JP6912406B2 - Modulation method determination device and optical communication system - Google Patents
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Description
本発明は、光通信システムの変調方式の決定技術に関する。 The present invention relates to a technique for determining a modulation method of an optical communication system.
シャノンリミットに近づけるための様々な変調方式が提案されている。特許文献1は、2次元平面に配置される信号点を多次元空間に拡張した多次元変調方式を開示している。 Various modulation methods have been proposed to approach the Shannon limit. Patent Document 1 discloses a multidimensional modulation method in which signal points arranged on a two-dimensional plane are extended into a multidimensional space.
上記の様にさまざまな変調方式が提案されているが光通信システムに応じて所定の伝送速度を達成するために最適な変調方式は異なる。 As described above, various modulation methods have been proposed, but the optimum modulation method for achieving a predetermined transmission speed differs depending on the optical communication system.
本発明は、光通信システムに応じた変調方式を決定する技術を提供するものである。 The present invention provides a technique for determining a modulation method according to an optical communication system.
本発明の一態様によると、光通信システムで使用する変調方式の決定装置は、前記光通信システムの周波数応答特性を模擬するフィルタ手段を使用して、目標伝送速度及び目標誤り率となる、複数の変調方式それぞれの信号対雑音比を判定する判定手段と、前記信号対雑音比が所定値以下である候補変調方式から1つの変調方式を選択する選択手段と、を備え、前記選択手段は、前記候補変調方式の周波数利用効率を求め、信号対雑音比と周波数利用効率の上限値との関係を示すグラフまで、前記候補変調方式の前記周波数利用効率及び前記信号対雑音比を示す座標から法線を引き、当該法線の最も短い座標に対応する前記候補変調方式を前記1つの変調方式として選択することを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, a plurality of modulation method determining devices used in an optical communication system have a target transmission speed and a target error rate by using a filter means that simulates the frequency response characteristics of the optical communication system. A determination means for determining the signal-to-noise ratio of each of the modulation methods of the above , and a selection means for selecting one modulation method from the candidate modulation methods having the signal-to-noise ratio of a predetermined value or less. The frequency utilization efficiency of the candidate modulation method is obtained, and up to a graph showing the relationship between the signal-to-noise ratio and the upper limit of the frequency utilization efficiency, the method is performed from the coordinates showing the frequency utilization efficiency and the signal-to-noise ratio of the candidate modulation method. A line is drawn and the candidate modulation method corresponding to the shortest coordinate of the normal line is selected as the one modulation method .
本発明によると、光通信システムに応じた変調方式を決定することができる。 According to the present invention, it is possible to determine the modulation method according to the optical communication system.
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are examples, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments. Further, in each of the following figures, components that are not necessary for the description of the embodiment will be omitted from the drawings.
