(57)【要約】円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫフォーマットを用いたコード化変調方式を伴うシステム及び方法が記載される。送信機の最大達成可能スペクトル効率を選択することができ［２０２］、最大達成可能スペクトル効率のスペクトル効率ステップサイズを指定することができる［２０４］。システムにおける任意の送信機のスペクトル効率は、その送信機のスペクトル効率を、最大達成可能スペクトル効率から、ステップサイズに対応する選択されたステップ数［２０８］だけ低減することによって個々に選択することができる［２０６］。【選択図】図２
2019534655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光信号送信機［ＴＸ１．．．ＴＸＮ］であって、該光信号送信機［ＴＸ１．．．ＴＸＮ］の各々が、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いてデータを変調するように構成され、該送信機［ＴＸ１．．．ＴＸＮ］の各々が、
選択された数ｉ個の符号化ビットを用いてｎ−ｉビットの連続ブロックを符号化し、ｎビットの連続ブロックを提供するように構成された符号化ビットエンコーダー［６０２］と、
前記符号化ビットエンコーダー［６０２］に結合され、前記ｎビットのブロックの各々を、前記円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを有するｎ／ｌｏｇ２（Ｍ）個の振幅及び位相シフトキーイング（ＡＰＳＫ）シンボルにマッピングするように構成されたマッパー［６０４］と、
前記マッパー［６０４］に結合され、該マッパー［６０４］の出力に応答して光信号を変調し、前記ＡＰＳＫシンボルを含む変調された光信号を提供するように構成された変調器と、
を備える、複数の光信号送信機を備える、システム。
【請求項２】
前記符号化ビットの数ｉは、前記複数の送信機［ＴＸ１．．．ＴＸＮ］のうちの少なくとも２つについて異なる数である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ｉ個の符号化ビットは、前記ｎビットの少なくとも一部分のパリティを示す少なくとも１つのパリティビットを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ｉ個の符号化ビットは、所定の定数値を有する少なくとも１つのビットを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ｉ個の符号化ビットは、前記ｎビットの少なくとも一部分のパリティを示す第１の数のパリティビットと、所定の定数値を有する第２の数の所定のビットとからなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットは、６４−ＡＰＳＫ変調フォーマットである、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記マッパー［６０４］は、グレイマッパーである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
光通信システム［１００］において複数の送信機［ＴＸ１．．．ＴＸＮ］に可変スペクトル効率を提供する方法であって、
前記複数の送信機［ＴＸ１．．．ＴＸＮ］の各々が前記光通信システム［１００］においてデータを送信することができる最大スペクトル効率を選択すること［２０２］と、
前記複数の送信機［ＴＸ１．．．ＴＸＮ］によって、前記最大スペクトル効率で前記データを送信するために用いられる、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを選択すること［２０４］と、
前記最大スペクトル効率を低減することができる所望の標準ステップサイズを選択すること［２０６］であって、該標準ステップサイズは、前記最大スペクトル効率の１／ｎであり、ここで、ｎはｌｏｇ２（Ｍ）の正の整数倍であることと、
前記複数の送信機［ＴＸ１．．．ＴＸＮ］の各々について、
前記送信機［ＴＸ１．．．ＴＸＮ］に関連付けられた前記スペクトル効率を低減するために、関連付けられた標準ステップ数ｉを選択すること［２０８］と、
ｉ個の符号化ビットを用いてｎ−ｉビットの連続ブロックを符号化し、ｎビットの連続ブロックを提供すること［２１０］と、
前記ｎビットの連続ブロックの各々を、前記円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを有するｎ／ｌｏｇ２（Ｍ）個のＡＰＳＫシンボルにマッピングすること［２１２］と、
光搬送波波長において前記複数のＡＰＳＫシンボルを変調し、関連付けられた変調された光信号を提供すること［２１４］と、
を含む、方法。
【請求項９】
前記標準ステップ数ｉは、前記複数の送信機［ＴＸ１．．．ＴＸＮ］のうちの少なくとも２つについて異なる数である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｉ個の符号化ビットは、前記ｎビットの少なくとも一部分のパリティを示す少なくとも１つのパリティビットを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ｉ個の符号化ビットは、所定の定数値を有する少なくとも１つのビットを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ｉ個の符号化ビットは、前記ｎビットの少なくとも一部分のパリティを示す第１の数のパリティビットと、所定の定数値を有する第２の数の所定のビットとからなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットは、６４−ＡＰＳＫ変調フォーマットである、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記マッピング［２１２］は、グレイマッピングである、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムでは、複数の異なる光搬送波波長がデータとともに別個に変調され、変調された光信号が生成される。変調された光信号は、結合されて集合信号にされ、光伝送路を介して受信機に送信される。受信機はデータを検出し、復調する。
