(57)【要約】【課題】データ信号より少ないサブキャリア数のトレーニング信号を用いて、データ信号を等化することができる光送信システムおよび方法を提供すること。【解決手段】光送信装置から、データ信号系列に対して該データ信号系列よりサブキャリア数が少ないトレーニング信号系列を付加して生成された、複数のサブキャリアを有する光信号を送出する。光受信装置の光／電気信号変換部31は、光送信装置からの光信号を電気信号に変換し、トレーニング信号検出部32は、それに付加されているトレーニング信号系列を検出する。チャネル推定部33は、トレーニング信号系列からチャネル伝達関数を推定し、逆伝達関数生成部34は、データ信号系列と同じ数のサブキャリアに対する逆伝達関数を生成する。等化部35は、逆伝達関数によりデータ信号を等化する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信装置と光受信装置を有し、複数のサブキャリアを有する光信号を伝送する光通信システムであって、
前記光送信装置は、データ信号系列に対して該データ信号系列よりサブキャリア数が少ないトレーニング信号系列を付加して送信電気信号を生成する信号生成部と、
前記送信電気信号により光源からの光を変調して複数のサブキャリアを有する光信号を送出する変調部を備え、
前記光受信装置は、前記複数のサブキャリアを有する光信号を受信して受信電気信号に変換する光／電気信号変換部と、
前記受信電気信号に付加されているトレーニング信号系列を検出するトレーニング信号検出部と、
前記検出されたトレーニング信号系列からチャネル伝達関数を推定するチャネル推定部と、
前記推定されたチャネル伝達関数を元にしてデータ信号系列と同じ数のサブキャリアに対する逆伝達関数を生成する逆伝達関数生成部と、
前記逆伝達関数によりデータ信号を等化する等化部を備えることを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
前記信号生成部は、データ信号系列に対して前記データ信号系列よりサブキャリア数が少ないトレーニング信号系列を周期的に付加することを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
データ信号系列に対して付加するトレーニング信号系列の周期が任意に設定可能であ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】
前記逆伝達関数生成部は、前記チャネル推定部により推定されたチャネル伝達関数の行列をアップサンプリングしてそのサイズを変える処理を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光通信システム。
【請求項５】
前記逆伝達関数生成部は、前記チャネル推定部により推定されたチャネル伝達関数の行列を線形補間してそのサイズを変える処理を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光通信システム。
【請求項６】
光送信装置と光受信装置との間で複数のサブキャリアを有する光信号を伝送する光通信方法であって、
前記光送信装置から、データ信号系列に対して該データ信号系列よりサブキャリア数が少ないトレーニング信号系列を付加して生成された、複数のサブキャリアを有する光信号を送出するステップと、
前記光受信装置により、前記複数のサブキャリアを有する光信号を受信して受信電気信号に変換するステップと、
前記受信電気信号に付加されているトレーニング信号系列を検出するステップと、
前記検出されたトレーニング信号系列からチャネル伝達関数を推定するステップと、
前記推定されたチャネル伝達関数を元にしてデータ信号系列と同じ数のサブキャリアに対する逆伝達関数を生成するステップと、
前記逆伝達関数によりデータ信号を等化するステップを有する光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムおよび方法に関し、特に、複数のサブキャリアによって構成される光信号を用いて通信を行う光通信システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直交周波数分割多重(OFDM)方式は、高速なデータ信号を低速で狭帯域なデータ信号に変換し、互いに直交する複数の搬送波(サブキャリア)に各データを重畳して並列伝送するマルチキャリア伝送方式の一つであり、第4世代携帯電話サービスや地上ディジタルテレビ放送、無線LANなどで採用されている技術である。
【０００３】
OFDMは、信号のスペクトルが矩形状であるので周波数利用効率の向上に有効であり、またサブキャリアの数や変調多値数を変更することによって伝送路の条件(伝送距離や周波数特性など)に適した信号の構成を柔軟に選択できるといった利点がある。
【０００４】
サービス多様化に伴って光ネットワークにおける周波数リソースの枯渇が懸念されており、その解決策の一つとして研究開発が進められている、エラスティック光ネットワークなどの次世代ネットワークへの適用も期待され、光OFDM伝送方式の研究開発が近年進められている。
【０００５】
