターン２０１を付加する。そして、０信号追加部１１３は同期用信号パターン２０１の時間的前後に０信号ブロック２０２および２０３を追加する。
【００２４】
こうして生成された図６（Ａ）に示す信号フレームは、先頭ビットから順次読み出され、Ｄ／Ａ変換部１０２によりアナログ信号に変換され、光送信器１０３によって光信号として伝送路１４を通して送信される。その際、図６（Ｂ）に示すように、光送信器１０３は、伝送路１４に送信される０信号ブロック２０２および２０３の光強度をペイロード２０４およびＦＥＣオーバヘッド２０５の光強度よりも平均して小さく（たとえば光強度０に）設定する。さらに伝送路１４に送信される同期用信号パターン２０１の光強度をペイロード２０４およびＦＥＣオーバヘッド２０５の光強度よりも平均して小さく設定してもよい。同期用信号パターン２０１は受信側で検出する必要があるので、同期用信号パターン２０１の平均光強度と０信号ブロック２０２および２０３の平均光強度とは異なることが望ましい。たとえば、同期用信号パターン２０１の平均光強度は同期用信号パターン２０１自体の非線形歪が小さくなり、かつ受信側での信号帯雑音比（Ｓ／Ｎ）の劣化が大きくならないように設定される。また０信号ブロック２０２および２０３の平均光強度は、同期用信号パターン２０１の前後の信号からの非線形歪を低減できるように設定されればよく、振幅を０に設定することもできる。
【００２５】
一例として、図６（Ｂ）において、伝送路１４に送信される０信号ブロック２０２、同期用信号パターン２０１および０信号ブロック２０３を送信する際の平均光強度をペイロード２０４およびＦＥＣオーバヘッド２０５の平均光強度ＩＲＥＦよりも小さいレベルに設定することができる。たとえば、０信号ブロック２０２および２０３を送信する際の平均光強度だけを平均光強度ＩＲＥＦよりも小さいレベルＩＬ１に設定することができる。また、０信号ブロック２０２および２０３を送信する際の平均光強度をレベルＩＬ１に設定し、かつ、同期用信号パターン２０１を送信する際の平均光強度をレベルＩＬ１よりも大きくレベルＩＲＥＦより小さいレベルＩＬ２に設定してもよい。ただし、この場合の同期用信号パターン２０１のレベルＩＬ２は受信側で同期用信号パターン２０１をＳ／Ｎが大きく劣化することなく検出可能であることが必要である。
【００２６】
上述したように０信号ブロック２０２、同期用信号パターン２０１および０信号ブロック２０３からなる所定領域での平均光強度の低減は、当該所定領域のシンボルをＩ(in-phase)−Ｑ(quadrature-phase)信号点配置図において振幅が小さい信号点にマッピングすることで実現してもよい。あるいは、０信号ブロック２０２および０信号ブロック２０３のシンボルについては振幅０の信号点にマッピングすることもできる。また、これらの送信ビットの送信タイミングで光送信器１０３の送信光強度を低下させてもよい。
【００２７】
伝送路１４を通して到達した光信号は光受信器１０４およびＡ／Ｄ変換部１０５によりデジタル信号に変換される。信号フレーム終端部１０６は信号フレームを終端することでクライアント信号をクライアント装置１２へ送信する。より詳しくは、同期制御部１２１が受信ビット列から同期用信号パターン２０１を検出しフレームの頭出しを行う。上述したように、送信時の同期用信号パターン２０１の平均光強度および０信号ブロック２０２、２０３の平均光強度が低減されているので、同期用信号パターン３０２自体の非線形歪と同期用信号パターン２０１の前後の信号からの非線形歪とが小さくなり、正しいフレームの頭出しが可能となる。続いて、ＦＥＣ復号部１２２がペイロード２０４およびＦＥＣオーバヘッド２０５を用いて誤り訂正を実行し、０信号削除部１２３が０信号ブロック２０２および２０３を削除する。こうしてペイロード２０４にあるクライアント信号がクライアント装置１２へ送信される。
【００２８】
１．３）効果
上述したように、本発明の第１実施形態によれば、同期用信号パターンの少なくとも時間軸上の前後に追加したブロックの平均光強度を小さくすることで、同期用信号パターンの前後の信号の影響による非線形歪が小さくなり、バースト誤りによる同期エラーを有効に回避することができる。さらに、同期用信号パターン自体の平均光強度も小さくすることで、同期用信号パターン自体の非線形歪も低減し、バースト誤りによる同期エラーをさらに有効に回避することができる。
【００２９】
２．第２実施形態
本発明の第２実施形態による光通信装置は、管理制御用オーバヘッドの先頭に設けられた同期用信号パターンの平均光強度をペイロード領域の平均光強度よりも低下させる。以下、図７および図８を参照しながら第２実施形態について詳細に説明する。
【００３０】
図７に示すように、光通信装置１３は、第１実施形態の構成から０信号追加部１１３および０信号削除部１２３を除いた構成を有し、第１実施形態とは異なる信号フレーム構成において、同期用信号パターンのみの平均光強度を低下させるように制御される点が異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様であるから、同一の参照番号を付して説明は省略する。
【００３１】
図８（Ａ）に示すように、信号フレーム生成部１０１により生成される信号フレームは、同期用信号パターン２０１に続いてペイロード２０４およびＦＥＣオーバヘッド２０５が配置される。図８（Ｂ）に示すように、光送信器１０３は、伝送路１４に送信される同期用信号パターン２０１の光強度をペイロード２０４およびＦＥＣオーバヘッド２０５の光強度よりも平均して小さく設定する。たとえば、同期用信号パターン２０１の平均光強度は同期用信号パターン２０１自体の非線形歪が小さくなり、かつ受信側での信号帯雑音比（Ｓ／Ｎ）の劣化が大きくならないように設定される。
【００３２】
一例として、図８（Ｂ）において、伝送路１４に送信される同期用信号パターン２０１を送信する際の平均光強度をペイロード２０４およびＦＥＣオーバヘッド２０５の平均光強度ＩＲＥＦよりも小さいレベルに設定することができる。たとえば、同期用信号パターン２０１を送信する際の平均光強度をレベルＩＲＥＦより小さいレベルＩＬ２に設定する。ただし、この場合の同期用信号パターン２０１のレベルＩＬ２は受信側で同期用信号パターン２０１をＳ／Ｎが大きく劣化することなく検出可能であることが必要である。
【００３３】
上述したように、本発明の第２実施形態によれば、同期用信号パターン自体の平均光強度も小さくすることで、同期用信号パターン自体の非線形歪も低減し、バースト誤りによる同期エラーをさらに有効に回避することができる。
【００３４】
３．第３実施形態