【０００２】
光通信システムにおいて用いることができる変調の１つのタイプは、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）である。ＰＳＫの様々な変形に従って、データは、光波長の位相又は位相遷移が１つ以上のビットを表すシンボルを形成するように光波長の位相を変調することによって送信される。振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）は、別のタイプの変調フォーマットであり、データは、信号の振幅又は振幅遷移が１つ以上のビットを表すシンボルを形成するように光信号の振幅を変調することによって送信される。
【０００３】
振幅シフトキーイング及び位相シフトキーイングを組み合わせて、振幅及び位相シフトキーイング（ＡＰＳＫ）フォーマットを提供することができる。ＡＰＳＫ信号において、情報は、位相シフトキーイング及び振幅シフトキーイングの組み合わせを用いて、例えばシンボルごとに複数ビットを符号化することにより変調される。任意の所与のＭ−ＡＰＳＫについて、各シンボルはｍビットを表す。ここで、Ｍ＝２ｍである。例えば、１６−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いて、シンボルごとに４ビットを符号化することができ、６４−ＡＰＳＫを用いて、シンボルごとに６ビットを符号化することができる。
【０００４】
ＡＰＳＫフォーマットの１つのタイプは、矩形の信号コンステレーションを有する直交振幅変調（ＱＡＭ）フォーマットである。信号コンステレーションは、情報ビットが、光信号上で変調された関連シンボルにどのように対応するかを示す所定のプラン又はマップである。コンステレーションは、通常、複素平面（正：plane）における２次元散布図として表される。複素平面における実軸及び虚軸は、多くの場合、それぞれ、同相又はＩ軸、直交又はＱ軸と呼ばれる。特定の変調フォーマットの場合、コンステレーションは、光波長上で変調された各シンボル（実数値及び虚数値を有する）に対応する厳密な情報ビットを特定する。
【０００５】
矩形の信号コンステレーションは、複素平面における２次元散布図が矩形形状を有するコンステレーションである。ＱＡＭフォーマットは、広義には、ＡＳＫの有無にかかわらずＰＳＫを用いてデータが表されるフォーマットとみなされる場合があるが、ＰＳＫ及びＡＳＫの双方を用い、矩形のコンステレーションを有するＱＡＭフォーマットが一般的である。例えば、矩形のコンステレーションを有する従来の１６−ＱＡＭ変調フォーマットは、位相シフトキーイング及び振幅シフトキーイングを用いてシンボルごとに４ビットを表す。
【０００６】
コード化変調は、光信号が長距離にわたって送信されるときに異なるソースによって寄与される信号劣化を補うために、矩形のコンステレーションのＱＡＭ方式とともに用いられてきた。コード化変調は、前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号の使用を伴う。ＦＥＣは、本質的には、送信機におけるデータストリームへの適切な符号の組み込みである。送信機は、データストリームを受信し、このデータストリームのバイナリ情報シーケンスにおいていくらかの冗長性を導入するＦＥＣエンコーダーを用いてこのデータストリームを符号化する。受信機は、符号化データを受信し、これをＦＥＣデコーダーに通して、誤りを検出及び訂正する。
【０００７】
矩形のコンステレーションを用いたコード化変調ＱＡＭ方式は、変動レート（flexi-rate）トランスポンダ技術においても用いられてきた。この技術では、異なるスペクトル効率（ビット／秒／Ｈｚ）を用いて同じ帯域幅（又はシンボルレート）にわたって複数のデータレートを達成することができる。可変スペクトル効率（ＳＥ）を提供する際に有用な矩形のコンステレーションを有するコード化変調ＱＡＭ方式の例が、特許文献１に記載されている。この特許文献の教示は、引用することにより本明細書の一部をなす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第９，３３７，９３５号
【０００９】
ここで、添付の図面を参照して本発明を例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示によるシステムの１つの例示的な実施形態のブロック図である。
【図２】本開示による方法の１つの例を示すフローチャートである。
【図３】本開示による例示的な送信機の変調された出力を図式的に示す図である。
【図４】本開示によるグレイマッピングを用いた６４−ＡＰＳＫ変調フォーマットを示すコンステレーション図である。
【図５】本開示による４Ｄ−９／１２−６４ＡＰＳＫ変調を用いた例示的な送信機の変調された出力を図式的に示す図である。
【図６】本開示による送信機の１つの例示的な実施形態のブロック図である。
【図７】本開示による受信機の１つの例示的な実施形態のブロック図である。
【図８】本開示による送信機の別の例示的な実施形態のブロック図である。
【図９】本開示による受信機の別の例示的な実施形態のブロック図である。
【図１０】本開示による例示的なシステムの性能を示す、ＳＮＲ対スペクトル効率のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、光信号データ検出に関し、より詳細には、小さなステップサイズの可変スペクトル効率のために、円形のコンステレーションを有する振幅位相シフトキーイングを用いたコード化変調を用いるシステム及び方法に関する。
【００１２】
概して、本開示によるシステム及び方法は、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いたコード化変調方式を伴う。本明細書において用いられるとき、「円形のコンステレーション」とは、コンステレーションを形成する複素平面における２次元散布図が、単一円又は同心円に配列されたコンステレーションポイントを有する円形形状を有するコンステレーションである。
【００１３】