ディジタル通信システムでは、通常、受信器において受信信号をもとに伝送路の特性を推定し、伝送路によって生じた信号波形の歪みを補償する処理(等化)を行う。
【０００６】
光OFDM伝送方式では、非特許文献１で提案されているように、送信信号系列(データ信号)に既知のトレーニング信号を挿入して送信し、受信器において受信されたトレーニング信号の変化をもとに伝送路状態を推定する方法が一般的である。このとき、トレーニング信号とデータ信号のサブキャリアの数を同じにすることにより、伝送後のデータ信号についてサブキャリア毎に波形歪みを推定することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】S. L. Jansen, I. Morita, T. C. W. Schenk, and H. Tanaka, "Long-haul transmission of 16×52.5 Gbit/s polarization-division-multiplexed OFDM enabled by MIMO processing (Invited)," OSA Journal of Optical Networking, vol. 7, no. 2, pp. 173-182, Feb. 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光通信では、シングルキャリア信号の場合には、伝送路によって生じた信号波形の歪みを補償するためにFIRフィルタによる適応等化を行うのが一般的である。しかし、光OFDM信号のようなマルチキャリア信号の場合、伝送される信号は、複数の周波数成分が含まれて白色雑音のような時間波形となるので、FIRフィルタによる時間領域での等化では、その信号波形の歪みを十分に補償することができない。光ファイバ伝送路によって生じたマルチキャリア信号の信号波形の歪みを補償するためのシンプルな方法には、トレーニング信号を利用する方法がある。
【０００９】
トレーニング信号を利用して、伝送路によって生じた信号波形の歪みを補償する従来の手法では、無線通信についてIEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11a規格などで規定されているように、データ信号と同じサブキャリア数のトレーニング信号を用いて、サブキャリア毎に伝送路状態を推定する。すなわち、データ信号の各サブキャリアに対応する各周波数におけるチャネル状態を推定するために、データ信号(系列)とトレーニング信号(系列)のサブキャリアを同数としている。データ信号とトレーニング信号のサブキャリアを同数とするのは、無線通信では、マルチパスフェージング等の影響により伝送路の周波数特性が大きく変動し、データ信号とトレーニング信号のサブキャリアの数が異なると、データ信号のすべてのサブキャリアにおけるチャネル状態を良好に推定できず、すべてのデータ信号を適切に等化できないからである。無線通信の場合には、データ信号(系列)とトレーニング信号(系列)のサブキャリアを同数とする方法は、伝送路によって生じた信号波形の歪みを補償するために有効な方法である。
【００１０】
しかし、光通信の場合、使用される伝送路の光ファイバの周波数特性は、無線通信の場合に比較して、周波数軸上での変動が極めて小さい。
【００１１】
本発明の目的は、上記の点に着目し、データ信号より少ないサブキャリア数のトレーニング信号を用いて、データ信号を等化することができる光送信システムおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、光送信装置と光受信装置を有し、複数のサブキャリアを有する光信号を伝送する光通信システムであって、前記光送信装置が、データ信号系列に対して該データ信号系列よりサブキャリア数が少ないトレーニング信号系列を付加して送信電気信号を生成する信号生成部と、前記送信電気信号により光源からの光を変調して複数のサブキャリアを有する光信号を送出する変調部を備え、前記光受信装置が、前記複数のサブキャリアを有する光信号を受信して受信電気信号に変換する光／電気信号変換部と、前記受信電気信号に付加されているトレーニング信号系列を検出するトレーニング信号検出部と、前記検出されたトレーニング信号系列からチャネル伝達関数を推定する伝達関数推定部と、前記推定されたチャネル伝達関数を元にしてデータ信号系列と同じ数のサブキャリアに対する逆伝達関数を生成する逆伝達関数生成部と、前記逆伝達関数によりデータ信号を等化する等化部を備えることを特徴としている。
【００１３】
ここで、前記信号生成部が、データ信号系列に対して前記データ信号系列よりサブキャリア数が少ないトレーニング信号系列を周期的に付加することが好ましい。
【００１４】
また、データ信号系列に対して付加するトレーニング信号系列の周期が任意に設定可能であることも好ましい。
【００１５】
また、前記逆伝達関数生成部が、前記チャネル推定部により推定されたチャネル伝達関数の行列をアップサンプリングしてそのサイズを変える処理を含むことも好ましい。
【００１６】
さらに、前記逆伝達関数生成部が、前記チャネル推定部により推定されたチャネル伝達関数の行列を線形補間してそのサイズを変える処理を含むことも好ましい。
【００１７】
