特許 6786404 送信装置、受信装置、通信システム及び通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6786404

(24)【登録日】2020年10月30日

(45)【発行日】2020年11月18日

(54)【発明の名称】送信装置、受信装置、通信システム及び通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04L 27/26 20060101AFI20201109BHJP

   H04L 27/34 20060101ALI20201109BHJP

   H04B 10/03 20130101ALI20201109BHJP

【ＦＩ】

   H04L27/26 100

   H04L27/34

   H04B10/03

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-2382(P2017-2382)

(22)【出願日】2017年1月11日

(65)【公開番号】特開2018-113566(P2018-113566A)

(43)【公開日】2018年7月19日

【審査請求日】2019年1月16日

【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２８年度 国立開発研究法人情報通信研究機構「空間多重フォトニックノード基盤技術の研究開発」副題「空間多重光通信技術を適用したスケーラブルフォトニックノードの研究」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(74)【代理人】

【識別番号】100131886

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 隆志

(74)【代理人】

【識別番号】100170667

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 浩次

(72)【発明者】

【氏名】高橋 英憲

【審査官】 川口 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０２７６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５１５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１０６４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０３６７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｌ ２７／２６

Ｈ０４Ｌ ２７／３４ − ２７／３８

Ｈ０４Ｂ １０／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれがデータを搬送する２つの搬送信号を生成する第１生成手段と、
前記２つの搬送信号を所定の伝達関数に対応する２×２行列に基づき変換することで２つの送信信号を生成する第２生成手段と、
を備えており、
前記２つの送信信号のそれぞれは、同じ通信媒体に形成された異なるチャネルで伝送され、
前記伝達関数に対応する２×２行列は、直交行列とは異なる２×２行列であり、前記２つの送信信号それぞれに付加されたノイズのレベルに拘わらず、前記２つの送信信号それぞれにノイズを付加した信号を、前記伝達関数に対応する２×２行列の逆行列により変換して得られる２つの信号が、前記２つの搬送信号それぞれに同じレベルのノイズを付加したものとなる様に決定されていることを特徴とする送信装置。

【請求項2】

前記伝達関数に対応する２×２行列は、

【数1】

であることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。

【請求項3】

２つの受信信号を受信する受信装置であって、
前記２つの受信信号は、２つの送信信号それぞれを同じ通信媒体に形成された異なるチャネルで伝送したものであり、
前記２つの送信信号は、それぞれがデータを搬送する２つの搬送信号を所定の伝達関数に対応する２×２行列に基づき変換することで生成されたものであり、
前記受信装置は、前記２つの受信信号を前記伝達関数に対応する２×２行列の逆行列に基づき変換することで２つの受信搬送信号を生成する生成手段と、
前記２つの受信搬送信号に基づき前記２つの搬送信号のそれぞれが搬送するデータを判定する判定手段と、
を備え、
前記伝達関数に対応する２×２行列は、直交行列とは異なる２×２行列であり、前記２つの送信信号それぞれに付加されたノイズのレベルに拘わらず、前記２つの受信搬送信号が、前記２つの搬送信号に同じレベルのノイズを付加したものとなる様に決定されていることを特徴とする受信装置。

【請求項4】

前記伝達関数に対応する２×２行列は、

【数2】

であることを特徴とする請求項３に記載の受信装置。

【請求項5】

同じ通信媒体に形成された２つのチャネルを介して通信する送信装置と受信装置とを含む通信システムであって、
前記送信装置は、
それぞれがデータを搬送する２つの搬送信号を生成する第１生成手段と、
前記２つの搬送信号を所定の伝達関数に対応する２×２行列に基づき変換することで２つの送信信号を生成する第２生成手段と、
前記２つの送信信号を、前記２つのチャネルに送信する送信手段と、
を備えており、
前記受信装置は、
前記２つのチャネルを介して受信した２つの受信信号を前記伝達関数に対応する２×２行列の逆行列に基づき変換することで２つの受信搬送信号を生成する第３生成手段と、
前記２つの受信搬送信号に基づき前記２つの搬送信号のそれぞれが搬送するデータを判定する判定手段と、
を備えており、
前記伝達関数に対応する２×２行列は、直交行列とは異なる２×２行列であり、前記２つの送信信号それぞれに付加されたノイズのレベルに拘わらず、前記２つの受信搬送信号が、前記２つの搬送信号に同じレベルのノイズを付加したものとなる様に決定されていることを特徴とする通信システム。

