(57)【要約】  装置は、送信すべき情報ビットが、複数のビットをそれぞれが運ぶシンボルにマッピングされ、その一部がパルス位置変調（ＰＰＭ）フォーマットによって符号化され、その残りが各ＰＰＭパルス上の付加的変調フォーマットによって符号化される、フォーマットを用いてデータを送信する。ＰＰＭパルスに対する付加的変調フォーマットは、偏光分割多重（ＰＤＭ）変調、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調、偏光シフトキーイング（ＰｏｌＳＫ）変調、振幅変調（ＡＭ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）変調の少なくとも１つ、またはそれらの組み合わせとすることができる。一実施形態ではＰＰＭパルスの付加的変調は、偏光分割多重４相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ＱＰＳＫ）によって行われる。ＰＤＭ−ＱＰＳＫおよびＰＰＭを組み合わせた独自の使用は、ＰＰＭまたはＰＤＭ−ＱＰＳＫ単独よりもずっと高い受信器感度を生じる。
2014514798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサにより、シンボルに対する複数のビットの第１の非ゼロ部分を、パルス位置変調（ＰＰＭ）フォーマットに対応する少なくとも１つのスロット位置によって符号化するステップと、
プロセッサにより、シンボルに対する複数のビットの第２の非ゼロ部分を、付加的変調フォーマットによって少なくとも１つのスロット位置上に符号化するステップと、
光変調手段により、シンボルを含む信号を光キャリア上に変調するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
データビットのストリームをシンボルに対する複数のビットにグループ化するステップであって、シンボルはｌｏｇ２（ｍ）＋４ビットを運ぶ、グループ化するステップをさらに含み、
複数のビットの第１の非ゼロ部分を符号化するステップが、複数のビットの最初のｌｏｇ２（ｍ）ビットを、ｍ値パルス位置変調（ｍ−ＰＰＭ）フォーマットに対するパルスに対応する第１のスロット位置によって符号化し、
複数のビットの第２の非ゼロ部分を符号化するステップが、複数のビットの残りの４ビットを、第１のスロット位置に対するパルスに対する偏光分割多重４相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ＱＰＳＫ）フォーマットによって符号化する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
付加的変調フォーマットが２つの偏光を符号化し、各偏光は複数のビットの第２の非ゼロ部分のそれぞれのサブ部分によって符号化される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
プロセッサであって、シンボルに対する複数のビットの第１の非ゼロ部分を、パルス位置変調（ＰＰＭ）フォーマットに対応する少なくとも１つのスロット位置によって符号化し、シンボルに対する複数のビットの第２の非ゼロ部分を、少なくとも１つのスロット位置に対するパルスに対する付加的変調フォーマットによって符号化するように構成された、プロセッサと、
シンボルを含む信号を光キャリア上に変調する光変調手段と
を備える、装置。
【請求項５】
プロセッサが、
データビットのストリームを、ｌｏｇ２（ｍ）＋４ビットを運ぶシンボルに対する複数のビットにグループ化し、
複数のビットの最初のｌｏｇ２（ｍ）ビットを、ｍ値パルス位置変調（ｍ−ＰＰＭ）に対するパルスに対応する第１のスロット位置によって符号化し、
複数のビットの残りの４ビットを、第１のスロット位置に対するパルスに対する偏光分割多重４相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ＱＰＳＫ）フォーマットによって符号化する
ように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
プロセッサが、シンボルの２つ以上のスロット位置においてパルスを符号化するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
プロセッサが、複数のビットの第２の非ゼロ部分のそれぞれのサブ部分によってパルスの偏光を符号化するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
