JPWO2013008871A1 - 送信装置、送信方法、および通信システム - Google Patents

Abstract

高速で大容量なデジタル通信におけるＤ／Ａ変換器の分解能不足による伝送特性の劣化を解消する送信装置を提供するため、本発明の送信装置は、入力データを符号化する符号化部１１と、符号化部１１からの出力信号を、この出力信号に基づく不等間隔な量子化レベル間隔を用いて、デジタル−アナログ変換部１３の分解能に基づく量子化レベル数で量子化する不等間隔量子化部１２と、不等間隔量子化部１２からの出力信号をアナログ信号に変換するデジタル−アナログ変換部１３と、あらかじめ設定された初期伝達関数と不等間隔量子化部１２の伝達関数とのズレを相殺するように、デジタル−アナログ変換部１３の出力レベルを調整する出力レベル調整部１４と、出力レベル調整部１４によって調整されたデジタル−アナログ変換部の出力信号に基づいて送信信号を生成する変調部１５と、を備える。

Description

本発明は、デジタル通信において用いられる送信装置、送信方法、および通信システムに関する。

デジタル通信の高速化・大容量化に伴い、送信側および受信側の通信装置において、高速なＤ／Ａ（ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ ａｎａｌｏｇ）変換器およびＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換器が用いられるようになっている。このようなＤ／Ａ変換器およびＡ／Ｄ変換器の高速化により、各種補償処理や高度な波形等化処理を、送信側あるいは受信側の通信装置がＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）により施すことができるようになった。
例えば、デジタルコヒーレント光通信において、周波数／位相オフセット補償、偏波揺らぎ補償、または波長分散補償等の処理をＤＳＰにより施す通信装置が知られている。一例として、非特許文献１には、受信した信号に対する波長分散補償処理を、ＤＳＰにより行う受信装置が記載されている。
また、特許文献１および特許文献２には、送信対象となる信号に対して、予等化技術を用いた波長分散補償処理をＤＳＰにより施す送信装置が記載されている。この送信装置は、図１４に示すように、入力されたデータを符号化回路で符号化した後、伝送路の波長分散量に基づき、伝送路で生じる波形歪を打ち消すような波形整形処理を、あらかじめ予等化演算回路によって施す。そして、この送信装置は、Ｄ／Ａ変換器を用いて、予等化演算回路から出力されるデジタル信号が示す値に比例したアナログ信号を出力し、ドライバアンプを介してＩ／Ｑ変調器を駆動することで、光送信信号を生成する。
図１５Ａは、この送信装置から送出される光信号の送信波形の一例を示す。また、図１５Ｂは、図１５Ａに示す送信波形の光信号が伝送された後、受信装置に入力される光信号の受信波形の一例を示している。このように、予等化演算を施された送信波形を用いることで、伝送路の波長分散が補償された好適な受信波形が得られることが分かる。
このようなＤＳＰによる波長分散補償処理は、これまでの分散補償ファイバを用いた波長分散補償処理に代わるものとなる。このように、Ｄ／Ａ変換器およびＡ／Ｄ変換器の高速化により、アナログ的に制御していた各種補償処理を、送信側あるいは受信側のＤＳＰによって実行することが可能となった。これにより、通信装置の性能向上や低コスト化が実現し、デジタルコヒーレント通信の実用性が高まっている。
このようなデジタルコヒーレント通信に代表される高速・大容量のデジタル通信において、送信装置で用いられるＤ／Ａ変換器の一例が、非特許文献２に記載されている。このＤ／Ａ変換器は、キャリブレーションなどにより、入力の各コード値の出力レベル間隔が出来るだけ等間隔となるように構成される。これにより、このＤ／Ａ変換器は、図１６に示すような線形の伝達特性を持つ。図１６において、このＤ／Ａ変換器は、入力波形（ａ）で表されるコード値が入力されると、出力波形（ｂ）で表されるアナログ信号を出力する。このように、このＤ／Ａ変換器は、高分解能（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｂｉｔ：ＥＮＯＢ）かつ低歪なＤ／Ａ変換を行うことができる。
特開２００７−２６７００１号公報 特開２００８−１２４８９３号公報 Ｄｏｕｇ ＭｃＧｈａｍ，Ｃｈａｒｌｅｓ Ｌａｐｅｒｌｅ，Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｓａｖｃｈｅｎｋｏ，Ｃｈｕａｎｄｏｎｇ Ｌｉ，Ｇａｒｙ Ｍａｋ，ａｎｄ Ｍａｕｒｉｃｅ Ｏ‘Ｓｕｌｌｉｖａｎ，"５１２０−ｋｍ ＲＺ−ＤＰＳＫ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｇ．６５２Ｆｉｂｅｒ ａｔ １０ Ｇｂ／ｓ Ｗｉｔｈｏｕｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ"，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１７，ｎｏ．３，ｐｐ．７１４−７１６，Ｍａｒ．２００５． Ｙｕｒｉｔｙ Ｍ．Ｇｒｅｓｈｃｈｅｖ，Ｄａｎｉｅｌ Ｐｏｌｌｅｘ，Ｓｈｉｎｇ−Ｃｈｉ Ｗａｎｇ，Ｍａｒｉｎｅｔｔｅ Ｂｅｓｓｏｎ，Ｐｈｉｌｉｐ Ｆｌｅｍｅｋｅ，Ｓｔｅｆａｎ Ｓｚｉｌａｇｙｉ，Ｊｏｒｇｅ Ａｇｕｉｒｒｅ，Ｃｈｒｉｓ Ｆａｌｔ，Ｎａｉｍ Ｂｅｎ−Ｈａｍｉｄａ，Ｒｏｂｅｒｔ Ｇｉｂｂｉｎｓ，Ｐｅｔｅｒ Ｓｃｈｖａｎ，"Ａ ５６ＧＳ／ｓ ６ｂ ＤＡＣ ｉｎ ６５ｎｍ ＣＭＯＳ ｗｉｔｈ ２５６ｘ６ｂ Ｍｅｍｏｒｙ"，ＩＳＳＣＣ Ｄｉｇ．Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，ｐｐ．５４４−６３４，Ｆｅｂ．２０１１．

さらなるネットワークの高速化・大容量化への要求の高まりに伴い、デジタル通信の送信装置には、さらに高速かつ高分解能のＤ／Ａ変換器が求められている。例えば、通信速度が１００Ｇｂｐｓ（ｂｉｔｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）を超えるような次世代の光通信システムでは、多値変調方式やＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式の採用が想定されている。このような光通信システムで用いられる送信装置には、さらに高速で高分解能なＤ／Ａ変換器が必要である。
ところが、サンプリングレートが数十ＧＳｐｓ（Ｓａｍｐｌｅｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）を超えるような超高速Ｄ／Ａ変換器では、Ｄ／Ａ変換器を構成する素子の特性のばらつきの影響が大きくなる。そのため、上述の非特許文献２に記載されたような構成では、回路速度と消費電力の制限もあって、入力の各コード値の出力レベル間隔を高精度に等間隔に制御することが困難となる。したがって、上述の構成のＤ／Ａ変換器では、高分解能と高速性とを両立することが難しい。
Ｄ／Ａ変換器の分解能の不足は、特に、低ＳＮＲ（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）下の通信、高い波長分散が付加された光信号の通信、あるいは、多値変調やＯＦＤＭが採用された通信など、複雑な波形を有する信号の高精度な送受信が必要な通信において問題となる。例えば、このような通信において、送信装置がＤＳＰにより予め波形歪補償処理を行っても、Ｄ／Ａ変換器の分解能が不足していると、ＤＳＰによる波形歪補償の効果が十分に出ない。したがって、このような送信装置では、Ｄ／Ａ変換器の分解能不足によりシステム性能が劣化するという問題が生じていた。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、高速で大容量なデジタル通信におけるＤ／Ａ変換器の分解能不足による伝送特性の劣化を解消する送信装置を提供することを目的とする。

本発明の送信装置は、入力データを符号化する符号化部と、符号化部からの出力信号を、この出力信号に基づく不等間隔な量子化レベル間隔を用いて、後続のデジタル−アナログ変換部の分解能に基づく量子化レベル数で量子化する不等間隔量子化部と、不等間隔量子化部からの出力信号をアナログ信号に変換するデジタル−アナログ変換部と、あらかじめ設定された初期伝達関数と不等間隔量子化部の伝達関数とのズレを相殺するように、デジタル−アナログ変換部の出力レベルを調整する出力レベル調整部と、出力レベル調整部によって調整されたデジタル−アナログ変換部の出力信号に基づいて送信信号を生成する変調部と、を備える。