【請求項6】

前記伝達関数に対応する２×２行列は、

【数3】

であることを特徴とする請求項５に記載の通信システム。

【請求項7】

送信装置と受信装置とが、同じ通信媒体に形成された２つのチャネルを介して通信する通信方法であって、
それぞれがデータを搬送する２つの搬送信号を前記送信装置が生成する第１生成ステップと、
前記２つの搬送信号を所定の伝達関数に対応する２×２行列に基づき変換することで２つの送信信号を前記送信装置が生成する第２生成ステップと、
前記送信装置が前記２つの送信信号を、前記２つのチャネルに送信する送信ステップと、
前記２つのチャネルを介して受信した２つの受信信号を前記伝達関数に対応する２×２行列の逆行列に基づき変換することで２つの受信搬送信号を生成する第３生成ステップと、
前記２つの受信搬送信号に基づき前記２つの搬送信号のそれぞれが搬送するデータを前記受信装置が判定する判定ステップと、
を含み、
前記伝達関数に対応する２×２行列は、直交行列とは異なる２×２行列であり、前記２つの送信信号それぞれに付加されたノイズのレベルに拘わらず、前記２つの受信搬送信号が、前記２つの搬送信号に同じレベルのノイズを付加したものとなる様に決定されていることを特徴とする通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１つの通信媒体に形成された複数のチャネルを介して行う通信技術に関する。

【背景技術】

【0002】

通信システムにおいては、１つの通信媒体の有効利用のため、例えば、多重化技術を使用して、１つの通信媒体に複数のチャネルを設けることが行われる。例えば、特許文献１は、光ファイバの１つのコアに異なる波長の複数の信号を多重する波長多重を開示している。この場合、１つの波長が１つのチャネルに対応する。また、特許文献２は、互いに直交する偏波の光信号を１つの光ファイバコアで伝送する偏波多重を開示している。この場合、各偏波がそれぞれ１つのチャネルに対応する。さらに、特許文献３は、１つの光ファイバコアに異なる伝送モードの信号を多重するモード多重を開示している。この場合、各伝送モードが１つのチャネルに対応する。さらに、特許文献４は、１つの光ファイバに複数のコアを設けるマルチコア光ファイバを開示している。マルチコア光ファイバの１つのコアで１つのデータ系列を搬送する光信号を送信する場合、１つのコアが１つのチャネルに対応する。また、マルチコア光ファイバの各コアには、例えば、波長多重信号等の多重化された光信号を入力することができる。この場合、各コアの各波長が、それぞれ、チャネルに対応する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−２０８１００号公報

【特許文献2】特開２０１４−２２０８２２号公報

【特許文献3】特開２０１６−０６３３７２号公報

【特許文献4】特開２０１６−０９５３７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

同じ通信媒体に形成された複数のチャネルは、それぞれ、異なる伝送路として扱われるが、同じ通信媒体を介するものであっても、各チャネルの品質は異なり得る。例えば、４つのチャネル＃１、＃２、＃３及び＃４が１つの通信媒体に形成され、送信データＡをチャネル＃１で伝送し、送信データＢをチャネル＃２で伝送し、送信データＣをチャネル＃３で伝送し、送信データＤをチャネル＃４で伝送するものとする。このとき、チャネル＃１〜＃３の品質は良好であるが、チャネル＃４の品質が悪いと、送信データＤには多くのエラーが生じ得る。