本発明の第３実施形態による光通信装置はマルチレーン伝送システムに適用したものであり、送信系にマルチレーン分配機能が、受信系にマルチレーン結合機能がそれぞれ設けられている。マルチレーン伝送において、同期用信号パターン以外の信号の影響による非線形歪を低減させるために、同期用信号パターンを囲む所定領域の平均光強度をペイロード領域の平均光強度よりも低下させる。具体的には、時間軸上の前後に０信号ブロックを追加するだけでなく、同期用信号パターンのレーンとは別のレーンの対応する領域にも０信号ブロックを配置する。さらに、同期信号パターン自体の非線形歪を低減させるために、同期信号パターンの平均光強度を小さくすることもできる。
【００３５】
第３実施形態では、マルチレーン伝送システムの変調方式として、偏波多重（ＤＰ：Dual Polarization）−多値ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)を用いるものとする。一例として２００ＧｂｐｓのＤＰ−１６ＱＡＭを採用し、この場合のマルチレーン伝送で使用される物理レーンは次の４通りである：
１）Ｘ偏波Ｉチャネル
２）Ｘ偏波Ｑチャネル
３）Ｙ偏波Ｉチャネルおよび
４）Ｙ偏波Ｑチャネル。
すなわち、一つの光ファイバ内を上記４つのレーン（チャネル）からなる光信号が伝播することとなる。
【００３６】
また、伝送路１４は、たとえば純シリカコアファイバ（ＰＳＣＦ）を複数接続することで長距離伝送が可能となる。ＰＳＣＦは低損失でコアの有効断面積も大きく、また非線形歪が小さいため、長距離のファイバ伝送に適している。たとえば、６０ｋｍのＰＳＣＦを１００スパン接続して６０００ｋｍの長距離伝送システムを実現できる。ただし、ＰＳＣＦの伝送路に限定されるものではなく、その他のファイバを用いた伝送路を用いることもできる。以下、図９〜図１１を参照しながら第３実施形態について詳細に説明する。
【００３７】
３．１）光通信装置
図９に示すように、第３実施形態による光通信装置１３は、フレーム生成部３０１、マルチレーン分配部３０２、Ｄ／Ａ変換部３０３および光送信器３０４を含む送信系と、光受信器３０５、Ａ／Ｄ変換部３０６、マルチレーン結合部３０７、およびフレーム終端部３０８を含む受信系と、を有する。
【００３８】
送信系のフレーム生成部３０１はＦＥＣ符号化部３１１および同期制御部３１２を有し、信号フレームを生成する。本実施形態では、信号フレームを図１〜図３に示すＯＴＵｋ（Ｖ）フレームとし、イーサネット（登録商標、以下同じ。）などの信号を収容できるものとする。
【００３９】
マルチレーン分配部３０２は０信号追加部３１３を有し、まずＯＴＵｋ（Ｖ）フレームを上述した４つのレーンに分配する。続いて、後述するように、０信号追加部３１３が、ＯＴＵｋ（Ｖ）フレームの同期用信号パターンを囲むように０信号ブロックを配置する。なお、０信号ブロックが配置された領域のオーバヘッド情報は後続する領域に移される。マルチレーン分配部３０２は、レーンに分配され、０信号ブロックが追加されたＯＴＵｋ（Ｖ）フレームをＤ／Ａ変換部３０３の４つのＤ／Ａ変換器＃１〜＃４へそれぞれ出力する。Ｄ／Ａ変換器＃１〜＃４によりアナログ信号に変換された各レーンの送信信号は光送信器３０４によって光信号として伝送路１４を通して送信される。
【００４０】
受信系の光受信器３０５は、伝送路１４を通して到達した４つのレーンの光信号を電気信号に変換し、４つの物理レーンにそれぞれ対応するＡ／Ｄ変換部１０の４つのＡ／Ｄ変換器＃１〜＃４が受信電気信号を各レーンに対応するデジタル信号に変換する。
【００４１】
マルチレーン結合部３０７は同期制御部３１４および０信号削除部３１５を有する。まず、同期制御部３１５が受信ビット列から同期用信号パターン２０１を検出してフレームの頭出しを行い、４つのレーンのデジタル信号を結合した後、０信号削除部３１４が０信号ブロック４０１〜４０３を削除し、既存のＯＴＵｋ（Ｖ）フレームをフレーム終端部３０８へ出力する。
【００４２】
フレーム終端部３０８はＦＥＣ復号部３１６を有し、ＦＥＣオーバヘッドを用いてＦＥＣ処理を実行し、ＯＴＵｋ（Ｖ）フレームを終端することでクライアント信号をクライアント装置１２へ送信する。
【００４３】
３．２）動作
送信系のフレーム生成部３０１は、クライアント装置１２からのクライアント信号を分割し、ＯＴＵｋ（Ｖ）フレームのペイロードに入れていく。ＯＴＵｋ（Ｖ）フレームにおいて、ＦＥＣ符号化部３１１は誤り訂正用のＦＥＣオーバヘッドを付加し、同期制御部３１２はフレームの頭出し用のＦＡＳおよびＭＦＡＳからなる同期用信号パターン２０１を付加する。たとえば、ＦＡＳおよびＭＦＡＳはレーン１であってフレームの先頭に配置される。レーンの識別を行うため、ＦＡＳとＭＦＡＳのレーンは、図２および図３に示すように、フレーム毎に回転されて配置される。
【００４４】
続いて、マルチレーン分配部３０２はＯＴＵｋ（Ｖ）フレームを各レーンに分配し、０信号追加部３１３がＯＴＵｋ（Ｖ）フレームに０信号ブロック４０１〜４０３をＦＡＳとＭＦＡＳの周囲に挿入する。各レーンへの分配はＯＴＵｋ（Ｖ）フレームの最小単位である１６バイト毎に行われる。こうして生成されたＯＴＵｋ（Ｖ）フレームにおけるオーバヘッドＯＨの構成を図１０に示す。
【００４５】
図１０において、同期用信号パターン２０１の時間的に前後する位置に０信号ブロック４０１および４０２が追加され、さらに同期用信号パターン２０１のない他のレーン２〜４においても、同期用信号パターン２０１、０信号ブロック４０１および４０２に対応する領域に０信号ブロック４０３が配置される。当該０信号ブロック４０３の領域にあったＯＤＵｋオーバヘッドのデータは後続する領域４０４へ移動され、移動後のＯＤＵｋオーバヘッド４０４に続いて当初のＯＴＵｋオーバヘッド、ＯＤＵｋオーバヘッドおよびＯＰＵｋオーバヘッドが配置される。ここでは、０信号ブロック４０１〜４０３からなる領域が同期用信号パターンを囲む（あるいは同期用信号パターンと隣接する）所定領域となる。上述したように、１つのレーンに配置された同期用信号パターン２０１に対しては、同一光ファイバを伝播する他のレーン２〜４のいずれの信号も影響する。そのため、同期用信号パターン２０１を送信するときは、レーン２〜４では同時に０信号ブロック４０３を送信する。
【００４６】
なお、本実施形態ではマルチレーン伝送を用いているため、同期用信号パターン２０１にＦＡＳとＭＦＡＳを用いる。ＭＦＡＳはＦＡＳの後に配置され、図２で説明したように０〜２５５の番号が順に付けられている。マルチレーン伝送では、ＦＡＳまたはＭＦＡＳを用いてフレームを複数のレーンに分配し、受信側で各レーンを正しく識別して再結合することが必要である。
【００４７】