図1は、本実施形態による変調方式の決定装置の構成図である。変調方式の決定装置は、光通信システムで使用する変調方式を決定するものである。保持部10は、候補とする複数の変調方式を保持している。変調方式は、複素平面において1つ以上のビットを表す座標の数と、各座標の座標位置と、次元と、により区別される。さらに、本実施形態では、目標伝送速度が決まっているため、変調方式と目標伝送速度により、変調方式毎にシンボル速度(ボーレート)が一意に決まる。したがって、本実施形態において、変調方式は、複素平面においてビットを表す座標の数、各座標の座標位置と、次元と、シンボル速度と、により特定される。保持部10は、保持している変調方式から1つの変調方式を選択し、選択した変調方式を模擬部20に通知する。模擬部20は、保持部10から通知された変調方式でのシミュレーションを行って、当該変調方式の信号対雑音比(SNR)と誤り率(BER:ビットエラーレート)との関係を求める。模擬部20は、保持部10が保持している総ての変調方式についてシミュレーションを行うことで、変調方式それぞれについて、SNRとBERとの関係を求める。図3は、2つの変調方式のSNRとBERとの関係を示している。
FIG. 1 is a configuration diagram of a modulation method determination device according to the present embodiment. The modulation method determination device determines the modulation method used in the optical communication system. The holding
図2は、模擬部20の構成図である。なお、フィルタ部23は、変調方式決定対象の光通信システムの周波数応答特性と同じ周波数応答特性となる様に構成しておく。ここで、光通信システムの周波数応答特性は、光送信機における光変調器から光受信機の光復調部までの周波数応答特性である。この周波数応答特性は、例えば、光送信機に使用されている光変調器、光受信機に使用されている光復調器、光変調器から光復調器の間にある光増幅器等の光学部品の特性により計算で求める。BER測定部21は、所定の疑似ランダムビット列のデータを出力する。変調部22は、BER測定部21が出力するデータに基づき、保持部10から通知された変調方式に従う信号を生成して出力する様に構成される。この信号は、フィルタ部23で変調方式決定対象の光通信システムの周波数応答特性に基づきフィルタ処理される。SNR調整部24は、設定部26からの指示に基づき復調部25が受信する信号のSNRが、設定部26から指示されたSNRとなる様にフィルタ部23が出力する信号に雑音を付加する。復調部25は、SNR調整部24が出力する信号を、保持部10から通知された変調方式に従い復調し、復調結果をBER測定部21に出力する。BER測定部21は、変調部22に出力したデータと、復調部25から受信する復調結果とに基づき、BERを判定して設定部26に出力する。これにより、あるSNRに対するBERが判定される。設定部26は、BER測定部21からBERを受信すると、SNR調整部24に通知するSNRを変更する。この様に、SNR毎のBERを判定することで、設定部26は、保持部10から通知された変調方式のSNRとBERの関係を取得する。そして、設定部26は保持部10から通知された変調方式のSNRとBERとの関係を特性判定部30に出力する。なお、模擬部20は、変調方式決定対象の光通信システムを模擬するものであり、例えば、所定のプログラムを実行するプロセッサによる実現することができる。つまり、変調部22や復調部25は、変調方式決定対象の光通信システムに実際に用いられる光変調器や光復調器を使用する必要はない。
FIG. 2 is a configuration diagram of the
特性判定部30には、BERの目標値が設定されている。例えば、図3の点線は、目標BERを示している。図3より、変調方式50では、目標BERとなるSNRはでA(dB)であり、変調方式51では、目標BERとなるSNRはB(dB)である。特性判定部30は、各変調方式について、目標BERとなるSNRと周波数効率(SE)との関係を判定する。SEとは、変調方式により決まる信号の占有帯域及び次元数でビットレートを除した値である。図4は、4つの変調方式について、目標BERとなるSNRとSEとの値を、それぞれ座標61〜64として示している。また、図4には、シャノンリミット60も示している。シャノンリミット60は、各SNRにおけるSEの限界値である。なお、図4のC(dB)は、変調方式決定対象の光伝送システムの光受信機での設計SNR値である。特性判定部30は、目標BERとなるSNRが設計SNR値であるC(dB)より高い変調方式を除外し、目標BERとなるSNRが設計SNR値であるC(dB)以下である変調方式を候補変調方式とする。そして、特性判定部30は、候補変調方式について、SNRとSEとの関係を判定する。
A target value of BER is set in the
特性判定部30は、図4に示す様に、各変調方式に対応する座標61〜64からシャノンリミット60に法線を引き、シャノンリミット60上の座標65〜68をそれぞれ求める。そして、特性判定部30は、座標61と座標65を結ぶ法線の長さ、座標62と座標66を結ぶ法線の長さ、座標63と座標67を結ぶ法線の長さ、座標64と座標68を結ぶ法線の長さをそれぞれ求める。最後に、特性判定部30は、座標61〜64の内、シャノンリミット60までの法線の長さが最も短い座標に対応する変調方式を、決定対象の光通信システムの変調方式として出力する。例えば、図4では、座標62に対する変調方式が、決定対象の光通信システムの変調方式として出力される。
As shown in FIG. 4, the
ここで、法線の長さが最も短い変調方式に決定する理由について説明する。例えば、座標64に対応する変調方式は、最も低いSNRで、目標BERを達成することができるが、SEは、4つの変調方式の中で最も低い。一方、座標61に対応する変調方式は、4つの変調方式の中で最もSEが高いが、目標BERを達成するために必要なSNRが最も高い。つまり、決定対象の光通信システムの設計SNR値に対するマージン(雑音マージン)が最も小さく、雑音に弱くなる。本実施形態では、雑音マージンとSEとの両方を考慮し、よって、法線の長さが最も短い変調方式を選択する。この構成により、雑音マージン及びSEの両方を考慮した最適な変調方式を選択することができる。さらに、変調方式で決まるSNRとBERの理論値ではなく、決定対象の光通信システムの周波数応答特性を考慮して変調方式を選択する。即ち周波数応答特性により生じる信号波形の劣化が各変調方式毎に一意に決まるシンボル速度に依存して異なることを反映することにより、実際の光通信システムに適した変調方式を選択することができる。 