また、本発明の通信システムは、上述の送信装置と、送信装置から送信されるデータを受信する受信装置と、を備える。
また、本発明の送信方法は、入力データを符号化し、符号化された信号を、この信号に基づく不等間隔な量子化レベル間隔を用いて、後続のデジタル−アナログ変換時の分解能に基づく量子化レベル数で量子化し、量子化された信号をアナログ信号に変換する際に、不等間隔な量子化を表す伝達関数と、あらかじめ設定された初期伝達関数とのズレを相殺するように、アナログ信号の出力レベルを調整し、調整したアナログ信号に基づいて送信信号を生成する。

本発明は、高速で大容量なデジタル通信におけるＤ／Ａ変換器の分解能不足による伝送特性の劣化を解消する送信装置を提供することができる。

図１は本発明の第１の実施の形態としての送信装置の機能ブロック図である。
図２は本発明の第２の実施の形態としての送信装置の機能ブロック図である。
図３Ａは本発明の第２の実施の形態において波形整形回路から出力される信号の波形の一例を示す図である。
図３Ｂは図３Ａの波形の振幅頻度分布を示す図である。
図３Ｃは図３Ｂの振幅頻度分布に基づいて設定される不等間隔な量子化レベル間隔を説明する図である。
図４は本発明の第２の実施の形態における不等間隔量子化回路の伝達関数を説明する図である。
図５は本発明の第２の実施の形態において出力レベル調整部によって出力レベルを調整されたＤ／Ａ変換器の伝達関数を説明する図である。
図６Ａは等間隔な量子化による量子化誤差を説明する図である。
図６Ｂは本発明の第２の実施の形態における不等間隔量子化回路の量子化誤差を説明する図である。
図７Ａは等間隔な量子化によるＤ／Ａ変換において時間経過にしたがって発生する量子化誤差を説明する図である。
図７Ｂは本発明の第２の実施の形態における不等間隔量子化回路を用いたＤ／Ａ変換において時間経過にしたがって発生する量子化誤差を説明する図である。
図７Ｃは本発明の第２の実施の形態におけるＤ／Ａ変換により量子化雑音が低減することを説明する図である。
図８は本発明の第２の実施の形態としての送信装置の他の態様の機能ブロック図である。
図９は本発明の第３の実施の形態としての送信装置の機能ブロック図である。
図１０は本発明の第３の実施の形態において予等化演算回路から出力される信号波形のパワーの出現頻度分布を示す図である。
図１１は本発明の第３の実施の形態における不等間隔量子化回路の伝達関数を説明する図である。
図１２は本発明の第３の実施の形態において出力レベル調整部によって出力レベルを調整されたＤ／Ａ変換器の伝達関数を説明する図である。
図１３は本発明の第４の実施の形態としての送信装置の機能ブロック図である。
図１４は関連技術の送信装置の概略構成を示す図である。
図１５Ａは関連技術の送信装置によって波形整形された送信波形を示す図である。
図１５Ｂは図１５Ａの送信波形で表される信号が伝送され受信装置に入力される受信波形を示す図である。
図１６は関連技術の送信装置で用いられるＤ／Ａ変換器の伝達特性を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態としての送信装置１の構成を図１に示す。図１において、送信装置１は、符号化部１１と、不等間隔量子化部１２と、デジタル−アナログ変換部１３と、出力レベル調整部１４と、変調部１５と、を備える。
符号化部１１は、入力されるデータに対して、送信装置１に採用された所定の変調方式に基づき符号化を行う。
不等間隔量子化部１２は、符号化部１１からの出力信号を、この出力信号に基づく不等間隔な量子化レベル間隔で量子化する。ここで、不等間隔な量子化レベル間隔とは、符号化部１１からの出力信号がとりうる値の範囲が量子化レベルに基づく数に分割された量子化レベル間隔のうち、少なくとも１つの量子化レベル間隔が、他の量子化レベル間隔と異なることをいう。例えば、不等間隔量子化部１２は、符号化部１１からの出力信号の波形の形状に基づいて、受信側でより高精度な再生が必要とされる波形を示す部分においてより密な間隔となるよう、量子化レベル間隔を不等間隔に設定してもよい。なお、ここでいう波形とは、符号化部１１から出力されるデジタル信号が示すデジタル値の時間変化を表す波形を指し、以下、単に波形とも記載する。
また、不等間隔量子化部１２からの出力信号の量子化レベルは、デジタル−アナログ変換部１３の入力ビット精度に応じたものとする。例えば、符号化部１１からの出力信号をｌビットとし、デジタル−アナログ変換部１３の入力ビットをｍビットとする。この場合、不等間隔量子化部１２は、符号化部１１からのビット幅ｌの出力信号を、不等間隔な量子化レベル間隔で、２^ｍ段階に量子化する。
例えば、不等間隔量子化部１２は、符号化部１１からの出力波形の振幅レベルの頻度分布に反比例するように、量子化レベル間隔を設定してもよい。あるいは、不等間隔量子化部１２は、この頻度分布の勾配の絶対値に反比例するように、量子化レベル間隔を設定してもよい。あるいは、急峻な信号変化をデジタル信号処理する目的のためには、不等間隔量子化部１２は、波形変化が急峻な領域をより密に、波形変化が緩やかな領域をより疎に量子化することも可能である。
デジタル−アナログ変換部１３は、不等間隔量子化部１２から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換する。このとき、変換されたアナログ信号の出力レベルは、出力レベル調整部１４によって調整される。
出力レベル調整部１４は、あらかじめ設定された初期伝達関数と、不等間隔量子化部１２の伝達関数とのズレを相殺するように、デジタル−アナログ変換部１３の出力レベルを調整する。ここで、不等間隔量子化部１２の伝達関数とは、不等間隔量子化部１２の入力値と出力値との関係を表す関数をいうものとする。また、初期伝達関数としては、例えば、符号化部１１からの出力信号を等間隔で量子化した場合の伝達関数があらかじめ設定されてもよい。さらには、初期伝達関数として、十分に大きな量子化レベルで等間隔に量子化した場合の伝達関数が設定されてもよい。この場合、初期伝達関数は、線形な伝達関数となる。また、初期伝達関数と不等間隔量子化部１２の伝達関数とのズレとは、同一の入力信号に対して、不等間隔量子化部１２の伝達関数による出力値と、初期伝達関数による出力値との差をいうものとする。
出力レベル調整部１４は、このズレを相殺するようにデジタル−アナログ変換部１３の出力レベルを調整する。ここで、ズレの相殺とは、不等間隔量子化部１２からの出力値がデジタル−アナログ変換部１３によって変換されたアナログ信号の出力レベルを、仮に初期伝達関数が用いられたとした場合の不等間隔量子化部１２からの出力値がデジタル−アナログ変換部１３によって変換されたアナログ信号の出力レベルに近づけることをいう。つまり、不等間隔量子化部１２における伝達関数の初期伝達関数からのズレは、出力レベル調整部１４による出力レベルの調整分によって相殺される。
したがって、出力レベル調整部１４は、入力値に対する出力レベルの間隔を不等間隔に調整することになる。例えば、出力レベル調整部１４は、不等間隔量子化部１２の伝達関数の初期伝達関数からのズレに対して、デジタル−アナログ変換部１３の伝達関数の初期伝達関数からのズレが逆特性となるように、デジタル−アナログ変換部１３の出力レベルを調整すればよい。
これにより、不等間隔量子化部１２、および、出力レベルが調整されたデジタル−アナログ変換部１３の組合せによって、初期伝達関数が得られることになる。つまり、符号化部１１からの出力信号は、初期伝達関数に基づいてアナログ信号に変換される。しかも、符号化部１１からの出力信号は、不等間隔量子化部１２によって一旦量子化されることにより、密な量子化レベル間隔が設定された領域において、より高分解能でアナログ信号に変換されることになる。
ただし、出力レベル調整部１４は、完全に上述の逆特性となるようにデジタル−アナログ変換部１３の出力レベルを調整する必要はない。出力レベル調整部１４は、不等間隔量子化部１２、および、出力レベルが調整されたデジタル−アナログ変換部１３の組合せにより、理想的な初期伝達関数に近似する伝達関数が得られるようにすればよい。
変調部１５は、デジタル−アナログ変換部１３の出力信号に基づいて、送信信号を生成し、伝送路に送出する。
以上のように構成される送信装置１の動作について説明する。