レーン毎に分配された信号は、Ｄ／Ａ変換部３０３および光送信器３０４により上述した４つの物理レーン１）〜４）を使って伝送される。すなわち、レーン１に分配された信号はＸ偏波Ｉチャネルに、レーン２に分配された信号はＸ偏波Ｑチャネルに、レーン３に分配された信号はＹ偏波Ｉチャネルに、レーン４に分配された信号はＹ偏波Ｑチャネルで伝送される。
【００４８】
光送信器３０４は、伝送路１４に送信される０信号ブロック４０１〜４０３の平均光強度をペイロードおよびＦＥＣオーバヘッドの平均光強度よりも小さく設定する。さらに伝送路１４に送信される同期用信号パターン２０１の平均光強度をペイロードおよびＦＥＣオーバヘッドの平均光強度よりも小さく設定してもよい。同期用信号パターン２０１の平均光強度と０信号ブロック４０１〜４０３の平均光強度とは同じレベルであってもよいし、異なるレベルであってもよい。たとえば、０信号ブロック４０１〜４０３の平均光強度は、同期用信号パターン２０１の周囲の信号からの非線形歪を低減できるように設定される。同期用信号パターン２０１の平均光強度は同期用信号パターン２０１自体の非線形歪が小さくなるように設定される。
【００４９】
伝送路１４を通った光信号は、光受信器３０５、Ａ／Ｄ変換部３０６のＡ／Ｄ変換器＃１〜＃４を通して４つの物理レーンにそれぞれ対応するデジタル信号に変換される。マルチレーン結合部３０７は、同期制御部３１４により同期用信号パターン２０１を検出してフレーム同期とレーンの識別を行い、その識別情報を元にフレームの再構成を行う。この時、０信号削除部３１５が同期用信号パターン２０１の周りに配置した０信号ブロック４０１〜４０３を削除するとともに、移動されたＯＤＵｋオーバヘッド４０４のデータを元のフレーム位置に戻す。
【００５０】
最後に、フレーム終端部３０８は、受信ＯＴＵｋフレームからクライアント信号を抽出し、クライアント装置１２へ送信する。
【００５１】
３．３）０信号ブロックの信号パターン
上述したように、送信系の０信号追加部３１３はフレーム同期やレーンの識別を行うＦＡＳおよびＭＦＡＳ（同期用信号パターン２０１）の周りに０信号ブロック４０１〜４０３を挿入する。０信号ブロック４０１〜４０３での平均光強度は、０信号ブロックのシンボルをＩ(in-phase)−Ｑ(quadrature-phase)信号点配置図において振幅が小さい信号点にマッピングすることで低減することができる。
【００５２】
たとえば、１６ＱＡＭであれば、図１１に示すように、本実施形態における０信号ブロック４０１〜４０３の信号パターンが振幅小さい４つの信号点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのみにマッピングされるように設定される。
【００５３】
図１０において、ＦＡＳおよびＭＦＡＳからなる同期用信号パターン２０１が配置される時間軸上の前後に０信号ブロック４０１および４０２を追加することにより、既存のＯＴＵｋ（Ｖ）フレームであれば同期用信号パターン２０１の前後に配置されたはずの信号による非線形歪の影響を抑えることができる。上述したように、０信号ブロック４０１および４０２はＦＡＳやＭＦＡＳが配置される時間軸上の直前、直後が望ましい。また、０信号ブロック４０１、４０２のサイズと信号の伝送効率との関係を考慮して、たとえばフレーム長の約２％の９６ビット分を０信号ブロック４０１および４０２に用いることができる。具体的には、ＦＡＳ直前の０信号ブロック４０１に４８ビット、ＭＦＡＳ直後の０信号ブロック４０２に４８ビットを割り当てる。さらに、ＦＡＳやＭＦＡＳが配置されていない別レーンに０信号ブロック４０３を配置することにより別レーンからの非線形歪の影響を抑えることができる。
【００５４】
このように０信号ブロック４０１〜４０３を配置することにより、たとえば６０００ｋｍという長距離伝送において同期エラーが生じていたＰｉｎ＝０ｄＢｍでも同期エラーや誤同期が生じず、信号が導通した。ここで、Ｐｉｎは、各ファイバスパンでの入力光強度である。さらに、−２ｄＢｍから０ｄＢｍと広いＰｉｎの範囲で、２ｄＢ以上と高いＱマージン（デジタル信号の品質の指標を示すＱ値−ＦＥＣによりエラーフリーで伝送可能なＱ値（Qlimit））が得られ、Ｐｉｎの変動も含む擾乱に強い高安定な光通信システムを構築できた（Ｑ値については、N. S. Bergano et al. “Margin measurement in optical amplifier systems” IEEEPTL, Vol.5、 No.3, pp304-306、1993を参照のこと）。
【００５５】
３．４）効果
上述したように、本発明の第３実施形態によれば、マルチレーン伝送において、同期用信号パターンを囲む所定領域を設けて平均光強度をペイロード領域の平均光強度よりも低下させる。これにより、同期用信号パターンの前後の信号および同期用信号パターンのレーンとは別のレーンの信号の影響による非線形歪を低減させることができる。さらに、同期信号パターンの平均光強度を小さくすることで、同期信号パターン自体の非線形歪を低減させることもできる。
【００５６】
４．第４実施形態
本発明の第４実施形態による光通信装置は、上述した第２実施形態と同様に、図１０の信号フレームに従ったマルチレーン伝送を行うが、変調方式が異なっており、ここではＤＰ−ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）が用いられる。ＱＰＳＫのシンボルはどれも同じ光強度であるから、第３実施形態のように光強度の小さいシンボルを使った信号パターンが無い。そこで、本実施形態では、Ｉ−Ｑ信号点空間の原点（振幅０）にマッピングされるように０信号ブロックの信号パターンを設定する。以下、第３実施形態との差分について主に説明する。
【００５７】
図１２に示すように、本実施形態による光通信装置１３の送信系は、フレーム生成部５０１、マルチレーン分配部５０２、Ｄ／Ａ変換部５０３および光送信器５０４に加えて、タイミング制御部５０５を有する。タイミング制御部５０５によるタイミング制御以外は、基本的に第３実施形態の送信系の動作と同様である。光通信装置１３の受信系も第２実施形態と同様であるから同じ参照番号を付して説明を省略する。
【００５８】
タイミング制御部５０５はフレーム周期でタイミング信号を生成し、フレーム生成部５０１およびマルチレーン分配部５０２へ出力する。ただし、タイミング信号が生成されるフレーム周期は、フレーム生成部５０１で生成されるフレームサイズと０信号追加部５０６による０信号ブロックの追加量とにより決定される。フレーム生成部５０１およびマルチレーン分配部５０２は、タイミング信号が発生したときにフレームの先頭が配置されるようにフレームを構成する。
【００５９】