プロセッサが、光変調手段による変調のための信号に対するフレームを生成するように構成され、フレームは複数のシンボルおよび複数のパイロットシーケンスを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
シンボルを含む符号化された信号を、駆動信号に変換するための複数のデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）をさらに備え、駆動信号は光変調手段による変調のための信号である、請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
送信器であって、
プロセッサであって、シンボルに対する複数のビットの第１の非ゼロ部分を、パルス位置変調（ＰＰＭ）フォーマットに対応する少なくとも１つのスロット位置によって符号化し、シンボルに対する複数のビットの第２の非ゼロ部分を、少なくとも１つのスロット位置に対するパルスに対する付加的変調フォーマットによって符号化するように構成された、プロセッサと、
シンボルを含む信号をキャリア上に変調する光変調手段と
を備える、送信器と、
受信器であって、
付加的変調を有するパルス位置変調（ＰＰＭ）信号を検出するための二重偏光コヒーレント受信器フロントエンドと、
付加的変調を有する検出されたＰＰＭ信号をデジタル偏光成分に変換するための複数のアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
シンボルによって運ばれる複数のビットの第１の非ゼロ部分を、デジタル偏光成分の少なくとも１つのスロット位置に基づいて復号し、シンボルによって運ばれる複数のビットの第２の非ゼロ部分を、デジタル偏光成分の少なくとも１つのスロット位置において運ばれる付加的変調に基づいて復号するためのプロセッサと
を備える、受信器と
を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願の主題は、「Ｓｙｓｔｅｍ，  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」という名称の本出願と同日に出願された米国特許出願第１３／０４１，３８６号の主題に関連し、その出願は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は光通信機器に関し、より具体的にはコヒーレント光伝送システムにおける光変調および検出に関するがそれだけに限定されない。
【背景技術】
【０００３】
本項はより良い理解を容易にする助けとなり得る側面を紹介する。したがって本項の文はこの観点から読まれるべきであり、何が従来技術であり、何が従来技術でないということについて自認するものと理解されるべきではない。
【０００４】
光通信システムにおいて、特に自由空間光通信に対して、受信器感度を改善するための絶え間ない追求がある。受信器感度を改善することまたはビット当たりに必要な信号光子（ｐｈｏｔｏｎｓ  ｐｅｒ  ｂｉｔ：ｐｐｂ）を低減することは、伝送リンク性能の改善に直接繋がる。受信器感度は主として、用いられる変調フォーマットおよび検出方式によって決まる。ｍ値パルス位置変調（ｍ−ＰＰＭ）は、高い受信器感度を得るための定着した変調フォーマットである。ｍはアルファベットのサイズであり、通常は２のべき乗であるので各シンボルはｌｏｇ２ｍビットを表す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１５８５２１号明細書
【特許文献２】米国特許第７，５７０，８８９号明細書
【特許文献３】米国特許第７，５３２，８２０号明細書
【特許文献４】米国特許第７，３８２，９８４号明細書
【特許文献５】米国特許第７，７４７，１７７号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００８／０１５２３６１号明細書
【特許文献７】米国特許第７，６８８，９１８号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００８／００７５４７２号明細書
【特許文献９】米国特許第７，７３４，１９１号明細書
【特許文献１０】米国特許第７，５７４，１４６号明細書
【特許文献１１】米国特許第７，４２４，６５１号明細書
【特許文献１２】米国特許第７，２１２，７４１号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，６８３，８５５号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｈ．ＳｕｇｉｙａｍａおよびＫ．Ｎｏｓｕ、「ＭＰＰＭ：Ａ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  ｔｈｅ  ｂａｎｄ−ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ＰＰＭ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、７巻，４６５−４７２頁、（１９８９）