有利には、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いたコード化変調方式は、例えば、矩形のコンステレーションを有するＭ−ＱＡＭ変調フォーマットを用いたコード化変調方式と比較して、高いスペクトル効率及び低い信号ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を提供する。低ＰＡＰＲを有する信号は、伝送路に関連付けられた非線形減衰（nonlinear impairment）に対し、よりロバストである。加えて、電力が限られたＡＷＧＮチャネルにわたってチャネル容量に近づくには、入力信号はガウス分布に従うべきである。円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いたコード化変調方式は、例えば、矩形のコンステレーションを有するＭ−ＱＡＭ変調フォーマットを用いたコード化変調方式と比較して、ガウス分布にはるかに近い点分布を有し、チャネル容量の実現により近づくことを可能にする。
【００１４】
また、本開示によるシステム及び方法において、円形のコンステレーションを有する同じＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いるＷＤＭシステムにおける異なる送信機について異なるスペクトル効率を達成することができる。送信機の最大達成可能スペクトル効率、例えばビットレートを選択することができ、最大達成可能スペクトル効率のスペクトル効率ステップサイズを指定することができる。システムにおける任意の送信機についてのスペクトル効率は、送信機のスペクトル効率を、最大達成可能スペクトル効率から、ステップサイズに対応する選択されたステップ数だけ低減することによって個々に選択することができる。選択されたステップ数に等しい数の符号化ビットをデータストリームに挿入して、送信機におけるビットのブロックを確立することができる。符号化ビットは、ブロックビットの少なくとも一部分のパリティを示す１つ以上のパリティビットとすることができるか、又はパリティビットと１つ以上の定数値ビットとの組み合わせとすることができる。ビットのブロックの各々は、関連Ｍ−ＡＰＳＫシンボルにマッピング、例えばグレイマッピングされ、これらの関連Ｍ−ＡＰＳＫシンボルは光搬送波上に変調され、受信機に送信される。
【００１５】
図１は、本開示によるＷＤＭ送信システム１００の１つの例示的な実施形態の概略ブロック図である。送信システムは、送信端末１０４から１つ以上のリモートに位置する受信端末１０６に、光情報経路１０２を介して複数の光チャネルを送信する役割を果たす。例示的なシステム１００は、送信機から、５０００ｋｍ以上の距離にある受信機にチャネルを送信するように構成された長距離海底システムとすることができる。例示的な実施形態は、光システムの状況で説明され、長距離ＷＤＭ光システムに関連して有用であるが、本明細書において論考される広い概念は、他のタイプの信号を送信及び受信する他の通信システムにおいて実施されてもよい。
【００１６】
当業者は、説明を容易にするために、システム１００が高度に単純化されたポイントツーポイントシステムとして示されていることを認識するであろう。例えば、送信端末１０４及び受信端末１０６は、当然ながら、共に送受信機として構成することができ、これによって、各々を、送信機能及び受信機能の双方を実行するように構成することができる。しかしながら、説明を容易にするために、本明細書において、端末は送信機能又は受信機能のみに関して示され、説明される。本開示によるシステム及び方法は、広範にわたるネットワークコンポーネント及び構成に組み込むことができることを理解されたい。本明細書に示される例示的な実施形態は、限定ではなく、単なる説明として提供される。
【００１７】
示される例示的な実施形態では、複数の送信機ＴＸ１、ＴＸ２．．．ＴＸＮの各々が、関連付けられた入力ポート１０８−１、１０８−２．．．１０８−Ｎにおいてデータ信号を受信し、関連付けられた波長λ１、λ２．．．λΝにおいてデータ信号を送信する。送信機ＴＸ１、ＴＸ２．．．ＴＸＮは、本開示による可変スペクトル効率構成における関連付けられたスペクトル効率を用いて、自身の関連付けられた波長λ１、λ２．．．λΝにおいてデータを変調するように構成することができる。送信機ＴＸ１、ＴＸ２．．．ＴＸＮは、当然ながら、説明を容易にするために、高度に単純化された形式で示される。当業者であれば、各送信機ＴＸ１、ＴＸ２．．．ＴＸＮが、所望の振幅及び変調を有する自身の関連付けられた波長λ１、λ２．．．λΝにおいてデータ信号を送信するように構成された電気及び光コンポーネントを含むことができることを認識するであろう。
【００１８】
送信される波長λ１、λ２．．．λΝ又はチャネルは、それぞれ、複数の経路１１０−１、１１０−２．．．１１０−Ｎ上で搬送される。データチャネルは、マルチプレクサー又はコンバイナ１１２によってまとめられ、光学経路１０２上の集合信号にされる。光学情報経路１０２は、光ファイバー導波路、光増幅器、光学フィルター、分散補償モジュール、並びに他のアクティブコンポーネント及びパッシブコンポーネントを含むことができる。
【００１９】
集合信号は、１つ以上の遠隔受信端末１０６において受信することができる。デマルチプレクサー１１４は、波長λ１、λ２．．．λΝにおいて送信されたチャネルを、関連付けられた受信機ＲＸ１、ＲＸ２．．．ＲＸＮに結合された関連付けられた経路１１６−１、１１６−２．．．１１６−Ｎ上に分ける。受信機ＲＸ１、ＲＸ２．．．ＲＸＮのうちの１つ以上は、送信された信号を、反復復号を用いて復調するように構成することができ、関連付けられた出力データ信号を関連付けられた出力経路１１８−１、１１８−２、１１８−３、１１８−Ｎ上に提供することができる。
【００２０】
通常、本開示によるシステム又は方法において、送信機ＴＸ１、ＴＸ２．．．ＴＸＮのうちの１つ以上は、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いたコード化変調方式を用いるように構成することができ、ここで、Ｍ＝２ｍであり、各Ｍ−ＡＰＳＫシンボルはｍビットを表す。上記で論考したように、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いたコード化変調方式は、低ＰＡＰＲを提供し、これは、より高いＰＡＰＲを有する信号と比較して、伝送路に関連付けられた非線形減衰による影響をより受けにくい。加えて、そのようなコード化変調方式は、矩形のコンステレーションを用いた方式よりも、ガウス分布に近い入力信号を提供し、これにより、チャネル容量のより近い近似が可能になる。