なお、本発明は、光通信システムとしてだけでなく、光通信システムの各部の処理を実行するステップを有する光通信方法としても実現できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、データ信号より少ないサブキャリア数のトレーニング信号を用いて伝送路の状態を推定し、それを元にデータ信号に適用するチャネル行列を算出して等化するので、送信信号系列に付加するオーバヘッドを軽減でき、周波数利用効率の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る光通信システムにおける光送信装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２】光送信装置から出力される光OFDM信号の説明図である
【図３】本発明に係る光通信システムにおける光受信装置の実施形態を示すブロック図である。
【図４】逆伝達関数生成部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明における信号波形歪み補償の動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照し、本発明を光OFDM伝送方式に適用した場合について説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る光通信システムにおける光送信装置の実施形態を示すブロック図である。なお、ここでは、本発明の説明に関連しない構成要素については図示を省略している。以降の図でも同様である。
【００２２】
本実施形態の光送信装置10は、信号生成部11、光源12および変調部13を備える。
【００２３】
信号生成部11は、トレーニング信号系列およびデータ信号系列を入力とし、データ信号系列に対してトレーニング信号系列が付加された送信電気信号を生成する。
【００２４】
変調部13は、光源12からの光を信号生成部11により生成された送信電気信号により変調して複数のサブキャリアを有する光信号(光OFDM信号)を生成し、これを光送信装置10の出力として送出する。
【００２５】
図２は、光送信装置10から送出される光OFDM信号の説明図である。
【００２６】
図２に示されているように、光送信装置10は、送信するデータ信号系列(DS)の中に、送信器と受信器の間で既知のトレーニング信号系列(TS)を周期的に挿入した光信号を送出する。トレーニング信号系列(TS)は、後述するように、伝送路(チャネル)の状態を推定し、受信装置での受信信号の波形歪みを補償するために利用される。トレーニング信号系列(TS)の挿入周期は、伝送路状態の時間軸上の安定性などに応じて適宜設定すればよい。例えば、伝送路状態が時間軸上で極めて安定な場合にはその挿入周期を長くし、それが比較的不安定な伝送路の場合にはその挿入周期を短くすることができる。
【００２７】
光通信の場合、伝送路である光ファイバの伝送路状態の周波数軸上での変動は極めて安定であることから、無線通信と比較して、サブキャリア毎に伝送路状態を推定する必要性は低い。そこで、本発明では、データ信号系列よりトレーニング信号系列(TS)のサブキャリア数を少なくする。
【００２８】
一般に、光OFDM信号は、逆離散フーリエ変換(IDFT)の演算によって生成されるので、サブキャリア数は２のべき乗の値を使用するのがよい。例えば、データ信号系列のサブキャリア数が1024の場合、トレーニング信号系列は256のような、1024より小さい２のべき乗の値のサブキャリア数を用いればよい。
【００２９】
図３は、本発明に係る光通信システムにおける光受信装置の実施形態を示すブロック図である。
【００３０】
本実施形態の光受信装置30は、光/電気信号変換部31、トレーニング信号検出部32、チャネル推定部33、逆伝達関数生成部34および等化部35を備える。
【００３１】
光/電気信号変換部31は、光送信装置10から送信される複数のサブキャリアを有する光OFDM信号を受信して受信電気信号に変換する。
【００３２】
トレーニング信号検出部32は、光/電気信号変換部31により変換された受信電気信号に挿入されているトレーニング信号を検出する。トレーニング信号は、例えば、受信電気信号と既知のトレーニング信号との相互相関を基に検出することができる、すなわち、受信電気信号と既知のトレーニング信号との相互相関の値を求め、その値がピークとなる位置からトレーニング信号を検出することができる。ここで検出されたトレーニング信号は、チャネル推定部33に入力され、それ以外のデータ信号は、等化部35に入力される。
【００３３】
チャネル推定部33は、トレーニング信号検出部32により検出されたトレーニング信号に基づいてチャネル伝達関数を推定する。逆伝達関数生成部34は、チャネル推定部33により推定されたチャネル伝達関数から、受信されたデータ信号を等化するために必要なチャネル逆伝達関数を生成する。等化部35は、これにより生成されたチャネル逆伝達関数によりデータ信号を等化する。
【００３４】
図４は、逆伝達関数生成部34の構成を示すブロック図である。
【００３５】
本構成の逆伝達関数生成部34は、前処理部41および逆伝達関数算出部42を備える。以下、データ信号系列のサブキャリア数が1024、トレーニング信号系列のサブキャリア数が256であるとして、逆伝達関数生成部34での処理について説明する。