【0005】

本発明は、１つの通信媒体に複数のチャネルを形成して伝送する通信システムの送信装置及び受信装置であって、各チャネルの品質の差により当該通信システムで搬送されるデータが受ける影響の差を抑えることができる送信装置、受信装置、通信システム及び通信方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によると、送信装置は、それぞれがデータを搬送する２つの搬送信号を生成する第１生成手段と、前記２つの搬送信号を所定の伝達関数に対応する２×２行列に基づき変換することで２つの送信信号を生成する第２生成手段と、を備えており、前記２つの送信信号のそれぞれは、同じ通信媒体に形成された異なるチャネルで伝送され、前記伝達関数に対応する２×２行列は、直交行列とは異なる２×２行列であり、前記２つの送信信号それぞれに付加されたノイズのレベルに拘わらず、前記２つの送信信号それぞれにノイズを付加した信号を、前記伝達関数に対応する２×２行列の逆行列により変換して得られる２つの信号が、前記２つの搬送信号それぞれに同じレベルのノイズを付加したものとなる様に決定されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によると、各チャネルの品質の差により通信システムで搬送されるデータが受ける影響の差を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態による送信装置の構成図。

【図2】一実施形態による受信装置の構成図。

【図3】一実施形態による送信装置の構成図。

【図4】一実施形態による受信装置の構成図。

【図5】一実施形態による処理部の構成図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

＜第一実施形態＞
以下では、１つの通信媒体に形成されるチャネル数を２として説明するが、当業者は、以下の各実施形態で説明する内容を、３以上のチャネル数に適用させることができる。また、以下の説明において、１つの通信媒体に形成された２つのチャネルをチャネル＃１及びチャネル＃２と呼ぶものとする。また、送信すべきデータ系列の数をチャネル数と同じ２つとし、それぞれ、送信データＡ及びＢと表記する。

【0011】

図１は、本実施形態による送信装置の構成図である。送信データＡはビット分離部１１に入力され、送信データＢはビット分離部１２に入力される。ビット分離部１１は、送信データＡをビット毎に分離し、データ系列Ａ１及びＡ２を出力する。同様に、ビット分離部１２は、送信データＢをビット毎に分離し、データ系列Ｂ１及びＢ２を出力する。ビット多重部１３は、入力されるデータ系列Ａ１及びＢ１をビット多重し、データ系列Ａ１Ｂ１を出力する。同様に、ビット多重部１４は、入力されるデータ系列Ａ２及びＢ２をビット多重し、データ系列Ａ２Ｂ２を出力する。送信部１５は、データ系列Ａ１Ｂ１に基づき、変調や増幅等のチャネル＃１に信号を出力するのに必要な処理を行う。同様に、送信部１６は、データ系列Ａ２Ｂ２に基づき、変調や増幅等のチャネル＃２に信号を出力するのに必要な処理を行う。なお、チャネル＃１及びチャネル＃２は、例えば、光ファイバといった１つの通信媒体に形成されている。

【0012】

図２は、本実施形態による受信装置の構成図である。受信部２１及び２２は、それぞれ、図１に示す送信装置がそれぞれチャネル＃１及び＃２に送信した信号を受信し、復調等の処理を行う。受信部２１は、データ系列Ａ１Ｂ１を出力し、受信部２２は、データ系列Ａ２Ｂ２を出力する。ビット分離部２３は、データ系列Ａ１Ｂ１をビット毎に分離し、データ系列Ａ１及びＢ１をそれぞれ出力する。同様に、ビット分離部２４は、データ系列Ａ２Ｂ２をビット毎に分離し、データ系列Ａ２及びＢ２をそれぞれ出力する。ビット多重部２５は、入力されるデータ系列Ａ１及びＡ２をビット多重し、これにより、送信データＡを出力する。同様に、ビット多重部２６は、入力されるデータ系列Ｂ１及びＢ２をビット多重し、これにより、送信データＢを出力する。

【0013】

本実施形態によると、送信データＡの各ビットの内、その半分はチャネル＃１で伝送され、残りの半分は、チャネル＃２で伝送される。送信データＢについても同様である。したがって、送信データＡ及び送信データＢのビット誤り率は、チャネル＃１及びチャネル＃２の品質の差に拘らず同様となる。なお、本実施形態では、ビット毎の分離及び多重を行ったが、バイト単位での分離・多重等、複数ビット毎の分離・多重を行う構成であっても良い。