さらに、マルチレーン分配部５０２は、タイミング信号に合わせて、図１０に示すように、同期用信号パターン２０１を挟む０信号ブロック４０１および４０２をそれぞれ所定時間だけ挿入し、他のレーンでは一定時間の０信号ブロック４０３を挿入して、ＤＡ変換部５０３へ出力する。すなわち、ＦＡＳおよびＭＦＡＳからなる同期用信号パターン２０１が配置されるレーン１のみ、０信号ブロック４０１と同期用信号パターン２０１と０信号ブロック４０２とを順次Ｄ／Ａ変換器＃１へ出力し、その他のレーン２〜４では同じ時間だけ０信号ブロック４０３を挿入して、ＤＡ変換５０３のＤ／Ａ変換器＃２〜＃４へそれぞれ出力する。０信号ブロックを挿入する以外の動作は第２実施形態と同じである。
【００６０】
図１３に示すように、本実施形態では変調方式としてＤＰ−ＱＰＳＫを用いるので、どのシンボルも同じ振幅（光強度）となる。そこで、０信号ブロック４０１〜４０３の信号パターンをＩ−Ｑ信号点空間の原点（振幅０）にマッピングされるように設定する。これにより、図１０における０信号パターン４０１〜４０３の光強度が０となり、同期用信号パターン２０１（ＦＡＳおよびＭＦＡＳ）前後の信号および別レーンの信号による同期用信号パターン２０１の信号劣化を有効に抑えることができる。また、ＱＰＳＫのようなシンボル間の光強度に差がない変調方式を用いた光伝送システムであっても、非線形歪の影響を低減することが可能となる。
【００６１】
さらに、光送信器５０４は、タイミング制御部５０５のタイミング信号に合わせて、伝送路１４に送信される同期用信号パターン２０１の光強度を低減してもよい。同期用信号パターンの光強度は小さくしすぎると信号雑音比（Ｓ／Ｎ）が劣化してしまうが、たとえば５％程度光強度を小さくすることで、Ｓ／Ｎの劣化以上に非線形歪によるバースト誤りを抑制することができる。
【００６２】
一例として、純シリカコアファイバ（ＰＳＣＦ）６０ｋｍを２００スパン接続した１２０００ｋｍの光伝送システムに本実施形態による光通信装置１３を用いると、フレーム同期およびレーン識別が正常に、Ｐｉｎの変動も含む擾乱に強い光通信システムを達成することができた。
【００６３】
５．第５実施形態
本発明の第５実施形態による光通信装置は、上述した第３実施形態と同様に、マルチレーン伝送システムに適用されるが、フレーム同期やレーンの識別に用いる同期用信号パターンを新しく用意した点が異なっている。光通信装置の基本的な構成は第３実施形態と同様であるから、第５実施形態で用いられるフレーム構成について図１４を参照しながら説明する。なお、図１４は同期用信号パターンと０信号ブロックのみを示しており、その直後に配置されるデータはＯＴＵフレームと同じであってもよいし、その他のフレーム構成であってもよい。
【００６４】
図１４に示すように、同期用信号パターン５０１として、使用するレーン１〜４にそれぞれ対応する同期用信号パターン＃１〜＃４が用意される。ここでは、各同期用信号パターンとして、第３実施形態と同様に、図１１に示す１６ＱＡＭのシンボルのうち振幅の小さい４つのシンボルが用いられる。１つのシンボルには４ビット分の情報がある。一例として、同期用信号パターン＃１と＃２には、図１１に示す４つのシンボルのなかで“ＡＢＣＤＡＢＣＤ”のシンボルのパターンを用い、各シンボルの２ビット分を同期用信号パターン＃１に、残りの２ビット分を同期用信号パターン＃２に、それぞれ用いる。そして、同期用信号パターン＃３と＃４には“ＤＢＡＣＤＢＡＣ”のパターンを用い、各シンボルの２ビット分を同期用信号パターン＃３に、残りの２ビット分を同期用信号パターン＃４に、それぞれ用いる。こうして異なる４つの信号パターンが同期用信号パターンとして用意される。
【００６５】
さらに、同期用信号パターン６０１の時間軸上の前後に、上述した第４実施形態と同様の方法で、光強度０の０信号ブロック６０２、６０３が配置される。本実施形態では、０信号ブロック６０２および６０３のサイズはそれぞれ６４ビットとする。
【００６６】
本実施形態によれば、異なる４つの信号パターンが同期用信号パターンとして用いられるので、ＭＦＡＳを使った既存のレーン識別とは異なり、信号パターンだけでレーン識別が可能となり、誤同期が生じにくくなる。
【００６７】
さらに、フレーム同期が完了と同時にレーンの識別も完了するため、同期が完了するまでの時間を短縮できる。同期用信号パターンが２回一致した時にフレーム同期が完了する場合、最短２フレーム分ですべての同期が完了できる。これに対して、既存の方法では、同期用信号パターンが１フレームに１つのレーンにしか配置されないため、２フレーム分のフレーム同期時間のほかに、レーン識別に使用するレーン数以上の同期用信号パターンの解析が必要である。したがって、４つのレーンを用いる場合、６フレーム分必要となる。したがって、本実施形態によれば、既存の方法に比べて、最大３倍高速に同期が完了する。
【００６８】
上述したように、本実施形態によれば、同期用信号パターンの前後に光強度０の０信号ブロックが配置されることで、第４実施形態と同様に、同期用信号パターンの信号劣化を抑制することができる。また、本実施形態によれば、高速で同期が完了するために、障害が発生した時に光パスを高速で切り替えることが可能となり、信頼性の高い安定した光通信システムを実現することができる。
【００６９】
なお、０信号ブロック６０２、６０３は第３実施形態と同様に光強度の小さいシンボルを使用することもできる。ただし、新たに用意した同期用信号パターン＃１〜＃４とは異なる信号パターンにする必要がある。
【００７０】
６．第６実施形態
本発明の第６実施形態による光通信装置は、上述した第５実施形態と同様に、図１４の信号フレームに従ったマルチレーン伝送を行うが、受信系においてレーン毎に同期用信号パターンの誤り状態を検出し、誤り状態に応じて当該フレームでの同期処理（フレーム同期、レーン識別）の可否を制御する点が異なっている。以下、第５実施形態との差分について主に説明する。
【００７１】
図１５において、本実施形態による光通信装置１３の送信系は、フレーム生成部７０１、マルチレーン分配部７０２、Ｄ／Ａ変換部７０３および光送信器７０４を有し、第３実施形態と同様にマルチレーン分配部７０２に０信号追加部３１３を有する。当該送信系の構成および動作は第３実施形態と同様であるから説明は省略する。
【００７２】
光通信装置１３の受信系は、光受信器７０５、Ａ／Ｄ変換部７０６、マルチレーン結合部７０７、フレーム終端部７０８および制御部７０９を有し、マルチレーン結合部７０７にはレーン１〜４にそれぞれ対応する誤り検出器＃１〜＃４と、図示されていない同期制御部３１４と、０信号削除部３１４と、が設けられている。制御部７０９は、マルチレーン結合部７０７の誤り状態を監視し、誤り状態に応じてマルチレーン結合部７０７の同期処理の可否を指示する。その他の動作は第３実施形態と同様であるから詳細は省略する。