まず、符号化部１１は、入力されるデータに対して、所定の変調方式に基づき符号化を行う。次に、不等間隔量子化部１２は、符号化部１１からの出力信号に基づいて、この出力信号を量子化するための不等間隔な量子化レベル間隔を設定する。このとき、不等間隔量子化部１２は、受信側でより高精度な再生が必要とされる波形を示す部分においてより密な間隔となるよう、量子化レベル間隔を不等間隔に設定してもよい。
次に、不等間隔量子化部１２は、設定した量子化レベル間隔を用いて、デジタル−アナログ変換部１３の分解能に基づく量子化レベル数で、符号化部１１からの出力信号を量子化する。
次に、デジタル−アナログ変換部１３は、不等間隔量子化部１２から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換する。この際、出力レベル調整部１４は、不等間隔量子化部１２から、その伝達関数に関する情報を取得する。そして、出力レベル調整部１４は、不等間隔量子化部１２の伝達関数の初期伝達関数からのズレに対して、デジタル−アナログ変換部１３の伝達関数の初期伝達関数からのズレが略逆特性となるよう、デジタル−アナログ変換部１３の出力レベルを調整する。
次に、変調部１５は、出力レベル調整部１４によって出力レベルを調整されたデジタル−アナログ変換部１３の出力信号に基づいて、送信信号を生成し、伝送路に送出する。
以上で、送信装置１の動作の説明を終了する。
次に、本発明の第１の実施の形態の効果について述べる。
本発明の第１の実施の形態としての送信装置は、高速で大容量なデジタル通信においてＤ／Ａ変換器の分解能不足による伝送特性の劣化を解消することができる。
その理由は、不等間隔量子化部が、入力データが符号化された信号を、その信号に基づく不等間隔な量子化レベル間隔で量子化してから、デジタル−アナログ変換部が、アナログ信号に変換するからである。これにより、本発明の第１の実施の形態としての送信装置は、符号化された信号をそのままデジタル−アナログ変換部に入力する場合と比べて、より密な量子化レベル間隔で量子化した領域における実効的な分解能を向上させることができる。
そして、出力レベル調整部が、不等間隔量子化部による不等間隔な量子化により発生する理想的な初期伝達関数からのズレを相殺するように、デジタル−アナログ変換部の出力レベルを調整する。これにより、理想的な初期伝達関数と略同等な変換特性を維持することができるからである。以上より、本発明の第１の実施の形態としての送信装置は、高線形性を維持しながらも、Ｄ／Ａ変換器の実効的な分解能を向上させることができることになる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の説明において参照する各図面において、本発明の第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して本実施の形態における詳細な説明を省略する。
まず、本発明の第２の実施の形態としての送信装置１０の構成を、図２に示す。図２において、送信装置１０は、ＤＳＰ１０１と、量子化レベル調整回路１０５と、Ｄ／Ａ変換器１０６と、出力レベル調整回路１０７と、伝達関数補正回路１０８と、出力アンプ１０９と、変調器１１０とを備える。また、ＤＳＰ１０１は、符号化回路１０２と、波形整形演算回路１０３と、不等間隔量子化回路１０４とを含む。なお、ＤＳＰ１０１は、送信装置１０におけるデジタル信号処理を行うデジタル回路である。
符号化回路１０２は、ＤＳＰ１０１に入力されたデータに対し、この送信装置１０で用いる変調方式に応じた符号化を行う。
波形整形演算回路１０３は、送信装置１０の送信特性が好適になるよう、符号化回路１０２で符号化された信号の波形整形処理を行う。例えば、波形整形演算回路１０３は、符号化回路１０２で符号化された信号に対して、伝送路で発生する波形歪を予め補償する処理を施すものであってもよい。
なお、符号化回路１０２および波形整形演算回路１０３は、本発明の符号化部の一実施形態を構成している。
不等間隔量子化回路１０４は、量子化レベル調整回路１０５から出力される量子化レベル間隔制御信号に基づき、後段に接続されたＤ／Ａ変換器１０６のビット精度に応じたビット精度で、波形整形演算回路１０３の出力信号の量子化を行う。このとき、不等間隔量子化回路１０４の伝達関数は、量子化レベル調整回路１０５からの量子化レベル間隔制御信号により定まる。そして、この伝達関数は、あらかじめ設定された初期伝達関数に対するズレを含むことになる。ここで、不等間隔量子化回路１０４の伝達関数とは、不等間隔量子化回路１０４の入力値と出力値との関係を表す関数をいうものとする。
また、初期伝達関数としては、第１の実施の形態と同様に、例えば、等間隔な量子化レベル間隔で量子化を行った場合の伝達関数が設定されていてもよい。さらには、初期伝達関数として、十分に大きな量子化レベルで等間隔に量子化した場合の伝達関数が設定されてもよい。この場合、初期伝達関数は、線形な伝達関数となる。また、初期伝達関数に対するズレとは、同一の入力信号に対する不等間隔量子化回路１０４の伝達関数による出力値と、初期伝達関数による出力値との差をいうものとする。
量子化レベル調整回路１０５は、波形整形演算回路１０３の出力信号に基づく量子化レベル間隔を設定する量子化レベル間隔制御信号を、不等間隔量子化回路１０４に対して出力する。本実施の形態では、量子化レベル調整回路１０５は、波形整形演算回路１０３の出力波形の振幅頻度分布に基づいて、頻度分布が大きい部分を密に、頻度分布が小さい部分を疎になるよう量子化レベル間隔制御信号を出力する。
なお、不等間隔量子化回路１０４および量子化レベル調整回路１０５は、本発明の不等間隔量子化部の一実施形態を構成している。
Ｄ／Ａ変換器１０６は、不等間隔量子化回路１０４によって量子化された信号が示す値に応じたアナログ信号を、出力レベル調整回路１０７を介して出力する。
出力レベル調整回路１０７は、伝達関数補正回路１０８から出力される出力レベル制御信号に応じて、Ｄ／Ａ変換器１０６の出力レベルを調整する。例えば、出力レベル調整回路１０７は、一般的なＤ／Ａ変換器で用いられるＲ−２Ｒラダーにおける抵抗値の調整や、出力電流加算量の制御などにより、Ｄ／Ａ変換器１０６の出力レベルを調整してもよい。つまり、出力レベル調整回路１０７は、Ｄ／Ａ変換器１０６の伝達関数を補正する。
伝達関数補正回路１０８は、Ｄ／Ａ変換器１０６の伝達関数を補正するための出力レベル制御信号を、出力レベル調整回路１０７に対して出力する。具体的には、伝達関数補正回路１０８は、不等間隔量子化回路１０４の伝達関数の初期伝達関数からのズレを相殺するように、出力レベルを不等間隔に制御する信号の出力を行う。
ここで、不等間隔量子化回路１０４の伝達関数の初期伝達関数からのズレは、量子化レベル調整回路１０５で設定される不等間隔な量子化レベル間隔に依存する。そこで、伝達関数補正回路１０８は、量子化レベル調整回路１０５から、不等間隔量子化回路１０４の伝達関数に関する情報を取得する。そして、伝達関数補正回路１０８は、取得した伝達関数に関する情報に基づいて、出力レベル制御信号を生成する。このとき、伝達関数補正回路１０８は、Ｄ／Ａ変換器１０６の伝達関数の初期伝達関数からのズレが、不等間隔量子化回路１０４の伝達関数の初期伝達関数からのズレの略逆特性となるように、出力レベルを調整する出力レベル制御信号を生成する。
なお、伝達関数補正回路１０８は、不等間隔量子化回路１０４の伝達関数の初期伝達関数からのズレを生じる全ての点についてそのズレを相殺するような出力レベル制御信号を生成しなくてもよい。例えば、伝達関数補正回路１０８は、不等間隔量子化回路１０４の伝達関数と、初期伝達関数との差（ズレ）の絶対値の最大値、平均値、あるいは、積分値などを相殺するような出力レベル制御信号を生成してもよい。
なお、出力レベル調整回路１０７および伝達関数補正回路１０８は、本発明の出力レベル調整部の一実施形態を構成する。
出力アンプ１０９は、Ｄ／Ａ変換器１０６の出力信号を増幅し、変調器１１０に入力する。
変調器１１０は、出力アンプ１０９からの出力信号を変調し、送信信号として送出する。
なお、出力アンプ１０９および変調器１１０は、本発明の変調部の一実施形態を構成する。
以上のように構成された送信装置１０の動作について説明する。
まず、符号化回路１０２は、送信装置１０に入力されたデータに対して、この送信装置１０で採用された変調方式に応じた符号化処理を行う。
次に、波形整形演算回路１０３は、符号化された信号に対して、送信装置１０の送信特性が好適になるよう種々の波形整形処理を施す。例えば、上述のように、波形整形演算回路１０３には、伝送路で発生する波形歪をあらかじめ補償する処理を行ってもよい。例えば、波形整形演算回路１０３から出力される信号が、図３Ａに示すような波形を示す場合について説明する。このとき、図３Ｂは、図３Ａに示す波形の振幅ヒストグラムｆ（ｘ）を示している。