【００２１】
加えて、いくつかの実施形態では、送信機ＴＸ１、ＴＸ２．．．ＴＸＮの全てを、円形のコンステレーション、ボーレート（シンボルレート）及び前方誤り訂正（ＦＥＣ）方式を用いたコード化変調Ｍ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いるように構成することができるが、送信機ＴＸ１、ＴＸ２．．．ＴＸＮのうちの１つ以上のスペクトル効率は、最大達成可能スペクトル効率と比較して、１つ以上のステップサイズだけ選択的に低減することができる。例えば、図２は、本開示による方法２００を示すフローチャートである。図２は、一実施形態による様々な動作を示すが、図２に示される動作の必ずしも全てが他の実施形態に必要なわけではないことを理解されたい。実際に、本明細書において、本開示の他の実施形態では、図２に示される動作、及び／又は本明細書に示される他の動作は、図面のいずれにも詳細に示されていない方式で組み合わせることができ、依然として本開示に十分に整合することが十分に予期される。このため、１つの図面に厳密に示されていない特徴及び／又は動作を対象とする請求項は、本開示の範囲及び内容に含まれるとみなされる。
【００２２】
動作２０２、２０４及び２０６において、それぞれ、最大達成可能スペクトル効率（例えば、ビットレート）、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いたコード化変調方式、及び最大達成可能スペクトル効率を低減することができる所望の標準ステップサイズ１／ｎが、送信機について選択される。ステップサイズを決定するｎの値は、Ｍ−ＡＰＳＫ変調フォーマットにおける各シンボルによって表されるビット数であるｌｏｇ２（Ｍ）の整数倍とすることができる。
【００２３】
システムにおける送信機ごとに、最大達成可能スペクトル効率から送信機のスペクトル効率を低減するための、関連付けられた標準ステップ数ｉを選択することができる（２０８）。ｎ−ｉビットの連続ブロックを、選択されたステップ数に等しい数ｉ個の符号化ビットを用いて符号化し（２１０）、ｎビットのブロック（ｎ−ｉ個の情報ビットに加えて、ｎ個の情報ビットに関連付けられたｉ個の符号化ビット）を生成することができる。ｎビットの連続ブロックの各々が、ｎ／ｌｏｇ２（Ｍ）個の関連Ｍ−ＡＰＳＫシンボルにマッピング（２１２）、例えばグレイマッピングされ、これらの関連Ｍ−ＡＰＳＫシンボルは、光搬送波上に変調され、受信機に送信するための変調された光信号が提供される（２１４）。関連Ｍ−ＡＰＳＫシンボルへのビットのブロックのマッピングは、様々な方式で行うことができる。本明細書において用いられるとき、「グレイマップ」又は「グレイマッピング」とは、コードが連続したビット組の各々に割り当てられ、隣接した符号語が１ビットだけ異なり、データストリームに追加のビットを加えることを伴わないようになっている（すなわち、グレイマッピングはオーバーヘッドを有しない）、既知のグレイマッピング方式を指す。
【００２４】
図３は、本開示によるシステム及び方法を実施する送信機ＴＸ１、ＴＸ２．．．ＴＸＮの出力を図式的に示す。示されているように、各送信機において、異なる数ｉ個の符号化ビットを、ｎ−ｉビットのブロックに加えることができる。各送信機において、異なる数ｉ個の符号化ビットを加えて、送信機のスペクトル効率を、最大達成可能スペクトル効率と比較して、ステップサイズ１／ｎに対応する関連付けられた選択されたステップ数だけ低減することができる。次に、ｎビットのブロック（ｎ−ｉ個の情報ビットに加えて、ｉ個の符号化ビット）が、ｎ／ｌｏｇ２（Ｍ）個の関連Ｍ−ＡＰＳＫシンボルにマッピング、例えばグレイマッピングされ、光搬送波上で変調される。ビットのブロックは複数のＭ−ＡＰＳＫシンボルにマッピングされ、各Ｍ−ＡＰＳＫシンボルは２次元（位相及び振幅）であるため、ビットのブロックは、２Ｓ次元を有する多次元コンステレーションポイントにマッピングされているとみなすことができる。ここで、Ｓ＝ｎ／ｌｏｇ２（Ｍ）は、ビットのブロックをマッピングするのに用いられるＭ−ＡＰＳＫシンボルの数である。
【００２５】
本開示によるシステム又は方法における符号化ビットは、パリティビット、又はパリティビットと定数値ビットとの組み合わせとすることができる。パリティビットは、既知の方式では、関連付けられたビットのブロックの少なくとも一部分のパリティを示す。既知であるように、パリティビットは、偶数パリティビット又は奇数パリティビットとすることができる。偶数パリティを用いるとき、パリティビットは、そのパリティビットに関連付けられたビットにおける１の数（パリティビットを含まない）が奇数である場合、１の値にセットされる。パリティビットに関連付けられたビットにおける１の数が既に偶数である場合、偶数パリティビットは０にセットされる。奇数パリティを用いるとき、パリティビットは、そのパリティビットに関連付けられたビットにおける１の数（パリティビットを含まない）が偶数である場合、１にセットされる。パリティビットに関連付けられたビットにおける１の数が既に奇数である場合、奇数パリティビットは０にセットされる。
【００２６】
定数値ビットは、定数「１」又は「０」値を有し、例えば、追加のパリティビットを加えることにより更なる利点がほとんど又は全く得られないとき、１つ以上のパリティビットとともに含めて変調の電力効率を改善することができる。定数値ビットを用いることにより、本開示によるシステム又は方法におけるシンボルあたりの平均電力が低下し、これにより、パリティビットを用いた最小ユークリッド距離の最大化と組み合わせたときに、信号対雑音比（ＳＮＲ）性能が改善する。また、グレイマッピングされたＭ−ＡＰＳＫシンボルにおける定数値ビット（複数の場合もある）のロケーションに依拠して、シンボルは、コンステレーションポイントの特定のグループに制約される。この制約は、受信機によってシンボルを復調するのに用いることができる。
【００２７】
