(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号内のデータを検出するためのシステムにおいて、前記信号が前記データのデータパターンに依存する信号歪を含むものであり、前記システムが、
複数の既知のデータパターン及び該既知のパターンに関連付けられた歪信号のサンプルを格納するように構成された、歪信号テーブル、
前記既知のデータパターンの長さに対応する長さを有するスライディングデータパターンウインドウ内の受信信号のサンプルを得るように構成された、データシフトレジスタ、及び
前記データパターンウインドウ内の前記サンプルを前記歪信号テーブル内の前記サンプルと比較し、前記データパターンウインドウ内の前記サンプルと最も密に対応する前記歪信号テーブル内の前記既知のデータパターンを選択するように構成された、検出器、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記歪信号テーブルとして格納される前記既知のパターンに関連付けられる前記サンプルを生成するように構成されたトレーナーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記トレーナーが、トレーニングデータシーケンスに関連付けられた信号サンプルを受け取り、前記受け取った信号サンプルをデータパターンに基づいてデータパターン依存セットに配列し、前記受け取った信号サンプルを、前記データパターンを索引とする前記歪信号テーブルとして格納するように、構成されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記検出器からソフトデシジョンデータストリームを受け取り、デコードされたデータを生成するために、前記ソフトデータストリームによって表されるエンコードされたデータをデコードするように構成されたソフトデシジョン前方エラー訂正(ＦＥＣ)デコーダーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ソフトデシジョンＦＥＣデコーダーが前記検出器にフィードバックを与えるように構成され、該検出器が前記フィードバックに応答して前記ソフトデシジョンデータストリームを調整するように構成されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記歪信号テーブルがあらかじめ定められたビット数(Ｎ)を有するＮビットデータパターンを格納するように構成され、前記データパターンウインドウがＮビットウインドウであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記検出器が最大経験的確率推定(ＭＡＰ)検出を提供するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記検出器が、前記データパターンウインドウ内の前記パターンと前記歪信号テーブル内の前記サンプルの間のユークリッド距離を計算し、前記ユークリッド距離が最小の前記歪信号テーブル内の前記パターンを選択することによって、前記サンプルを比較し、前記既知のデータパターンを選択するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記受信信号が、位相偏移変調を用いてデータがその上に変調されている変調光信号から変換された電気信号であり、前記サンプルが前記変調光信号内のそれぞれの符号の位相を表すことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
デジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)ベース受信機において、
受信信号サンプルを生成するために変調光信号を受信し、検波して、デジタル化するように構成された、コヒーレント受信器、及び
複数の既知のデータパターン及び前記既知のデータパターンに関連付けられた歪信号のサンプルを含む歪信号テーブルを格納し、前記既知のデータパターンの長さに対応する長さを有するスライディングデータパターンウインドウ内の受信信号のサンプルを得て、前記データパターンウインドウ内の前記サンプルを前記歪信号テーブル内のサンプルと比較し、前記データパターンウインドウ内の前記サンプルと最も密に対応する前記歪信号テーブル内の前記既知のデータパターンを選択するように構成された、ＤＳＰ、
を備えることを特徴とするＤＳＰベース受信機。
【請求項１１】
前記変調光信号が位相偏移変調を用いて変調され、前記サンプルのそれぞれが前記変調光信号の位相を表すことを特徴とする請求項１０に記載のＤＳＰベース受信機。
【請求項１２】
前記歪信号テーブルがあらかじめ定められたビット数(Ｎ)を有するＮビットデータパターンを格納するように構成され、前記データパターンウインドウがＮビットウインドウであることを特徴とする請求項１０に記載のＤＳＰベース受信機。
【請求項１３】
前記ＤＳＰが、トレーニングデータシーケンスに関連付けられた信号サンプルを受け取り、前記受け取った信号サンプルをデータパターンに基づいてデータパターン依存セットに配列し、前記受け取った信号サンプルを、前記データパターンを索引とする前記歪信号テーブルとして格納するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載のＤＳＰベース受信機。
【請求項１４】
ソフトデシジョンデータストリームを受け取り、デコードされたデータを生成するために、前記ソフトデータストリームによって表されるエンコードされたデータをデコードするように構成されたソフトデシジョン前方エラー訂正(ＦＥＣ)デコーダーをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のＤＳＰベース受信機。
【請求項１５】
