光OFDM伝送方式による送受信システムおよびその方法
【課題】WDMチャネル間隔を広く設定することなく、隣接チャネルとの干渉による信号劣化を防ぐことが可能な光OFDM伝送方式の送受信システムを提供する。
【解決手段】光OFDM信号送受信システムは、サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアが配置された光OFDM信号を生成し、送信する光OFDM信号送信手段と前記サブキャリア配置情報を受信部から受信するサブキャリア情報受信手段とを備える送信部と、前記光OFDM信号を受信して、該信号からサブキャリア配置情報を生成する光OFDM信号受信手段と前記サブキャリア配置情報を前記送信部に送信するサブキャリア情報送信手段とを備える受信部とから構成される。
【解決手段】光OFDM信号送受信システムは、サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアが配置された光OFDM信号を生成し、送信する光OFDM信号送信手段と前記サブキャリア配置情報を受信部から受信するサブキャリア情報受信手段とを備える送信部と、前記光OFDM信号を受信して、該信号からサブキャリア配置情報を生成する光OFDM信号受信手段と前記サブキャリア配置情報を前記送信部に送信するサブキャリア情報送信手段とを備える受信部とから構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光通信分野に関するものである。より詳細には、光直交周波数分割多重(OFDM)伝送方式による送受信システムおよびその方法に関する。
【背景技術】
【0002】
OFDM変調は、送信データを複数のサブキャリアを用いて並列に伝送する方式であり(非特許文献1)、各サブキャリアのシンボル・レートが比較的低くなるためシンボル間干渉に強く、デジタル地上波放送や、無線LAN(Local Area Network)システムで既に使用されており、光通信システムへの適用についても検討されている。
【0003】
従来、光OFDM信号変調方式を1チャネルとした波長分割多重(WDM)通信技術が提案されている。図1に示す非特許文献2のように、複数のキャリアをバンド化した光OFDM信号は矩形上の光スペクトルをしているため、隣接するWDMチャネルとの周波数間隔を狭めることが可能であり、高い周波数利用効率を示すことが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】伊丹 誠、「わかりやすいOFDM技術」、オーム社、2005
【非特許文献2】H. Takahashi, A. A. Amin, S. L. Jansen, I.Morita and H. Tanaka, “Highly Spectrally Efficient DWDM Transmission at 7.0b/s/Hz Using 8 65.1-Gb/s Coherent PDM-OFDM,” J. Lightw. Technol.,vol. 28, no.4, pp.406-414, 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、図2aに示すとおり、光OFDM信号は、サブキャリアのバンドであるメインローブの他、その周囲にサイドローブが存在する。そのため、光OFDM信号のサイドローブが、隣接する他の光OFDM信号のメインローブに重ならないよう、ガードバンドを設けて、干渉による信号劣化を防いでいる。しかし、光OFDM信号を生成する際にキャリア信号となるレーザの発振周波数は変動してしまうため、図2bに示すように、ガードバンドが狭くなり、バンド間が干渉する状態が発生し、自己および隣接チャネルともに信号劣化が発生してしまう問題があった。そのため、図2cに示すように、レーザの変動周波数範囲を考慮し、ガードバンドをより広くとらねばならず、周波数利用効率が上げられないという課題があった。
【0006】
例として、図3にWDMチャネル間隔とビットエラーレート(BER)の関係の計算結果例を示す。逆フーリエ変換(IFFT)のサイズを128、サブキャリア数を108とした光OFDM信号を隣接させた場合であり、光OFDM信号の帯域幅は約8.5GHzである。理解を容易にするため、ガウシアンノイズを付与し、干渉による信号劣化が無い領域ではBERが一定となるようにした。WDMチャネル間隔が10GHzから9GHz近傍まではチャネル間干渉が見られないが、9GHzから8.5GHzにかけてBERが急激に劣化する傾向が見て取れる。即ち、従来は、レーザの発振周波数の変動範囲を考慮して、BERが劣化しないよう十分にWDMチャネル間隔を設定する必要があった。
【0007】
したがって、本発明は、WDMチャネル間隔を広く設定することなく、隣接チャネルとの干渉による信号劣化を防ぐことが可能な光OFDM伝送方式による送受信システムおよびその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】
【0008】
上記目的を実現するため本発明による光OFDM信号送受信システムは、サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアが配置された光OFDM信号を生成し、送信する光OFDM信号送信手段と、前記サブキャリア配置情報を受信部から受信するサブキャリア情報受信手段とを備える送信部と、前記光OFDM信号を受信して、該信号からサブキャリア配置情報を生成する光OFDM信号受信手段と、前記サブキャリア配置情報を前記送信部に送信するサブキャリア情報送信手段とを備える受信部と、から構成される。
【0009】
また、前記光OFDM信号受信手段は、前記光OFDM信号送信手段の送信レーザの発振周波数の変動を確認し、該変動が所定の変動許容閾値を超えた場合、キャリア周波数間隔が狭くなった側と逆側に、サブキャリアを移動したサブキャリア配置情報を生成することも好ましい。
【0010】