本開示によるシステム及び方法では、Ｍ−ＡＰＳＫフォーマットは円形のコンステレーションを有することができ、コンステレーションの各円は、一様に間隔を空けられたコンステレーションポイントを有し、各コンステレーションポイントはｍビットを表す。ここで、Ｍ＝２ｍである。単一パリティチェック（ＳＰＣ）符号化ビット（複数の場合もある）を用いる一実施形態では、Ｍ＝２ｍのＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いることができ、ｍ＝ａ＋ｐであり、ここで、２ａは、コンステレーションにおける同心円（振幅）の数であり、２Ｐは、円あたりの一様に間隔を空けられたコンステレーションポイントの数である。符号化ビットをコンステレーションポイントにマッピングするのにグレイマッピングが用いられる場合、Ｍ−ＡＰＳＫコンステレーションにおける全ての円は同じ数のコンステレーションポイントを有することができる。
【００２８】
図４は、例えば、６４−ＡＰＳＫ変調信号のグレイマッピングを示すコンステレーション図４００を含む。図４のコンステレーション図４００は、６４個のコンステレーションポイント、例えばポイント４０２を含み、グレイマッピングされた６４−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いて表すことができる各Ｍ−ＡＰＳＫシンボルの振幅及び位相を、シンボルに関連付けられた６ビット（符号語）、例えば符号語４０４とともに示す。この例において、Ｍ＝２ｍ＝６４及びｍ＝６であり、各シンボルによって表される６ビットが存在することを示し、また、ｍ＝ａ＋ｐであり、ここで、ａ＝２及びｐ＝４であり、２２＝４個の同心円（それぞれ、破線４０６、４０８、４１０及び４１２を辿る）及び各円内の２４＝１６個のコンステレーションポイントを提供する。示される実施形態において、グレイマッピングは、４つの最上位ビット（ＭＳＢ）がコンステレーションポイントの位相を選択し、２つの最下位ビット（ＬＳＢ）がコンステレーションポイントの円（振幅）を選択するという規則（convention）を用いる。円の半径は、隣接する多次元シンボル間の最小ユークリッド距離を最大にするように符号化ビットコードを用いて最適化することができる。
【００２９】
図３に示す一般的な送信機出力を参照して、図４において９つの情報ビット（ｎ＝９）及び３つの符号化ビット（ｉ＝３）を用いて示されているような、円形コンステレーションを有する６４−ＡＰＳＫ変調信号（Ｍ＝６４）を用いた送信機出力の例が図５に図式的に示される。示される例において、１２ビット（９つの情報ビット及び３つの符号化ビット）が、２つの異なる６４−ＡＰＳＫシンボルにマッピングされる。１２ビットは、時間的に連続したビットに関連付けることもできるし、偏波多重が用いられる場合、偏波において連続したビットに関連付けることもできる。１２ビットが２つのＭ−ＡＰＳＫシンボルにマッピングされ、各Ｍ−ＡＰＳＫシンボルは２次元（位相及び振幅）であるため、１２ビットは、４次元（４Ｄ）のコンステレーションポイントにマッピングされたとみなすことができ、図５に示す特定の実施形態は、４Ｄ−９／１２−６４−ＡＰＳＫ変調シンボルと称することができる。
【００３０】
図６は、本開示による１つの例示的な送信機６００の概略ブロック図である。示される例示的な実施形態６００は、符号化ビットエンコーダー６０２と、マッパー６０４と、搬送波波長λＮにおいてコード化され変調された出力を提供するために連続波レーザー６０８の出力を変調する変調器６０６とを備える。符号化ビットエンコーダー６０２は、上記で説明したように、入力経路１０８−Ｎにおいて提供されるデータストリームのｎ−ｉ個の情報ビットの各ブロック（例えば、データビット、ＦＥＣオーバーヘッド、パイロットシンボル）を、ｉ個の関連付けられた符号化ビットを用いて符号化して、スペクトル効率の所望の低減を達成するように構成することができる。符号化ビットエンコーダー６０２の出力は、ｎビット、すなわち、ｎ−ｉ個の情報ビットに加えて、ｉ個の符号化ビットの連続ブロックを含む。
【００３１】
符号化ビットエンコーダーの符号化された出力は、マッパー６０４に結合される。マッパー６０４は、例えばグレイマッピング等の任意のマッピング規則を用いて、ｎビットの各ブロックを、ｎ／ｌｏｇ２（Ｍ）個の関連Ｍ−ＡＰＳＫシンボルにマッピングするように構成される。ｎビットの各ブロックに関連付けられたＭ−ＡＰＳＫシンボルは、変調器６０６を用いて、連続波レーザー６０８の光搬送波波長λＮ上に変調される。変調器６０６は、任意の既知の変調方法を用いて、複数のＭ−ＡＰＳＫシンボルを搬送波波長λＮ上に変調することができる。変調器６０６の符号化、マッピング、及び変調された出力は、ＷＤＭシステムにおいてマルチプレクサー１１２（図１）に結合することができる。
【００３２】
図７は、本開示による１つの例示的な受信機７００の概略ブロック図である。示される例示的な実施形態７００は、光信号検出器７０２と、デマッパー７０４とを備える。検出器７０２は、光搬送波波長λＮ上で信号を受信し、光信号を、変調器６０６（図６）によって光搬送波波長λＮ上で変調されたＭ−ＡＰＳＫシンボルを表す１つ以上の関連付けられた電気出力（例えば、偏波多重変調フォーマットにおける各偏波に関連付けられた出力）に変換するように構成された、既知のコヒーレント受信機、例えば偏波ダイバーシティコヒーレント受信機を備えることができる。
【００３３】
デマッパー７０４は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路７０８の一部として構成することができる。通常、ＤＳＰは、特定の命令シーケンスを、例えば直接及び／又はソフトウェア命令の制御下で実行するように構成された１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣＳ）及び／又は専用プロセッサを用いて信号を処理することを伴う。検出器を組み込んだ受信機、すなわちコヒーレント受信機、及びコヒーレント受信機のデジタル出力を処理するために搬送波位相推定を用いるＤＳＰ回路の１つの例は、引用することによりその教示が本明細書の一部をなす、米国特許第８，２９５，７１３号に記載されている。
【００３４】