次に、量子化レベル調整回路１０５は、ヒストグラムｆ（ｘ）が大きい部分を密に、ヒストグラムｆ（ｘ）が小さい部分を疎になるよう量子化レベル間隔制御信号を出力する。この量子化レベル間隔制御信号は、波形整形演算回路１０３からの出力信号を、図３Ｃに示すような不等間隔な量子化レベル間隔で量子化するための制御信号である。この例では、量子化レベル調整回路１０５は、ヒストグラムｆ（ｘ）に反比例する間隔で、量子化レベル間隔制御信号を生成している。さらに、量子化レベル調整回路１０５は、量子化レベル間隔制御信号により定まる不等間隔量子化回路１０４の伝達関数情報を、伝達関数補正回路１０８に供給する。
次に、伝達関数補正回路１０８は、伝達関数情報に基づいて、不等間隔量子化回路１０４の伝達関数の初期伝達関数からのズレを相殺するようにＤ／Ａ変換器１０６の出力レベルを調整する出力レベル制御信号を、出力レベル調整回路１０７に対して出力する。
次に、不等間隔量子化回路１０４は、量子化レベル調整回路１０５からの量子化レベル間隔制御信号に基づいて、波形整形演算回路１０３からの出力信号を量子化する。
次に、Ｄ／Ａ変換器１０６は、不等間隔量子化回路１０４によって量子化されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、出力レベル調整回路１０７を介して出力する。これにより、Ｄ／Ａ変換器１０６は、不等間隔量子化回路１０４で生じた初期伝達関数からのズレに対して略逆特性をもつ伝達特性を有することになる。すなわち、不等間隔量子化回路１０４および出力レベル調整回路１０７の組合せにより、初期伝達関数（一般的には線形な伝達特性）が得られる。
次に、不等間隔量子化回路１０４および量子化レベル調整回路１０５の動作の一例について詳細に説明する。
図４に、不等間隔量子化回路１０４の入力値に対する出力値の一例を示す。なお、図４において、波形整形演算回路１０３から出力されて不等間隔量子化回路１０４に入力される値ａ_ｏｕｔが示す波形の振幅頻度分布は、概ねガウス分布であるものとする。また、このガウス分布は、ガウス分布の広がりを示す分散σ^２により特徴付けられているものとする。図４において、横軸は、波形整形演算回路１０３の出力値ａ_ｏｕｔを表し、縦軸は、不等間隔量子化回路１０４の出力値ｂ_ｏｕｔを表している。また、ｂ_ｏｕｔのビット幅ｍは、Ｄ／Ａ変換器１０６の入力ビット精度に応じて４ｂｉｔであるものとする。
図４において、不等間隔量子化回路１０４は、ａ_ｏｕｔがａ_ｋ≦ａ_ｏｕｔ＜ａ_ｋ＋１のとき、ｂ_ｏｕｔが符号ｂ_ｋ（図３の例では４ｂｉｔの２進数）となるよう、ａ_ｏｕｔを不等間隔にｂ_ｏｕｔに量子化している。ここで、ａ_０〜ａ_２ ^ｍ _−１は、ビット幅ｌのａ_ｏｕｔを２^ｍ段階に量子化する際の量子化レベル間隔の閾値を表している。以降、ａ_ｏｕｔをｂ_ｏｕｔに量子化することを、量子化マッピングとも記載する。
図４において、曲線（ｉ）は、次式（１）で表される値に比例する曲線を表している。また、直線（ｉｉ）は、初期伝達関数を表している。ここでは、この初期伝達関数は、量子化レベルを十分に大きくして等間隔に量子化を行った場合の線形な伝達関数が設定されているものとする。
式（１）において、ｆ（ｘ）は、出力信号値ａ_ｏｕｔをｘとするガウス分布形状を表し、σはガウス分布の分散を表し、ＦＳ（ｆｕｌｌ−ｓｃａｌｅ）は、波形整形演算回路１０３からの最大出力値を表す値である。
このとき、量子化レベル調整回路１０５は、波形整形演算回路１０３からの出力信号の波形状態を表す所定の設定値に基づいて、ａ_ｋ（ｋ＝０〜２^ｍ−１）を決定してもよい。この所定の設定値は、例えば、分散σ^２であってもよい。また、この分散σ^２は、波形整形演算回路１０３の波形整形処理に関する設定値に対して一対一に対応付けられて定められたものであってもよい。そして、量子化レベル調整回路１０５は、決定したａ_ｋを量子化レベル間隔制御信号として不等間隔量子化回路１０４に供給する。そして、量子化レベル調整回路１０５は、不等間隔量子化回路１０４の伝達関数に関する情報を生成し、伝達関数補正回路１０８に供給する。
また、量子化レベル調整回路１０５は、ａ_ｋの値として、曲線（ｉ）のａ_ｋに対する値ｈ（ａ_ｋ）が、ｂ_ｋ−１とｂ_ｋの間の任意の値になるような値を定めることが可能である。また、量子化レベル調整回路１０５は、ａ_ｋの値を定めるために、送信装置１０の出力波形のアイ開口やビット誤り率（ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ：ＢＥＲ）がより好適になるように、キャリブレーション、トレーニング、フィードバック制御などを行ってａ_ｋの値を定めることも可能である。
また、図４に示した波形（１）は、波形整形演算回路１０３から出力されて不等間隔量子化回路１０４に入力される波形の一例としての正弦波を表している。また、波形（２）は、図４のように定められた量子化レベル間隔ａ_ｋによって、波形（１）を表す入力値が量子化マッピングされた出力値が示す波形を示している。このように、量子化レベル間隔ａ_ｋが密に設定された領域の値を有する入力波形（１）は、密に量子化された波形（２）となって出力されることがわかる。
次に、図５を用いて、Ｄ／Ａ変換器１０６、レベル調整回路１０７、および、伝達関数補正回路１０８の動作の一例について詳細に説明する。
図５は、図４に示した不等間隔量子化回路１０４からの出力値ｂ_ｏｕｔがＤ／Ａ変換器１０６に入力された際の、Ｄ／Ａ変換器１０６のアナログ出力振幅ｃ_ｏｕｔを説明する図である。図５において、横軸は、不等間隔量子化回路１０４の出力値ｂ_ｏｕｔを表し、縦軸は、Ｄ／Ａ変換器１０６のアナログ出力振幅ｃ_ｏｕｔを表している。図５において、曲線（ｉｉｉ）は、図４の曲線（ｉ）に対して逆関数の関係になっている。そして、Ｄ／Ａ変換器１０６は、不等間隔量子化回路１０４の出力値ｂ_ｏｕｔアナログ信号に変換し、レベル調整回路１０７を介して振幅ｃ_ｏｕｔのアナログ信号を出力する。
このとき、レベル調整回路１０７による調整により、ｂ_ｏｕｔに対して曲線（ｉｉｉ）に基づき一対一の関係で振幅ｃ_ｏｕｔが定まる。ここで、曲線（ｉ）および曲線（ｉｉｉ）は逆関数の関係にあることから、不等間隔量子化回路１０４およびＤ／Ａ変換器１０６の組合せにより、初期伝達関数からのズレが相殺された理想に近い伝達特性（一般的には線形）が得られることが分かる。
また、図５の波形（２）は、Ｄ／Ａ変換器１０６に入力される、不等間隔量子化回路１０４からの出力値が示す波形を表している。ここでは、波形（２）として、図４の波形（２）と同一の波形を表している。また、アナログ信号（３）は、出力レベルが調整されたＤ／Ａ変換器１０６によって、波形（２）から変換されるアナログ信号の波形を示している。このように、波形整形演算回路１０３から出力された波形（１）の信号は、不等間隔量子化回路１０４によって密に量子化された波形（２）の信号にいったん変換されることにより、線形性を維持しながら高分解能でアナログ信号（３）に変換されることがわかる。
次に、図６および図７を用いて、本発明の送信装置１０により、実効的な分解能が向上する理由について詳細に説明する。
図６Ａ、６Ｂは、入力値ａ_ｏｕｔを量子化する際の量子化誤差を表す図である。比較のため、図６Ａには、ａ_ｏｕｔを等間隔に量子化する場合の量子化誤差を示し、図６Ｂに、本実施の形態における不等間隔量子化回路１０４によりａ_ｏｕｔを不等間隔に量子化する際の量子化誤差を示している。なお、図６Ｂは、ａ_ｏｕｔのビット幅ｌが十分大きなときに、図４の曲線（ｉ）においてｂ_ｋ−１とｂ_ｋのちょうど中間値に対応する値をａ_ｋとして定めた場合の量子化誤差を示しているものとする。
ここで、図６Ａでは、入力値ａ_ｏｕｔの大きさに依らず±１／２ＬＳＢ（ｌｅａｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｉｔ＝１／２^ｍ）の一様な量子化誤差が発生していることが分かる。一方、図６Ｂでは、中央付近の入力値で量子化誤差が小さく、両端付近の入力値で量子化誤差が大きくなることが分かる。したがって、図６Ｂに示すような量子化誤差を発生させる不等間隔量子化回路１０４に、図３のような振幅頻度分布が概ねガウス分布形状をした波形を示す入力値を入力した場合には、高頻度の中央付近の入力値に対して量子化誤差の小さい量子化が施され、低頻度の両端付近の入力値に対して量子化誤差の大きい量子化が施されることになる。したがって、本実施の形態の不等間隔量子化回路１０４は、図６Ａに示すような等間隔な量子化によりＤ／Ａ変換する場合に比べて、実質的な量子化雑音を小さくすることができることがわかる。
