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(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】
(24)【登録日】2025-05-15
(45)【発行日】2025-05-23
(54)【発明の名称】送信デジタル信号生成回路、及び光送信器
(51)【国際特許分類】
H04B 10/516 20130101AFI20250516BHJP
【ＦＩ】
H04B10/516
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2024556046
(86)(22)【出願日】2023-03-13
(86)【国際出願番号】 JP2023009475
(87)【国際公開番号】W WO2024189712
(87)【国際公開日】2024-09-19
【審査請求日】2024-09-20
【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）令和３年度、国立研究開発法人情報通信研究機構「革新的情報通信技術研究開発委託研究／Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ通信インフラを高効率に構成するメトロアクセス光技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003166
【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】備海 正嗣
(72)【発明者】
【氏名】吉田 剛
【審査官】対馬 英明
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０４８１８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２１／０１９６２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／１７４５７４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００２６７２５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】吉田 剛 他、 YOSHIDA Tsuyoshi et al.，光ファイバ通信における確率分布整形と擬似データ圧縮 Probabilistic Constellation Shaping and Quasi Data Compression in Fiber-Optic Communications，電子情報通信学会論文誌Ｂ，日本，電子情報通信学会，2020年09月，Vol. J103-B No. 9，pages 361-371
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０
Ｈ０４Ｊ １４／００－１４／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
送信デジタル信号に変換されてＤＡＣに入力されるシンボル（Ｘ）の発生確率をヒストグラム化し、前記ヒストグラムの累積度数に基づいて、前記シンボル（Ｘ）に対して前記ＤＡＣの出力値の範囲を割当てる前記ＤＡＣの割当てを決定する、
ただし、前記ヒストグラムの階級値は、前記シンボル（Ｘ）の値であり、
どの階級においても、度数は非零であり、
度数の総数は、前記ＤＡＣの量子化数である、
光送信器。
【請求項2】
基幹系大容量光ファイバ通信において、送信デジタル信号に対して圧縮シェイピングを実施する、請求項１に記載の光送信器。
【請求項3】
大気中の通信に適用される光空間通信において、送信する光信号の短区間のみにパワーを集中させて伝送損失増加に耐えるバースト化を行う、極短バースト化を実施する、請求項１に記載の光送信器。
【請求項4】
光送信器を構成する送信デジタル信号生成回路であって、送信デジタル信号に変換されてＤＡＣに入力されるシンボル（Ｘ）の発生確率をヒストグラム化し、
前記ヒストグラムの累積度数に基づいて、前記シンボル（Ｘ）に対して前記ＤＡＣの出力値の範囲を割当てる前記ＤＡＣの割当てを決定する、
ただし、前記ヒストグラムの階級値は、前記シンボル（Ｘ）の値であり、
どの階級においても、度数は非零であり、
度数の総数は、前記ＤＡＣの量子化数である、
送信デジタル信号生成回路。
【請求項5】
基幹系大容量光ファイバ通信において、送信デジタル信号に対して圧縮シェイピングを実施する、請求項４に記載の送信デジタル信号生成回路。
【請求項6】
大気中の通信に適用される光空間通信において、送信する光信号の短区間のみにパワーを集中させて伝送損失増加に耐えるバースト化を行う、極短バースト化を実施する、請求項４に記載の送信デジタル信号生成回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示技術は、送信デジタル信号生成回路、及び光送信器に関する。
【背景技術】
【0002】
本開示技術に係る送信デジタル信号生成回路及びこれを構成要素とする光送信器は、例えば、基幹系ネットワークにおける光ファイバ通信（以降、「基幹系大容量光ファイバ通信」と称する）に応用されるものである。基幹系大容量光ファイバ通信の技術分野における先駆的な信号処理技術の一つに、出願人により開発された「圧縮シェイピング」が挙げられる。
【0003】
「圧縮シェイピング」とは、簡単に言えば、情報源符号化であるデータ圧縮と、通信路符号化である確率分布整形（Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ Ｓｈａｐｉｎｇ、以降、単に「ＰＳ」と称する）と、を融合した技術である。圧縮シェイピングの理論面については、例えば、非特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【文献】吉田 剛、五十嵐 浩司 著、「光ファイバ通信における確率分布整形と疑似データ圧縮」、電子情報通信学会論文誌 Ｂ Ｖｏｌ．Ｊ１０３－Ｂ Ｎｏ．９ ｐｐ．３６１－３７１、２０２０年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前述のとおり、圧縮シェイピングは最近の先駆的な技術であるため、圧縮シェイピングの実装面又は応用面については、まだ多くは議論されていない。例えば、圧縮シェイピングが適用された場合、通信トラフィックが減少したときにはデータ圧縮が実施され、送信データシンボルの平均シンボルエネルギーが変化するが、このとき、出力信号品質が劣化し、又は後段のシステムが不安定化する、といったことが生じうる。
【0006】
本開示技術は、平均シンボルエネルギーの変化に対応する圧縮シェイピングを提案し、より実用的な圧縮シェイピングを実施する送信デジタル信号生成回路及び光送信器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】