図６及び図７の双方を参照して、ＤＳＰ回路７０８は、検出器７０２の出力を処理し、入力１０８−Ｎにおいて提供されるデータを再生する出力を送信機６００に提供することができる。デマッパー７０４は、検出器７０２の電気出力を受信し、マッパー６０４によって適用されたマッピングの逆を行い、符号化ビットエンコーダー６０２によって適用された符号化ビットを除去する。デマッパーの出力は、入力１０８−Ｎにおいて送信機６００に提供されたｎ−ｉビットのデータの連続ブロックを表すデマッピングされた出力である。
【００３５】
デマッピングは、例えば、最大事後確率（ＭＡＰ）デコーダーを用いて行うことができ、受信機の出力からの事前対数尤度比（ＬＬＲ）フィードバックに応答して反復的に行うことができる。本開示によるシステムにおけるデマッパー７０４は、符号化ビットエンコーダー６０２によって適用されるパリティビットによって示されるパリティを用いてサイクルスリップの訂正を生じさせることができる。いくつかの実施形態では、例えば、デマッパー７０４は、パリティビットを用いて、サイクルスリップの訂正を自動的に生じさせるようにしてデマッピングを行うことができる。
【００３６】
本開示によるシステムは、多岐にわたる構成で実施することができる。図８は、本開示による１つの例示的な送信機８００の概略ブロック図である。示される例示的な実施形態８００は、デマルチプレクサー８０１と、複数のＦＥＣエンコーダー８０２−（ｎ−ｉ）、８０２−（ｎ−ｉ−１）．．．８０２−１と、インターリーバー８０４と、符号化ビットエンコーダー６０２と、図６に関連して説明したように変調器６０６を駆動するマッパー６０４とを備える。
【００３７】
デマルチプレクサー８０１は、経路１０８−Ｎにおいてシリアル入力データストリームを受信し、入力データストリームを逆多重化して、ｎ−ｉ個の別個の逆多重化されたパラレルデータストリームにする既知の構成をとることができる。ｎ−ｉ個のデータストリームの各々は、ＦＥＣエンコーダー８０２−（ｎ−ｉ）、８０２−（ｎ−ｉ−１）．．．８０２−１のうちの関連付けられたＦＥＣエンコーダーに結合される。ＦＥＣエンコーダー８０２−（ｎ−ｉ）、８０２−（ｎ−ｉ−１）．．．８０２−１は、各々、自身が受信したデータストリームを、関連付けられたＦＥＣコードを用いて符号化して、関連付けられたＦＥＣ符号化出力を提供するように構成することができる。
【００３８】
コードがどのように生成され、その結果どのように機能するかに関する異なる特性を各々が有する多数のＦＥＣコードが既知である。既知の誤り訂正符号の例には、線形ハミング符号及び巡回ハミング符号、巡回ボーズ−チョードリー−オッケンジェム（ＢＣＨ）符号、畳み込み（ビタビ）符号、巡回ゴーレイ及びファイア符号、ターボ畳み込み及び積符号（ＴＣＣ、ＴＰＣ）、並びに低密度パリティ検査符号（ＬＤＰＣ）が含まれる。単一パリティ検査（ＳＰＣ）符号等のパリティ検査符号は、別のよく知られたＦＥＣ符号である。ＦＥＣエンコーダー８０２−（ｎ−ｉ）、８０２−（ｎ−ｉ−１）．．．８０２−１と、対応するデコーダー８０２−（ｎ−ｉ）、８０２−（ｎ−ｉ−１）．．．８０２−１（図９）とにおいて様々な誤り訂正符号を実装するためのハードウェアおよびソフトウェアの構成は、当業者にとって既知である。
【００３９】
ＦＥＣエンコーダー８０２−（ｎ−ｉ）、８０２−（ｎ−ｉ−１）．．．８０２−１のそれぞれの符号化された出力は、インターリーバー８０４に結合される。様々なインターリーバーの構成が既知である。示される実施形態では、インターリーバー８０４は、ＦＥＣエンコーダー８０２−（ｎ−ｉ）、８０２−（ｎ−ｉ−１）．．．８０２−１からｎ−ｉ個の出力符号語を受け取り、ｎ−ｉビットのインターリーブされたパラレル出力を符号化ビットエンコーダー６０２に提供する。
【００４０】
上記で説明したように、符号化ビットエンコーダー６０２は、ｉ個の関連付けられたパリティビットを用いてｎ−ｉビットの各ブロックを符号化するように構成することができる。符号化ビットエンコーダー６０２の出力は、ｎビットの連続ブロック、すなわち、ｎ−ｉ個の情報ビットに加えて、ｉ個のパリティビットを含む。符号化ビットエンコーダー６０２の符号化された出力は、マッパー６０４に結合される。マッパー６０４は、例えばグレイマッピングを用いて、ｎビットの各ブロックを、ｎ／ｌｏｇ２（Ｍ）個の関連Ｍ−ＡＰＳＫシンボルにマッピングするように構成される。ｎビットの各ブロックに関連付けられたＭ−ＡＰＳＫシンボルは、シンボルを、連続波レーザー６０８の光搬送波波長λＮ上に変調する変調器６０６に提供される。
【００４１】
図９は、本開示による、図８に示す送信機８００を用いて変調された信号を受信する１つの例示的な受信機９００の概略ブロック図である。示される例示的な実施形態９００は、検出器７０２と、デマッパー７０４ａと、デインターリーバー９０２と、複数のＦＥＣデコーダー９０４−（ｎ−ｉ）、９０４−（ｎ−ｉ−１）．．．９０４−１と、マルチプレクサー９０６と、インターリーバー９０８とを備える。
【００４２】
上記で説明したように、検出器７０２は、搬送波波長λＮ上で変調された光信号を受信し、この光信号を電気信号に変換するように構成される。デマッパー７０４ａは、検出器７０２の出力を受信し、送信機においてマッパー６０４によって付与された変調フォーマットへのデータのマッピングを逆に行い、例えば、上記で説明したようなＭＡＰデコーダーを用いて、符号化ビットエンコーダーによって適用された符号化ビットを除去する。示されるように、デマッピングは、受信機の出力、すなわち、示される実施形態ではマルチプレクサー９０６の出力からの事前ＬＬＲフィードバックに応答して反復的に行うことができる。デマッパー７０４ａは、ｎ−ｉビットのブロックを含むデマッパー出力を提供し、送信機８００におけるインターリーバー８０４の出力を再生する。
【００４３】
デマッパー７０４ａのデマッパー出力は、デインターリーバー９０２に結合され、デインターリーバー９０２は、送信機８００において関連付けられたインターリーバー８０４によって行われたビットインターリーブを逆に行い、ｎ−ｉ個の関連付けられたデインターリーブされた出力をＦＥＣデコーダー９０４−（ｎ−ｉ）、９０４−（ｎ−ｉ−１）．．．９０４−１に提供する。ＦＥＣデコーダー９０４−（ｎ−ｉ）、９０４−（ｎ−ｉ−１）．．．９０４−１は各々、送信機８００において適用されたＦＥＣコードを用いて、自身が受信したデータストリームを復号し、関連付けられたＦＥＣ復号された出力を提供するように構成することができる。ＦＥＣデコーダー９０４−（ｎ−ｉ）、９０４−（ｎ−ｉ−１）．．．９０４−１の各々のｎ−ｉ個のＦＥＣ復号された出力は、既知のマルチプレクサー９０６に結合される。マルチプレクサー９０６は、ＦＥＣ符号デコーダー９０４−（ｎ−ｉ）、９０４−（ｎ−ｉ−１）．．．９０４−１の出力を多重化して、送信機８００において経路１０８−Ｎ上のデータを再生するシリアルデジタルデータ出力を生成する。