【非特許文献２】Ｔ．Ｍ．ＳｃｈｍｉｄｌおよびＤ．Ｃ．Ｃｏｘ、「Ｒｏｂｕｓｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎｄ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ＯＦＤＭ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、４５巻、１２号、１９９７年１２月、１６１３−１６２１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
理想的な光子計数受信器と共に用いられたときは、ｍ−ＰＰＭはｍの増加と共にシャノン限界に近付くことができる。しかし現在は光子計数受信器の帯域幅は限られており、高速（＞１Ｇｂ／ｓ）の光伝送には適さない。光増幅された受信器と共に用いられたときはｍ−ＰＰＭの理論的感度は、理想的な光子計数受信器が用いられたときより低くなる。さらにｍ−ＰＰＭにおいて大きなｍを用いることは、所与の（スロット）変調速度に対するチャネルデータレートを低下させる。最近は直接検出２相差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ）およびコヒーレント検出２相位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）が、高感度および高データレート通信を達成するために用いられてきているが、それらの感度は高レベルｍ−ＰＰＭで得られるものほど高くない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書では、高感度を有する光変調および検出のための様々な実施形態が開示される。様々な実施形態によれば情報ビットは、ＰＰＭフォーマットにおけるパルスの位置付けによって、およびこれらのパルスの偏光、振幅、および位相状態の少なくとも１つ、またはこれらのパルスのこれらの状態の組み合わせによって符号化される。他の実施形態によれば信号はコヒーレントに検出され、そこに含まれた情報ビットは、最初に少なくとも１つのＰＰＭパルスの位置を見出し、次いでこれらのパルスによって運ばれる付加的変調を復号することによって取り出される。
【０００９】
一実施形態ではパルスの付加的変調は、偏光分割多重４相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ＱＰＳＫ）によって行われ、この新しいフォーマットは本明細書の以下では、ＰＱ−ｍＰＰＭ（偏光分割多重４相位相シフトキーイング型ｍ値パルス位置変調）と呼ばれる。ＰＱ−ｍＰＰＭ信号のコヒーレント検出は、重度のＰＰＭエラーがある場合でさえも信頼性のある信号受信のために、パイロット利用単一キャリア周波数分割等化（ＰＡ−ＳＣ−ＦＤＥ）に基づくものとすることができる。本明細書で述べられるＰＤＭ−ＱＰＳＫおよびＰＰＭを組み合わせた独自の使用は、ＰＰＭまたはＰＤＭ−ＱＰＳＫ単独よりもずっと高い受信器感度を生じる。これはまた単純にＰＰＭをＤＰＳＫ、ＢＰＳＫ、またはＱＰＳＫと組み合わせるよりも高い感度をもたらす。
【００１０】
一実施形態によれば、シンボルに対する複数のビットの第１の非ゼロ部分は、パルス位置変調（ＰＰＭ）フォーマットに対応する少なくとも１つのスロット位置によって符号化され、シンボルに対する複数のビットの第２の非ゼロ部分は、付加的変調フォーマットによって少なくとも１つのスロット位置上に符号化され、シンボルを含む信号は光変調手段による光キャリア上に変調される。
【００１１】
他の実施形態によれば、シンボルに対する複数のビットの第１の非ゼロ部分は、パルス位置変調（ＰＰＭ）フォーマットに対応する少なくとも１つのスロット位置によって符号化され、シンボルに対する複数のビットの第２の非ゼロ部分は、少なくとも１つのスロット位置に対するパルスに対する付加的変調フォーマット（たとえば、偏光分割多重位相変調型変調フォーマット）によって符号化され、シンボルを含む信号は、二重偏光光変調器によって光キャリア上に変調される。
【００１２】