【0007】
本開示技術に係る光送信器は、送信デジタル信号に変換されてＤＡＣに入力されるシンボル（Ｘ）の発生確率をヒストグラム化し、ヒストグラムの累積度数に基づいて、シンボル（Ｘ）に対してＤＡＣの出力値の範囲を割当てるＤＡＣの割当てを決定する、ただし、ヒストグラムの階級値は、シンボル（Ｘ）の値であり、どの階級においても、度数は非零であり、度数の総数は、ＤＡＣの量子化数である、というものである。
【発明の効果】
【0008】
本開示技術に係る送信デジタル信号生成回路は上記構成を備えるため、平均シンボルエネルギーの変化に対応する圧縮シェイピングを実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
（頭字語）
本明細書において用いられる主なアルファベットの頭字語は、以下の表に示されるとおりである。
本明細書において用いられる主なアルファベットの頭字語は、以下の表に示されるとおりである。
【0011】
（イントロダクションその１、圧縮シェイピングについて）
一般的に、基幹系ネットワークでは、データ圧縮効果のある情報源符号化は行われず、ビットスクランブルにて０／１を均一化し、均一分布入力を仮定して、誤り訂正（以降、「ＦＥＣ」と称する）又は確率分布整形（以降、「ＰＳ」と称する）等の通信路符号化のみが行われている。
しかし、通信トラフィックの有効量は変動しているため、リアルタイムなデータ圧縮が可能な情報源符号化が実現できれば、メリットが大きい。
圧縮シェイピングは、情報源符号化と通信路符号化とを融合すること、別の言い方をすれば、情報源・通信路結合符号化を実現することを基本概念としている。
一般的に、基幹系ネットワークでは、データ圧縮効果のある情報源符号化は行われず、ビットスクランブルにて０／１を均一化し、均一分布入力を仮定して、誤り訂正（以降、「ＦＥＣ」と称する）又は確率分布整形（以降、「ＰＳ」と称する）等の通信路符号化のみが行われている。
しかし、通信トラフィックの有効量は変動しているため、リアルタイムなデータ圧縮が可能な情報源符号化が実現できれば、メリットが大きい。
圧縮シェイピングは、情報源符号化と通信路符号化とを融合すること、別の言い方をすれば、情報源・通信路結合符号化を実現することを基本概念としている。
【0012】
図１は、光ファイバ通信システムを表すシステムモデルである。図１に登場するＳは、情報ビットであり、２進数で表される。図１に示されるように、情報ビット（Ｓ）は、符号情報ビット（Ｓｓ）と、振幅情報ビット（Ｓａ）と、に分けられる。振幅情報ビット（Ｓａ）は、ｋ［ｂｉｔ］まとめてＰＳ符号化される。符号化後の記号（シンボル）は、Ａで表される。ＰＳ符号化により得られるＡの個数は、ｎ［ｓｙｍｂｏｌ］である。簡単のため、通信路に送出されるシンボル（Ｘ）は１次元の実数をとるものとし、これを２つ束ねて複素シンボルとし、さらに複素シンボルを２つ束ねて偏波多重複素シンボルが構成される、とする。通信路に送出されるシンボル（Ｘ）を構成するビット数は、ｍとする。また、Ａは、Ｘの絶対値と等しい、とする。例えば、偏波多重１６－ＱＡＭの場合は、ｍ＝２である。Ａは、ビット列（Ｂｐｓ、ｍ－１次元のバイナリ）で表される。符号情報ビット（Ｓｓ）及びＰＳ符号化ビット列（Ｂｐｓ）（合計ｋｃ［ｂｉｔ］）は、情報ビットとしてシステマティックにＦＥＣ符号化される。ｋｃ［ｂｉｔ］のＦＥＣ情報ビットに対しては、（ｎｃ－ｋｃ）［ｂｉｔ］のパリティビットが付加される。ＦＥＣ符号化されたビット列（Ｂ、ｍ次元のバイナリ）からは、シンボル（Ｘ）が生成される。ビット列（Ｂ）のうち、シンボル（Ｘ）の符号を制御するビット（Ｂｓｉｇｎ）は、符号情報ビット（Ｓｓ）とＦＥＣパリティビットとで構成される。またシンボル（Ｘ）の絶対値であるＡを制御するビット列は、Ｂｐｓのみで構成される。通信路は、離散無記憶ＡＷＧＮで近似できると仮定してよい。送信シンボル（Ｘ）は、受信シンボル（Ｙ）に変換される。
【0013】
図２は、圧縮シェイピングを説明する図その１であり、機能ブロック構成の一例である。図２に登場する頭字語は、前述の表１（頭字語の説明に関する表）によりその正式名称を参照することができる。図２に登場するＳは、情報ビットを表す。Ｓの一部であるＳＳは、ビットスクランブルされ符号ビット（Ｓｉｇｎ ｂｉｔ）に割り当てられる。符号ビットは、ＱＡＭシンボルの座標を決定することに用いられる。ＦＥＣパリティビットは確率分布を制御できず、一般的には「０」「１」が概ね均一な分布となる。そのため、ＦＥＣパリティビットは符号ビットに割り当てられる。残る情報ビットのＳａは、事前処理として、以下の条件分岐処理が施される。
条件：或る単位長において、そこに含まれる「１」の数が多い
ＹＥＳ：全入力ビットをビット反転し、更にパリティ「１」を付加して出力する
ＮＯ：パリティ「０」を付加して出力する
これは、アラーム信号を送る際に、本機能に対する入力が全て「１」となることと対応する。
条件：或る単位長において、そこに含まれる「１」の数が多い
ＹＥＳ：全入力ビットをビット反転し、更にパリティ「１」を付加して出力する
ＮＯ：パリティ「０」を付加して出力する
これは、アラーム信号を送る際に、本機能に対する入力が全て「１」となることと対応する。
【0014】
図２において“Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ＤＭ”と示されるブロックは、階層的な分布整合（以降、「階層化分布整合」と称される）を実施することによりＰＳを行うものである。図２に示されるとおり、階層化分布整合は、小規模かつ多数のＬＵＴにより構成される。各ＬＵＴに格納される入力ビット列及び出力ビット列は、例えば、以下の表に例示されるよう、ソーティングが実施される。
ここで、ＰＳ（１）は、Ｓが「１」をとる確率であり、マーク率とも称される。表２は、マーク率が０．３の場合を示している。
表２に示されるように、入力ビット列については、それに含まれる「１」の数（ハミング重み＝非零成分の個数）が昇順となるようにソーティングがなされる。また、出力統計量については、例えば平均シンボルエネルギー（Ｅ）の期待値が昇順となるようにソーティングがなされる。これらのソーティングは、信号疎通前に行われる。主信号の疎通は、ＬＵＴへの書き込み完了後に行われる。
平均シンボルエネルギー（Ｅ）は、Ａの二乗の期待値として定義される。別の言い方をすれば、平均シンボルエネルギー（Ｅ）は、原点からの距離の二乗の平均として求められる。例えば、表２の２つ目の例として挙げられるＡ＝｛１，１，１，３｝の場合、平均シンボルエネルギー（Ｅ）は“（１２＋１２＋１２＋３２）÷４＝３”として定義される。
表２の登場するＰｒは、ＰＳ（１）に基づいて求められる各ケースの確率を表す。