【0014】

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について、第一実施形態との相違点を中心に説明する。図３は、本実施形態による送信装置の構成図である。送信データＡは変調部３１に入力され、送信データＢは変調部３２に入力される。なお、変調部３１は、送信データＡで変調を行って時間領域の信号Ａ（搬送信号）を出力する。同様に、変調部３２は、送信データＢで変調を行って時間領域の信号Ｂ（搬送信号）を出力する。なお、変調はシングルキャリア方式であっても、ＯＦＤＭ等のマルチキャリア方式であっても良い。処理部３３は、信号Ａ及び信号Ｂから、時間領域の信号Ｃ及びＤ（送信信号）を出力する。ここで、信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの周波数領域の信号をＡｆ，Ｂｆ、Ｃｆ、Ｄｆと表記すると、信号Ａｆ、Ｂｆ、Ｃｆ、Ｄｆには以下の関係がある。

【0015】

【数1】

なお、Ｈは、所謂、伝達関数である。

【0016】

送信部３５は、信号Ｃをチャネル＃１で伝送するのに必要な処理、例えば、光信号への変換や増幅等を行う。同様に、送信部３６は、信号Ｄをチャネル＃２で伝送するのに必要な処理、例えば、光信号への変換や増幅等を行う。

【0017】

図４は、本実施形態による受信装置の構成図である。受信部４１及び４２は、それぞれ、図３に示す送信装置がそれぞれチャネル＃１及び＃２に送信した信号を受信し、電気信号への変換や増幅等の処理を行って信号Ｃ及びＤをそれぞれ出力する。なお、実際には、チャネル＃１及び＃２それぞれで伝送される信号にはノイズが重畳するため、受信部４１及び４２が出力する信号は信号Ｃ及びＤにノイズ成分が付加されたものである。しかしながら、ここでは、チャネル＃１及び＃２等においてノイズが載らない理想的な状態であるものとして説明する。処理部４３は、送信装置における処理部３３と逆の処理を行って信号Ａ及び信号Ｂを出力する。具体的には、処理部４３は、以下の式により信号Ｃ及び信号Ｄから信号Ａ及び信号Ｂを出力する。

【0018】

【数2】

【0019】

復調部４５及び４６は、それぞれ、信号Ａ及びＢを復調することで送信データＡ及びＢを判定して出力する。

【0020】

以上の説明は、チャネル＃１及び＃２においてノイズが載らない理想的な状態のときのものであるが、実際には、チャネル＃１及び＃２には、それぞれ、異なるレベルのノイズが載る。しかしながら、式（３）及び（４）から明らかな様に、チャネル＃１で生じるノイズは、信号Ａ及び信号Ｂに等しい振幅で分配される。同様に、チャネル＃２で生じるノイズは、信号Ａ及び信号Ｂに等しい振幅で分配される。つまり、チャネル＃１及び２での伝送により信号Ｃ及びＤそれぞれに付加されるノイズレベルの差に拘らず、信号Ａ及び信号Ｂに付加されるノイズレベルは等しくなる。したがって、復調部４５及び４６が出力する送信データＡ及びＢの品質、例えば、ビット誤り率等の差を抑えることができる。

【0021】

なお、処理部４３における式（３）の処理を行う際の信号Ｃ及びＤの値は、処理部３３が同時に出力したものとする必要がある。したがって、図３及び４には示していないが、処理部３３は、信号Ｃ及びＤに同期情報を周期的に挿入し、処理部４３は、信号Ｃ及びＤそれぞれの同期情報に基づき、チャネル＃１及び＃２の伝搬遅延の差を補償して処理を行う。

【0022】

なお、上記説明では、送信装置においては、変調部３１及び３２が、それぞれ、時間領域の信号Ａ及びＢを出力し、処理部３３が、信号Ａ及びＢを周波数領域の信号Ａｆ及びＢｆに変換して伝達関数Ｈにより周波数領域の信号Ｃｆ及びＤｆを生成し、その後、信号Ｃｆ及びＤｆを時間領域の信号Ｃ及びＤに変換するものであった。しかしながら、例えば、変調部３１及び３２では、周波数領域の信号、つまり、変調シンボルに対応する複素平面上の位置を示す複素値を出力し、処理部３３では、この複素値を伝達関数Ｈにより変換し、変換後の複素値に基づき時間領域の信号を生成する構成であっても良い。受信装置においても同様である。なお、例えば、送信装置における変調部３１及び３２並びに処理部３３は、例えば、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）で実現することができる。また、受信装置における復調部４５及び４６並びに処理部４３も、例えば、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）で実現することができる。