次に、図７Ａ、７Ｂ、７Ｃを用いて、本実施の形態の不等間隔量子化回路１０４により量子化雑音が小さくなる様子をより具体的に説明する。図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、時間の経過にしたがって発生する量子化誤差のイメージを示している。なお、図７Ａ、７Ｂ、７Ｃにおいて、不等間隔量子化回路１０４には、中央付近の振幅頻度分布が高く、両端付近の振幅頻度分布が低いような波形を示す入力値ａ_ｏｕｔが入力されたものとする。
図７Ａは、関連技術のＤ／Ａ変換を用いて、図６Ａに示したような等間隔な出力レベルマッピングが行われた場合の、時間経過に対する量子化誤差発生のイメージ図である。図７Ａでは、時間経過に対して、±１／２ＬＳＢの間で一様な量子化雑音が発生していることがわかる。
一方、図７Ｂは、図６Ｂに示したような本実施の形態における不等間隔量子化回路１０４およびＤ／Ａ変換器１０６による出力レベルマッピングが行われた場合の、時間経過に対する量子化誤差発生のイメージ図である。図７Ｂの方が、図７Ａと比べて、±１／２ＬＳＢより小さい量子化誤差の発生頻度が高く、±１／２ＬＳＢより大きい量子化誤差の発生頻度が低いことがわかる。このことから、図７Ｃに示すように、本実施の形態としての送信装置１０は、量子化誤差の平均パワー（例えば、二乗和平均）を改善することが分かる。
なお、本実施の形態では、不等間隔量子化回路１０４の入力波形の振幅ヒストグラムがガウス分布であるものとして式（１）を用いて説明を行ったが、不等間隔量子化回路１０４の入力信号は、その波形の振幅頻度分布がガウス分布であるものに限らない。また、本実施の形態としての送信装置１０は、不等間隔な量子化マッピングおよび出力レベル調整（逆マッピング）を必ずしも式（１）に基づいて行う必要はない。例えば、本実施の形態における量子化レベル調整回路１０５は、振幅頻度分布ｆ（ｘ）の勾配の絶対値ｇ（ｘ）＝｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜に反比例する量子化レベル間隔を設定してもよい。
あるいは、本実施の形態における量子化レベル調整回路１０５は、急峻な信号変化をデジタル信号処理する目的のためには、信号の変化が速い部分をより精度良くＤ／Ａ変換するように、波形変化が急峻な領域をより密に、波形変化が緩やかな領域をより疎に量子化レベル間隔を設定してもよい。
次に、本発明の第２の実施の形態の効果について述べる。
本発明の第２の実施の形態としての送信装置は、高速で大容量なデジタル通信においてＤ／Ａ変換器の分解能不足による伝送特性の劣化を解消することにより、送信側における高度な波形整形処理を可能とする。
その理由は、不等間隔量子化回路が、波形整形演算回路からの出力波形に応じて、受信側での高精度な再生が必要となる部分においてより密な量子化間隔で量子化を行い、Ｄ／Ａ変換器が、不等間隔に量子化されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、その際に、出力レベル調整回路が、不等間隔量子化回路の伝達関数の初期伝達関数からのズレを相殺するようにＤ／Ａ変換器の出力レベルを調整するからである。これにより、本発明の第２の実施の形態としての送信装置は、Ｄ／Ａ変換における高線形性を維持しながらも、受信側での高精度な再生が必要となる部分においてＤ／Ａ変換器の実効的な分解能を向上させることができる。その結果、本発明の第２の実施の形態としての送信装置は、波長分散予等化処理、ＯＦＤＭ変調処理、あるいは多値変調処理などの波形整形に必要とされるＤ／Ａ変換器の物理的な分解能が不足する場合にも、送信装置の送信精度の劣化を防ぐことができる。
次に、本発明の第２の実施の形態の他の態様について説明する。
図８は、本発明の第２の実施の形態の他の態様としての送信装置７０の構成を示すブロック図である。ここで、図８において、送信装置７０は、図２に示した送信装置１０と同一の構成に加え、波形モニタ７０１を有している。なお、波形モニタ７０１は、本発明のモニタ部の一実施形態を構成している。
波形モニタ７０１は、波形整形演算回路１０３からの出力波形をモニタすることにより、その波形情報を量子化レベル調整回路１０５に供給する。このように構成された送信装置７０は、波形整形演算回路１０３の設定値に依らず、不等間隔量子化回路１０４の入力値が示す波形情報を得ることが可能となる。したがって、このように構成された送信装置７０は、信号の伝送特性を好適に設定するために波形整形演算回路１０３の設定値が変化した場合であっても、アダプティブに、より簡易に、量子化レベル調整回路１０５を制御することが可能となる。
なお、波形モニタ７０１は、量子化レベル調整回路１０５の機能を含むよう構成されていても良い。その場合、波形モニタ７０１は、図８に破線で示したように、不等間隔量子化回路１０４に量子化レベル間隔制御信号を供給し、伝達関数補正回路１０８に伝達関数情報を供給すればよい。
また、本発明の第２の実施の形態における不等間隔量子化処理、および、不等間隔量子化マッピングによる初期伝達関数からのズレを補正する伝達関数補正処理は、図３および図４に示すものに限らない。本発明の第２の実施の形態において、不等間隔量子化処理は、受信側で高精度な再生が必要とされる波形を示す部分の入力信号を密に量子化するものであればよい。
また、本実施の形態における伝達関数補正処理は、必ずしも、不等間隔量子化による初期伝達関数からのズレを完全に相殺する必要はない。例えば、本実施の形態における伝達関数補正処理は、図３および図４に示したような、ズレを完全に相殺する不等間隔量子化処理および伝達関数補正処理が、伝送路の帯域特性や分散などに基づいて伝送品質や受信端での誤り率が好適になるように微調整された各処理であってもよい。
また、本発明の第２の実施の形態において、本発明の出力レベル調整部は、出力レベル調整回路１０７の替わりに、出力アンプ１０９によって構成されてもよい。この場合、出力アンプ１０９として、例えばログアンプやアンチログアンプを使用し、その利得特性を調整することにより、本発明の出力レベル調整部が実現される。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、本発明の送信装置に、光ファイバ伝送路を介してデータを送信する送信装置を適用した例について説明する。なお、本実施の形態の説明において参照する各図面において、本発明の第１および第２の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して本実施の形態における詳細な説明を省略する。
まず、本発明の第３の実施の形態に係る送信装置８０の概略構成を図９に示す。図９において、送信装置８０は、本発明の第２の実施の形態としての送信装置１０に対して、波形整形演算回路１０３に替えて予等化演算回路８０１と、量子化レベル調整回路１０５に替えてＬＵＴ（ｌｏｏｋｕｐ−ｔａｂｌｅ）８０２とを備える。また、伝達関数補正回路１０８に替えて伝達関数補正回路８０８と、変調器１１０に替えてＩ／Ｑ変調器８０４とを備え、さらに、波長分散量設定回路８０３と、信号光源８０５とを備える点が異なる。
また、送信装置８０は、不等間隔量子化回路１０４に替えて不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂと、Ｄ／Ａ変換器１０６に替えてＤ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂとを備える。さらに、出力レベル調整部１０７に替えて出力レベル調整部１０７ａおよび１０７ｂを備える点も、本発明の第２の実施の形態としての送信装置１０に対して異なる。
波長分散量設定回路８０３は、光ファイバ伝送路の波長分散量をあらかじめ記憶する。
予等化演算回路８０１は、波長分散量設定回路８０３に設定された波長分散量に基づいて、光ファイバ伝送路で付与される波長分散による波形歪を打ち消す（予等化あるいは補償する）ための予等化演算を予め行う。
例えば、高次分散を無視した近似による光ファイバ伝送路の伝達関数は、ｅｘｐ（ｊβ_２ω^２Ｌ／２）（ｊ：虚数単位、β_２：群速度分散パラメータ、ω：信号光角周波数、Ｌ：伝送距離）でモデル化することができる。したがって、予等化演算回路８０１は、当該光ファイバ伝送路の伝達特性に対して逆特性を持つｅｘｐ（−ｊβ_２ω^２Ｌ／２）を入力データに乗算する予等化演算処理を施す。これにより、予等化演算回路８０１は、光ファイバ伝送路で生じる波形歪を予め補償する。