表２に示されるように、入力ビット列については、それに含まれる「１」の数（ハミング重み＝非零成分の個数）が昇順となるようにソーティングがなされる。また、出力統計量については、例えば平均シンボルエネルギー（Ｅ）の期待値が昇順となるようにソーティングがなされる。これらのソーティングは、信号疎通前に行われる。主信号の疎通は、ＬＵＴへの書き込み完了後に行われる。
平均シンボルエネルギー（Ｅ）は、Ａの二乗の期待値として定義される。別の言い方をすれば、平均シンボルエネルギー（Ｅ）は、原点からの距離の二乗の平均として求められる。例えば、表２の２つ目の例として挙げられるＡ＝｛１，１，１，３｝の場合、平均シンボルエネルギー（Ｅ）は“（１２＋１２＋１２＋３２）÷４＝３”として定義される。
表２の登場するＰｒは、ＰＳ（１）に基づいて求められる各ケースの確率を表す。
【0015】
図３は、圧縮シェイピングを説明する図その２であり、シンボル確率分布の例である。より詳細に言えば、図３は、階層化分布整合出力の変調シンボル振幅（Ａ）に係るビット列に基づくＰＳ－１２８－ＱＡＭシンボル確率分布の例である。
図３の左側は、情報源マーク率であるＰＳ（１）が５０［％］、すなわち、情報エントロピー（Ｈ（Ｓ））が１の場合を示したものである。
図３の右側は、情報源マーク率であるＰＳ（１）が２０［％］、すなわち、情報エントロピー（Ｈ（Ｓ））が０．７２の場合を示したものである。このように情報源が比較的疎である場合には、確率分布がより中央に集中する。図３の右側の例は、左側の例と比較して、尖度が大きい。
図３に示されるように、圧縮シェイピングにおいては、情報エントロピー（Ｈ（Ｓ））が低下すると、シンボルエントロピー（Ｈ（Ａ））及び平均シンボルエネルギー（Ｅ）も低下し、仕様を満たす通信品質を得るのに必要なＳＮＲを低減することができる。
圧縮シェイピングにおける「圧縮」の用語は、ビットスロットの数を減少させることを意味するものではない。圧縮シェイピングにおいては、あたかも情報源を表現するビットスロット数が減少した（圧縮した）かのように、シンボルエントロピー及び平均シンボルエネルギーを低減できることから、「圧縮」又は「疑似圧縮」という表現が用いられる。また、圧縮シェイピングは、規模の大きな記憶装置を必要とせず、処理遅延をも生じさせないことから、「即時（リアルタイム）圧縮」をする技術、と表現されることもある。
図３の左側は、情報源マーク率であるＰＳ（１）が５０［％］、すなわち、情報エントロピー（Ｈ（Ｓ））が１の場合を示したものである。
図３の右側は、情報源マーク率であるＰＳ（１）が２０［％］、すなわち、情報エントロピー（Ｈ（Ｓ））が０．７２の場合を示したものである。このように情報源が比較的疎である場合には、確率分布がより中央に集中する。図３の右側の例は、左側の例と比較して、尖度が大きい。
図３に示されるように、圧縮シェイピングにおいては、情報エントロピー（Ｈ（Ｓ））が低下すると、シンボルエントロピー（Ｈ（Ａ））及び平均シンボルエネルギー（Ｅ）も低下し、仕様を満たす通信品質を得るのに必要なＳＮＲを低減することができる。
圧縮シェイピングにおける「圧縮」の用語は、ビットスロットの数を減少させることを意味するものではない。圧縮シェイピングにおいては、あたかも情報源を表現するビットスロット数が減少した（圧縮した）かのように、シンボルエントロピー及び平均シンボルエネルギーを低減できることから、「圧縮」又は「疑似圧縮」という表現が用いられる。また、圧縮シェイピングは、規模の大きな記憶装置を必要とせず、処理遅延をも生じさせないことから、「即時（リアルタイム）圧縮」をする技術、と表現されることもある。
【0016】
（イントロダクションその２、パイロットシンボル）
光変調の技術分野において、シンボルは、光波の「状態」に関連づけされた記号を意味する（例えば、イントロダクションその１に登場するＸ、Ｙ等）。
一般的に知られているパイロットシンボルとは、予め準備された既知のシンボルであって、サイクルスリップの検出に用いられるものである（例えば、国際公開２０１０／１３８１９８号）。
一方、本開示技術においても既知シンボルが用いられるが（例えば、後述する既知シンボル生成部１１２、既知シンボル挿入部１１３を参照）、本開示技術における既知シンボルは、本開示技術の中心的なテーマである平均シンボルエネルギーに関連して用いられる。
なお、本開示技術における既知シンボルは、実態としてはパイロットシンボルと同じものである。したがって、既知シンボルは、本開示技術に特有な使い方のほか、一般的なパイロットシンボルの用途としても利用できる。
光変調の技術分野において、シンボルは、光波の「状態」に関連づけされた記号を意味する（例えば、イントロダクションその１に登場するＸ、Ｙ等）。
一般的に知られているパイロットシンボルとは、予め準備された既知のシンボルであって、サイクルスリップの検出に用いられるものである（例えば、国際公開２０１０／１３８１９８号）。
一方、本開示技術においても既知シンボルが用いられるが（例えば、後述する既知シンボル生成部１１２、既知シンボル挿入部１１３を参照）、本開示技術における既知シンボルは、本開示技術の中心的なテーマである平均シンボルエネルギーに関連して用いられる。
なお、本開示技術における既知シンボルは、実態としてはパイロットシンボルと同じものである。したがって、既知シンボルは、本開示技術に特有な使い方のほか、一般的なパイロットシンボルの用途としても利用できる。
【0017】
実施の形態１．
図４は、実施の形態１に係る光送信器１００の機能構成を示すブロック図である。図４に示されるとおり、実施の形態１に係る光送信器１００は、送信デジタル信号生成回路１１０と、ＤＡＣ１２１と、光源１２２と、光変調部１２３と、光増幅部１２４と、を含む。
実施の形態１に係る光送信器１００に含まれる送信デジタル信号生成回路１１０は、符号化部１１１と、既知シンボル生成部１１２と、既知シンボル挿入部１１３と、振幅調整部１１４と、利得制御部１１５と、から構成される。
実施の形態１に係る光送信器１００の各機能構成は、図４に示されるように接続されている。
本開示技術に係る光送信器１００の特別な技術的特徴は、利得制御部１１５を備えることである、と言える。
図４は、実施の形態１に係る光送信器１００の機能構成を示すブロック図である。図４に示されるとおり、実施の形態１に係る光送信器１００は、送信デジタル信号生成回路１１０と、ＤＡＣ１２１と、光源１２２と、光変調部１２３と、光増幅部１２４と、を含む。
実施の形態１に係る光送信器１００に含まれる送信デジタル信号生成回路１１０は、符号化部１１１と、既知シンボル生成部１１２と、既知シンボル挿入部１１３と、振幅調整部１１４と、利得制御部１１５と、から構成される。
実施の形態１に係る光送信器１００の各機能構成は、図４に示されるように接続されている。
本開示技術に係る光送信器１００の特別な技術的特徴は、利得制御部１１５を備えることである、と言える。
【0018】
《送信デジタル信号生成回路１１０を構成する符号化部１１１》