一実施形態では例示の方法は、データビットのストリームをシンボルに対する複数のビットにグループ化することを含み、シンボルはｌｏｇ２（ｍ）＋４ビットを運び、複数のビットの最初のｌｏｇ２（ｍ）ビット（すなわち第１の非ゼロ部分）は、ｍ値パルス位置変調（ｍ−ＰＰＭ）フォーマットに対するパルスに対応するスロット位置によって符号化され、複数のビットの残りの４ビット（すなわち第２の非ゼロ部分）は、スロット位置に対するパルスに対する偏光分割多重４相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ＱＰＳＫ）フォーマットによって符号化される。２つの偏光は各シンボルに対して符号化することができ、それぞれが複数のビットの第２の非ゼロ部分のそれぞれのサブ部分を運ぶ。シンボルは、対応するスロット位置に位置付けされた複数のパルスを含むことができる。さらにシンボルは、ｍ個のスロット位置を有することができ、ｍは２≦ｍ≦１６となる整数である。
【００１３】
付加的変調フォーマットは、偏光分割多重（ＰＤＭ）フォーマット、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）フォーマット、偏光シフトキーイング（ＰｏｌＳＫ）変調フォーマット、振幅変調（ＡＭ）フォーマット、直交振幅変調（ＱＡＭ）フォーマットの少なくとも１つ、またはそれらの組み合わせとすることができる。たとえば付加的変調フォーマットは、偏光分割多重４相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ＱＰＳＫ）、偏光分割多重２相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ＢＰＳＫ）、ＰＤＭ−３ＰＳＫ、またはｍ＞４である偏光分割多重ｍ相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ｍＰＳＫ）の少なくとも１つとすることができる。位相変調に加えて、偏光分割多重位相変調型変調フォーマットの定義は、たとえばｎ＞４である偏光分割多重ｎ点直交振幅変調（ＰＤＭ−ｎＱＡＭ）により各ＰＰＭパルスの振幅を変調することができるフォーマットを含むことを理解されたい。
【００１４】
一実施形態では信号は、複数のシンボルと、時間同期、周波数同期、およびチャネル推定の少なくとも１つを容易にするための複数のパイロットシーケンスとを含む。他の実施形態では信号は、複数のシンボルと、位相推定を容易にするための複数のパイロットシンボルとを含む。他の実施形態では方法は、光変調手段により、シンボルを含む符号化された信号を変調のための駆動信号に変換するステップを含む。
【００１５】
一実施形態では例示の装置は、メモリと、メモリに関連付けられたプロセッサであって、シンボルに対する複数のビットの第１の非ゼロ部分を、パルス位置変調（ＰＰＭ）フォーマットに対応する少なくとも１つのスロット位置によって符号化し、シンボルに対する複数のビットの第２の非ゼロ部分を、少なくとも１つのスロット位置に対するパルスに対する付加的変調フォーマットによって符号化するように構成された、プロセッサと、シンボルを含む信号を光キャリア上に変調する光変調手段とを含む。
【００１６】
プロセッサは、データビットのストリームを、ｌｏｇ２（ｍ）＋４ビットを運ぶシンボルに対する複数のビットにグループ化し、複数のビットの最初のｌｏｇ２（ｍ）ビットを、ｍ値パルス位置変調（ｍ−ＰＰＭ）フォーマットに対するパルスに対応するスロット位置によって符号化し、複数のビットの残りの４ビットを、第１のスロット位置に対するパルスに対する付加的変調フォーマットに（たとえば偏光分割多重４相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ＱＰＳＫ）フォーマット）よって符号化するように適合させることができる。
【００１７】
一実施形態ではプロセッサは、シンボルに対する２つ以上のスロット位置においてパルスを符号化するように構成される。プロセッサは、パルスの偏光を、複数のビットの第２の非ゼロ部分のそれぞれのサブ部分によって符号化するように構成することができる。一実施形態ではプロセッサは、光変調手段によって、変調のために信号に対するフレームを生成するように適合され、フレームは複数のシンボルと、複数のパイロットシーケンスとを含む。他の実施形態ではプロセッサは、変調のための信号に対するフレームを生成するように適合され、フレームは複数のシンボルと、複数のパイロットシンボルとを含む。光変調手段は、偏光ダイバシティＩ／Ｑ変調器、二重偏光光変調器、位相変調器、強度変調器、マッハツェンダ変調器、電流変調型レーザの少なくとも１つを含むことができる。光変調手段は、上述の変調器またはレーザの１つまたは複数の配列とすることができる。一実施形態では装置は、シンボルを含む符号化された信号を、駆動信号に変換するための複数のデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を含み、駆動信号は光変調手段による変調のための信号である。