また、前記光OFDM信号受信手段は、隣接するWDMチャネル間隔を計測し、設定値であるWDMチャネル間隔との差が、所定の周波数変動許容値を超えた場合、サブキャリア配置を右または左に移動させることにより、前記隣接するWDMチャネル間隔と前記WDMチャネル間隔との差が、所定の周波数変動許容値内となるサブキャリア配置情報を生成することも好ましい。
【0011】
また、前記光OFDM信号受信手段は、光源をさらに有し、
前記光OFDM信号受信手段は、受信する光OFDM信号のキャリア周波数を計測し、前記光源の周波数との差が、所定の周波数変動許容値を超えた場合、
サブキャリア配置を右または左に移動させることにより、前記キャリア周波数と前記光源の周波数との差が、所定の周波数変動許容値内となるサブキャリア配置情報を生成することも好ましい。
【0012】
また、前記光OFDM信号受信手段は、光OFDM信号の周波数軸信号において、各サブキャリアのパワーから、サブキャリアの配置を推定することも好ましい。
【0013】
また、前記光OFDM信号送信手段は、トレーニングシンボルのタイミングで、更新されたサブキャリア配置情報を用いてサブキャリアの配置を変更し、前記光OFDM信号受信手段は、更新前のサブキャリア配置情報を用いてシンボル同期を行うことできなかった場合、更新後のサブキャリア配置情報を用いてシンボル同期を行うことも好ましい。
【0014】
上記目的を実現するため本発明による光OFDM信号送受信方法は、サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアが配置された光OFDM信号を生成し、送信する光OFDM信号送信ステップと、前記光OFDM信号を受信して、該信号からサブキャリア配置情報を生成する光OFDM信号受信ステップと、前記サブキャリア配置情報を送信するサブキャリア情報送信ステップと、前記サブキャリア配置情報を受信するサブキャリア情報受信ステップとを有する。
【発明の効果】
【0015】
本発明の光OFDM信号伝送の送受信システムによれば、WDMチャネル間隔を広く設定することなく、隣接チャネルとの干渉による信号劣化を防ぎ、周波数利用効率を向上するという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】複数のキャリアをバンド化した光OFDM信号を示す。
【図2】光OFDM信号を用いたWDM伝送の従来例が含有する問題点を示す。
【図3】WDMチャネル間隔とビットエラーレート(BER)の関係の計算結果例を示す。
【図4】単一チャネルの場合での本発明の光OFDM送受信システムの構成概要を示す。
【図5】本発明における光OFDM送受信システムの動作概念図を示す。
【図6】本発明における光OFDM送信器の詳細な構成を示す。
【図7】本発明における光OFDMベースバンド信号発生手順について示す。
【図8】本発明におけるサブキャリア配置情報を示す。
【図9】本発明におけるWDM伝送時の構成概要を示す。
【図10】本発明におけるWDM伝送時の光スペクトル模式図を示す。
【図11】本発明における光OFDM受信器の詳細な構成を示す。
【図12】本発明における光OFDM受信器の受信信号処理フローを示す。
【図13】本発明におけるサブキャリア配置情報取得方法であり、レーザの発振周波数変動が許容誤差範囲内の場合を示す。
【図14】本発明におけるサブキャリア配置情報取得方法であり、レーザの発振周波数変動が許容誤差範囲を超えた場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図4は、単一チャネルの場合での本発明の光OFDM送受信システムの構成概要を示す。光OFDM送受信システムは、光送信部1と光受信部2から構成される。光送信部1は、光OFDM送信器11とサブキャリア情報受信部12を備え、光受信部2は、光OFDM受信器21とサブキャリア情報送信部22を備える。光OFDM送信器11は、サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアを配置した光OFDM信号を生成して、送信する。光OFDM送信器11から送信される光OFDM信号は、光伝送路を通過し、光OFDM受信器21に至り受信される。光OFDM受信器21は、受信した光OFDM信号からサブキャリア配置情報を生成する機能を有する。光受信部2のサブキャリア情報送信部22は、このサブキャリア配置情報を情報フィードバック経路を通して、光送信部1のサブキャリア情報受信部12に送信する。
【0018】
図5は、本発明における光OFDM送受信システムの動作概念図を示す。図5aの初期状態において、受信器2は、複数の光OFDMチャネルを受信し、そのキャリア周波数間隔を計測する。送信レーザの発振周波数が変動した場合、図5bのように、受信器2が、送信レーザの発振周波数の変動を確認し、その変動が変動許容閾値を超えた場合(つまり、ガードバンドが許容値より小さくなった場合)、図5cのように数本のサブキャリアを、キャリア周波数間隔が狭くなった側と逆側に移動するようにサブキャリア配置を変更するサブキャリア配置情報を作成する。サブキャリア情報送信部22は、情報フィードバック経路を通して、送信器1にこのサブキャリア配置情報を通知し、送信器1がサブキャリア情報受信部12でサブキャリア配置情報を受信する。送信器1の光OFDM送信器11は、このサブキャリア配置変更情報に基づいて、図5dのような光OFDM信号を送信する。これにより、レーザの発振周波数変動が許容誤差範囲を超えた場合でも、ガードバンドを許容値以内に維持できる。これにより信号劣化を抑制できる。
【0019】
図6は、本発明における光OFDM送信器の詳細な構成を示す。光OFDM送信器11は、光源13、光変調器14、OFDMベースバンド信号発生器15を備えている。光OFDM送信器11は、光源13からのレーザ光を光変調器14に入力する。OFDMベースバンド信号発生器15からの電気信号に基づき、光変調器14はレーザ光を光OFDM信号に変調する。光送信部1は、この信号を光伝送路に送信する。また、情報フィードバック経路から配信されるサブキャリア配置情報をサブキャリア情報受信部12が受信し、その情報をOFDMベースバンド信号発生器15に伝達する。