送信デジタル信号生成回路１１０を構成する符号化部１１１は、外部情報に基づいて送信データシンボルを生成する構成要素である。また、図４に示されるとおり、符号化部１１１は、“統計情報”を利得制御部１１５へと出力する。符号化部１１１が出力する統計情報は、刻一刻と変化する送信データシンボルに関する統計的な情報である。本開示技術が意図する統計情報は、例えば、平均マーク率、エントロピー、確率分布、及び変調フォーマット情報、である。統計情報の詳細は、後述の数値例に沿った説明により明らかとなる。
送信デジタル信号生成回路１１０を構成する符号化部１１１は、外部情報に基づいて送信データシンボルを生成する構成要素である。また、図４に示されるとおり、符号化部１１１は、“統計情報”を利得制御部１１５へと出力する。符号化部１１１が出力する統計情報は、刻一刻と変化する送信データシンボルに関する統計的な情報である。本開示技術が意図する統計情報は、例えば、平均マーク率、エントロピー、確率分布、及び変調フォーマット情報、である。統計情報の詳細は、後述の数値例に沿った説明により明らかとなる。
【0019】
《送信デジタル信号生成回路１１０を構成する既知シンボル生成部１１２》
送信デジタル信号生成回路１１０を構成する既知シンボル生成部１１２は、隣接する２つの送信データシンボルの間に周期的に挿入する既知シンボルを生成する構成要素である。イントロダクションその２に記載されているとおり、既知シンボル生成部１１２により生成される既知シンボルは、実態としては、パイロットシンボルと同じである。
送信デジタル信号生成回路１１０を構成する既知シンボル生成部１１２は、隣接する２つの送信データシンボルの間に周期的に挿入する既知シンボルを生成する構成要素である。イントロダクションその２に記載されているとおり、既知シンボル生成部１１２により生成される既知シンボルは、実態としては、パイロットシンボルと同じである。
【0020】
《送信デジタル信号生成回路１１０を構成する既知シンボル挿入部１１３》
送信デジタル信号生成回路１１０を構成する既知シンボル挿入部１１３は、既知シンボルを隣接する２つの送信データシンボルの間に周期的に挿入する構成要素である。
既知シンボル挿入部１１３は、あらかじめ設計された周期で、既知シンボルを挿入する。既知シンボルが出現する頻度は、送信データシンボルが出現する頻度と比べて少なくてもよい。また、受信器にて正しく信号検出できる確率を高めるために、既知シンボルが出現する頻度を高めてもよい。
本明細書において、既知シンボル挿入部１１３において結合された送信データシンボルと既知シンボルとは、まとめて、「送信シンボル」と称されるものとする。
送信デジタル信号生成回路１１０を構成する既知シンボル挿入部１１３は、既知シンボルを隣接する２つの送信データシンボルの間に周期的に挿入する構成要素である。
既知シンボル挿入部１１３は、あらかじめ設計された周期で、既知シンボルを挿入する。既知シンボルが出現する頻度は、送信データシンボルが出現する頻度と比べて少なくてもよい。また、受信器にて正しく信号検出できる確率を高めるために、既知シンボルが出現する頻度を高めてもよい。
本明細書において、既知シンボル挿入部１１３において結合された送信データシンボルと既知シンボルとは、まとめて、「送信シンボル」と称されるものとする。
【0021】
《送信デジタル信号生成回路１１０を構成する振幅調整部１１４》
送信デジタル信号生成回路１１０を構成する振幅調整部１１４は、送信シンボルが後段のＤＡＣ１２１において適切な振幅のアナログ電気信号に変換されるように、送信シンボルを送信デジタル信号に変換する構成要素である。本明細書において振幅調整部１１４が実施する処理は、「デジタル振幅調整」と称されるものとする。振幅調整部１１４は、後述する利得制御部１１５により得られた利得情報に基づいて、デジタル振幅調整を実施する。振幅調整部１１４が実施するデジタル振幅調整の詳細も、後述の数値例に沿った説明により明らかとなる。
従来の基幹系大容量光ファイバ通信において、デジタル振幅調整は、固定されたゲイン係数が用いられ、ゲインが動的に変化することはない。一方、本開示技術に係る送信デジタル信号生成回路１１０及び光送信器１００は、デジタル振幅調整を動的に行う。本開示技術に係る光送信器１００の特別な技術的特徴は、デジタル振幅調整を動的に行うことだ、と言える。
送信デジタル信号生成回路１１０を構成する振幅調整部１１４は、送信シンボルが後段のＤＡＣ１２１において適切な振幅のアナログ電気信号に変換されるように、送信シンボルを送信デジタル信号に変換する構成要素である。本明細書において振幅調整部１１４が実施する処理は、「デジタル振幅調整」と称されるものとする。振幅調整部１１４は、後述する利得制御部１１５により得られた利得情報に基づいて、デジタル振幅調整を実施する。振幅調整部１１４が実施するデジタル振幅調整の詳細も、後述の数値例に沿った説明により明らかとなる。
従来の基幹系大容量光ファイバ通信において、デジタル振幅調整は、固定されたゲイン係数が用いられ、ゲインが動的に変化することはない。一方、本開示技術に係る送信デジタル信号生成回路１１０及び光送信器１００は、デジタル振幅調整を動的に行う。本開示技術に係る光送信器１００の特別な技術的特徴は、デジタル振幅調整を動的に行うことだ、と言える。
【0022】
《送信デジタル信号生成回路１１０を構成する利得制御部１１５》
送信デジタル信号生成回路１１０を構成する利得制御部１１５は、刻一刻変化する統計情報に基づいて、動的（ダイナミック）に利得情報を生成する構成要素である。このように、利得制御部１１５が生成する利得情報は動的に変化するため、利得制御部１１５が実施する処理は、「増幅利得制御」又は単に「利得制御」と称されるものとする。利得制御部１１５が行う利得制御は、動的なデジタル振幅調整を可能にする。
送信デジタル信号生成回路１１０を構成する利得制御部１１５は、刻一刻変化する統計情報に基づいて、動的（ダイナミック）に利得情報を生成する構成要素である。このように、利得制御部１１５が生成する利得情報は動的に変化するため、利得制御部１１５が実施する処理は、「増幅利得制御」又は単に「利得制御」と称されるものとする。利得制御部１１５が行う利得制御は、動的なデジタル振幅調整を可能にする。
【0023】
《ＤＡＣ１２１》
ＤＡＣ１２１は、送信デジタル信号をアナログ電気信号に変換する構成要素である。ＤＡＣ１２１は、デジタルアナログコンバータである。
ＤＡＣ１２１は、送信デジタル信号をアナログ電気信号に変換する構成要素である。ＤＡＣ１２１は、デジタルアナログコンバータである。
【0024】
《光源１２２》
光源１２２は、光ファイバ通信を実現するコヒーレントな連続光を発する構成要素である。光源１２２は、典型的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）、又は量子井戸（ＱＷ）レーザ、等の発光デバイスである。
光源１２２は、光ファイバ通信を実現するコヒーレントな連続光を発する構成要素である。光源１２２は、典型的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）、又は量子井戸（ＱＷ）レーザ、等の発光デバイスである。