【００７３】
マルチレーン結合部７０７において、誤り検出器＃１〜＃４は、同時送信された同期用信号パターン＃１〜＃４をＡ／Ｄ変換部７０６のＡ／Ｄ変換器＃１〜＃４からそれぞれ入力し、レーン毎に符号誤り数をカウントする。マルチレーン結合部７０７はレーン毎の符号誤り数を誤り状態情報として制御部７０９へ出力する。
【００７４】
制御部７０９は、誤り状態情報に基づいてフレーム同期およびレーン識別を行うか否かを判断し、同期処理の可否指示をマルチレーン結合部７０７へ出力する。本実施形態では、全てのレーンで同時に符号誤りが１以上発生した時に、その時間でのフレーム同期およびレーン識別を行わないように制御する。具体例を図１６を参照しながら説明する。
【００７５】
通常、累積波長分散が高い伝送路では全てのレーン１〜４で同期用信号パターン内に符号誤りが多発し、同期エラーあるいは誤同期が生じやすい。図１６に示す例では、フレーム番号３、５、１１、１３、１９のフレームにおいて、レーン１〜４の同時送信された同期用信号パターン＃１〜＃４の受信データで符号誤りが多発している。このような誤り状態が検出されると、制御部７０９は、当該フレームでのフレーム同期およびレーン識別を実行しないようにマルチレーン結合部７０７へ指示する。
【００７６】
上述したように、本実施形態によれば、累積波長分散が大きい伝送路に特有の符号誤り多発状態を検出することができるので、符号誤りが多発しているフレームの同期処理を実行しないように制御できる。これにより、同期エラーあるいは誤同期を回避できると共に、同期処理をやり直す必要がなくなり同期完了時間を短縮できる。
【００７７】
さらに、本実施形態によれば、フレーム同期完了後にフレーム同期外れになりにくいという利点もある。フレーム同期外れは、フレームの頭を見失いフレームの再同期が必要な状況あるいはレーンの識別ができなくなる状況であり、通常、同期完了後はＭ回以上同期用信号パターンが検出されないときに同期外れと判定される。本実施形態によれば、累積波長分散の高い伝送路に特有の符号誤り多発フレームで同期処理を行わないため、Ｍ回連続で異なるパターンが検出される確率が小さくなり、フレーム同期外れになりにくい。
【００７８】
以上述べたように、本発明によれば、高速に同期を完了でき、且つ、フレーム同期外れになりにくい安定した光通信システムを達成できる。
【００７９】
７．第７実施形態
本発明の第７実施形態による光通信装置は、上述した第５実施形態と同様に、図１４の信号フレームに従ったマルチレーン伝送を行うが、送信系および受信系において０信号ブロックのサイズを同期処理の前後で可変制御する点が異なっている。以下、第５実施形態との差分について主に説明する。
【００８０】
７．１）光通信装置
図１７において、本実施形態による光通信装置１３の送信系はフレーム生成部８０１、マルチレーン分配部８０２、Ｄ／Ａ変換部８０３および光送信器８０４を有し、マルチレーン分配部８０２に可変０信号追加部８１０が設けられている。光通信装置１３の受信系は、光受信器８０５、Ａ／Ｄ変換部８０６、マルチレーン結合部８０７およびフレーム終端部８０８を有し、マルチレーン結合部８０７に可変０信号削除部８１１が設けられている。さらに光通信装置１３は、可変０信号追加部８１０および可変０信号削除部８１１を制御して０信号ブロックのサイズを変更する０信号制御部８０９を有する。その他の構成および動作は第５実施形態と同様であるから説明は省略する。
【００８１】
７．２）０信号サイズの可変制御
図１８に示すように、フレーム同期およびレーン識別が完了する前は、レーン毎の同期用信号パターン９０１−１（＃１〜＃４）と、その前後に設けられた０信号ブロック９０２−１および９０３−１と、ＯＴＵｋ（Ｖ）フレーム９０４とからなるフレームを用いる。同期用信号パターン９０１−１は、第５実施形態と同様に、レーン毎の同期用信号パターン＃１〜＃４からなる。０信号ブロック９０２−１、９０３−１は、同期用信号パターン９０１−１に対する時間軸上の前後にあるデータからの波長分散による影響を大きく低減するために配置され、その時間幅は、たとえば、波長分散の大きい伝送路を伝播したときのパルスの時間軸上の広がりの１／２〜１／１０程度に設定される。具体的には、０信号ブロック９０２−１、９０２−１の時間幅が１０００ビット程度に設定される。
【００８２】
図１９に示すように、フレーム同期およびレーン識別が完了した後は、０信号制御部８０９は、可変０信号追加部８１０および可変０信号削除部８１１を制御して、０信号ブロック９０２−２および９０３−２の時間幅を短くする。ここでは、図１９に示すように、同期用信号パターン９０１−２の前後に４８ビット幅の０信号ブロック９０２−２および９０２−２をそれぞれ配置した。
【００８３】
上述したように、フレーム同期およびレーン識別時には、図１８に示すように時間幅の大きい０信号ブロック９０２−１および９０３−１を同期用信号パターン９０１−１の前後に配置することで、前後にある信号データからの影響を小さくすることができる。これにより、長距離伝送時でも同期エラーあるいは誤同期を回避でき、短時間で同期を完了させることができる。
【００８４】
続いて、一度同期が確立すると、第６実施形態において説明したように、Ｍの数値を適切に設定すれば同期外れが生じにくくなる。したがって、図１９に示すように時間幅の短い０信号ブロック９０２−２および９０３−２を配置することができ、伝送効率を向上させることが可能となる。
【００８５】
７．３）動作
図１８および図１９に示すように、本実施形態では、ＯＴＵｋフレームのオーバヘッド内の２つの未使用ビットを同期状態を示す同期ビットとして用いる。非特許文献１に記載されているように、ＯＴＵｋフレームのオーバヘッドには、多様な用途に利用できるＧＣＣ０などの未使用ビッドがあり、そのうちの２つを同期ビットとして利用する。同期ビットが０のときはフレーム同期外れ状態、同期ビットが１のときは同期確立状態とする。
【００８６】
まず、図４に示すように、光通信装置１３Ａと光通信装置１３Ｂとが伝送路１４により接続されたマルチレーン伝送において、光通信装置１３Ａおよび１３Ｂが図１７に示す構成を有するものとする。
【００８７】
図２０において、光通信装置１３Ａおよび１３Ｂのそれぞれから送信されるフレームの同期ビット９０５および９０６の値を動作状態に応じて示す。同期ビット９０５Ａ、９０６Ａは光通信装置１３Ａから光通信装置１３Ｂへの伝送の同期状態を示し、同期ビット９０５Ｂ、９０６Ｂは光通信装置１３Ｂから光通信装置１３Ａへの伝送の同期状態を示す。
【００８８】
＜フレーム同期＞
動作Ｓ１（同期処理中）：全ての同期ビット（９０５Ａ、９０６Ａ、９０５Ｂ、９０６Ｂ）は０であり、光通信装置１３Ａおよび１３Ｂのそれぞれでフレーム同期およびレーン識別を実行している。