【0020】
図7は、本発明におけるOFDMベースバンド信号発生手順について示す。まず、光OFDM送信器11は、送信される情報をバイナリデータとして入力する。ここでは、サブキャリア数は4としている。
【0021】
次に、サブキャリアマッピングを行う。図では例としてQPSK(2bit/s/Hz)を用い、2ビットを複素数の1シンボルに割り当てる。マッピングの一例として、01を1−1i、11を1+1i、10を−1+1i、00を−1−1iとする。
【0022】
次に、サブキャリア配置情報を形成する。逆高速フーリエ変換(IFFT)の処理サイズであるIFFTサイズがサブキャリアの上限であり、そのIFFTサイズ内において必要なビットレートが得られるようにサブキャリアを配置する。即ち、サブキャリアを全て配置した場合が最大ビットレートR_maxとなり、ビットレートRはR_max×(サブキャリア数/IFFTサイズ)となる。
【0023】
次に、サブキャリア配置情報に基づき、サブキャリアを配置する。サブキャリアが配置されないところは、0とする。これをゼロパディングと呼び、周波数軸信号となる。
【0024】
次に、この周波数軸信号をIFFTすることにより、時間軸信号が生成される。この1回の処理で生成される時間軸信号が、1シンボルとなり、これを連続的に繰り返すことで、シンボル列となり、連続した光OFDM信号となる。
【0025】
この時間軸信号を、デジタル・アナログ変換し、電気信号発生器により、時間軸電気信号が発生される。この電気信号が、図6におけるOFDMベースバンド信号発生器15から光変調器14へ供給されるOFDMベースバンド信号である。
【0026】
図8に、本発明におけるサブキャリア配置情報を示す。横軸は周波数である。例1では、IFFTサイズ8に対しサブキャリア数4を、中央から左右均等に配置した例である。例2は、サブキャリアを中央から左に3、右に1としたもの、例3は左に1、右に3とそれぞれ配置したものであり、占有帯域幅を維持したまま、周波数軸を移動することが可能である。
【0027】
図9に、本発明におけるWDM伝送時の構成概要を示す。ここでは基本となる3WDMの例を示す。図4に示す1チャネルの例が3つあるが、光伝送路は1つとし、その入出力にWDM信号を合波・分波するための合波器・分波器がある。これにより、1つの光伝送路を複数のWDM信号が伝搬する。
【0028】
図10は、本発明におけるWDM伝送時の光スペクトル模式図を示す。図9の構成のWDM時の光スペクトルを示す。ここでは、WDMチャネル間隔をF_chに設定し、ガードバンドをfgとする。
【0029】
図11に、本発明における光OFDM受信器の詳細な構成を示す。光OFDM受信器21は、光源23、90°ハイブリッド干渉系24、光電気変換器25、アナログ・デジタル変換器26、および信号処理部27を備えている。
【0030】
90°ハイブリッド干渉系24は、受信器2が有する光源23と、光OFDM信号を干渉させるものである。90°ハイブリッド干渉系24は、光源23を2分岐し、90°位相差を設けた状態で、光OFDM信号と干渉させ、I成分、Q成分として光出力する。光電気変換器25は、それぞれの成分のパワー変化を電気信号に変換し、その信号をアナログ・デジタル変換器26に出力する、アナログ・デジタル変換器26は、それぞれの信号をデジタル信号化した上で、信号処理部27に入力する。信号処理部27において光OFDM信号が復調される。サブキャリア情報送信部22は、信号処理部27からサブキャリア配置情報を受け取り、情報フィードバック経路に送信する機能を具備する。
【0031】
図12は、本発明における光OFDM受信器の受信信号処理フローを示す。
まず、OFDM信号を時間・周波数変換する。ここで、2つの別の処理が行われる。その一つは、(1)OFDM信号を受信するためのプロセスであり、もう1つは(2)キャリア周波数差計測プロセスである。
【0032】
(1)OFDM信号受信プロセス
手順A:周波数軸情報から、復調するOFDM信号を選択する。選択したOFDM信号をデジタルフィルタで抽出し、単一のOFDM信号の時間信号のみとする。
手順B:送信器の光源と受信器の光源とがそれぞれ具備する位相雑音の差分による位相雑音を補償する。その例として非特許文献1に記載されているRFパイロットトーン方式がある。
手順C:次に、送信信号に含まれる既知のパターンを用いてシンボル同期を行う。
手順D:同期によりシンボル位置を確認した上でFFTを行う。これにより時間軸から周波数軸信号に変換される。
手順E:次に、周波数軸において、各サブキャリアのパワーを算出する。閾値Pを超えるパワーを持つ成分が、サブキャリアであるとみなす。例えば、総サブキャリアのパワーの平均値を閾値とし、平均値を上回る成分にサブキャリアが配置されていると判断する。
手順F:上記に基づき、サブキャリアが配置されているところからサブキャリアを抽出する。
手順G:抽出された各サブキャリアをサブキャリア変調種別(例:QPSK)に応じてデマッピングし、バイナリデータ化する。これにより復調が完了する。
【0033】
(2)キャリア周波数差計測プロセス
時間軸・周波数軸変換された信号から、隣接光OFDM信号間のキャリア周波数差を計測する。設定値であるWDMチャネル間隔f_ch、周波数変動許容値Δf_limitから、サブキャリア配置情報を決定し、生成する。図13、14において、サブキャリア配置情報取得方法を説明する。
【0034】
図13は、本発明におけるサブキャリア配置情報取得方法であり、レーザの発振周波数変動が許容誤差範囲内の場合を示す。周波数軸において、左側の隣接チャネルとのキャリア周波数間隔はf_L(測定値)であり、右側のそれはf_R(測定値)である。
f_ch−Δf_limit<f_L<f_ch+Δf_limit且つ
f_ch−Δf_limit<f_R<f_ch+Δf_limitの場合、
即ち、f_Lとf_Rがf_chからの許容誤差範囲以内では、サブキャリア配置情報は初期値のまま(ここでは中央から両側に均等配置)である。
【0035】
図14は、本発明におけるサブキャリア配置情報取得方法であり、レーザの発振周波数変動が許容誤差範囲を超えた場合を示す。