信号内のデータを検出するための検出方法において、前記信号が前記データのデータパターンに依存する信号歪を含むものであり、前記方法が、
複数の既知のデータパターン及び前記既知のデータパターンに関連付けられた歪信号のサンプルを含む歪信号テーブルを提供するステップ、
複数のデジタル化サンプルを含むデジタル化信号を受け取るステップ、及び
前記既知のデータパターンの長さに対応する長さを有する前記受け取った信号内のサンプルのセグメントを得るため、前記受け取った信号の前記セグメント内の前記サンプルを前記既知のデータパターンに関連付けられた前記サンプルと比較するため、及び前記受け取った信号の前記セグメント内の前記サンプルと最も密に対応する前記歪信号テーブル内の前記データパターンを選択するために、前記デジタル化信号をデジタル信号プロセッサで処理するステップ、
を含むことを特徴とする検出方法。
【請求項１６】
前記既知のデータパターンがあらかじめ定められたビット数(Ｎ)を有するＮビットデータパターンであることを特徴とする請求項１５に記載の検出方法。
【請求項１７】
前記サンプルを比較する前記ステップが前記受け取った信号の前記セグメント内の前記サンプルと前記歪信号テーブル内の前記サンプルの間のユークリッド距離を計算するステップを含み、前記データパターンを選択する前記ステップが、前記ユークリッド距離が最小の前記歪信号テーブル内の前記サンプルに関連付けられたデータパターンを選択するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の検出方法。
【請求項１８】
前記既知のデータパターン及び前記既知のデータパターンに関係付けられた歪信号のサンプルを更新するステップ、
をさらに含むこと特徴とする請求項１５に記載の検出方法。
【請求項１９】
前記歪信号テーブルを提供するステップが、
受信機に擬似ランダムビットシーケンスであるトレーニングデータシーケンスを表す信号を受信するステップ、
該受信信号をデジタル化し、該デジタル化した受信信号より前記トレーニングデータシーケンスに関連付けられる信号サンプルを生成するステップ、及び
前記既知のデータパターンに基づいて、該既知のデータパターンの長さに対応する長さを有する前記受信信号サンプルをデータパターン依存セットに配列するため、及び前記既知のデータパターンを索引とする前記歪信号テーブルとして前記受信信号サンプルを格納するために、前記デジタル化受信信号をデジタル信号プロセッサで処理するステップ、
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の検出方法。
【請求項２０】
前記データパターン依存セットのそれぞれ内の前記サンプルを平均するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の検出方法。
【請求項２１】
送信される信号が約１００Ｇビット/秒でデータを伝送することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２０１０年３月５日に出願された米国特許出願第１２/７１８１３２号の継続出願であり、２００９年３月１０日に出願された米国仮特許出願第６１/１５８８２３号の恩典を主張する。この特許出願の明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示はデータ検出に関し、さらに詳しくは、データパターン依存信号歪を含む信号内のデータの検出に関する。
【背景技術】
【０００３】
信号は離れた場所にデータを伝送するために用いることができる。例えば、光通信システムにおいて、１つ以上の光波長上にデータを変調し、光ファイバのような光導波路を通して伝送することができる、変調光信号をつくることができる。光通信システムにおいて用いることができる変調方式の１つに光波長の位相または位相遷移が１つ以上のビットをエンコードしている符号を表すように光波長の位相を変調することによってデータが送信される位相偏移変調がある。例えば、２進位相偏移変調(ＢＰＳＫ)方式では、１ビット/符号を表すために２つの位相を用いることができる。４位相偏移変調(ＱＰＳＫ)方式では、２ビット/符号をエンコードするために４つの位相を用いることができる。他の位相偏移変調フォーマットには、差分位相偏移変調(ＤＰＳＫ)フォーマット及び、ゼロ復帰ＤＰＳＫ(ＲＺ-ＤＰＳＫ)のような、様々な位相偏移変調フォーマット及び差分位相偏移変調フォーマットがある。別の変調フォーマットには、送信信号の位相及び振幅のいずれもが情報で変調される、直交振幅変調(ＱＡＭ)がある。
【０００４】
データを受け取るため、信号を検出及び復調することができる。例えば、位相変調光通信システムにおいては、コヒーレント光受信機が、コヒーレント検波を用いて変調光信号を検出することができ、非コヒーレント検波を用いる受信機に優る感度という利点を提供することができる。そのようなシステムにおいては、受信した信号を処理して復調されたデータを得るために、デジタル信号処理(ＤＳＰ)を実施することができる。受信信号のデジタル信号処理は速度とフレキシビリティを提供し、受信信号の搬送波位相の推定及び推定搬送波位相を用いるデータ検出を含む、様々な機能を実施するためにデジタル信号処理を用いることができる。
【０００５】
しかし、(例えば伝送中の)信号の歪は、信号の検出及び復調の後に得られるデータの完全性に悪影響を与え得る。位相変調方式を用いる光通信システムにおいては、自己位相変調(ＳＰＭ)のような非線形効果が変調信号に位相歪を生じさせることができ、位相歪は、コヒーレント検波性能をかなり低下させ、コヒーレント検波が有する非コヒーレント検波に優る受信機感度という利点を大きく損なうことができる。ＢＰＳＫ信号の劣化は非特許文献１にかなり詳細に説明されている。非特許文献１はその全体が本明細書に参照として含まれる。
【０００６】