【００８９】
動作Ｓ２（光通信装置１３Ａから光通信装置１３Ｂへの同期完了直後）：光通信装置１３Ｂでフレーム同期およびレーン識別が完了すると、光通信装置１３Ｂのマルチレーン結合部８０７が同期ビット９０５Ｂを１とし、光通信装置１３Ａに同期が完了したことを伝える。光通信装置１３Ａは、光通信装置１３Ｂからの信号の同期ビット９０５Ｂが１であることを確認すると、同期ビット９０５Ａを１として光通信装置１３Ｂに０信号ブロックの幅を変更することを伝える。
【００９０】
動作Ｓ３（光通信装置１３Ａで０信号ブロックを変更する場合）：光通信装置１３Ａで同期ビット９０５Ａを１にしてからＸフレーム後に０信号ブロックの時間幅を短く変更したフレームの送信を開始する。本実施形態では、フレーム長の変更に対する設定の変更時間を考慮して、たとえばＸ＝５で実施することができる。一方、光通信装置１３Ｂでも同期ビット９０５Ｂが１であることを確認した後、Ｘフレーム後に０信号ブロックの時間幅を短く変更したフレームを受信できるように設定を変更する。そして、Ｘフレーム後に光通信装置１３Ａから光通信装置１３Ｂへの伝送で０信号ブロックを変更するフレーム同期方法が実現される。
【００９１】
＜同期外れ＞
次に同期外れが発生した場合の動作を説明する。
動作Ｓ４（フレーム同期外れ直後）：光通信装置１３Ｂで同期が外れた場合、同期ビット９０５Ｂを１から０に変更して光通信装置１３Ａに同期が外れたことを知らせる。同時に光受信装置１３Ｂでは図１４に示すフレームを想定したフレーム同期とレーンの識別を開始する。
【００９２】
動作Ｓ５（光通信装置１３Ａでフレーム同期外れを確認後）：光通信装置１３Ａが光通信装置１３Ｂから送信される同期ビット９０５Ｂが０のフレームを受信すると、光通信装置１３Ａは、同期ビット９０５Ａを０に変更する。それと同時に図１４に示すフレームの送信を開始する。その後、上述した動作Ｓ１に戻り同期処理を再び実行する。
【００９３】
以上は光通信装置１３Ａから光通信装置１３Ｂへのフレームの同期処理の説明であるが、光通信装置１３Ｂから光通信装置１３Ａへのフレームの同期処理も同期ビット９０６Ａ、同期ビット９０６Ｂを使って同様の動作をすることで実現できる。
【００９４】
なお、このフレーム同期変更の前後で動作速度は変更しておらず、光・電子デバイスに要求される動作速度はこれまでの実施形態と同じである。また、本実施形態では、図１８および図１９に示すように、０信号ブロックのサイズが異なる２種類のフレームを用いたが、３種類以上のフレームを用意し通信状況に応じて使い分けてもよい。さらに、伝送距離に応じて０信号ブロック量の異なるフレームを選択することもできる。また、０信号ブロックのサイズ変更は、時間軸上だけでなく、隣接するレーン数で調整することも可能である。すなわち、０信号ブロックを１部のレーンのみに配置することで０信号ブロックの量を調整してもよい。
【００９５】
７．４）効果
上述したように、本発明の第７実施形態によれば、同期確立前であれば、同期用信号パターンの非線形歪の影響が低減するように同期用信号パターンの前後に配置される０信号ブロックの時間幅を大きくとり、同期確立後に０信号ブロックの時間幅を小さく変更することで伝送効率を向上させることができる。したがって、本実施形態により、伝送効率を犠牲にすることなく、同期エラーあるいは誤同期を有効に回避することができる安定したマルチレーン伝送を実現することができる。
【００９６】
８．付記
上述した実施形態の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送し、前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおいて、
送信側で、前記オーバヘッド領域の前記同期用信号パターンおよび／または前記同期用信号パターンを囲む所定領域の平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定されることを特徴とする光通信システム。
（付記２）
前記信号フレームは誤り訂正を行うためのＦＥＣ（Forward Error Correction）オーバヘッド領域を更に含み、前記誤り訂正を行う前に前記同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行うことを特徴とする付記１に記載の光通信システム。
（付記３）
前記同期用信号パターンの時間軸上の前後に前記所定領域として低光強度ブロックが配置されたことを特徴とする付記１または２に記載の光通信システム。
（付記４）
前記低光強度ブロックの光強度が０であることを特徴とする付記３に記載の光通信システム。
（付記５）
前記同期用信号パターンの平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定されることを特徴とする付記１−４のいずれか１項に記載の光通信システム。
（付記６）
前記信号フレームは強度変調と直交位相変調の両方を用いた多値変調の光信号で伝送され、前記同期用信号パターンは光強度の小さいシンボルにより構成されることを特徴とする付記５に光通信システム。
（付記７）
前記信号フレームは強度変調と直交位相変調の両方を用いた多値変調の光信号で伝送され、前記所定領域は光強度の小さいシンボルにより構成されることを特徴とする付記１−６のいずれか１項に光通信システム。
（付記８）
前記信号フレームを光の１波長内の複数のチャネルを使ってマルチレーン伝送を行い、
前記同期用信号パターンが少なくとも１つのチャネルに配置され、
前記所定領域が、前記同期用信号パターンの時間軸上の前後の第１領域と、前記少なくとも１つのチャネル以外のチャネルにおける前記同期用信号パターンおよび前記第１領域の合計と同じ時間幅の第２領域と、を含むことを特徴とする付記１−７のいずれか１項に記載の光通信システム。
（付記９）
前記同期用信号パターンが前記複数のチャネルの全てに同時に配置されることを特徴とする付記８に記載の光通信システム。
（付記１０）
受信側で、前記複数のチャネルにそれぞれ配置された同期用信号パターンの誤り状態をチャネル毎に監視し、前記複数のチャネルの誤り状態に応じてフレーム同期処理の可否を判定することを特徴とする付記９に記載の光通信システム。
（付記１１）
送信側および受信側で、フレーム同期が完了すると、前記所定領域のサイズをフレーム同期前よりも小さくすることを特徴とする付記１−１０のいずれか１項に記載の光通信システム。
（付記１２）
前記所定領域のサイズは前記同期用信号パターンの時間軸上の前後に配置された領域の時間幅であることを特徴とする付記１１に記載の光通信システム。