【００１８】
一実施形態によれば、付加的変調を有する少なくとも１つのパルス位置変調（ＰＰＭ）パルスを有するシンボルを含む信号は、二重偏光コヒーレント受信器フロントエンドによって検出され、検出された信号の偏光成分が復元される。復元することは、偏光成分において付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルスのスロット位置に基づいて、シンボルによって運ばれる複数のビットの第１の非ゼロ部分を復号し、偏光成分において少なくとも１つのＰＰＭパルスによって運ばれる付加的変調に基づいて、シンボルによって運ばれる複数のビットの第２の非ゼロ部分を復号することを含む。
【００１９】
一実施形態によれば検出された信号は、偏光分割多重パルス位置変調（ＰＤＭ  ＰＰＭ）信号であり、復元することは、シンボルによって運ばれる複数のビットの第１の非ゼロ部分を偏光成分内の第１のＰＰＭパルスの少なくとも１つのスロット位置に基づいて復号し、シンボルによって運ばれる複数のビットの第２の非ゼロ部分を偏光成分内の少なくとも１つのＰＰＭパルスによって運ばれる少なくとも位相変調に基づいて復号することを含む。
【００２０】
一実施形態ではＰＰＭシンボルは、複数のスロット位置のデジタル偏光成分において付加的変調を有するＰＰＭパルスを含み、方法は、ＰＰＭパルスを有する複数のスロット位置に基づいて第１の非ゼロ部分を復号し、それぞれのスロット位置に対するＰＰＭパルスの付加的変調に基づいて第２の非ゼロ部分を復号するステップを含む。一実施形態ではシンボルは、ｍ個のスロット位置を有し、ただし２≦ｍ≦１６である。
【００２１】
一実施形態では偏光成分を復元するのは、１つまたは複数のパイロットシーケンスによって支援される。一実施形態では検出された信号は、１群の１つまたは複数のパイロットシーケンスと、付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルスを有する複数のＰＰＭシンボルとを含む、フレームを備える。時間同期、周波数同期、またはチャネル推定は、検出された信号によって運ばれる１つまたは複数のパイロットシーケンスに基づいて行うことができる。
【００２２】
一実施形態では、検出された信号の偏光成分を復元することは、少なくとも１つのパイロットシンボルによって支援される。復元することは、検出された信号によって運ばれる少なくとも１つのパイロットシンボルに基づいて、位相推定または周波数推定を行うことを含むことができる。一実施形態では検出された信号は、付加的変調を有する複数のＰＰＭシンボルと、付加的変調を有するＰＰＭシンボルの中に分配された少なくとも１つのパイロットシンボルとを含む、フレームを備える。検出された信号の偏光成分を復元することは、パイロット利用単一キャリア周波数分割等化（ＰＡ−ＳＣ−ＦＤＥ）に基づくものとすることができる。
【００２３】
一実施形態では、シンボルによって運ばれる複数のビットの第１の非ゼロ部分を復号するステップは、シンボルに対する複数のスロット位置の１つまたは複数のスロットの第１の組を決定するステップであって、第１の組はシンボルに対して最も大きなエネルギーを有する１つまたは複数のスロットの組であるステップと、第１の組と対応するビットパターンとの相関をとるステップとを含む。
【００２４】
他の実施形態では、少なくとも１つのＰＰＭパルス上で運ばれる付加的変調は、偏光分割多重（ＰＤＭ）変調、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調、偏光シフトキーイング（ＰｏｌＳＫ）変調、振幅変調（ＡＭ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）変調、またはそれらの組み合わせからなる群から選択された変調方式の信号コンスタレーションに対するビットパターンと相関がとられる。たとえば少なくとも１つのＰＰＭパルスに対する偏光成分のそれぞれ上で運ばれる信号は、シンボルによって運ばれる複数のビットの第２の非ゼロ部分を復号するために、４相位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）、２相位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）、ｍ＞４であるｍ相位相シフトキーイング（ｍＰＳＫ）、ｎ＞４であるｎ点直交振幅変調（ｎＱＡＭ）など、またはそれらの組み合わせからなる群から選択された変調方式の信号コンスタレーションに対するビットパターンと相関がとられ得る。
【００２５】