【００３６】
光受信装置30が光送信装置10から送信されたサブキャリア数256のトレーニング信号系列を受信すると、チャネル推定部33は、このトレーニング信号系列からチャネル伝達関数HＮを推定する。これにより推定されたチャネル伝達関数HＮが前処理部41に入力される。ここで、チャネル伝達関数HＮは、トレーニング信号系列の256のサブキャリアに対して求められるので、1024のサブキャリアを有するデータ信号系列とは系列長が異なる。
【００３７】
そこで、前処理部41においてチャネル伝達関数HＮの系列長を調整する。本例の場合、チャネル伝達関数HＮの系列長が256、データ信号系列の系列長が1024であるので、チャネル伝達関数HＮを、4倍(＝データ信号系列の系列長/HＮの系列長)でアップサンプリングを行う。これによりチャネル伝達関数HＮの系列長256を1024の系列長に調整することができる。
【００３８】
以上のようにして系列長が調整されたチャネル伝達関数HＮ′を逆伝達関数算出部42に入力し、系列長調整後のチャネル伝達関数HＮ′からその逆伝達関数[HＮ′] −１を算出して等化部35に送出する。等化部35は、逆伝達関数[HＮ′] −１を用いてデータ信号系列の波形歪みを補償する。
【００３９】
図５は、本発明におけるデータ信号系列の信号波形歪み補償の動作を模式的に示す説明図である。
【００４０】
図５(ａ),(ｂ)に示すように、トレーニング信号系列のサブキャリア数(図では「４」)は、データ信号系列のサブキャリア数(図では「８」)より少ない(Ｎを縮小)。これによりトレーニング信号系列より求められるチャネル伝達関数HＮ＝［H1，H2，H3，H4］は、データ信号系列の信号波形歪みを補償するために必要なチャネル伝達関数DＮ＝［D1，D2，・・・，D8］と行列サイズ(サブキャリア数に相当)が異なり、そのままではデータ信号系列に適用することができない。
【００４１】
そこで、図５(ｃ),(ｄ)に示すように、前処理部41で、トレーニング信号系列より求められたチャネル伝達関数HＮ＝［H1，H2，H3，H4］の行列をアップサンプリングし、データ信号系列のサブキャリア数に揃えられたサイズの行列に変換する。すなわち、Ｎを縮小した分を補間してデータ信号系列の信号波形歪み補償に必要なチャネル伝達関数HＮ′＝［H1，H2，・・・，H８］に変換する。
【００４２】
その上で、図５(ｅ)に示すように、データ信号系列に対してチャネル伝達関数HＮ′＝［H1，H2，・・・，H８］のチャネル逆伝達関数[HＮ′] −１を適用する。
【００４３】
なお、図５(ａ),(ｂ)に示すように、データ信号系列とトレーニング信号系列それぞれのサブキャリアの周波数ポイントが等間隔の場合、データ信号系列とトレーニング信号系列の周波数ポイントは厳密には一致しない。すなわち、周波数軸上での推定ポイントが少しずれるが、光通信の場合、伝送路である光ファイバの伝送路状態の周波数軸上での変動は小さいので、そのずれは、実際上のデータ信号系列の信号波形歪み補償では問題にならない。
【００４４】
以上のように、本発明によれば、データ信号系列より少ないサブキャリア数のトレーニング信号系列を用いて伝送路の状態を推定し、それを元にしてすべてのサブキャリアにおけるチャネル状態に対応するチャネル逆伝達関数を実際上の問題を生じさせることなく生成し、そのチャネル逆伝達関数を用いてデータ信号系列の等化処理を行うので、データ信号系列に付加するオーバヘッドを縮小して各チャネルでの信号波形の歪みを実用上問題なく補償することができ、周波数利用効率を向上させることができる。
【００４５】
以上実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々に変形されたものも含む。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、本発明を光OFDM伝送方式に適用したものとして説明したが、本発明は、光OFDMに限定されるものでなく、一般的に、複数のサブキャリアを含む光通信システムに適用できる。
【００４７】
また、上記実施形態では、トレーニング信号系列より求められたチャネル伝達関数の行列をアップサンプリングしてデータ信号系列に適用可能なサイズの行列に変換するようにしているが、線形補間等によりチャネル伝達関数の行列のサイズを変えるようにしてもよい。
【００４８】
さらに、本発明は、光通信システムとしてだけでなく、光通信システムの各部の処理を実行するステップを有する光通信方法としても実現できるものである。
【符号の説明】
【００４９】
10・・・光送信装置、11・・・信号生成部、12・・・光源、13・・・変調部、30・・・光受信装置、31・・・光/電気信号変換部、32・・・トレーニング信号検出部、33・・・チャネル推定部、34・・・逆伝達関数生成部、35・・・等化部、41・・・前処理部、42・・逆伝達関数算出部 
【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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