変調光信号における位相歪のような、変調信号における位相歪は、多くの場合、データパターンまたはビットパターンに依存し得る。図９及び１０は、光通信システムにおいておこり得るビットパターン依存位相歪を、単チャネル非線形伝搬シミュレーションに基づいて示す。図９は信号空間点が実軸の上下に延びている歪んだＢＰＳＫ信号の信号空間ダイアグラムを示し、位相歪の影響を示す。図１０は、様々なビットパターンに対応する位相歪を示し、位相歪がどのようにビットパターンに依存するかを示す。
【０００７】
光コヒーレント受信器における非線形位相歪のようなデータパターン依存信号歪により誘起される性能劣化を緩和するための方法が提案されている。一方法では、例えば非特許文献２及び３に説明されるように、受信信号強度の関数として推定される位相歪に基づいて非線形歪が補償される。非特許文献２及び３はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。しかし、この方法は、光信号強度が伝搬中に大きく変化する場合には成功しないことがあり、これは特定の波長分散マップを用いている光通信システムにおいておこることが多い。
【０００８】
別の方法では、例えば非特許文献４及び５に説明されるように、デジタル逆伝搬によって非線形歪が補償される。非特許文献４及び５はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。この逆伝搬法は複雑な計算を含み、１０〜１００Ｇビット/秒光伝送では実用になり得ない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】イ・キャイ(Yi Cai)等，「４０Ｇビット/秒長距離光ファイバ伝送システムにおけるコヒーレント位相偏移変調の性能について(On Performance of Coherent Phase-Shift-Keying Modulation in 40 Gb/s Long-Haul Optical Fiber Transmission Systems)」，Optical Fiber Communication and the National Fiber Optic Engineers Conference, 2006，２００６年３月，論文番号ＪＴｈＢ１１
【非特許文献２】ケイ・ホー(K. Ho)及びジェイ・カーン(J, Kahn)，「非線形位相雑音を緩和するための電子的補償手法(Electronic compensation technique to mitigate nonlinear phase noise)」，Journal of Lightwave Technology，２００４年，第２２巻，ｐ.７７９〜７８３
【非特許文献３】ケイ・キクチ(K. Kikuchi)，「デジタルコヒーレント受信器を用いる１０００ｋｍ-２０Ｇビット/秒-光４位相偏移変調光伝送における非線形位相変動の電子的事後補償(Electronic Post-Compensation for Nonlinear Phase Fluctuations in a 1000-km 20-Gb/s Optical Quadrature Phase-Shift Keying Transmission System Using the Digital Coherent Receiver)」，Optics Express，２００８年，第１６巻，第２号
【非特許文献４】エックス・リ(X. Li)，エックス・チェン(X. Chen)，ジー・ゴールドファーブ(G. Goldfarb)，イー・マテオ(E. Mateo)，エフ・ヤマン(F. Yaman)及びジー・リ(G. Li)，「コヒーレント検波及びデジタル信号処理を用いるＷＤＭ伝送劣化の電子的事後補償(Electronic post-compensation of WDM transmission impairments using coherent detection and digital signal processing)」，Optics Express，２００８年１月２１日，第１６巻，第２号，ｐ.８８０〜８８８
【非特許文献５】イー・アイプ(E. Ip)，エイ・ピー・ティー・ラウ(A. P. T. Lau)，ディー・ジェイ・バロス(D. J. Barros)及びジェイ・エム・カーン(J. M. Kahn)，「簡易化デジタル逆伝搬を用いる波長分散及び非線形性の補償(Compensation of chromatic dispersion and nonlinearity using simplified digital backpropagation)」，Proc. of OSA Topical Meeting on Coherent Optical Technologies and Applications，２００８年７月１３〜１６日，米国マサチューセッツ州ボストン(Boston)
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態にしたがえば、データパターン依存信号歪を含む信号内のデータを検出するためのシステムが提供される。本システムは、複数の既知のデータパターン及び既知のデータパターンに関連付けられた歪信号のサンプルを格納するように構成された歪信号テーブルを備える。本システムは、既知のデータパターンの長さに対応する長さを有するスライディングデータパターンウインドウ内の受信信号のサンプルを得るように構成されたシフトレジスタも備える。本システムはさらに、データパターンウインドウ内のサンプルを歪信号テーブル内のサンプルと比較し、データパターンウインドウ内のサンプルと最も密に対応する、歪信号テーブル内の既知のデータパターンを選択するように構成された検出器も備える。
【００１１】