f_ch−Δf_limit>f_L
になった場合である。この場合、サブキャリア配置情報を変更する。差分(f_ch−f_L)から、サブキャリア帯域B_sc×n(n:整数)を引いた際、Δf_limitより小さくなるような最小のnを算出する。つまり、
(f_ch−f_L)−B_sc×n<Δf_limit
を満たす最小のnを算出する。そのnを用いて、サブキャリア配置情報に、左側(低周波数側)から順に0をn個設定し、逆に右側(高周波数側)に1をn個設定する。同様に、右側にキャリアがシフトした場合も同様の手順を行うことでシフト可能である。
【0036】
この情報をサブキャリア情報送信部22が光送信部1に送付することにより、光送信部1は更新されたサブキャリア配置情報に基づいた信号を生成して送信する。これによりキャリアの周波数変動を補償することができる。
【0037】
また、上記実施形態の受信部において、隣接チャネルのキャリア周波数間隔を計測した値に基づいて制御が行われたが、受信器がローカルに具備する光源の周波数から、受信する光OFDM信号のキャリア周波数との差分値を用いて制御することも可能である。この周波数差|fc|が、f_limitを超えた場合、上記実施形態の(2)のプロセスと同様、左右いずれかのサブキャリア配置を逆側に移動することで、上記実施形態と同様の制御を行うことが可能である。
【0038】
また、上記実施形態の受信部において、サブキャリア配置の推定を、手順Eにおいて、パワーの閾値を用いて行うとしたが、受信部で算出したサブキャリア配置情報を用いることも可能である。
【0039】
この場合、まず、サブキャリア配置情報を受信した光送信部1は、周期的に挿入されるトレーニングシンボルから、新たな配置に変更する。
【0040】
手順Dにおいて、シンボル同期を行う際、光受信部2でマッチングを行うための新たな時間波形を生成する。更新されたサブキャリア配置情報に基づき、マッチング用時間波形を生成する。受信信号を、更新前のマッチング用時間波形で同期できなくなった場合、サブキャリア配置が変更されたシンボルが到着したと判断し、再度その受信信号に対し、更新されたマッチング用時間波形を用いて同期を行う。これにより同期が可能となる。
【0041】
また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【0042】
1 光送信部
11 光OFDM送信器
12 サブキャリア情報受信部
13 光源
14 光変調器
15 OFDMベースバンド信号発生器
2 光受信部
21 光OFDM受信器
22 サブキャリア情報送信部
23 光源
24 90°ハイブリッド干渉系
25 光電気変換器
26 アナログ・デジタル変換器
27 信号処理部
【技術分野】
【0001】
本発明は、光通信分野に関するものである。より詳細には、光直交周波数分割多重(OFDM)伝送方式による送受信システムおよびその方法に関する。
【背景技術】
【0002】
OFDM変調は、送信データを複数のサブキャリアを用いて並列に伝送する方式であり(非特許文献1)、各サブキャリアのシンボル・レートが比較的低くなるためシンボル間干渉に強く、デジタル地上波放送や、無線LAN(Local Area Network)システムで既に使用されており、光通信システムへの適用についても検討されている。
【0003】
従来、光OFDM信号変調方式を1チャネルとした波長分割多重(WDM)通信技術が提案されている。図1に示す非特許文献2のように、複数のキャリアをバンド化した光OFDM信号は矩形上の光スペクトルをしているため、隣接するWDMチャネルとの周波数間隔を狭めることが可能であり、高い周波数利用効率を示すことが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】伊丹 誠、「わかりやすいOFDM技術」、オーム社、2005
【非特許文献2】H. Takahashi, A. A. Amin, S. L. Jansen, I.Morita and H. Tanaka, “Highly Spectrally Efficient DWDM Transmission at 7.0b/s/Hz Using 8 65.1-Gb/s Coherent PDM-OFDM,” J. Lightw. Technol.,vol. 28, no.4, pp.406-414, 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、図2aに示すとおり、光OFDM信号は、サブキャリアのバンドであるメインローブの他、その周囲にサイドローブが存在する。そのため、光OFDM信号のサイドローブが、隣接する他の光OFDM信号のメインローブに重ならないよう、ガードバンドを設けて、干渉による信号劣化を防いでいる。しかし、光OFDM信号を生成する際にキャリア信号となるレーザの発振周波数は変動してしまうため、図2bに示すように、ガードバンドが狭くなり、バンド間が干渉する状態が発生し、自己および隣接チャネルともに信号劣化が発生してしまう問題があった。そのため、図2cに示すように、レーザの変動周波数範囲を考慮し、ガードバンドをより広くとらねばならず、周波数利用効率が上げられないという課題があった。
【0006】
例として、図3にWDMチャネル間隔とビットエラーレート(BER)の関係の計算結果例を示す。逆フーリエ変換(IFFT)のサイズを128、サブキャリア数を108とした光OFDM信号を隣接させた場合であり、光OFDM信号の帯域幅は約8.5GHzである。理解を容易にするため、ガウシアンノイズを付与し、干渉による信号劣化が無い領域ではBERが一定となるようにした。WDMチャネル間隔が10GHzから9GHz近傍まではチャネル間干渉が見られないが、9GHzから8.5GHzにかけてBERが急激に劣化する傾向が見て取れる。即ち、従来は、レーザの発振周波数の変動範囲を考慮して、BERが劣化しないよう十分にWDMチャネル間隔を設定する必要があった。
【0007】