【0025】
《光変調部１２３》
光変調部１２３は、光源１２２が発する連続光を、ＤＡＣ１２１が出力するアナログ電気信号に基づいて、光変調を行う構成要素である。
基幹系大容量光ファイバ通信においては、Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇにむけて、例えば２５６ＱＡＭによる偏波ＭＩＭＯ等、多値化が期待されている。したがって、本開示技術に係る光変調部１２３は、この多値化に十分対応できるように設計されたものが用いられる。
光変調部１２３における光変調により得られた信号は、光信号と称される。光信号は、光増幅部１２４へと送られる。
光変調部１２３は、光源１２２が発する連続光を、ＤＡＣ１２１が出力するアナログ電気信号に基づいて、光変調を行う構成要素である。
基幹系大容量光ファイバ通信においては、Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇにむけて、例えば２５６ＱＡＭによる偏波ＭＩＭＯ等、多値化が期待されている。したがって、本開示技術に係る光変調部１２３は、この多値化に十分対応できるように設計されたものが用いられる。
光変調部１２３における光変調により得られた信号は、光信号と称される。光信号は、光増幅部１２４へと送られる。
【0026】
《光増幅部１２４》
光増幅部１２４は、光信号を光増幅する構成要素である。光増幅部１２４は、光増幅器である。光増幅部１２４において光増幅された光信号は、伝送路へと出力される。伝送路は、光ファイバ通信の場合、光ファイバである。
光増幅部１２４は、光信号を光増幅する構成要素である。光増幅部１２４は、光増幅器である。光増幅部１２４において光増幅された光信号は、伝送路へと出力される。伝送路は、光ファイバ通信の場合、光ファイバである。
【0027】
（数値例、図５）
図５は、従来技術に係る光送信器におけるデジタル振幅調整の数値例を示す図である。図５に示される数値例において、左から１番目の列は、シンボル（Ｘ）を表している。この数値例は、シンボルが｛－７，－５，－３，－１，１，３，５，７｝の８ＰＡＭが想定されている。
図５は、従来技術に係る光送信器におけるデジタル振幅調整の数値例を示す図である。図５に示される数値例において、左から１番目の列は、シンボル（Ｘ）を表している。この数値例は、シンボルが｛－７，－５，－３，－１，１，３，５，７｝の８ＰＡＭが想定されている。
【0028】
図５に示される数値例において、左から２番目の列は、シンボル（Ｘ）が出現する確率を表している。従来技術に係る光送信器において、シンボル（Ｘ）の出現確率は、均一であると仮定されてきた。
図５に示される数値例において、上から１番目の行は、シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースが示されている。シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースを例にとれば、出現確率は、以下のように数式で与えられる。
このように確率を表す関数は、アルファベットのＰが用いられるものとする。
図５に示される数値例において、上から１番目の行は、シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースが示されている。シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースを例にとれば、出現確率は、以下のように数式で与えられる。
【0029】
図５に示される数値例において、左から３番目の列は、振幅調整前の振幅（Ａ０）を表している。振幅調整前の振幅（Ａ０）は、以下の数式で表される。
ただし、ｋ０はデフォルト係数を、ｑはＤＡＣの量子化数の半分を、それぞれ表す。図５に示される数値例において、デフォルト係数（ｋ０）は１４とし、ＤＡＣは８［ｂｉｔ］でありｑ＝２５６÷２であるとする。シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースにおいて、振幅調整前の振幅（Ａ０）は、具体的に、以下のように算出される。
なお、Ａ０に用いられる右下添え数字の“０”も、ｋ０に用いられる右下添え数字の“０”も、後に登場する他の状況のものと区別するための通し番号であり、それ以外の意味は無い。
最もシンプルな振幅の定義は、数式（２）及び数式（３）に見られるように、シンボル（Ｘ）に比例する、というものである。このように比例のみで与えられる変換は、線形変換である。数式（３）の数値例とは異なるが、最もシンプルに考えれば、正最大のシンボル（Ｘ＝７）に対応する振幅を１とし、対極的な負のシンボル（Ｘ＝－７）に対応する振幅を－１とした、線形変換を行えばよい。
最もシンプルな振幅の定義は、数式（２）及び数式（３）に見られるように、シンボル（Ｘ）に比例する、というものである。このように比例のみで与えられる変換は、線形変換である。数式（３）の数値例とは異なるが、最もシンプルに考えれば、正最大のシンボル（Ｘ＝７）に対応する振幅を１とし、対極的な負のシンボル（Ｘ＝－７）に対応する振幅を－１とした、線形変換を行えばよい。
【0030】
図５に示される数値例において、左から４番目の列は、振幅調整前の電力（Ｅ０）を表している。厳密に言えば、デジタルであるシンボル（Ｘ）に対して、電力を計測することはできない。ここでいう電力とは、平均シンボルエネルギーと同様に、振幅の二乗により得られる値を意味する。ちなみにこの定義は、正弦波の信号における平均電力が、信号の振幅の二乗に比例することに由来する。振幅調整前の電力（Ｅ０）は、以下の数式で与えられる。
シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースにおいて、振幅調整前の電力（Ｅ０）は、具体的に、以下のように算出される。
【0031】
さて、振幅調整前における電力の期待値（以降、「入力信号の平均電力」と称する）は、以下の数式で与えられる。
ただし、スクリプト書体のＥは、期待値を表す。
図５に示される数値例において、入力信号の平均電力は、以下の値である。
図５に示される数値例において、入力信号の平均電力は、以下の値である。
【0032】
図５に示される数値例において、左から５番目の列は振幅調整後の振幅（Ａ１）を、左から６番目の列は振幅調整後の電力（Ｅ１）を、それぞれ表している。
デジタル振幅調整は、前述のデフォルト係数（ｋ０）を調整することにより実施される。数式（２）とのアナロジーを考慮すると、振幅調整後の振幅（Ａ１）は、以下の数式で与えられる。
Ａ１に用いられる右下添え数字の“１”も、ｋ１に用いられる右下添え数字の“１”も、後に登場する他の状況のものと区別するための通し番号であり、それ以外の意味は無い。
ｋ１の決め方は、後述の説明により明らかとなる。