別の実施形態において、デジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)ベース受信機は、受信信号サンプルを生成するために変調光信号を受信し、検波して、デジタル化するように構成されたコヒーレント受信器、並びに、複数の既知のデータパターン及び既知のデータパターンに関連付けられた歪信号のサンプルを含む歪信号テーブルを格納し、既知のデータパターンの長さに対応する長さを有するスライディングデータパターンウインドウ内の受信信号のサンプルを得て、データパターンウインドウ内のサンプルを歪信号テーブル内のサンプルと比較し、データパターンウインドウ内のサンプルと最も密に対応する歪信号テーブル内の既知のデータパターンを選択するように構成された、ＤＳＰを備える。
【００１２】
さらに別の実施形態において、データパターン依存信号歪を含む信号内のデータを検出するための検出方法が提供される。本検出方法は、複数の既知のデータパターン及び既知のデータパターンに関連付けられた歪信号のサンプルを含む歪信号テーブルを提供するステップ、複数のデジタル化サンプルを含むデジタル化信号を受け取るステップ、並びに、既知のデータパターンの長さに対応する長さを有するスライディングデータパターンウインドウ内の受信信号のサンプルを得るため、データパターンウインドウ内のサンプルを歪信号テーブル内のサンプルと比較するため及びデータパターンウインドウ内のサンプルと最も密に対応する歪信号テーブル内の既知のデータパターンを選択するために、デジタル化信号をデジタル信号プロセッサで処理するステップを含む。
【００１３】
また別の実施形態にしたがえば、データパターン依存信号歪を含む信号内のデータを検出するためにシステムをトレーニングするためのトレーニング方法が提供される。本トレーニング法は、トレーニングデータシーケンスを表す信号を受信機に受信するステップ、トレーニングデータシーケンスに関連付けられる信号サンプルを生成するために受信信号をデジタル化するステップ、並びに、受信信号サンプルをデータパターンに基づいてデータパターン依存セットに配列するため及びデータパターンを索引とする歪信号テーブルとして受信信号サンプルを格納するために、デジタル化受信信号をデジタル信号プロセッサで処理するステップを含む。
【００１４】
上記及びその他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面と合わせて読むことで一層良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本開示にしたがうシステムの一実施形態例のブロック図である。
【図２】図２は本開示にしたがう受信機の一実施形態例のブロック図である。
【図３】図３は、本開示の一実施形態にしたがう、データパターン依存信号歪を含む信号内のデータを検出するためのデータ検出システムを有する受信機を備える通信システムのブロック図である。
【図４】図４は、本開示の一実施形態にしたがう、データパターン依存信号歪を含む信号内のデータを検出するための方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本開示の一実施形態にしたがう、データ検出システムのトレーニングのための方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本開示の実施形態にしたがう、様々な最大経験的確率推定(ＭＡＰ)検出方式を用いて計算された様々なビットパターンに対する最小ユークリッド距離を示すグラフである。
【図７】図７は、本明細書に説明される実施形態にしたがう、様々なＭＡＰ検出方式を用いてシミュレートされた光システムに対する、Ｑ因子をチャネルパワーの関数として示すグラフである。
【図８】図８は、本明細書に説明される実施形態にしたがう、様々なＭＡＰ検出方式を用いてシミュレートされた光システムに対する、Ｑ因子をチャネルパワーの関数として示すグラフである。
【図９】図９は歪んだＢＰＳＫ信号を示す信号空間図である。
【図１０】図１０は様々なビットパターンに関連付けられたビットパターン依存位相歪を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示にしたがう検出システム及び方法は、データパターン依存信号歪を含む信号内で伝送されるデータを検出するために用いることができる。全般に、本検出システム及び方法は、受信信号のサンプルを既知のデータパターンに関連付けられた歪信号の格納サンプルと比較し、受信信号のサンプルと最も密に一致する既知のデータパターンを選択する。したがって、本検出システム及び方法はデータパターン依存信号歪の影響を緩和することができる。
【００１７】
実施形態例にしたがえば、本明細書に説明される検出システム及び方法は、位相変調光信号におけるビットパターン依存位相歪の影響を緩和するために、光通信システムに用いることができる。位相変調光信号は、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，ＤＰＳＫ，ＤＱＰＳＫのような位相偏移変調方式、または何か他のさらに高次のｎＰＳＫ方式、あるいはこれらのいずれかの変形(例えばＲＺ-ＤＰＳＫ方式)を用いて変調することができる。光通信システムにおいて、ビットパターン依存信号歪は、自己位相変調(ＳＰＭ)のようなファイバの非線形効果またはその他の非線形性によって生じ得る。本明細書に説明される検出システム及び方法は、伝送信号にデータパターン依存信号歪が生じる、その他の通信システムに用いることもできる。
【００１８】
図１は、本開示にしたがう検出システム及び方法を用いることができるＷＤＭ伝送システム１００の一実施形態例の簡略化したブロック図である。この伝送システムは、一送信端末１０４から１つ以上の遠隔に位置する受信端末１０６に光情報路１０２を通じて複数の光チャネルを送信するようにはたらく。本例示システム１００は５０００ｋｍないしさらに長い距離で送信機から受信機までチャネルを伝送するために構成された長距離海中システムとすることができる。例示実施形態は光システムの文脈において説明され、長距離ＷＤＭ光システムとの関係において有用であるが、本明細書に論じられる広汎なコンセプトは他のタイプの信号を送受する他の通信システムにおいても実施することができる。