したがって、本発明は、WDMチャネル間隔を広く設定することなく、隣接チャネルとの干渉による信号劣化を防ぐことが可能な光OFDM伝送方式による送受信システムおよびその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】
【0008】
上記目的を実現するため本発明による光OFDM信号送受信システムは、サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアが配置された光OFDM信号を生成し、送信する光OFDM信号送信手段と、前記サブキャリア配置情報を受信部から受信するサブキャリア情報受信手段とを備える送信部と、前記光OFDM信号を受信して、該信号からサブキャリア配置情報を生成する光OFDM信号受信手段と、前記サブキャリア配置情報を前記送信部に送信するサブキャリア情報送信手段とを備える受信部と、から構成される。
【0009】
また、前記光OFDM信号受信手段は、前記光OFDM信号送信手段の送信レーザの発振周波数の変動を確認し、該変動が所定の変動許容閾値を超えた場合、キャリア周波数間隔が狭くなった側と逆側に、サブキャリアを移動したサブキャリア配置情報を生成することも好ましい。
【0010】
また、前記光OFDM信号受信手段は、隣接するWDMチャネル間隔を計測し、設定値であるWDMチャネル間隔との差が、所定の周波数変動許容値を超えた場合、サブキャリア配置を右または左に移動させることにより、前記隣接するWDMチャネル間隔と前記WDMチャネル間隔との差が、所定の周波数変動許容値内となるサブキャリア配置情報を生成することも好ましい。
【0011】
また、前記光OFDM信号受信手段は、光源をさらに有し、
前記光OFDM信号受信手段は、受信する光OFDM信号のキャリア周波数を計測し、前記光源の周波数との差が、所定の周波数変動許容値を超えた場合、
サブキャリア配置を右または左に移動させることにより、前記キャリア周波数と前記光源の周波数との差が、所定の周波数変動許容値内となるサブキャリア配置情報を生成することも好ましい。
【0012】
また、前記光OFDM信号受信手段は、光OFDM信号の周波数軸信号において、各サブキャリアのパワーから、サブキャリアの配置を推定することも好ましい。
【0013】
また、前記光OFDM信号送信手段は、トレーニングシンボルのタイミングで、更新されたサブキャリア配置情報を用いてサブキャリアの配置を変更し、前記光OFDM信号受信手段は、更新前のサブキャリア配置情報を用いてシンボル同期を行うことできなかった場合、更新後のサブキャリア配置情報を用いてシンボル同期を行うことも好ましい。
【0014】
上記目的を実現するため本発明による光OFDM信号送受信方法は、サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアが配置された光OFDM信号を生成し、送信する光OFDM信号送信ステップと、前記光OFDM信号を受信して、該信号からサブキャリア配置情報を生成する光OFDM信号受信ステップと、前記サブキャリア配置情報を送信するサブキャリア情報送信ステップと、前記サブキャリア配置情報を受信するサブキャリア情報受信ステップとを有する。
【発明の効果】
【0015】
本発明の光OFDM信号伝送の送受信システムによれば、WDMチャネル間隔を広く設定することなく、隣接チャネルとの干渉による信号劣化を防ぎ、周波数利用効率を向上するという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】複数のキャリアをバンド化した光OFDM信号を示す。
【図2】光OFDM信号を用いたWDM伝送の従来例が含有する問題点を示す。
【図3】WDMチャネル間隔とビットエラーレート(BER)の関係の計算結果例を示す。
【図4】単一チャネルの場合での本発明の光OFDM送受信システムの構成概要を示す。
【図5】本発明における光OFDM送受信システムの動作概念図を示す。
【図6】本発明における光OFDM送信器の詳細な構成を示す。
【図7】本発明における光OFDMベースバンド信号発生手順について示す。
【図8】本発明におけるサブキャリア配置情報を示す。
【図9】本発明におけるWDM伝送時の構成概要を示す。
【図10】本発明におけるWDM伝送時の光スペクトル模式図を示す。
【図11】本発明における光OFDM受信器の詳細な構成を示す。
【図12】本発明における光OFDM受信器の受信信号処理フローを示す。
【図13】本発明におけるサブキャリア配置情報取得方法であり、レーザの発振周波数変動が許容誤差範囲内の場合を示す。
【図14】本発明におけるサブキャリア配置情報取得方法であり、レーザの発振周波数変動が許容誤差範囲を超えた場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図4は、単一チャネルの場合での本発明の光OFDM送受信システムの構成概要を示す。光OFDM送受信システムは、光送信部1と光受信部2から構成される。光送信部1は、光OFDM送信器11とサブキャリア情報受信部12を備え、光受信部2は、光OFDM受信器21とサブキャリア情報送信部22を備える。光OFDM送信器11は、サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアを配置した光OFDM信号を生成して、送信する。光OFDM送信器11から送信される光OFDM信号は、光伝送路を通過し、光OFDM受信器21に至り受信される。光OFDM受信器21は、受信した光OFDM信号からサブキャリア配置情報を生成する機能を有する。光受信部2のサブキャリア情報送信部22は、このサブキャリア配置情報を情報フィードバック経路を通して、光送信部1のサブキャリア情報受信部12に送信する。
【0018】