例示的実施形態では装置は、付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルスを有するパルス位置変調（ＰＰＭ）シンボルを含む信号を検出するための二重偏光コヒーレント受信器フロントエンドと、検出された信号をデジタル偏光成分に変換するための複数のアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、ＰＰＭシンボルによって運ばれる複数のビットの第１の非ゼロ部分を、デジタル偏光成分の少なくとも１つのスロット位置に基づいて復号し、シンボルによって運ばれる複数のビットの第２の非ゼロ部分を、デジタル偏光成分の少なくとも１つのスロット位置において運ばれる付加的変調に基づいて復号するためのプロセッサとを含む。
【００２６】
一実施形態ではシンボルは、複数のスロット位置のデジタル偏光成分内のパルスを含み、プロセッサは、パルスを有する複数のスロット位置に基づいて第１の非ゼロ部分を復号し、パルスを有するそれぞれのスロット位置に対するパルスの偏光成分に基づいて第２の非ゼロ部分を復号するように構成される。シンボルはｍ個のスロット位置を有することができ、ただし２≦ｍ≦１６である。検出された信号は、１群の１つまたは複数のパイロットシーケンスと、付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルスを有する複数のＰＰＭシンボルとを含むフレームを含むことができ、プロセッサは１つまたは複数のパイロットシーケンスに基づいて時間同期、周波数同期、またはチャネル推定を行うように構成される。
【００２７】
一実施形態では検出された信号は、付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルスを有する複数のＰＰＭシンボルと、付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルスを有するＰＰＭシンボルの中に分配されたパイロットシンボルとを含むフレームを備え、プロセッサはパイロットシンボルに基づいて位相推定または周波数推定を行うように構成される。他の実施形態ではプロセッサは、パイロット利用単一キャリア周波数分割等化（ＰＡ−ＳＣ−ＦＤＥ）を行うように構成することができる。
【００２８】
一実施形態ではプロセッサは、付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルスを有するＰＰＭシンボルの複数のスロット位置の最も大きなエネルギーを有する１つまたは複数のスロットの第１の組を決定し、第１の組に対応するビットパターンを決定することにより、付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルスを有するＰＰＭシンボルによって運ばれる複数のビットの第１の非ゼロ部分を復号するように構成される。
【００２９】
他の実施形態ではプロセッサは、付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルスを有するＰＰＭシンボルによって運ばれる複数のビットの第２の非ゼロ部分を、少なくとも１つのスロット位置における付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルス上で運ばれる付加的変調を、偏光分割多重（ＰＤＭ）変調、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調、偏光シフトキーイング（ＰｏｌＳＫ）変調、振幅変調（ＡＭ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）変調、またはそれらの組み合わせの信号コンスタレーションに対するビットパターンに相関させることによって復号するように構成される。
【００３０】
様々な実施形態の他の態様、特徴、および利点は、例として以下の詳細な説明および添付の図面から、より十分に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一実施形態による光伝送システムの概略図である。
【図２】一実施形態による図１に示される光伝送システムの送信器に用いることができるデジタル信号プロセッサの動作を示す図である。
【図３】一実施形態による図１に示される光伝送システムの送信器に用いることができるデジタル信号プロセッサに対する例示のフローチャートである。
【図４】一実施形態によるＰＱ−４ＰＰＭシンボルのシンボル構造を示す図である。
【図５】一実施形態によるＰＱ−１６ＰＰＭ信号のフレーム構造を示す図である。
【図６】一実施形態によるＰＱ−１６ＰＰＭ信号のフレーム構造に対するパイロットシンボルシーケンスに対する例示の構造を示す図である。