【００４４】
マルチプレクサー９０６のデータ出力は、インターリーバー９０８を通じてデマッパー７０４ａにフィードバックされ、デマッパー７０４ａが自身への入力を復号する際に用いる事前ＬＬＲ情報が提供される。インターリーバー９０８は、本質的に、デインターリーバー９０２によって行われるデインターリーブを逆に行う。
【００４５】
本発明によるシステムにおける符号化ビットエンコーダー６０２は、マッピングされたＭ−ＡＰＳＫシンボル内の任意のビット位置にパリティビット及び／又は符号化ビットを挿入することができ、デマッパー７０４、７０４ａは、符号化ビットに関連付けられたロケーション及び／又はパリティに基づいて受信信号のデマッピングを行うように構成することができる。また、符号化ビットエンコーダーによって符号化された任意のパリティビットは、ビットのブロックの任意の関連部分のパリティを特定することができる。
【００４６】
例えば、図５に示されるように、送信機が４Ｄ−９／１２−６４ＡＰＳＫシンボルを提供するように構成される一実施形態では、シンボルは、１２ビット（９つの情報ビット及び３つの符号化ビット）を表し、以下のビット表現を有するものとみなすことができる。
【数１】
2019534655.tif 000003
ここで、Ｘは、情報ビットを指すのに用いられ、Ｐは、符号化ビット（この場合、マルチステージＳＰＣ）を指すのに用いられる。各Ｘ及びＰの隣の下付き文字は、ビットロケーションを識別する。この例において、符号化ビットエンコーダーによって適用されるコード化規則は、以下とすることができる。
【数２】
2019534655.tif 000004
ここで、
【数３】
2019534655.tif 000005
はモジュロ２加算である。
【００４７】
したがって、有利には、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いたコード化変調方式を用いるシステム及び方法が提供される。そのような変調方式はより低いＰＡＰＲを有し、矩形のコンステレーションを有する従来のＱＡＭフォーマットと比較して、よりガウス分布に近い入力信号を提供する。これにより、この方式は、伝送路によって生じる非線形減衰に対しよりロバストになり、最大チャネル容量のより近い近似が可能になる。加えて、この方式は、円形のコンステレーションを有する同じＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いて、ＷＤＭシステムにおける異なる送信機について異なるスペクトル効率が達成されることを可能にする。この柔軟性により、情報ビットレートにおける小さな一定のステップが可能になり、また、異なる達成可能スペクトル効率全体にわたって、送信機及び受信機のための統一されたインターフェース及び統一されたデジタル信号処理（ＤＳＰ）も可能になる。システムにおける全ての送信機及び受信機の対は、同じ基本構成を備えることができる。特定の送信機及び受信機の対についての１つのスペクトル効率から別のスペクトル効率への変化は、単に、その送信機及び受信機において確立された符号化ビット規則を変更することによって達成することができる。統一されたＤＳＰは、システムハードウェア設計において妥当な複雑度を維持するのに役立つ。
【００４８】
送信機及び受信機を、ＦＥＣコードについて２つ以上のオプションを実装するように構成することによって、本開示によるシステム及び方法における更なる柔軟性を提供することができる。システムにおける全ての送信機及び受信機の対は、同じ基本構成を備えることができ、特定の送信機及び受信機の対についての１つのＦＥＣコードから別のＦＥＣコードへの変化は、単に、その送信機及び受信機においてＦＥＣコード選択を変更することによって達成することができる。そのような構成は、ＦＥＣコードの選択を通じて性能基準の選択を可能にする。図１０は、例えば、異なるＦＥＣコードを用いた本開示によるシステムに関連付けられたＳＮＲ対スペクトル効率（ビット／秒／Ｈｚ）のプロット１００２、１００４、１００６及び１００８を含み、シャノン限界を示すプロット１０１０も含む。特に、プロット１００２及び１００４は、それぞれ２０％（プロット１００２）及び２５％（プロット１００４）のオーバーヘッドを有するＦＥＣコードを用いた４Ｄ−９／１２−６４ＡＰＳＫ変調（例えば、図５に示される）を用いる本開示によるシステムの場合のＳＮＲ対スペクトル効率を示す。プロット１００６及び１００８は、それぞれ２０％（ポイント１００６）及び２５％（ポイント１００８）のオーバーヘッドを有するＦＥＣコードを用いた４Ｄ−１０／１２−６４ＡＰＳＫ変調を用いる本開示によるシステムの場合のＳＮＲ対スペクトル効率を示す。示されるように、本開示によるシステムにおける任意の選択されたスペクトル効率の性能は、概して、シャノン限界プロット１０１０から概ね等距離にある。
【００４９】
本開示の１つの態様によれば、複数の光信号送信機を備えるシステムが提供され、光信号送信機の各々が、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを用いてデータを変調するように構成される。送信機の各々は、選択された数ｉ個の符号化ビットを用いてｎ−ｉビットの連続ブロックを符号化し、ｎビットの連続ブロックを提供するように構成された符号化ビットエンコーダーと、符号化ビットエンコーダーに結合され、ｎビットのブロックの各々を、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを有するｎ／ｌｏｇ２（Ｍ）個のＡＰＳＫシンボルにマッピングするように構成されたグレイマッパーと、グレイマッパーに結合され、グレイマッパーの出力に応答して光信号を変調し、ＡＰＳＫシンボルを含む変調された光信号を提供するように構成された変調器とを備える。
【００５０】