（付記１３）
前記信号フレームはＯＴＵｋフレームである付記１−１２のいずれか１項に記載の光通信システム。
（付記１４）
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送し前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおける光通信装置であって、
前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域を配置した信号フレームを生成する信号フレーム生成手段と、
前記記同期用信号パターンおよび／または前記同期用信号パターンを囲む所定領域の平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定して前記信号フレームを光信号として送信する光送信手段と、
を有することを特徴とする光通信装置。
（付記１５）
前記信号フレーム生成手段は、
誤り訂正を行うためのＦＥＣ（Forward Error Correction）オーバヘッドを前記ペイロード領域に付加するＦＥＣ符号化手段と、
前記同期用信号パターンを前記オーバヘッド領域に配置する同期制御手段と、
前記所定領域を前記オーバヘッド領域に配置する所定領域追加手段と、
を有することを特徴とする付記１４に記載の光通信装置。
（付記１６）
前記同期用信号パターンの時間軸上の前後に前記所定領域として低光強度ブロックが配置されたことを特徴とする付記１４または１５に記載の光通信装置。
（付記１７）
前記低光強度ブロックの光強度が０であることを特徴とする付記１６に記載の光通信装置。
（付記１８）
前記同期用信号パターンの平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定されることを特徴とする付記１４−１７のいずれか１項に記載の光通信装置。
（付記１９）
前記信号フレームは強度変調と直交位相変調の両方を用いた多値変調の光信号で伝送され、前記同期用信号パターンは光強度の小さいシンボルにより構成されることを特徴とする付記１８に光通信装置。
（付記２０）
前記信号フレームは強度変調と直交位相変調の両方を用いた多値変調の光信号で伝送され、前記所定領域は光強度の小さいシンボルにより構成されることを特徴とする付記１−１９のいずれか１項に光通信装置。
（付記２１）
前記信号フレームを光の１波長内の複数のチャネルを使ってマルチレーン伝送を行い、
前記同期用信号パターンが少なくとも１つのチャネルに配置され、
前記所定領域が、前記同期用信号パターンの時間軸上の前後の第１領域と、前記少なくとも１つのチャネル以外のチャネルにおける前記同期用信号パターンおよび前記第１領域の合計と同じ時間幅の第２領域と、を含むことを特徴とする付記１４−２０のいずれか１項に記載の光通信装置。
（付記２２）
前記同期用信号パターンが前記複数のチャネルの全てに同時に配置されることを特徴とする付記２１に記載の光通信装置。
（付記２３）
フレーム同期が完了すると、前記所定領域のサイズをフレーム同期前よりも小さくするように前記信号フレーム生成手段を制御する制御手段を更に有することを特徴とする付記１４−２２のいずれか１項に記載の光通信装置。
（付記２４）
前記所定領域のサイズは前記同期用信号パターンの時間軸上の前後に配置された領域の時間幅であることを特徴とする付記２３に記載の光通信装置。
（付記２５）
前記信号フレームはＯＴＵｋフレームである付記１４−２４のいずれか１項に記載の光通信装置。
（付記２６）
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送する光通信システムにおける光通信装置であって、
前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域が配置された前記信号フレームを光信号として受信する光受信手段と、
前記同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行い、前記オーバヘッド領域から前記所定領域を削除して前記信号フレームを終端する信号フレーム終端手段と、
を有し、
前記光信号の送信側において少なくとも前記所定領域の平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定されることを特徴とする光通信装置。
（付記２７）
前記信号フレーム終端手段は、前記信号フレームに含まれる誤り訂正を行うためのＦＥＣ（Forward Error Correction）オーバヘッドを用いて謝り訂正を行うＦＥＣ復号手段を有することを特徴とする付記２６に記載の光通信装置。
（付記２８）
前記信号フレームは光の１波長内の複数のチャネルを使ってマルチレーン伝送され、
前記同期用信号パターンが少なくとも１つのチャネルに配置され、
前記所定領域が、前記同期用信号パターンの時間軸上の前後の第１領域と、前記少なくとも１つのチャネル以外のチャネルにおける前記同期用信号パターンおよび前記第１領域の合計と同じ時間幅の第２領域と、を含むことを特徴とする付記２６または２７に記載の光通信装置。
（付記２９）
前記同期用信号パターンが前記複数のチャネルの全てに同時に配置されることを特徴とする付記２８に記載の光通信装置。
（付記３０）
フレーム同期が完了すると、前記所定領域のサイズをフレーム同期前よりも小さくするように前記信号フレーム終端手段を制御する制御手段を更に有することを特徴とする付記２６−２９のいずれか１項に記載の光通信装置。
（付記３１）
前記所定領域のサイズは前記同期用信号パターンの時間軸上の前後に配置された領域の時間幅であることを特徴とする付記３０に記載の光通信装置。
（付記３２）
前記信号フレームはＯＴＵｋフレームである付記２６−３１のいずれか１項に記載の光通信装置。
（付記３３）
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを送信装置から受信装置へ伝送し、前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおける光通信方法であって、
前記送信装置が、前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域を配置した信号フレームを生成し、前記所定領域の平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定して前記信号フレームを光信号として送信し、
前記受信装置が、前記信号フレームを受信し、前記同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行い、前記オーバヘッド領域から前記所定領域を削除して前記信号フレームを終端する、