【００１９】
当業者であれば、システム１００が説明を容易にするために極めて簡略化された二地点間システムとして示されていることを認めるであろう。例えば、送信端末１０４及び受信端末１０６はいずれも、もちろん、トランシーバとして構成することができる。すなわち、それぞれを送信機能及び受信機能のいずれも実施するように構成することができる。しかし、説明を容易にするため、端末は送信機能または受信機能だけに関して本明細書に示され、説明される。本開示にしたがうシステム及び方法が多様なネットワークコンポーネント及び構成に組み込まれ得ることは当然である。本明細書に図示される実施形態例は限定のためではなく、単に説明のために提供される。
【００２０】
図示される実施形態例において、複数の送信機ＴＸ１,ＴＸ２,…,ＴＸＮのそれぞれは対応する入力ポート１０８-１,１０８-２,…,１０８-Ｎにおいてデータ信号を受け取り、対応する波長λ１,λ２,…,λＮでデータ信号を送信する。送信機ＴＸ１,ＴＸ２,…,ＴＸＮの内の１つ以上は、ＤＢＰＳＫ，ＤＱＰＳＫ，ＲＺ-ＤＰＳＫ，ＲＺ-ＤＱＰＳＫ，等のような、ＰＳＫ変調フォーマットを用いることで、対応波長にデータを変調するように構成することができる。送信機は、もちろん、説明を容易にするために極めて簡略化して示されている。当業者であれば、それぞれの送信機がそれぞれの対応波長において所望の振幅及び変調をもつデータ信号を送信するために構成された電気コンポーネント及び光コンポーネントを備え得ることを認めるであろう。
【００２１】
送信波長またはチャネルは複数の送信路１１０-１,１１０-２,…,１１０-Ｎ上でそれぞれ伝えられる。データチャネルは、マルチプレクサまたはコンバイナ１１２によって結合されて、光情報路１０２上の総合信号になる。光情報路１０２は、光ファイバ導波路、光増幅器、光フィルタ、分散補償モジュール並びにその他の能動及び受動のコンポーネントを備えることができる。
【００２２】
総合信号は１つ以上のリモート受信端末１０６で受信することができる。デマルチプレクサ１１４が、波長λ１,λ２,…,λＮで送信されたチャネルを、対応受信機ＲＸ１,ＲＸ２,…,ＲＸＮに結合された対応受信路１１６-１,１１６-２,…,１１６-Ｎ上に分離する。受信機ＲＸ１,ＲＸ２,…,ＲＸＮの内の１つ以上は、送信された信号を復調し、対応出力路１１８-１,１１８-２,１１８-３,…,１１８-Ｎ上に対応出力データ信号を与えるように構成することができる。
【００２３】
図２は本開示にしたがう受信機２００の一例の簡略なブロック図である。図示される実施形態例２００は、受信路１１６-Ｎ上の入力信号を受け取るように構成されたコヒーレント受信器２０２及び、コヒーレント受信器の出力を処理して出力路１１８-Ｎ上に出力データ信号を供給するための、デジタル信号処理(ＤＳＰ)回路２０４を備える。データはＰＳＫ変調フォーマットにしたがって光入力信号の搬送波長λＮ上に変調されている。コヒーレント受信器２０２が、受信光入力信号をＤＳＰ回路２０４に入力として供給される１つ以上のデジタル信号に変換する。ＤＳＰ回路がデジタル信号からデータ信号を復調して、搬送波長λＮ上に変調されたデータを表す、出力データストリームを出力路１１８-Ｎ上に供給する。
【００２４】
コヒーレント受信器２０２は様々な構成をとることができる。図示される実施形態例において、コヒーレント受信器は、偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ)２０６，第１及び第２の９０°光ハイブリッド２０８，２１０，局部発振器(ＬＯ)２１２，平衡検波器２１４，２１６，２１８，２２０，及びアナログ-デジタル(Ａ/Ｄ)コンバータ２２２，２２４，２２６，２２８を備える。コヒーレント光信号受信器におけるこれらのコンポーネントの動作は以下で簡潔に説明される。全般には、入力光信号の相異なる偏光がＰＢＳ２０６により分離されて個別の経路上に載せられる。それぞれの偏光が対応する９０°光ハイブリッド２０８，２１０に供給される。それぞれの光ハイブリッドが複素体空間において入力信号をＬＯ発振器信号の４つの四辺形状態(quadrilateral states)と混合する。次いで、それぞれの光ハイブリッドは二対の平衡検波器２１４，２１６，２１８，２２０に４つの混合信号を送る。平衡検波器の出力は、Ａ/Ｄコンバータ２２２，２２４，２２６，２２８によってデジタル信号に変換される。
【００２５】
Ａ/Ｄコンバータのデジタル出力はＤＳＰ回路２０４の入力として与えられる。一般に、ＤＳＰは、１つ以上に特定用途集積回路(ＡＳＩＣ)及び／または、例えば直接またはソフトウエア命令の下に、特定の命令シーケンスを実施するように構成された、専用プロセッサを用いる信号の処理を含む。図示される実施形態例において、ＤＳＰ回路２０４は、前処理機能２３０，光局部発振器(ＬＯ)周波数オフセットトラッキング機能２３２，搬送波位相推定機能２３４，ビットデシジョン機能２３６及び光ＰＲＢＳエラーレート機能２３８を備えるとして示される。これらの機能は、ハードウエア、ソフトウエア及び／またはファームウエアのいずれかの組合せを用いる様々な構成に実装することができる。機能は個別に示されているが、機能のいずれか１つ以上を単一の集積回路またはプロセッサにおいて、あるいは集積回路及び／またはプロセッサの組合せにおいて、実施することができる。また、ＤＳＰ機能を実施する集積回路及び／またはプロセッサは、図示される機能の間で全体または一部が共用することもできる。
【００２６】