図5は、本発明における光OFDM送受信システムの動作概念図を示す。図5aの初期状態において、受信器2は、複数の光OFDMチャネルを受信し、そのキャリア周波数間隔を計測する。送信レーザの発振周波数が変動した場合、図5bのように、受信器2が、送信レーザの発振周波数の変動を確認し、その変動が変動許容閾値を超えた場合(つまり、ガードバンドが許容値より小さくなった場合)、図5cのように数本のサブキャリアを、キャリア周波数間隔が狭くなった側と逆側に移動するようにサブキャリア配置を変更するサブキャリア配置情報を作成する。サブキャリア情報送信部22は、情報フィードバック経路を通して、送信器1にこのサブキャリア配置情報を通知し、送信器1がサブキャリア情報受信部12でサブキャリア配置情報を受信する。送信器1の光OFDM送信器11は、このサブキャリア配置変更情報に基づいて、図5dのような光OFDM信号を送信する。これにより、レーザの発振周波数変動が許容誤差範囲を超えた場合でも、ガードバンドを許容値以内に維持できる。これにより信号劣化を抑制できる。
【0019】
図6は、本発明における光OFDM送信器の詳細な構成を示す。光OFDM送信器11は、光源13、光変調器14、OFDMベースバンド信号発生器15を備えている。光OFDM送信器11は、光源13からのレーザ光を光変調器14に入力する。OFDMベースバンド信号発生器15からの電気信号に基づき、光変調器14はレーザ光を光OFDM信号に変調する。光送信部1は、この信号を光伝送路に送信する。また、情報フィードバック経路から配信されるサブキャリア配置情報をサブキャリア情報受信部12が受信し、その情報をOFDMベースバンド信号発生器15に伝達する。
【0020】
図7は、本発明におけるOFDMベースバンド信号発生手順について示す。まず、光OFDM送信器11は、送信される情報をバイナリデータとして入力する。ここでは、サブキャリア数は4としている。
【0021】
次に、サブキャリアマッピングを行う。図では例としてQPSK(2bit/s/Hz)を用い、2ビットを複素数の1シンボルに割り当てる。マッピングの一例として、01を1−1i、11を1+1i、10を−1+1i、00を−1−1iとする。
【0022】
次に、サブキャリア配置情報を形成する。逆高速フーリエ変換(IFFT)の処理サイズであるIFFTサイズがサブキャリアの上限であり、そのIFFTサイズ内において必要なビットレートが得られるようにサブキャリアを配置する。即ち、サブキャリアを全て配置した場合が最大ビットレートR_maxとなり、ビットレートRはR_max×(サブキャリア数/IFFTサイズ)となる。
【0023】
次に、サブキャリア配置情報に基づき、サブキャリアを配置する。サブキャリアが配置されないところは、0とする。これをゼロパディングと呼び、周波数軸信号となる。
【0024】
次に、この周波数軸信号をIFFTすることにより、時間軸信号が生成される。この1回の処理で生成される時間軸信号が、1シンボルとなり、これを連続的に繰り返すことで、シンボル列となり、連続した光OFDM信号となる。
【0025】
この時間軸信号を、デジタル・アナログ変換し、電気信号発生器により、時間軸電気信号が発生される。この電気信号が、図6におけるOFDMベースバンド信号発生器15から光変調器14へ供給されるOFDMベースバンド信号である。
【0026】
図8に、本発明におけるサブキャリア配置情報を示す。横軸は周波数である。例1では、IFFTサイズ8に対しサブキャリア数4を、中央から左右均等に配置した例である。例2は、サブキャリアを中央から左に3、右に1としたもの、例3は左に1、右に3とそれぞれ配置したものであり、占有帯域幅を維持したまま、周波数軸を移動することが可能である。
【0027】
図9に、本発明におけるWDM伝送時の構成概要を示す。ここでは基本となる3WDMの例を示す。図4に示す1チャネルの例が3つあるが、光伝送路は1つとし、その入出力にWDM信号を合波・分波するための合波器・分波器がある。これにより、1つの光伝送路を複数のWDM信号が伝搬する。
【0028】
図10は、本発明におけるWDM伝送時の光スペクトル模式図を示す。図9の構成のWDM時の光スペクトルを示す。ここでは、WDMチャネル間隔をF_chに設定し、ガードバンドをfgとする。
【0029】
図11に、本発明における光OFDM受信器の詳細な構成を示す。光OFDM受信器21は、光源23、90°ハイブリッド干渉系24、光電気変換器25、アナログ・デジタル変換器26、および信号処理部27を備えている。
【0030】
90°ハイブリッド干渉系24は、受信器2が有する光源23と、光OFDM信号を干渉させるものである。90°ハイブリッド干渉系24は、光源23を2分岐し、90°位相差を設けた状態で、光OFDM信号と干渉させ、I成分、Q成分として光出力する。光電気変換器25は、それぞれの成分のパワー変化を電気信号に変換し、その信号をアナログ・デジタル変換器26に出力する、アナログ・デジタル変換器26は、それぞれの信号をデジタル信号化した上で、信号処理部27に入力する。信号処理部27において光OFDM信号が復調される。サブキャリア情報送信部22は、信号処理部27からサブキャリア配置情報を受け取り、情報フィードバック経路に送信する機能を具備する。
【0031】
図12は、本発明における光OFDM受信器の受信信号処理フローを示す。
まず、OFDM信号を時間・周波数変換する。ここで、2つの別の処理が行われる。その一つは、(1)OFDM信号を受信するためのプロセスであり、もう1つは(2)キャリア周波数差計測プロセスである。
【0032】
(1)OFDM信号受信プロセス
手順A:周波数軸情報から、復調するOFDM信号を選択する。選択したOFDM信号をデジタルフィルタで抽出し、単一のOFDM信号の時間信号のみとする。
手順B:送信器の光源と受信器の光源とがそれぞれ具備する位相雑音の差分による位相雑音を補償する。その例として非特許文献1に記載されているRFパイロットトーン方式がある。
手順C:次に、送信信号に含まれる既知のパターンを用いてシンボル同期を行う。
手順D:同期によりシンボル位置を確認した上でFFTを行う。これにより時間軸から周波数軸信号に変換される。
手順E:次に、周波数軸において、各サブキャリアのパワーを算出する。閾値Pを超えるパワーを持つ成分が、サブキャリアであるとみなす。例えば、総サブキャリアのパワーの平均値を閾値とし、平均値を上回る成分にサブキャリアが配置されていると判断する。