【0023】

また、処理部３３及び４３での処理を、ＤＳＰによりデジタル領域で行うのではなく、アナログ領域で行うこともできる。図５は、処理部３３をアナログ領域で実現するための構成を示している。分岐部５１、５２は、信号Ａ及びＢそれぞれを分岐して、信号Ａ１及び信号Ａ２、並びに、信号Ｂ１及びＢ２を出力する。なお、信号Ａ、Ａ１及びＡ２は、同じ信号波形である。同様に、信号Ｂ、Ｂ１及びＢ２は、同じ信号波形である。振幅位相調整部５３、５４、５５、５６は、信号Ａ１、Ａ２、Ｂ１及びＢ２の振幅及び位相を伝達関数Ｈに応じて調整する。その後、合波部５７は、信号Ａ１及びＢ１を合波して信号Ｃを出力し、合波部５８は、信号Ａ２及びＢ２を合波して信号Ｄを出力する。処理部４３についても同様であり、図５の信号ＡとＣを入れ替え、信号ＢとＤを入れ替え、伝達関数Ｈを、その逆行列Ｈ^−１と読み替えれば良い。

【0024】

さらに、信号Ａ及びＢから信号Ｃ及びＤを生成する処理は、図５に示す、アナログの電気ドメインではなく光ドメインで行うこともできる。この場合、信号Ａ及び信号Ｂを光信号にそれぞれ変換した後、上記アナログ領域で説明したのと同様の処理を行えば良い。

【0025】

以上、本実施形態では、送信装置においては、それぞれがデータを搬送する第１搬送信号から第ｎ搬送信号（ｎは２以上の整数）を生成し、第１搬送信号から第ｎ搬送信号それぞれの振幅及び位相を調整して合成することで第１送信信号から第ｎ送信信号を生成する。そして、第１送信信号から第ｎ送信信号を、同じ通信媒体に形成されたｎ個のチャネルそれぞれを介して伝送する。なお、第１搬送信号から第ｎ搬送信号それぞれの振幅の調整は、第１搬送信号から第ｎ搬送信号それぞれに振幅調整係数を乗じること行う。例えば、式（１）及び（２）では、第１搬送信号（信号Ａ）及び第２搬送信号（信号Ｂ）の振幅をそれぞれ√（１／２）倍としており、振幅調整係数は√（１／２）である。同様に、第１搬送信号から第ｎ搬送信号それぞれの位相の調整は、第１搬送信号から第ｎ搬送信号それぞれの位相を所定値だけシフトさせることにより行う。式（１）及び（２）では、位相のシフト量は０又はπ／２である。受信装置は、第１送信信号から第ｎ送信信号それぞれの振幅及び位相を調整して合成することで第１搬送信号から第ｎ搬送信号を生成する。このとき、受信装置は、送信装置と同様に、第１送信信号から第ｎ送信信号それぞれに振幅調整係数を乗じることで第１送信信号から第ｎ送信信号それぞれの振幅を調整する。式（３）及び式（４）において、振幅調整係数は√（１／２）である。したがって、各チャネルで生じるノイズは、各搬送信号に等しく分配され、よって、各搬送信号に載るノイズ量は略等しくなる。なお、上記実施形態では、送信装置において各搬送信号に乗ずる振幅調整係数を等しくしたが、搬送信号毎に異なるものであっても良い。但し、搬送信号毎の振幅調整係数の差は所定値（閾値）以下とする。受信装置においても同様である。この場合、受信装置において生成する各搬送信号に載るノイズは等しくならないが、振幅調整係数の差を所定値（閾値）以下とすることで、受信装置において生成する各搬送信号に載るノイズの差を所定の範囲内とすることができる。

【符号の説明】

【0026】

３１、３２：変調部、３３、４３：処理部、３５、３６：送信部、４１、４２：受信部、４５、４６：復調部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】