Here, the reason for determining the modulation method having the shortest normal length will be described. For example, the modulation scheme corresponding to coordinate 64 can achieve the target BER with the lowest SNR, but the SE is the lowest of the four modulation schemes. On the other hand, the modulation method corresponding to the coordinate 61 has the highest SE among the four modulation methods, but has the highest SNR required to achieve the target BER. That is, the margin (noise margin) with respect to the design SNR value of the optical communication system to be determined is the smallest, and it is vulnerable to noise. In this embodiment, both the noise margin and the SE are taken into consideration, and therefore the modulation method having the shortest normal length is selected. With this configuration, it is possible to select the optimum modulation method in consideration of both the noise margin and SE. Further, the modulation method is selected in consideration of the frequency response characteristics of the optical communication system to be determined, not the theoretical values of SNR and BER determined by the modulation method. That is, it is possible to select a modulation method suitable for an actual optical communication system by reflecting that the deterioration of the signal waveform caused by the frequency response characteristic differs depending on the symbol speed uniquely determined for each modulation method.
図5は、決定装置が決定した変調方式を使用する光通信システムを示している。図5において、光送信機と光受信機とを結ぶ光伝送路71は、現用伝送路であり、光伝送路72は、予備伝送路である。なお、図示する様に、光送信機の光変調器及び光受信機の光復調器は、光伝送路71及び光伝送路72で共用する。つまり、光変調器は、通常時、光伝送路71に変調光を送信し、光伝送路72には光信号は送信されない。そして、光復調器は、通常時、光伝送路71から変調光を受信して復調する。また、障害が発生すると、光変調器は、光伝送路71への送信を停止して光伝送路72に変調光を送信し、光復調器は、光伝送路72から変調光を受信して復調する。また、光変調器及び光復調器は、それぞれ、図示しない制御部から指示される変調方式に従い変調及び復調を行うことができる様に構成される。
FIG. 5 shows an optical communication system using the modulation method determined by the determination device. In FIG. 5, the
光送信機及び光受信機の制御部は、それぞれ、決定装置が決定した光伝送路71で使用する変調方式と、光伝送路72で使用する変調方式と、を保持している。通常時、光送信機の制御部は、光変調器に光伝送路71で使用する変調方式を通知し、光受信機の制御部は、光復調器に光伝送路71で使用する変調方式を通知する。そして、光伝送路71の障害を検出すると、光送信機の制御部は、光変調器に光伝送路72で使用する変調方式を通知し、光受信機の制御部は、光復調器に光伝送路72で使用する変調方式を通知する。なお、光変調器が送信する変調光を光伝送路71又は光伝送路72に振り分ける光スイッチや、光伝送路71及び光伝送路72のいずれかからの変調光を光復調器に出力する光スイッチは図5から省略しているが、これら光スイッチも制御部が制御する。また、光伝送路71の障害の検出等は任意の方法を使用できる。
The control unit of the optical transmitter and the optical receiver holds a modulation method used in the
なお、本発明による決定装置は、例えば、光受信機に組み込むことができる。光受信機は、復調の際の等化処理で光通信システムの周波数応答特性を推定する。したがって、この周波数応答特性を利用して図2で説明したシミュレーションを行って各光伝送路に最適な変調方式を決定することができる。この決定した変調方式は、例えば、図示しないネットワークの管理装置を介して光送信機に通知される。 The determination device according to the present invention can be incorporated into, for example, an optical receiver. The optical receiver estimates the frequency response characteristics of the optical communication system by equalization processing at the time of demodulation. Therefore, it is possible to determine the optimum modulation method for each optical transmission line by performing the simulation described in FIG. 2 by utilizing this frequency response characteristic. The determined modulation method is notified to the optical transmitter, for example, via a network management device (not shown).