手順F:上記に基づき、サブキャリアが配置されているところからサブキャリアを抽出する。
手順G:抽出された各サブキャリアをサブキャリア変調種別(例:QPSK)に応じてデマッピングし、バイナリデータ化する。これにより復調が完了する。
【0033】
(2)キャリア周波数差計測プロセス
時間軸・周波数軸変換された信号から、隣接光OFDM信号間のキャリア周波数差を計測する。設定値であるWDMチャネル間隔f_ch、周波数変動許容値Δf_limitから、サブキャリア配置情報を決定し、生成する。図13、14において、サブキャリア配置情報取得方法を説明する。
【0034】
図13は、本発明におけるサブキャリア配置情報取得方法であり、レーザの発振周波数変動が許容誤差範囲内の場合を示す。周波数軸において、左側の隣接チャネルとのキャリア周波数間隔はf_L(測定値)であり、右側のそれはf_R(測定値)である。
f_ch−Δf_limit<f_L<f_ch+Δf_limit且つ
f_ch−Δf_limit<f_R<f_ch+Δf_limitの場合、
即ち、f_Lとf_Rがf_chからの許容誤差範囲以内では、サブキャリア配置情報は初期値のまま(ここでは中央から両側に均等配置)である。
【0035】
図14は、本発明におけるサブキャリア配置情報取得方法であり、レーザの発振周波数変動が許容誤差範囲を超えた場合を示す。
f_ch−Δf_limit>f_L
になった場合である。この場合、サブキャリア配置情報を変更する。差分(f_ch−f_L)から、サブキャリア帯域B_sc×n(n:整数)を引いた際、Δf_limitより小さくなるような最小のnを算出する。つまり、
(f_ch−f_L)−B_sc×n<Δf_limit
を満たす最小のnを算出する。そのnを用いて、サブキャリア配置情報に、左側(低周波数側)から順に0をn個設定し、逆に右側(高周波数側)に1をn個設定する。同様に、右側にキャリアがシフトした場合も同様の手順を行うことでシフト可能である。
【0036】
この情報をサブキャリア情報送信部22が光送信部1に送付することにより、光送信部1は更新されたサブキャリア配置情報に基づいた信号を生成して送信する。これによりキャリアの周波数変動を補償することができる。
【0037】
また、上記実施形態の受信部において、隣接チャネルのキャリア周波数間隔を計測した値に基づいて制御が行われたが、受信器がローカルに具備する光源の周波数から、受信する光OFDM信号のキャリア周波数との差分値を用いて制御することも可能である。この周波数差|fc|が、f_limitを超えた場合、上記実施形態の(2)のプロセスと同様、左右いずれかのサブキャリア配置を逆側に移動することで、上記実施形態と同様の制御を行うことが可能である。
【0038】
また、上記実施形態の受信部において、サブキャリア配置の推定を、手順Eにおいて、パワーの閾値を用いて行うとしたが、受信部で算出したサブキャリア配置情報を用いることも可能である。
【0039】
この場合、まず、サブキャリア配置情報を受信した光送信部1は、周期的に挿入されるトレーニングシンボルから、新たな配置に変更する。
【0040】
手順Dにおいて、シンボル同期を行う際、光受信部2でマッチングを行うための新たな時間波形を生成する。更新されたサブキャリア配置情報に基づき、マッチング用時間波形を生成する。受信信号を、更新前のマッチング用時間波形で同期できなくなった場合、サブキャリア配置が変更されたシンボルが到着したと判断し、再度その受信信号に対し、更新されたマッチング用時間波形を用いて同期を行う。これにより同期が可能となる。
【0041】
また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【0042】
1 光送信部
11 光OFDM送信器
12 サブキャリア情報受信部
13 光源
14 光変調器
15 OFDMベースバンド信号発生器
2 光受信部
21 光OFDM受信器
22 サブキャリア情報送信部
23 光源
24 90°ハイブリッド干渉系
25 光電気変換器
26 アナログ・デジタル変換器
27 信号処理部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアが配置された光OFDM信号を生成し、送信する光OFDM信号送信手段と、
前記サブキャリア配置情報を受信部から受信するサブキャリア情報受信手段と
を備える送信部と、
前記光OFDM信号を受信して、該信号からサブキャリア配置情報を生成する光OFDM信号受信手段と、
前記サブキャリア配置情報を前記送信部に送信するサブキャリア情報送信手段と
を備える受信部と、
から構成されることを特徴とする光OFDM信号送受信システム。
【請求項2】
前記光OFDM信号受信手段は、前記光OFDM信号送信手段の送信レーザの発振周波数の変動を確認し、該変動が所定の変動許容閾値を超えた場合、
キャリア周波数間隔が狭くなった側と逆側に、サブキャリアを移動したサブキャリア配置情報を生成することを特徴とする請求項1に記載の光OFDM信号送受信システム。
【請求項3】
前記光OFDM信号受信手段は、隣接するWDMチャネル間隔を計測し、設定値であるWDMチャネル間隔との差が、所定の周波数変動許容値を超えた場合、
サブキャリア配置を右または左に移動させることにより、前記隣接するWDMチャネル間隔と前記WDMチャネル間隔との差が、所定の周波数変動許容値内となるサブキャリア配置情報を生成することを特徴とする請求項1に記載の光OFDM信号送受信システム。
【請求項4】
前記光OFDM信号受信手段は、光源をさらに有し、
前記光OFDM信号受信手段は、受信する光OFDM信号のキャリア周波数を計測し、前記光源の周波数との差が、所定の周波数変動許容値を超えた場合、
サブキャリア配置を右または左に移動させることにより、前記キャリア周波数と前記光源の周波数との差が、所定の周波数変動許容値内となるサブキャリア配置情報を生成することを特徴とする請求項1に記載の光OFDM信号送受信システム。
【請求項5】
前記光OFDM信号受信手段は、光OFDM信号の周波数軸信号において、各サブキャリアのパワーから、サブキャリアの配置を推定することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光OFDM信号送受信システム。