デジタル振幅調整は、前述のデフォルト係数（ｋ０）を調整することにより実施される。数式（２）とのアナロジーを考慮すると、振幅調整後の振幅（Ａ１）は、以下の数式で与えられる。
ｋ１の決め方は、後述の説明により明らかとなる。
【0033】
振幅調整前の電力（Ｅ１）は、数式（４）と同様に、以下の数式で与えられる。
【0034】
振幅調整後における電力の期待値（以降、「振幅調整後の平均電力」と称する）は、以下の数式で与えられる。
【0035】
【0036】
図５に示される数値例において、左から７番目の列は量子化前の振幅（Ｂ１）を表している。量子化前の振幅（Ｂ１）は、以下の数式で与えられる。
数式（１２）は、振幅調整後の振幅（Ａ１）が－１．０から＋１．０までをフルスケールだと考えて、ＤＡＣ１２１の変換に割り当てることを意味している。これは、例えば、ＤＡＣ１２１の仕様において、出力電圧の範囲が－１．０［Ｖ］から＋１．０［Ｖ］までのものだ、と理解してもよい。
シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースにおいて、量子化前の振幅（Ｂ１）は、具体的に、以下のように算出される。
シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースにおいて、量子化前の振幅（Ｂ１）は、具体的に、以下のように算出される。
【0037】
図５に示される数値例において、左から１２番目の列は量子化後の振幅（Ｂ２）を表している。量子化後の振幅（Ｂ２）は、以下の数式で与えられる。
ここで、数式（１４）の右辺に登場するｉｎｔ（）は、小数点以下を切り捨てて整数を得る関数である。また、ｓｉｇｎ（）は、符号関数であり、引数の符号に応じて＋１、－１、０のいずれかを返す関数である。
図５に示される数値例において、左から８番目から１１番目までの列は、数式（１４）に示される変形を、段階的に行っているに過ぎない。
図５に示される数値例において、左から８番目から１１番目までの列は、数式（１４）に示される変形を、段階的に行っているに過ぎない。
【0038】
図５に示される数値例において、左から１３番目の列は、量子化後の振幅（Ｂ２）がＤＡＣの量子化数を超えていないかを判定していることを示している。図５に示される例においては、ｑ＝１２８であるため、もしも量子化後の振幅（Ｂ２）が１２７．５を超えていれば、１２７．５にする、というものである。なお、量子化後の振幅（Ｂ２）が負の場合も、同様な処理を行う。すなわち、左から１３番目の列は、ＤＡＣにおけるサチレーション（飽和）を模擬している、と言える。
図５に示される数値例において、いずれの振幅も、ＤＡＣの量子化数を超えていない。値としては同じであるが、量子化後の振幅（Ｂ２）と区別するため、飽和判定後の振幅は、Ｂ３で表されるものとする。飽和判定後の振幅（Ｂ３）は、以下の数式で与えられる。
ここで、数式（１５）に登場するｓｉｇｎ（）は、数式（１４）に登場したものと同じく、符号関数である。
図５に示される数値例において、いずれの振幅も、ＤＡＣの量子化数を超えていない。値としては同じであるが、量子化後の振幅（Ｂ２）と区別するため、飽和判定後の振幅は、Ｂ３で表されるものとする。飽和判定後の振幅（Ｂ３）は、以下の数式で与えられる。
【0039】
図５において、“相関：０．９９９９９３”と表示されている部分がある。ここに表示されている相関は、振幅調整後の振幅（Ａ１）と飽和判定後の量子化後の振幅（Ｂ３）との相関である。振幅調整後の振幅（Ａ１）と飽和判定後の量子化後の振幅（Ｂ３）との相関は、以下の数式で与えられる。
ただし、数式（１６）に登場する横棒のアクセント記号は、標本平均を表す。数式（１６）の左辺のＣｏｒｒｅｌ（）は、相関を求める関数である。数式（１６）右辺に示される計算により得られる値は、相関係数と称されることもある。相関又は相関係数は、＋１又は－１に近いほど、配列間（この場合、Ａ１とＢ３との間）に正（＋１）又は負（－１）の相関があることを示す。
【0040】
光信号は、伝送路を介し、受信器のＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によってサンプリングされる。受信器は、ＡＤＣによるサンプリングにより取得したデジタル信号に基づいて、最終的にシンボル（Ｘ）の推定値を求める。
送信器と受信器とは、共通の決め事、例えば各種規格により定められた内容に基づいて、光変調及び復調を行う。この共通の決め事に基づいて、受信器側が正しくシンボル（Ｘ）を推定できるのであれば、コンソレーションマップに配置されるシンボルは、何も等間隔に配置されるものである必要はない。
送信器と受信器とは、共通の決め事、例えば各種規格により定められた内容に基づいて、光変調及び復調を行う。この共通の決め事に基づいて、受信器側が正しくシンボル（Ｘ）を推定できるのであれば、コンソレーションマップに配置されるシンボルは、何も等間隔に配置されるものである必要はない。
【0041】
（数値例、図６）
図６は、圧縮シェイピングを行う光送信器１００におけるデジタル振幅調整の数値例を示す図その１である。
図５と比較するとわかるように、図６の数値例においては、シンボル（Ｘ）の出現確率が均一ではない。図６に示されるシンボル（Ｘ）の出現確率は、具体的に、以下の数式で与えられるものとした。
ここで、数式（１７）の分子は、ガウス分布を示している。数式（１７）に登場する０．０２は、ガウス分布の分散に関係するパラメータである。
シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースにおいて、出現確率は、具体的に、以下のように算出される。
図６は、圧縮シェイピングを行う光送信器１００におけるデジタル振幅調整の数値例を示す図その１である。
図５と比較するとわかるように、図６の数値例においては、シンボル（Ｘ）の出現確率が均一ではない。図６に示されるシンボル（Ｘ）の出現確率は、具体的に、以下の数式で与えられるものとした。
シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースにおいて、出現確率は、具体的に、以下のように算出される。
【0042】
【0043】
デジタル振幅調整は、前述のデフォルト係数（ｋ０）を調整することにより実施される。数式（８）と同様に、振幅調整後の振幅（Ａ４）は、以下の数式で与えられる。
Ａ４に用いられる右下添え数字の“４”も、ｋ４に用いられる右下添え数字の“４”も、後に登場する他の状況のものと区別するための通し番号であり、それ以外の意味は無い。
ｋ４の決め方は、後述の説明により明らかとなる。
ｋ４の決め方は、後述の説明により明らかとなる。
【0044】
【0045】
【0046】
図６に数値例において、左から７番目の列は量子化前の振幅（Ｂ４）を表している。量子化前の振幅（Ｂ４）は、数式（１２）と同様、以下の数式で与えられる。
シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースにおいて、量子化前の振幅（Ｂ４）は、具体的に、以下のように算出される。