ＤＳＰの前処理機能２３０には様々なタイプのＤＳＰベースコヒーレント検波受信器に実装される様々な光信号検出機能を含めることができる。前処理機能には、例えば、波形再生及びアライメント機能、決定論的歪補償機能、クロック再生機能、同期化データ再サンプリング機能及び偏光トラッキング／偏光モード分散(ＰＭＤ)補償機能を含めることができる。光ＬＯ周波数オフセットトラッキング機能２３２は受け取った信号とＬＯ信号の間の周波数オフセットをトラッキングして補償するように構成することができる。
【００２７】
一般に、ＰＳＫ変調信号においてデータは光搬送波信号の位相にエンコードされているから、ＤＳＰベース受信器におけるＰＳＫ変調信号の復調は搬送波位相の推定及びトラッキングを含む。搬送波位相推定機能２３４は、この目的のために備えられ、２段階搬送波位相推定機能として構成することができる。推定搬送波位相は搬送波位相推定機能から、変調信号における搬送波位相によって表されるデータまたはビット値を決定し、位相歪のようなデータパターン依存信号歪の影響を緩和する、ビット検出機能２３６に与えられる。データは次いで、搬送波波長λＮ上の変調されたデータを表す出力として、出力路１１８-Ｎ上に与えられる。光エラーレート試験機能２３８は、ＤＳＰ回路２０４の性能を試験するためにトレーニングシーケンス信号にビットエラーレート(ＢＥＲ)試験を実施するように構成することができる。
【００２８】
図３は、ビットデシジョン機能２３６(図２)を実施するために用いることができ、伝送信号におけるデータパターン依存歪の影響を緩和する、検出システム３００を組み込んでいる簡略化した通信システムを示す。検出システム３００は、上述したように、コヒーレント受信器２０２に結合されたＤＳＰ回路２０４に実装することができる。説明を簡単かつ容易にするため、本システムは単一波長だけを受信するための単一コヒーレント受信器だけを備えるとして示される。デマルチプレクサ及び複数の波長を受信するための複数の受信器を備えるＷＤＭシステムとして本システムを構成し得ることは当然である。別の実施形態において、検出システム３００は別のタイプの受信器を備える別の通信システムに用いることができる。
【００２９】
本実施形態例において、コヒーレント受信器２０２は、送信機または送信端末１０４によって送信された伝送信号を受信し、検波してデジタル化する。例えば、位相変調信号を伝送する光システムにおいて、コヒーレント受信器２０２は、光信号を受信し、受信光信号の電場を検波して、光信号の符号の位相を表し、したがって光信号上の変調されたデータを表す、デジタル化サンプルを生成する。検出システム３００は次いで、受信信号のサンプルを処理して、サンプルによって表されるデータ値(例えばビット値)を決定し、データまたはビット値を含む出力を与えることができる。本実施形態例において、検出システム３００は、サンプルを格納された既知のデータパターンに関連付けられたサンプルと比較し、受信サンプルに最も密に対応する既知のデータパターンを選択することによって、サンプルを処理する。
【００３０】
検出システム３００は、既知のデータパターンに関連付けられた歪信号サンプルを格納するための歪信号テーブル３１０及び受信信号サンプルを格納された信号サンプルと比較して最も密に対応する既知のデータパターンを選択するための検出器３２０を備える。検出システム３００は、歪信号テーブル３１０に格納された既知のデータパターンの長さに対応する長さを有するスライディングデータパターンウインドウ内の受信信号サンプルを得るために、シフトレジスタ３３０も備えることができる。検出器３２０は次いで、スライディングデータパターン内の受信信号サンプルを歪信号テーブル３１０内に格納されたサンプルと比較することができる。歪信号テーブル３１０は、例えば、ＤＳＰ回路内の、またはＤＳＰ回路に接続された、メモリに格納することができる。検出器３２０及びシフトレジスタ３３０は、ＤＳＰ回路に、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエアまたはこれらの組合せとして実装することができる。
【００３１】
本実施形態例において、データパターンは、あらかじめ定められたビット数(Ｎ)のパターンを含む、Ｎビットパターンである(例えば、５ビットパターンは00000,00001,00010,…を含むことができる)。したがって、歪信号テーブル３１０は、Ｎビット長のビットパターン(及び関連信号サンプル)を格納するＮビット歪信号テーブルとすることができ、シフトレジスタ３３０は、そのウインドウ内の受信信号サンプルを得るＮビットスライディングウインドウを与える、Ｎビットシフトレジスタとすることができる。例示光ＢＰＳＫ変調信号による５ビットパターン及び関連信号サンプルの一例が下の表１に与えられる。
【表１】
0005411303.tif 000002
【００３２】
スライディングデータパターンウインドウ内の受信信号サンプルが検出器３２０に送られると、検出器３２０は、最大経験的確率推定(ＭＡＰ)検出アルゴリズムを用いることによって、最も密に対応する既知のデータパターンを選択する。例えば、検出器３２０は、スライディングウインドウ内の受信サンプルと歪信号テーブル内のサンプルの間のユークリッド距離を計算して、比較することができる。歪信号テーブル３１０内で受信サンプルへのユークリッド距離が最小の既知のデータパターンがＭＡＰデシジョンとして選択される。Ｎビットウインドウ内の受信サンプル(ｒｓ１,ｒｓ２,…,ｒｓＮ)とＮビット歪信号テーブルに格納されたサンプル(ｓｓ１,ｓｓ２,…,ｓｓＮ)の間のユークリッド距離は下式：
【数１】
0005411303.tif 000003
【００３３】
にしたがって計算することができる。
【００３４】