また、本実施形態において、模擬部20は、各変調方式についてSNRを変化させながら、BERを求めていた。しかしながら、目標BERがあらかじめ決まっているため、目標BERとするためのSNRを求めればよく、ある変調方式について、目標BERとするSNRが判定されると、当該変調方式に対する処理を終了し、次の変調方式に対する処理を開始する構成とすることもできる。
Further, in the present embodiment, the
なお、本発明による決定装置は、コンピュータを上記決定装置として動作させるプログラムにより実現することができる。これらコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。 The determination device according to the present invention can be realized by a program that operates the computer as the determination device. These computer programs are stored in a computer-readable storage medium or can be distributed over a network.
23:フィルタ部、20:模擬部、30:特性判定部 23: Filter unit, 20: Simulation unit, 30: Characteristic determination unit
Claims (3)
前記光通信システムの周波数応答特性を模擬するフィルタ手段を使用して、目標伝送速度及び目標誤り率となる、複数の変調方式それぞれの信号対雑音比を判定する判定手段と、
前記信号対雑音比が所定値以下である候補変調方式から1つの変調方式を選択する選択手段と、
を備え、
前記選択手段は、前記候補変調方式の周波数利用効率を求め、信号対雑音比と周波数利用効率の上限値との関係を示すグラフまで、前記候補変調方式の前記周波数利用効率及び前記信号対雑音比を示す座標から法線を引き、当該法線の最も短い座標に対応する前記候補変調方式を前記1つの変調方式として選択することを特徴とする決定装置。 It is a modulation method determination device used in optical communication systems.
A determination means for determining the signal-to-noise ratio of each of the plurality of modulation methods, which is the target transmission speed and the target error rate, by using the filter means that simulates the frequency response characteristics of the optical communication system.
A selection means for selecting one modulation method from the candidate modulation methods in which the signal-to-noise ratio is equal to or less than a predetermined value, and
Equipped with a,
The selection means obtains the frequency utilization efficiency of the candidate modulation method, and up to a graph showing the relationship between the signal-to-noise ratio and the upper limit value of the frequency utilization efficiency, the frequency utilization efficiency of the candidate modulation method and the signal-to-noise ratio. A determination device, characterized in that a normal line is drawn from the coordinates indicating the above, and the candidate modulation method corresponding to the shortest coordinate of the normal line is selected as the one modulation method.
光受信機と、
前記光送信機と前記光受信機とを接続する第1光伝送路と、
前記光送信機と前記光受信機とを接続する第2光伝送路と、
を有するシステムであって、
前記光送信機及び前記光受信機は、請求項1又は2に記載された決定装置が前記第1光伝送路に対して決定した第1変調方式と、前記第2光伝送路に対して決定した第2変調方式と、を示す情報を有し、
前記光送信機と前記光受信機とは、前記第1光伝送路が正常であると、前記第1光伝送路を介して前記第1変調方式に従う変調光で通信し、前記第1光伝送路に障害が発生し、かつ、前記第2光伝送路が正常であると、前記第2光伝送路を介して前記第2変調方式に従う変調光で通信する、ことを特徴とする光通信システム。 With an optical transmitter
With an optical receiver
A first optical transmission line connecting the optical transmitter and the optical receiver,
A second optical transmission line connecting the optical transmitter and the optical receiver,
Is a system that has
The optical transmitter and the optical receiver are determined for the first modulation method determined by the determination device according to claim 1 or 2 for the first optical transmission line and for the second optical transmission line. It has information indicating that the second modulation method is used.
When the first optical transmission line is normal, the optical transmitter and the optical receiver communicate with each other via the first optical transmission line with modulated light according to the first modulation method, and perform the first optical transmission. An optical communication system characterized in that when an obstacle occurs in a path and the second optical transmission line is normal, communication is performed via the second optical transmission line with modulated light according to the second modulation method. ..
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