【0047】
図６示される数値例において、左から１２番目の列は量子化後の振幅（Ｂ５）を表している。量子化後の振幅（Ｂ５）は、以下の数式で与えられる。
図６に示される数値例において、左から８番目から１１番目までの列は、数式（２５）に示される変形を、段階的に行っているに過ぎない。
【0048】
【0049】
図６に示される数値例において、Ａ４とＢ６との相関は、１であった（数式（１６）により算出）。
【0050】
（数値例、図７）
図７は、圧縮シェイピングを行う光送信器１００におけるデジタル振幅調整の数値例を示す図その２である。図７に示される数値例は、原点から遠いシンボルの出現確率が低くなり、結果として入力信号の平均電力が極端に低下した場合を模擬したものである。
図７に示されるシンボル（Ｘ）の出現確率は、具体的に、以下の数式で与えられるものとした。
数式（２７）に示されるように、図７の数値例において、ガウス分布の分散に関するパラメータは、０．２であり、数式（１７）の０．０２より１０倍大きい。
シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースにおいて、出現確率は、具体的に、以下のように算出される。
このように、図７に示される数値例においては、シンボル（Ｘ）が－７となる確率が、極めて低い。シンボル（Ｘ）が７となる確率も、同様に低い。
図７は、圧縮シェイピングを行う光送信器１００におけるデジタル振幅調整の数値例を示す図その２である。図７に示される数値例は、原点から遠いシンボルの出現確率が低くなり、結果として入力信号の平均電力が極端に低下した場合を模擬したものである。
図７に示されるシンボル（Ｘ）の出現確率は、具体的に、以下の数式で与えられるものとした。
シンボル（Ｘ）が“－７”であるケースにおいて、出現確率は、具体的に、以下のように算出される。
【0051】
【0052】
デジタル振幅調整は、前述のデフォルト係数（ｋ０）を調整することにより実施される。数式（８）と同様に、振幅調整後の振幅（Ａ７）は、以下の数式で与えられる。
【0053】
さてここで、もしも、振幅調整後の平均電力が０．２５となるようにデジタル振幅調整を行うとするのであれば、ｋ７は以下のように与えられる。
数式（３１）により与えられるｋ７は、前述のｋ１（＝１３．９６５９４）及びｋ４（＝１６．５０６７４）と比較して、大きい。
【0054】
果たして、シンボル（Ｘ）が－７のケースにおいてＡ７を計算すると、以下の値となる。
【0055】
さらにここで、数式（１２）のように、振幅調整後の振幅（Ａ７）が－１．０から＋１．０までをフルスケールだと考えて、ＤＡＣ１２１の変換に割り当てると、当然ながら不都合な現象が起きる。
図７に示されるとおり、振幅調整後の振幅（Ａ７）の絶対値が１よりも大きくなるシンボルにおいては、具体的に言えばＸ＝｛－７，－５，５，７｝の４つケースにおいては、飽和判定後の値（Ｂ９）がいずれも飽和している。このような望ましくない飽和現象は、信号処理の技術分野において、「（デジタル信号の）クリッピング」と称される。
図７に示されるとおり、振幅調整後の振幅（Ａ７）の絶対値が１よりも大きくなるシンボルにおいては、具体的に言えばＸ＝｛－７，－５，５，７｝の４つケースにおいては、飽和判定後の値（Ｂ９）がいずれも飽和している。このような望ましくない飽和現象は、信号処理の技術分野において、「（デジタル信号の）クリッピング」と称される。
【0056】
図８は、デジタル振幅調整の結果、望ましくないクリッピングが生じる例を説明する図である。
図８Ａは、デジタル振幅調整前に関するグラフであり、図６に係るＡ０の確率分布と、図７に係るＡ０の確率分布と、の２つの分布がプロットされている。
図８Ｂは、デジタル振幅調整後に関するグラフであり、図６に係るＡ４の確率分布と、図７に係るＡ７の確率分布と、の２つの分布がプロットされている。図８Ｂに示されるとおり、図７に示される数値例において、Ａ７のうち４点は、クリッピング領域に含まれる。
図８Ａは、デジタル振幅調整前に関するグラフであり、図６に係るＡ０の確率分布と、図７に係るＡ０の確率分布と、の２つの分布がプロットされている。
図８Ｂは、デジタル振幅調整後に関するグラフであり、図６に係るＡ４の確率分布と、図７に係るＡ７の確率分布と、の２つの分布がプロットされている。図８Ｂに示されるとおり、図７に示される数値例において、Ａ７のうち４点は、クリッピング領域に含まれる。
【0057】
図８Ｂは、めったに発生しないＸ＝｛－７，－５，５，７｝についてわざわざＤＡＣ１２１の変換を割り当てる必要がない、と示唆しているとも言える。すなわち、Ｘ＝｛－７，－５，５，７｝が発生しないのであれば、そもそも８ＰＡＭは過剰であり、Ｘ＝｛－３，－１，１，３｝の４ＰＡＭで十分である。このように、確率分布を観察することは、光変調の仕様を決定する上で、重要である。
光通信の機器が平均電力に基づいたデジタル振幅調整を採用するか否かは、光通信の使用目的、使用環境、といった仕様に応じて決めればよい。
光通信の機器が平均電力に基づいたデジタル振幅調整を採用するか否かは、光通信の使用目的、使用環境、といった仕様に応じて決めればよい。
【0058】
（発生確率を考慮した振幅及びＤＡＣ割当ての定義）
光送信器１００は、シンボル（Ｘ）に対して、固定された係数の線形変換を行って振幅を決定しても、動作する（数式（２）及び数式（３）を参照）。
しかし、線形変換が必須という固定観念を払拭し、シンボル（Ｘ）の発生確率を考慮した振幅及びＤＡＣ割当ての定義を行えば、発生頻度の高いシンボル（Ｘ）に対してより大きい余裕（マージン）を与えることができる。
光送信器１００は、シンボル（Ｘ）に対して、固定された係数の線形変換を行って振幅を決定しても、動作する（数式（２）及び数式（３）を参照）。
しかし、線形変換が必須という固定観念を払拭し、シンボル（Ｘ）の発生確率を考慮した振幅及びＤＡＣ割当ての定義を行えば、発生頻度の高いシンボル（Ｘ）に対してより大きい余裕（マージン）を与えることができる。
【0059】
発生確率を考慮したＤＡＣ割当ての手法は、まずは、発生確率をヒストグラム化することから理解される。
図９は、発生確率を考慮した、シンボル（Ｘ）に対するＤＡＣ及びＡＤＣの割当てを説明する図である。図９Ａは、シンボル（Ｘ）に対するＤＡＣ及びＡＤＣの割当てを、表形式で説明するものである。また図９Ｂは、シンボル（Ｘ）に対するＤＡＣ及びＡＤＣの割当てを、グラフ形式で説明するものである。図９Ａ及び図９Ｂは、いずれも図７に示される数値例を用いている。具体的に言えば、図９Ａに示される表において、左から２列目に示されるものは、図７の左から２列目に示される確率（Ｐ）である。