他の同様なアルゴリズムも、最も密に対応する既知のデータパターンを選択するために用いることができる。例えば、別の実施形態にしたがえば、最も密に対応する既知のデータパターンを選択するために最大相関規準を用いることができる。歪信号テーブルの最小ユークリッド距離検索または最大相関検索の速度を高めるためにチェース(Chase)アルゴリズムを用いることもできる。また別の実施形態にしたがえば、最大尤度シーケンス推定(ＭＬＳＥ)アルゴリズムを最も密に対応する既知のデータパターンを選択するために用いることができる。
【００３５】
検出システム３００は、既知のビットパターンを表す歪信号でシステムをトレーニングするため及び歪信号テーブル３１０を生成するために、トレーナー３４０をさらに備えることができる。トレーナー３４０は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエアまたはこれらの組合せとして、ＤＳＰ回路に実装することができる。トレーニング機能を実施するため、疑似ランダムビットシーケンス(ＰＲＢＳ)のような、あらかじめ設定されたトレーニングシーケンスを送信機１０４によって送信することができる。コヒーレント受信器２０２は、データパターン依存信号歪(例えば光信号における位相歪)の結果として歪んでいることがあり得る、トレーニングシーケンスを受信し、検波して、デジタル化する。
【００３６】
シフトレジスタ３３０はスライディングデータパターンウインドウ内の受信トレーニングシーケンス信号サンプルを得て、このサンプルをトレーナー３４０に送る。トレーナー３４０は、ウインドウ内のデータパターンに基づいて受信信号サンプルをデータパターン依存セットに配列する。例えば、Ｎビットデータパターンに対して、トレーナー３４０はそれぞれのビットを囲むＮビットウインドウ内のＮビットパターンに基づいて受信信号サンプルを配列する。一例において、５ビットデータパターンは、０００００ビットパターンに関連付けられる信号サンプルが一セットに配列され、００００１ビットパターンに関連付けられる信号サンプルが一セットに配列され、０００１０ビットパターンに関連付けられる信号サンプルが一セットに配列され、等のように、配列され得る。トレーナー３４０は次いで、雑音の影響を緩和するためにそれぞれのセット内のサンプルを平均し、平均したサンプルを、ビットパターンを索引とする歪信号テーブル３１０としてメモリに格納する。
【００３７】
トレーナー３４０は、システム運用の初めの段階において、トレーニングを実施して、歪信号テーブル３１０を生成することができる。トレーナー３４０はあらかじめ設定された非ユーザデータをシステム運用中に用いて歪信号テーブルを更新することもできる。信号テーブルの更新によって、伝送システムにおける、偏光モード分散(ＰＭＤ)のような、変化に悪影響緩和を適合させることが可能になる。
【００３８】
いくつかの実施形態において、検出システム３００は、性能を向上させるためにソフト前方エラー訂正(ＦＥＤ)を用いることもできる。ＦＥＣは、それに関して先に知られている情報がないデータエラーの検出及び訂正を容易にするための送信データストリームへの適するエラー訂正符号の挿入を含む。エラー訂正符号はデータストリームに対して(例えば送信機１０４内の)ＥＦＣエンコーダで生成される。ＦＥＣエンコード／デコードは、線形／巡回ハミング符号、巡回ボースチャウドゥーリー-ホッケンヘム(ＢＣＨ)符号、畳み込み(ビタビ)符号、巡回ゴーレイ／ファイア符号及び、ターボ畳み込み符号(ＴＣＣ)／ターボ生成符号(ＴＰＣ)及び低密度パリティチェック(ＬＤＰＣ)符号のような、いくつかの新規の符号を含むが、これらには限定されない、様々なＦＥＣ方式にしたがって実施することができる。
【００３９】
ソフトデシジョンＦＥＣにおいて、受信データの信頼レベルすなわち信頼度を表す複数ビットの「ソフト」情報(例えば、ビットが、極めて１であるらしい、１らしい、０らしい、または極めて０であるらしい)が生成される。付加「ソフト」情報により、さらに効率的なＦＥＣデコードが可能になる。ソフトデシジョンＦＥＣの例は、米国特許第７３９８４５４号、米国特許出願公開第２００６/０１３６７９８号及び米国特許出願第１２/１０８１５５号の明細書にさらに詳細に開示されている。これらの明細書は全てそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。
【００４０】
ソフトデシジョンＦＥＣデコードを実施するために、検出システム３００はソフトデシジョンＦＥＣデコーダー３５０を検出器３２０と組み合わせて備えることができる。検出器３２０はソフトデシジョンデータストリームを生成することができ、ソフトデシジョンＦＥＣデコーダー３５０はソフトデシジョンデータストリームを受け取り、エラー訂正符号を再生して、受け取ったデータストリーム内のいかなるエラーも訂正するために、このエラー訂正符号を用いる。一実施形態において、検波器３２０はソフトデシジョンデータストリームを生成するためにそれぞれのデシジョンビットの信頼度を計算することができる。信頼度計算は、受信信号サンプルが既知のビットパターンにどれだけ密に対応するかを表す、ユークリッド距離計算値、最大相関規準またはその他の規準に基づいて行うことができる。
【００４１】
検波器３２０はソフト情報を反復調整するためのＦＥＣデコーダー３５０からのフィードバックも担当することができ、反復調整によりシステム性能をさらに向上させることができる。例えば、受信Ｎビットパターン内のビット値の１つをＦＥＣデコーダー３５０が訂正すれば、そのビットパターンに対して検波器３２０にフィードバックされるソフト情報に訂正されたビットが反映される。訂正されたソフト情報は次いで、例えば歪信号テーブル３１０を更新することにより、さらに密に対応するビットパターンの選択の向上に用いることができる。
【００４２】