ことを特徴とする光通信方法。
（付記３４）
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送し前記オーバヘッド領域に設けられた同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムにおける光通信方法であって、
前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域を配置した信号フレームを生成し、
前記所定領域の平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定して前記信号フレームを光信号として送信する、
ことを特徴とする光通信方法。
（付記３５）
少なくともオーバヘッド領域とペイロード領域とを含む信号フレームを伝送する光通信システムにおける光通信方法であって、
前記オーバヘッド領域に前記同期用信号パターンを囲む所定領域が配置された前記信号フレームを光信号として受信し、
前記同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行い、前記オーバヘッド領域から前記所定領域を削除して前記信号フレームを終端し、
前記光信号の送信側において前記所定領域の平均光強度が前記ペイロード領域の平均光強度より小さく設定されることを特徴とする光通信方法。
【００９７】
８．その他付記
本発明は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
情報データと、管理制御用のオーバヘッドと、誤り訂正を行うためのＦＥＣ（Forward Error Correction）オーバヘッドから構成される信号フレームを用い、前記管理制御用のオーバヘッド内にある同期用信号パターンを用いてフレーム同期を行う光通信システムであって、
前記同期用信号パターンの平均光強度が前記情報データの平均光強度よりも小さくなるように設定されることを特徴とする光通信システム。
（付記２）
前記同期用信号パターンの時間軸上の前後に光強度の小さいブロックが配置された付記１に記載の光通信システム。
（付記３）
前記平均光強度の小さいブロックの光強度が０であることを特徴とする付記２に記載の光通信システム。
（付記４）
前記信号フレームは、強度変調と直交位相変調の両方を用いた多値変調の光信号で伝送され、
さらに、前記同期用信号パターンは光強度の小さいシンボルにより構成されることを特徴とする付記２または３に記載の光通信システム。
（付記５）
前記光強度の小さいブロックは光強度の小さいシンボルにより構成されることを特徴とする付記４に記載の光通信システム。
（付記６）
前記信号フレームを光の１波長内の複数のチャネルを使ってマルチレーン伝送を行う付記１−５に記載の光通信システムであって、
前記同期用信号パターンは１つのチャネルにのみに配置され、
前記同期用信号パターンとその時間軸上の前後に配置される光強度が小さいブロックを送信するとき、その他のチャネルにも同時に、且つ、同じ時間幅で前記光強度が小さいブロックを送信することを特徴とする光通信システム。
（付記７）
前記信号フレームを光の１波長内の複数のチャネルを使ってマルチレーン伝送を行う付記１−５に記載の光通信システムであって、
光強度の小さいシンボルにより構成された同期用信号パターンが分配されるチャネル数分用意され、全てのチャネルに同時に配置されることを特徴とする付記１−６のいずれかに記載の光通信システム。
（付記８）
各チャネルの同期用信号パターンの符号誤り数を監視するモニタを有し、各レーンでの符号誤り数の情報を元にフレーム同期を行う付記７に記載の光通信システム。
（付記９）
送受信装置に光強度の小さい信号パターンのサイズを調整する制御部を有し、同期完了後に前記前記光強度の小さい信号パターンを少なくする付記１−８のいずれかに記載の光通信システム。
（付記１０）
前記信号フレームがOTUフレーム（OTUkもしくはOTUｋV)である付記１−９のいずれかに記載の光通信システム。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は非線形歪よる影響が問題となるすべての光伝送システムに適用できる。
【符号の説明】
【００９９】
１２Ａ、１２Ｂ  クライアント装置
１３Ａ、１３Ｂ  光通信装置
１４  伝送路
１５  光ファイバ
１６  光増幅器
１０１  信号フレーム生成部
１０２  Ｄ／Ａ変換部
１０３  光送信器
１０４  光受信器
１０５  Ａ／Ｄ変換部
１０６  信号フレーム終端部
１１１  ＦＥＣ符号化部
１１２  同期制御部
１１３  ０信号追加部
１２１  同期制御部
１２２  ＦＥＣ復号部
１２３  ０信号削除部
２０１  同期用信号パターン
２０２、２０３  ０信号ブロック
２０４  ペイロード
２０５  ＦＥＣオーバヘッド
３０１  フレーム生成部
３０２  マルチレーン分配部
３０３  Ｄ／Ａ変換部
３０４  光送信器
３０５  光受信器
３０６  Ａ／Ｄ変換部
３０７  マルチレーン結合部
３０８  フレーム終端部
３１１  ＦＥＣ符号化部
３１２  同期制御部
３１３  ０信号追加部
３１４  同期制御部
３１５  ０信号削除部
３１６  ＦＥＣ復号部
４０１、４０２、４０３  ０信号ブロック
４０４  ＯＤＵｋオーバヘッド
【図１】
2016019030.tif 000003
【図２】
2016019030.tif 000004
【図３】
2016019030.tif 000005
【図４】
2016019030.tif 000006
【図５】
2016019030.tif 000007
【図６】
2016019030.tif 000008
【図７】
2016019030.tif 000009
【図８】
2016019030.tif 000010
【図９】
2016019030.tif 000011
【図１０】
2016019030.tif 000012
【図１１】
2016019030.tif 000013
【図１２】
2016019030.tif 000014
【図１３】
2016019030.tif 000015
【図１４】
2016019030.tif 000016
【図１５】
2016019030.tif 000017
【図１６】
2016019030.tif 000018
【図１７】
2016019030.tif 000019
【図１８】
2016019030.tif 000020
【図１９】
2016019030.tif 000021
【図２０】
2016019030.tif 000022