このように予等化演算処理された信号は、光ファイバ伝送路を伝送後、受信端で波形歪のない好適な信号となって受信される。なお、前述の光ファイバ伝送路の伝達関数に複素演算が含まれることから分かるように、予等化演算回路８０１は、Ｉ−ｃｈ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｎｅｌ）と、Ｑ−ｃｈ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｎｅｌ）との２つの信号を出力する。
不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂは、それぞれが本発明の第２の実施の形態における不等間隔量子化回路１０４と同様に構成される。ただし、量子化レベル調整回路１０５からの量子化レベル間隔制御信号に基づくのではなく、ＬＵＴ８０２を参照することにより、入力値を不等間隔に量子化した値を出力する点が、本発明の第２の実施の形態における不等間隔量子化回路１０４に対して異なる。そして、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂは、それぞれ、予等化演算回路８０１から出力されるＩ−ｃｈの信号およびＱ−ｃｈの信号に対して、ＬＵＴ８０２に基づいて不等間隔な量子化を行う。
Ｄ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂは、それぞれが本発明の第２の実施の形態におけるＤ／Ａ変換器１０６と同様に構成される。すなわち、Ｄ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂは、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂからそれぞれ出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換する。
出力レベル調整部１０７ａおよび１０７ｂは、それぞれが本発明の第２の実施の形態における出力レベル調整部１０７と同様に構成される。すなわち、出力レベル調整部１０７ａおよび１０７ｂは、伝達関数補正回路８０８からの出力レベル制御信号に基づき、Ｄ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂの出力レベルをそれぞれ調整する。
ＬＵＴ８０２は、不等間隔量子化回路１０４の入力値と出力値とをあらかじめ対応付けて記憶している。ここで、ＬＵＴ８０２が記憶する入力値および出力値の対応関係は、予等化演算回路８０１からの出力波形に基づく不等間隔な量子化レベル間隔による量子化が実現されるよう、あらかじめ対応付けられる。
ここで、予等化演算回路８０１における演算は、波長分散量設定回路８０３に設定される光ファイバ伝送路の波長分散量によって決定される。このとき、光ファイバ伝送路の波長分散量が決定されれば（例えば前述のβ_２、ω、Ｌが決定されれば）、予等化演算回路８０１における演算は一意に決定され、予等化演算回路８０１からの出力波形も決定される。したがって、ＬＵＴ８０２は、波長分散量設定回路８０３の設定値に対応した入力値および出力値の量子化マッピングテーブルを記憶しておくことが可能である。
ここで、予等化演算回路８０１によって予等化演算を施されたデジタル信号のサンプルポイント毎のパワー（∝振幅^２）の出現頻度のイメージを図１０に示す。図１０に示したように、予等化演算回路８０１からのデジタル信号が示す波形は、予等化演算を施さない場合に比べて、信号ピークパワーと平均パワーの比であるＰＡＰＲ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ）が非常に大きな値となるのが一般的である。そこで、ＬＵＴ８０２は、予等化演算回路８０１からのデジタル信号が示す波形の振幅の頻度分布に基づいて定まる量子化マッピングテーブルを記憶しておいてもよい。
伝達関数補正回路８０８は、本発明の第２の実施の形態における伝達関数補正回路１０８と同様に構成される。ただし、量子化レベル調整回路１０５から伝達関数情報を取得する替わりに、ＬＵＴ８０２を参照することにより、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂの伝達関数情報を取得する点が、伝達関数補正回路１０８に対して異なる。そして、伝達関数補正回路８０８は、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂの伝達関数の初期伝達関数からのズレを相殺するように、Ｄ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂの出力レベルを調整する出力レベル調整信号を、出力レベル調整部１０７ａおよび１０７ｂに対して出力する。
出力アンプ１０９ａおよび１０９ｂは、Ｄ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂからの出力信号をそれぞれ増幅する。
Ｉ／Ｑ変調器８０４は、信号光源８０５からの出力光を、出力アンプ１０９ａおよび１０９ｂからの出力信号によりＩ／Ｑ変調する。
以上のように構成された送信装置８０の動作について説明する。
まず、符号化回路１０２は、ＤＳＰ１０１に入力されたデータに対して、送信装置８０で用いる変調方式に応じた符号化を行う。次に、予等化演算回路８０１は、符号化された信号に対して、光ファイバ伝送路によって付与される波長分散による波形歪を打ち消すための予等化演算を行う。例えば、予等化演算回路８０１は、前述のような光ファイバ伝送路の伝達特性に対して逆特性を持つｅｘｐ（−ｊβ_２ω^２Ｌ／２）を入力データに乗算する予等化演算処理を行う。そして、予等化演算回路８０１は、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの２つの信号を出力する。
次に、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂは、ＬＵＴ８０２を参照して量子化マッピングを行うことにより、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの２つの信号を不等間隔に量子化する。
ここで、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂによる不等間隔量子化処理の一例を図１１に示す。図１１において、曲線（ｉｖ）は、図１０に示した頻度分布に基づき決定される伝達特性を表している。そして、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂは、予等化演算回路８０１からの出力波形の振幅が小さいところでは密に、大きいところでは疎に量子化を行う。このように、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂは、予等化演算回路８０１からの出力値ａ_ｏｕｔが示す波形の振幅の頻度分布に基づいて、不等間隔な量子化を行ってｂ_ｏｕｔを出力する。
次に、Ｄ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂは、それぞれ不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂからのデジタル信号をアナログ信号に変換する。また、伝達関数補正回路８０８は、ＬＵＴ８０２に基づいて不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂの伝達関数情報を取得する。そして、伝達関数補正回路８０８は、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂの伝達関数情報の初期伝達関数からのズレをそれぞれ相殺するようにＤ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂの出力レベルを調整する出力レベル調整信号を、出力レベル調整回路１０７ａおよび１０７ｂに対して出力する。そして、Ｄ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂは、出力レベル調整回路１０７ａおよび１０７ｂによって出力レベルを調整されたアナログ信号をそれぞれ出力する。