本開示の別の態様によれば、光通信システムにおいて複数の送信機に可変スペクトル効率を提供する方法が提供される。本方法は、複数の送信機の各々が光通信システム上でデータを送信することができる最大スペクトル効率を選択することと、複数の送信機によって、最大スペクトル効率でデータを送信するために用いられる円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを選択することと、最大スペクトル効率を低減することができる所望の標準ステップサイズを選択することであって、標準ステップサイズは、最大スペクトル効率の１／ｎであり、ここでｎはｌｏｇ２（Ｍ）の正の整数倍であることと、複数の送信機の各々について、送信機に関連付けられたスペクトル効率を低減するための関連付けられた標準ステップ数ｉを選択することと、ｉ個の符号化ビットを用いてｎ−ｉビットの連続ブロックを符号化し、ｎビットの連続ブロックを提供することと、ｎビットの連続ブロックの各々を、円形のコンステレーションを有するＭ−ＡＰＳＫ変調フォーマットを有するｎ／ｌｏｇ２（Ｍ）個のＡＰＳＫシンボルにグレイマッピングすることと、光搬送波波長における複数のＡＰＳＫシンボルを変調して、関連付けられた変調された光信号を提供することとを含む。
【００５１】
本明細書に記載の方法の実施形態は、プロセッサ及び／又は他のプログラム可能なデバイスを用いて実施することができる。そのために、本明細書に記載の方法は、１つ以上のプロセッサによって実行されると本方法を実行する命令が記憶された有形のコンピューター可読ストレージ媒体上で実施することができる。このため、例えば、送信機及び／又は受信機は、本明細書に記載の動作を実行するための命令を（例えば、ファームウェア又はソフトウェアにおいて）記憶するストレージ媒体（図示せず）を含むことができる。ストレージ媒体は、任意のタイプの非一時的有形媒体、例えば、フロッピーディスク、光ディスク、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスクリライタブル（ＣＤ−ＲＷ）、及び光磁気ディスクを含む任意のタイプのディスク、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）等の半導体デバイス、動的ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び静的ＲＡＭ等のＲＡＭ、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、磁気カード若しくは光カード、又は電子命令を記憶するのに適した任意のタイプの媒体を含むことができる。
【００５２】
当業者であれば、本明細書における任意のブロック図は、本開示の原理を具現化する例示的な回路部の概念図を表すことが理解されよう。同様に、任意のフローチャート、流れ図、状態遷移図、擬似コード等は、コンピューター可読媒体において実質的に表すことができ、コンピューター又はプロセッサが明示的に示されていてもいなくても、そのようなコンピューター又はプロセッサによってそのように実行することができる様々なプロセスを表すことが理解されよう。ソフトウェアモジュール、又はソフトウェアであることを暗に意味して単にモジュールは、本明細書において、プロセスステップ及び／又はテキスト記述の実行を示すフローチャート要素又は他の要素の任意の組み合わせとして表すことができる。そのようなモジュールは、明示的に又は暗黙的に示されるハードウェアによって実行することができる。
【００５３】
任意の機能ブロックを含む、図に示す様々な要素の機能は、専用ハードウェア、及び適切なソフトウェアとの関連でソフトウェアを実行することが可能なハードウェアの使用を通じて提供することができる。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又はいくつかが共有されている場合がある複数の個々のプロセッサによって提供することができる。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラー」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきでなく、暗黙的に、限定ではないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを記憶するためのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び不揮発性ストレージを含むことができる。従来の及び／又はカスタムの他のハードウェアも含むことができる。
【００５４】
「結合された」という用語は、本明細書において用いられるとき、任意の接続、結合、リンク等を指し、これらによって、１つのシステム要素により搬送される信号が、「結合された」要素に与えられる。そのような「結合された」デバイス、又は信号及びデバイスは、必ずしも直接互いに接続しておらず、そのような信号を操作又は変更することができる中間コンポーネント又はデバイスによって隔てられている場合がある。本明細書における任意の実施形態において用いられるとき、「回路部」とは、例えば、単独で、又は任意の組み合わせで、配線接続された回路部、プログラム可能な回路部、状態マシン回路部、及び／又はプログラム可能な回路部によって実行される命令を記憶するファームウェアを含むことができる。少なくとも１つの実施形態において、送信機及び受信機は、１つ以上の集積回路を含むことができる。「集積回路」は、例えば、限定ではないが、半導体集積回路チップ等の、デジタル、アナログ、又は混合信号半導体デバイス及び／又はマイクロ電子デバイスとすることができる。
【図１】
2019534655.tif 000006
【図２】
2019534655.tif 000007
【図３】
2019534655.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019534655.tif 000014
【図１０】
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【国際調査報告】
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