図９は、発生確率を考慮した、シンボル（Ｘ）に対するＤＡＣ及びＡＤＣの割当てを説明する図である。図９Ａは、シンボル（Ｘ）に対するＤＡＣ及びＡＤＣの割当てを、表形式で説明するものである。また図９Ｂは、シンボル（Ｘ）に対するＤＡＣ及びＡＤＣの割当てを、グラフ形式で説明するものである。図９Ａ及び図９Ｂは、いずれも図７に示される数値例を用いている。具体的に言えば、図９Ａに示される表において、左から２列目に示されるものは、図７の左から２列目に示される確率（Ｐ）である。
【0060】
図９Ａに示される表において、左から３列目は、シンボル（Ｘ）の発生確率を、ヒストグラム化したものである。ただし、このヒストグラム化は、以下の条件に従う。
条件１：ヒストグラムの階級値は、シンボル（Ｘ）の値である。
条件２：どの階級においても、度数は非零である。
条件３：度数の総数は、ＤＡＣ１２１の量子化数である。
図９Ａに示される表において、左から３列目の値の総数、すなわち度数の総数は、ＤＡＣ１２１の量子化数であり、この数値例においては２５６である。
条件１：ヒストグラムの階級値は、シンボル（Ｘ）の値である。
条件２：どの階級においても、度数は非零である。
条件３：度数の総数は、ＤＡＣ１２１の量子化数である。
図９Ａに示される表において、左から３列目の値の総数、すなわち度数の総数は、ＤＡＣ１２１の量子化数であり、この数値例においては２５６である。
【0061】
図９Ａに示される表において、左から４列目は、累積度数を表したものである。すなわち４列目に示される値は、３列目の値を累積して得られるものである。
【0062】
図９Ａに示される表において、左から５列目は、受信器のＡＤＣにおいて、各シンボル（Ｘ）に対して割り当てられる範囲を示したものである。例えば、受信器のＡＤＣにおいてサンプリングされた値が「２５６段階中の５」であった場合、５は３行目に記載された“３～２３”に含まれるので、対応するシンボル（Ｘ）は、“－３”である、と判断される。
各シンボル（Ｘ）に対して割り当てられる範囲の広さは、すなわち余裕（マージン）の大きさである。このように、本開示技術は、発生頻度の高いシンボル（Ｘ）に対してより大きい余裕（マージン）を与えることができる。
各シンボル（Ｘ）に対して割り当てられる範囲の広さは、すなわち余裕（マージン）の大きさである。このように、本開示技術は、発生頻度の高いシンボル（Ｘ）に対してより大きい余裕（マージン）を与えることができる。
【0063】
図９Ａに示される表において、左から６列目は、５列目に示される“範囲”の代表値である。より具体的に言えば、左から６列目は、５列目に示される“範囲”の中間値である。この代表値は、光送信器１００のＤＡＣ１２１が与えられたシンボル（Ｘ）に対して出力する出力値である。正確に言えば、ＤＡＣ１２１は、２５６段階中の代表値に対応する振幅のアナログ電気信号を出力する。
【0064】
図９Ｂに示されるグラフにおいて、横軸はシンボル（Ｘ）を、縦軸はＤＡＣ又はＡＤＣの値を、それぞれ表す。図９Ｂに示されるグラフにおいて、破線による曲線は、シンボル（Ｘ）の累積分布関数に対応する。
なお、従来の線形変換を行った場合、この破線は、直線となる。
なお、従来の線形変換を行った場合、この破線は、直線となる。
【0065】
本開示技術に係る送信デジタル信号生成回路１１０及び光送信器１００の技術的特徴は、シンボル（Ｘ）の発生確率を考慮した振幅及びＤＡＣ割当てを行う、というものである。このシンボル（Ｘ）に対してどのようにＤＡＣに割り当てられるかという情報は、光通信の受信器側に共有される。
【0066】
本開示技術に係る送信デジタル信号生成回路１１０及び光送信器１００は、上記の技術的特徴を備えるため、発生頻度の高いシンボル（Ｘ）に対してより大きい余裕（マージン）を与えることができる、という効果を奏する。
【0067】
実施の形態２．
実施の形態２に係る送信デジタル信号生成回路１１０及び光送信器１００は、本開示技術に係る送信デジタル信号生成回路１１０及び光送信器１００の変形例である。実施の形態２においては、特に明記する場合を除き、実施の形態１で用いられた符号と同じものが使用される。また、実施の形態２において、実施の形態１と重複する説明は、適宜、省略される。
実施の形態２に係る送信デジタル信号生成回路１１０及び光送信器１００は、本開示技術に係る送信デジタル信号生成回路１１０及び光送信器１００の変形例である。実施の形態２においては、特に明記する場合を除き、実施の形態１で用いられた符号と同じものが使用される。また、実施の形態２において、実施の形態１と重複する説明は、適宜、省略される。
【0068】
実施の形態１においては、圧縮シェイピングが実施される基幹系大容量光ファイバ通信を対象としたが、本開示技術はこれに限定されない。本開示技術は、受信感度を改善することを目的とした極短バースト化を行う光送信器１００に適用されてもよい。
【0069】
光信号の極短バースト化とは、例えば、以下の参考文献に記載された出願人の技術である。
参考文献：越川翔太、松田恵介、備海正嗣、吉田剛、鈴木巨生著、「光空間通信用１０Ｇｂ／ｓ ＱＰＳＫ信号の極短バースト化による受信感度改善」、２０１９年 電子情報通信学会総合大会、Ｂ－１０－１２、ｐｐ２０１．
参考文献：越川翔太、松田恵介、備海正嗣、吉田剛、鈴木巨生著、「光空間通信用１０Ｇｂ／ｓ ＱＰＳＫ信号の極短バースト化による受信感度改善」、２０１９年 電子情報通信学会総合大会、Ｂ－１０－１２、ｐｐ２０１．
【0070】
光信号の極短バースト化は、光空間通信を大気中の通信に適用する場合を想定した技術であり、特に悪天候時の伝送損失増加による回線断を課題としたものである。光信号の極短バースト化は、光信号の短区間のみにパワーを集中させることで、通信容量の低下と引換えに伝送損失増加に耐えるバースト化を行うものである。この光信号の極短バースト化の技術において、悪天候時に極短バースト化を行う際に、平均出力パワーは晴天時にバースト化を行わないときと同じ値に保たれる。
【0071】
悪天候時に光信号の極短バースト化がなされる光送信器１００も、シンボル（Ｘ）の発生確率を考慮した振幅及びＤＡＣ割当てを適用すると良い。
【0072】
以上のように、本開示技術は光信号の極短バースト化を行う光通信にも適用することができ、このような光通信システムに対しても、発生頻度の高いシンボル（Ｘ）に対してより大きい余裕（マージン）を与えることができる、という効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【0073】
本開示技術は、例えば、Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇの基幹系大容量光ファイバ通信に応用でき、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【0074】
１００ 光送信器、１１０ 送信デジタル信号生成回路、１１１ 符号化部、１１２ 既知シンボル生成部、１１３ 既知シンボル挿入部、１１４ 振幅調整部、１１５ 利得制御部、１２１ ＤＡＣ、１２２ 光源、１２３ 光変調部、１２４ 光増幅部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】