図４及び５は本開示にしたがう方法を示す。図４は、データパターン依存信号歪を含む信号内のデータを検出するための検出方法を示す。本検出方法は図１〜３に示されるシステムを用いて、またはデータパターン依存信号歪を含む信号を受信及び検出するその他のシステムにおいて、実施することができる。本検出方法にしたがえば、ステップ４１０において、既知のデータパターンに関連付けられた歪信号サンプルが(例えばＮビット歪信号テーブルをトレーニング及び創出することによって)与えられる。本検出方法は、(例えばコヒーレント受信器から)デジタル化信号サンプルを受け取るステップ４１２、及び(例えばＮビットシフトレジスタで与えられる)スライディングデータパターンウインドウ内のサンプルを受け取るステップ４１４も含む。本検出方法はさらに、スライディングデータパターンウインドウ内のサンプルを既知のデータパターンに関連付けられたサンプルと比較するステップ４１６，及び(例えばＭＡＰ検出法を用いて)データパターンウインドウ内のサンプルと最も密に対応するデータパターンを選択するステップ４１８を含む。
【００４３】
図５は、データパターン依存信号歪を含む信号内のデータを検出するためのシステムをトレーニングするためのトレーニング方法を示す。本トレーニング方法は図１〜３に示されるシステムを用いて、またはデータパターン依存信号歪を含む信号を受信及び検出するその他のシステムにおいて、実施することができる。本トレーニング方法は、データパターン依存信号歪を含むトレーニングシーケンス(例えばＰＲＢＳ)を表す信号を受信するステップ５１０，及び(例えばコヒーレント受信器を用いて)トレーニングデータシーケンスに関連付けられる信号サンプルを生成するために受信信号をデジタル化するステップ５１２を含む。本トレーニング方法は、受信信号サンプルをデータパターン依存セットに配列するステップ５１４，及び受信信号サンプルを、データパターンを索引とする歪信号サンプルとして格納するステップ５１６も含む。
【００４４】
図６〜８は、シミュレートしたシステムにおける伝送信号内のデータパターン依存歪を緩和するためのシステム及び方法の有効性を示す。シミュレートしたシステムは９０００ｋｍ-４０Ｇビット/秒ＷＤＭコヒーレントＲＺ-ＢＰＳＫシステムを基にしている。図６は、様々なＮビットウインドウ(１ビットハードデシジョン(ＨＤ)、７ビットＭＡＰ、４ビットＭＡＰ、及び３ビットＭＡＰ)を用いた、それぞれのＮビットパターンの他のＮビットパターンとの最小ユークリッド距離を、理想状態及びバックトゥバック(Ｂ２Ｂ)雑音付加シミュレーションと比較して示す。図示されるように、７ビット、５ビット及び３ビットのＭＡＰ検出方式は全て、１ビットハードデシジョン検出に比較して、理想状態に近く、したがってＱ因子が高く、大きいビットパターン間最小ユークリッド距離を有する。
【００４５】
図７及び８はＱ因子をチャネルパワーの関数として示す。図７に示されるように、チャネルパワーの関数としてのＱ因子は、５ビット及び３ビットのＭＡＰ検出方式及び１ビットハードデシジョン検出と比較して、７ビットＭＡＰ検出方式に対して高い。図７は、非線形性が高くなると、７ビットＭＡＰ検出が性能をかなり向上させ得ることも示す。図８はさらに、２サンプル/符号を用いる５ビットＭＡＰ検出に対するチャネルパワーの関数としてのＱ因子を１サンプル/符号を用いる５ビットＭＡＰ検出に比較して示す。シミュレートしたシステムにおいて示されるように、２サンプル/符号の使用は、システムの非線形性が高い場合にしか役に立たず、線形領域及び準線形領域においてＭＡＰ検出性能を低下させ得る。
【００４６】
したがって、本明細書に説明される検出システム及び方法の実施形態は、データパターン依存信号歪を緩和することができ、光通信システムのような通信システムの性能を向上させることができる。
【００４７】
本発明の原理を本明細書で説明したが、本説明は例としてなされたに過ぎず、本発明の範囲の限定としてなされてはいないことが当業者には当然であろう。本明細書に示され、説明された例示実施形態に加えて、別の実施形態が本発明の範囲内で考えられる。当業者による改変及び置換は、添付される特許請求の範囲以外で限定されるべきではない、本発明の範囲内にあると見なされる。
【符号の説明】
【００４８】
１００    ＷＤＭ伝送システム
１０２    光情報路
１０４    送信端末
１０６    受信端末
１０８    入力ポート
１１０    送信路
１１２    マルチプレクサ
１１４    デマルチプレクサ
１１６    受信路
１１８    出力路
２００    受信機
２０２    コヒーレント受信器
２０４    デジタル信号処理(ＤＳＰ)回路
２０６    偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ)
２０８，２１０    ９０°光ハイブリッド
２１２    局部発振器(ＬＯ)
２１４，２１６，２１８，２２０    平衡検波器
２２２，２２４，２２６，２２８    アナログ-デジタル(Ａ/Ｄ)コンバータ
２３０    前処理機能
２３２    光局部発振器(ＬＯ)周波数オフセットトラッキング機能
２３４    搬送波位相推定機能
２３６    ビットデシジョン機能
２３８    光ＰＲＢＳエラーレート機能
３００    検出システム
３１０    歪信号テーブル
３２０    検出器
３３０    シフトレジスタ
３４０    トレーナー
３５０    ソフトデシジョンＦＥＣデコーダー
【図１】
0005411303.tif 000004
【図２】
0005411303.tif 000005
【図３】
0005411303.tif 000006
【図４】
0005411303.tif 000007
【図５】
0005411303.tif 000008
【図６】
0005411303.tif 000009
【図７】
0005411303.tif 000010
【図８】
0005411303.tif 000011
【図９】
0005411303.tif 000012
【図１０】
0005411303.tif 000013