ここで、出力レベル調整回路１０７ａおよび１０７ｂによって出力レベルを調整されたＤ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂの伝達関数を図１２に示す。図１２において、曲線（ｖ）は、図１１の曲線（ｉｖ）に対して逆関数の関係を有している。このように、Ｄ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂは、ｂ_ｏｕｔと一対一の関係で曲線（ｖ）によって定まる振幅ｃ_ｏｕｔのアナログ信号を出力する。
曲線（ｉｖ）および曲線（ｖ）は逆関数の関係にあることから、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂと、Ｄ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂとの組合せにより、初期伝達関数が得られることが分かる。すなわち、予等化演算回路８０１からの２つの出力信号は、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂと、Ｄ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂとの組合せにより、理想的な初期伝達関数に基づきアナログ信号に変換される。しかもその際に、予等化演算回路８０１からの２つの出力信号は、その値が示す波形の振幅がより小さいところにおいてより密に量子化されてアナログ信号に変換されることになる。
次に、出力レベルを調整されたＤ／Ａ変換器１０６ａおよび１０６ｂからの出力信号を、出力アンプ１０９ａおよび１０９ｂが増幅する。そして、Ｉ／Ｑ変調器８０４は、増幅された各信号により信号光源８０５からの出力光をＩ／Ｑ変調し、光伝送路に送出する。
なお、図１０に示した波形（４）は、予等化演算回路８０１からの各信号の出力波形の一例としての正弦波を表している。また、波形（５）は、図１０のように定められた量子化レベル間隔ａ_ｋによって、波形（４）を表す入力値が量子化マッピングされた出力値が示す波形を示している。このように、量子化レベル間隔ａ_ｋが密に設定された領域の値を有する波形（４）は、密に量子化された波形（５）となって出力されることがわかる。
また、図１１に示した波形（５）は、Ｄ／Ａ変換器１０６ａまたは１０６ｂに入力される、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂからの出力波形を表している。ここでは、波形（５）として、図１０の波形（５）と同一の波形を表している。また、アナログ信号（６）は、出力レベルが調整されたＤ／Ａ変換器１０６ａまたは１０６ｂによって、波形（５）から変換されるアナログ信号の波形を示している。
このように、予等化演算回路８０１から出力された波形（４）の信号は、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂによって密に量子化された波形（５）にいったん変換されることにより、線形性を維持しながら高分解能でアナログ信号（６）に変換されることがわかる。
以上で、送信装置８０の動作の説明を終了する。
なお、ＬＵＴ８０２に記憶される情報は、必ずしも図１１および図１２に示すような量子化マッピングを実現するためのテーブル値でなくてもよい。ＬＵＴ８０２に記憶される情報は、受信端における誤り率等の信号品質が好適になるよう図１１および図１２に示す量子化マッピングから微調整された量子化マッピングを実現するためのテーブル値であってもよい。
また、図１１における伝達特性を表す曲線（ｉｖ）は、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの各信号についてそれぞれ独立に設定されることも可能である。その場合、ＬＵＴ８０２および伝達関数補正回路８０８は、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの各信号についてそれぞれ独立に用意されていてもよい。
また、本発明の第３の実施の形態としての送信装置８０は、ＬＵＴ８０２の替わりに、本発明の第２の実施の形態の他の態様における波形モニタを備えてもよい。この場合、波形モニタは、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの各信号についてそれぞれ独立に設けられていてもよい。この場合、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂは、波形モニタによって取得される予等化演算回路８０１からのＩ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの各出力波形状態に基づいて、不等間隔な量子化を行えばよい。
次に、本発明の第３の実施の形態の効果について述べる。
本発明の第３の実施の形態としての送信装置は、デジタル光通信におけるＤ／Ａ変換器の分解能不足による伝送特性の劣化を解消することにより、光伝送路の波長分散を送信側で予め補償する予等化処理の効果より高めることができる。
その理由は、不等間隔量子化部が、予等化演算回路から出力されるＩ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの各信号を、該信号値に基づき不等間隔に量子化してから、デジタル−アナログ変換部が、アナログ信号に変換するからである。これにより、本発明の第３の実施の形態としての送信装置は、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの各信号をそのままデジタル−アナログ変換部に入力する場合と比べて、より密な量子化レベル間隔で量子化した領域における実効的な分解能を向上させることができる。そして、出力レベル調整部が、不等間隔量子化部による不等間隔な量子化により発生する理想的な初期伝達関数からのズレを相殺するように、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの各信号のデジタル−アナログ変換部からの出力レベルを調整することにより、理想的な初期伝達関数と略同等な変換特性を維持することができるからである。
これにより、本発明の第３の実施の形態としての送信装置は、光伝送路における波長分散による波形歪を補償する処理をあらかじめ送信側で行う予等化処理に必要となるＤ／Ａ変換器の物理的な分解能が不足する場合にも、Ｄ／Ａ変換器の実効的な分解能を向上させて、予等化処理の効果を向上させることができる。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、本発明の送信装置に、ＯＦＤＭ変調を採用して光ファイバ伝送路を介したデータ通信を行う送信装置を適用した例について説明する。なお、本実施の形態の説明において参照する各図面において、本発明の第１から第３の各実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して本実施の形態における詳細な説明を省略する。
まず、本発明の第４の実施の形態に係る送信装置１２００の概略構成を図１３に示す。図１３において、送信装置１２００は、本発明の第３の実施の形態としての送信装置８０に対して、符号化回路１０２および予等化演算回路８０１に替えてＯＦＤＭ符号化回路１２０１と、ＬＵＴ８０２に替えてヒストグラムモニタ１２０６ａおよび１２０６ｂとを備える。また、ＯＦＤＭ符号化回路１２０１は、シリアル−パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）１２０２、シンボルマッピング回路１２０３、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）回路１２０４、パラレル−シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）１２０５を有していてもよい。
ＯＦＤＭ符号化回路１２０１は、入力されたデータに対して、一般的なＯＦＤＭ符号化処理を行う。例えば、ＯＦＤＭ符号化回路１２０１は、入力されたデータをシリアル−パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）１２０２によって並列化し、シンボルマッピング回路１２０３によりＯＦＤＭシンボルを生成する。ＩＦＦＴ回路１２０４は、ＯＦＤＭシンボルを逆高速フーリエ変換し、パラレル−シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）１２０５を用いて直列化する。ＯＦＤＭ符号化回路１２０１は、実数部および虚数部に対応する２つの信号を出力する。