【請求項6】
前記光OFDM信号送信手段は、トレーニングシンボルのタイミングで、更新されたサブキャリア配置情報を用いてサブキャリアの配置を変更し、
前記光OFDM信号受信手段は、更新前のサブキャリア配置情報を用いてシンボル同期を行うことできなかった場合、更新後のサブキャリア配置情報を用いてシンボル同期を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光OFDM信号送受信システム。
【請求項7】
サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアが配置された光OFDM信号を生成し、送信する光OFDM信号送信ステップと、
前記光OFDM信号を受信して、該信号からサブキャリア配置情報を生成する光OFDM信号受信ステップと、
前記サブキャリア配置情報を送信するサブキャリア情報送信ステップと、
前記サブキャリア配置情報を受信するサブキャリア情報受信ステップと
を有することを特徴とする光OFDM信号送受信方法。
【請求項1】
サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアが配置された光OFDM信号を生成し、送信する光OFDM信号送信手段と、
前記サブキャリア配置情報を受信部から受信するサブキャリア情報受信手段と
を備える送信部と、
前記光OFDM信号を受信して、該信号からサブキャリア配置情報を生成する光OFDM信号受信手段と、
前記サブキャリア配置情報を前記送信部に送信するサブキャリア情報送信手段と
を備える受信部と、
から構成されることを特徴とする光OFDM信号送受信システム。
【請求項2】
前記光OFDM信号受信手段は、前記光OFDM信号送信手段の送信レーザの発振周波数の変動を確認し、該変動が所定の変動許容閾値を超えた場合、
キャリア周波数間隔が狭くなった側と逆側に、サブキャリアを移動したサブキャリア配置情報を生成することを特徴とする請求項1に記載の光OFDM信号送受信システム。
【請求項3】
前記光OFDM信号受信手段は、隣接するWDMチャネル間隔を計測し、設定値であるWDMチャネル間隔との差が、所定の周波数変動許容値を超えた場合、
サブキャリア配置を右または左に移動させることにより、前記隣接するWDMチャネル間隔と前記WDMチャネル間隔との差が、所定の周波数変動許容値内となるサブキャリア配置情報を生成することを特徴とする請求項1に記載の光OFDM信号送受信システム。
【請求項4】
前記光OFDM信号受信手段は、光源をさらに有し、
前記光OFDM信号受信手段は、受信する光OFDM信号のキャリア周波数を計測し、前記光源の周波数との差が、所定の周波数変動許容値を超えた場合、
サブキャリア配置を右または左に移動させることにより、前記キャリア周波数と前記光源の周波数との差が、所定の周波数変動許容値内となるサブキャリア配置情報を生成することを特徴とする請求項1に記載の光OFDM信号送受信システム。
【請求項5】
前記光OFDM信号受信手段は、光OFDM信号の周波数軸信号において、各サブキャリアのパワーから、サブキャリアの配置を推定することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光OFDM信号送受信システム。
【請求項6】
前記光OFDM信号送信手段は、トレーニングシンボルのタイミングで、更新されたサブキャリア配置情報を用いてサブキャリアの配置を変更し、
前記光OFDM信号受信手段は、更新前のサブキャリア配置情報を用いてシンボル同期を行うことできなかった場合、更新後のサブキャリア配置情報を用いてシンボル同期を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光OFDM信号送受信システム。
【請求項7】
サブキャリア配置情報に基づいてサブキャリアが配置された光OFDM信号を生成し、送信する光OFDM信号送信ステップと、
前記光OFDM信号を受信して、該信号からサブキャリア配置情報を生成する光OFDM信号受信ステップと、
前記サブキャリア配置情報を送信するサブキャリア情報送信ステップと、
前記サブキャリア配置情報を受信するサブキャリア情報受信ステップと
を有することを特徴とする光OFDM信号送受信方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2012−186673(P2012−186673A)
【公開日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−48558(P2011−48558)
【出願日】平成23年3月7日(2011.3.7)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成22年度、独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究/λアクセス技術の研究開発」、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
【出願人】(000208891)KDDI株式会社 (2,700)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年3月7日(2011.3.7)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成22年度、独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究/λアクセス技術の研究開発」、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
【出願人】(000208891)KDDI株式会社 (2,700)
【Fターム(参考)】
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