ヒストグラムモニタ１２０６ａおよび１２０６ｂは、ＯＦＤＭ符号化回路１２０１から各出力波形の振幅頻度分布をモニタする。
以上のように構成された送信装置１２００の動作について説明する。まず、ＯＦＤＭ符号化回路１２０１は、入力されたデータをＯＦＤＭ符号化し、２つの信号を出力する。
次に、ヒストグラムモニタ１２０６ａおよび１２０６ｂは、ＯＦＤＭ符号化回路１２０１からの各出力波形をモニタし、その振幅頻度分布を表す情報を不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂに出力する。ここで、ＯＦＤＭ符号化回路１２０１からの出力波形は、図１０に示したサンプルポイント毎のパワー（∝振幅^２）の出現頻度を表すイメージ図と同様な特性を示す。したがって、不等間隔量子化回路１０４ａおよび１０４ｂは、図１１に示したような量子化マッピングを行うことが可能である。
また出力レベル調整回路１０７ａおよび１０７ｂは、図１２に示したような出力レベル調整を行うことが可能である。そこで、以降、送信装置１２００は、本発明の第３の実施の形態としての送信装置８０と同様に動作して、出力レベルが調整されたアナログ信号を変調し、光信号として送出する。
以上で、送信装置１２００の動作の説明を終了する。
次に、本発明の第４の実施の形態の効果について述べる。
本発明の第４の実施の形態としての送信装置は、ＯＦＤＭ変調された信号の送信に必要となるＤ／Ａ変換器の物理的な分解能が不足する場合にも、伝送特性の劣化を解消して好適な信号を送信することができる。
その理由は、不等間隔量子化部が、ＯＦＤＭ符号化回路から出力される各信号を、その値に基づき不等間隔に量子化してから、デジタル−アナログ変換部が、アナログ信号に変換するからである。これにより、本発明の第４の実施の形態としての送信装置は、ＯＦＤＭ符号化回路からの出力信号をそのままデジタル−アナログ変換部に入力する場合と比べて、より密な量子化レベル間隔で量子化した領域における実効的な分解能を向上させることができる。そして、出力レベル調整部が、不等間隔量子化部による不等間隔な量子化により発生する理想的な初期伝達関数からのズレを相殺するように、各デジタル−アナログ変換部からの出力レベルを調整することにより、理想的な初期伝達関数と略同等な線形性を維持することができるからである。
なお、上述した各実施の形態において、不等間隔量子化部が、本発明の符号化部からの出力波形の振幅頻度分布に基づいて不等間隔な量子化マッピングを行う例を中心に説明したが、本発明の不等間隔量子化部は、本発明の符号化部から出力信号に基づいて不等間隔な量子化マッピングを行うものであればよい。その際、本発明の不等間隔量子化部は、本発明の符号化部から出力信号について受信側で高精度な再生が必要とされる部分をより密に量子化するようにすればよい。
また、上述した各実施の形態は、適宜組合せて実施されることが可能である。
また、本発明は、上述した各実施の形態に限定されず、様々な態様で実施されることが可能である。
この出願は、２０１１年７月１１日に出願された日本出願特願２０１１−１５３１５４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１、１０、７０、８０、１２００ 送信装置
１１ 符号化部
１２ 不等間隔量子化部
１３ デジタル−アナログ変換部
１４ 出力レベル調整部
１５ 変調部
１０１ ＤＳＰ
１０２ 符号化回路
１０３ 波形整形演算回路
１０４、１０４ａ、１０４ｂ 不等間隔量子化回路
１０５ 量子化レベル調整回路
１０６、１０６ａ、１０６ｂ Ｄ／Ａ変換器
１０７、１０７ａ、１０７ｂ 出力レベル調整回路
１０８、８０８ 伝達関数補正回路
１０９、１０９ａ、１０９ｂ 出力アンプ
１１０ 変調器
７０１ 波形モニタ
８０１ 予等化演算回路
８０２ ＬＵＴ
８０３ 波長分散量設定回路
８０４ Ｉ／Ｑ変調器
８０５ 信号光源
１２０６ａ、１２０６ｂ ヒストグラムモニタ
１２０１ ＯＦＤＭ符号化回路
１２０２ シリアル−パラレル変換回路
１２０３ シンボルマッピング回路
１２０４ ＩＦＦＴ回路
１２０５ パラレル−シリアル変換回路

Claims (10)

1. 入力データを符号化する符号化部と、
   前記符号化部からの出力信号を、該出力信号に基づく不等間隔な量子化レベル間隔を用いて、後続のデジタル−アナログ変換部の分解能に基づく量子化レベル数で量子化する不等間隔量子化部と、
   前記不等間隔量子化部からの出力信号をアナログ信号に変換する前記デジタル−アナログ変換部と、
   あらかじめ設定された初期伝達関数と前記不等間隔量子化部の伝達関数とのズレを相殺するように、前記デジタル−アナログ変換部の出力レベルを調整する出力レベル調整部と、
   前記出力レベル調整部によって調整されたデジタル−アナログ変換部の出力信号に基づいて送信信号を生成する変調部と、
   を備える送信装置。
2. 請求項１に記載の送信装置において、
   前記符号化部は、前記入力データを符号化した信号の同相成分および直交位相成分にそれぞれ相当する複数の信号を出力し、
   前記同相成分および前記直交位相成分のそれぞれに相当する信号について、前記不等間隔量子化部、前記デジタル−アナログ変換部、および、前記出力レベル調整部を備え、
   前記変調部は、複数の前記デジタル−アナログ変換部からの出力信号に基づいて、前記送信信号を生成することを特徴とする送信装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の送信装置において、
   前記符号化部は、
   前記入力データを符号化する符号化回路と、
   前記符号化回路によって符号化された信号の波形整形を行う波形整形演算回路と、を有し、
   前記不等間隔量子化部は、前記波形整形演算回路が行う波形整形処理に関する設定値に基づいて、前記量子化レベル間隔を不等間隔に設定することを特徴とする送信装置。
4. 請求項３に記載の送信装置において、
   前記波形整形演算回路は、前記送信信号が伝送される光伝送路の波長分散量に基づいて、前記波長分散の影響を予め補償する予等化処理を行う予等化演算回路であり、
   前記不等間隔量子化部は、前記波長分散量に基づいて前記量子化レベル間隔を不等間隔に設定することを特徴とする送信装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の送信装置において、
   前記符号化部は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）符号化回路を含むことを特徴とする送信装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の送信装置において、
   前記不等間隔量子化部は、前記符号化部からの出力信号が示す波形の振幅頻度分布に基づいて、前記量子化レベル間隔を不等間隔に設定することを特徴とする送信装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の送信装置において、
   前記符号化部からの出力信号をモニタするモニタ部をさらに備え、
   前記不等間隔量子化部は、前記モニタ部のモニタ結果に基づいて、前記量子化レベル間隔を不等間隔に設定することを特徴とする送信装置。
8. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の送信装置において、
   前記不等間隔量子化部の入力値および出力値を前記量子化レベル間隔に基づきあらかじめ対応づけたマッピングテーブルをさらに備え、
   前記不等間隔量子化部は、前記マッピングテーブルに基づいて前記符号化部からの出力信号を不等間隔に量子化することを特徴とする送信装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の送信装置と、
   前記送信装置から送信されるデータを受信する受信装置と、
   を備えた通信システム。
10. 入力データを符号化し、
    符号化された信号を、該信号に基づく不等間隔な量子化レベル間隔を用いて、後続のデジタル−アナログ変換時の分解能に基づく量子化レベル数で量子化し、
    量子化された信号をアナログ信号に変換する際に、
    前記不等間隔な量子化を表す伝達関数と、あらかじめ設定された初期伝達関数とのズレを相殺するように、前記アナログ信号の出力レベルを調整し、
    調整したアナログ信号に基づいて送信信号を生成する、
    送信方法。