【図７Ａ】一実施形態によるデジタル信号プロセッサ１７０（図１）を実装するために用いることができるデジタル信号プロセッサ３００の動作を示す図である。
【図７Ｂ】一実施形態によるデジタル信号プロセッサ１７０（図１）を実装するために用いることができるデジタル信号プロセッサ３００の動作を示す図である。
【図７Ｃ】一実施形態によるデジタル信号プロセッサ１７０（図１）を実装するために用いることができるデジタル信号プロセッサ３００の動作を示す図である。
【図８】一実施形態による図１に示される光伝送システムの受信器に用いることができるデジタル信号プロセッサのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、一実施形態による光伝送システム１００のブロック図を示す。システム１００は、伝送リンク１５０によって接続された光送信器１１０と光受信器１９０とを有する。一実施形態では伝送リンク１５０は、たとえば衛星と地上局を接続する自由空間光リンクである（図１には明示せず）。他の実施形態では伝送リンク１５０は、１つまたは複数の光増幅器を有する増幅されたファイバリンクである（図１には明示せず）。
【００３３】
送信器１００は、受信器１９０に送信するための入力データストリーム１０２を受け取る。デジタル信号プロセッサ１２０は、図２、３、４、および５を参照して以下でさらに述べるようにデータストリーム１０２を処理してデジタル信号１２２１−１２２４を生成する。デジタル信号１２２１−１２２４は、それぞれデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１２４１−１２４４においてデジタル−アナログ変換を受けて、駆動信号１２６１−１２６４を生じる。駆動信号１２６１および１２６２は、ｘ偏光信号成分に対応する同相（Ｉ）および直交位相（Ｑ）駆動信号、たとえばＩｘ１２６１およびＱｘ１２６２である。駆動信号１２６３および１２６４は同様に、ｙ偏光信号成分に対応する同相および直交位相駆動信号、たとえばＩｙ１２６３およびＱｙ１２６４である。
【００３４】
光ＩＱ変調器１４０ｘは、駆動信号１２６１および１２６２を用いて、レーザ源１３０によって生成される光キャリア信号１３２Ｘを変調し、変調された信号１４２Ｘを生じる。光ＩＱ変調器１４０ｙは同様に駆動信号１２６３および１２６４を用いて、レーザ源１３０によって生成される光キャリア信号１３２Ｙを変調し、変調された信号１４２Ｙを生じる。他の実施形態では光変調は、偏光ダイバシティＩ／Ｑ変調器、二重偏光光変調器、位相変調器、強度変調器、マッハツェンダ変調器、電流変調型レーザの少なくとも１つを含む光変調手段によって行われ得る。光変調手段は、駆動信号によって光キャリアを変調するための、上述の変調器またはレーザの１つまたは複数の配列とすることができる。また駆動信号は、光ＩＱ変調器を駆動する前に、ＲＦ増幅器によってさらに増幅できることに留意されたい。偏光ビームコンバイナ（ＰＢＣ）１４６は、変調された信号１４２Ｘおよび１４２Ｙを結合して光偏光分割多重（ＰＤＭ）信号１４８を生じる。
【００３５】
伝送リンク１５０は、受信器１９０への伝送のために、ビームコンバイナ１４６から信号１４８を受け取る。ＰＤＭ信号１８は、伝送リンク１５０上に挿入する前に、たとえばエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）（図１には明示せず）によってさらに増幅することができる。伝送リンク１５０を伝播している間に信号１４８は、波長分散（ＣＤ）、偏光回転、および偏光モード分散（ＰＭＤ）などの様々な伝送障害を受けて、伝送リンクの受信器端において光信号１５２として現れる。
【００３６】
受信器１９０は、（ｉ）ＳおよびＲと名付けられた２つの入力ポートと、（ｉｉ）４対の相補型出力ポートとを有する、光−電気（Ｏ／Ｅ）変換器１６０とを有する。入力ポートＳは光信号１５２を受け取る。入力ポートＲは、光局部発振器（ＯＬＯ）１５６によって生成された光基準信号１５８を受け取る。基準信号１５８は、信号１５２とほぼ同じ光キャリア周波数（波長）を有する。基準信号１５８はたとえば、波長可変レーザの出力波長を信号１５２のキャリア波長にほぼ追跡させる波長制御ループ（図１には明示せず）によって制御される波長可変レーザを用いて生成することができる。様々な実施形態では光局部発振器１５６は、基準信号１５８を生成できるように互いに適切に接続された、波長可変レーザおよび／または波長可変でないレーザ、光周波数変換器、光変調器、および光フィルタの組み合わせを備えることができる。
【００３７】
Ｏ／Ｅ変換器１６０は、入力信号１５２と基準信号１５８を混合して、８個の混合された光信号（図１には明示せず）を生成する。次いでＯ／Ｅ変換器１６０は、８個の混合された光信号を、信号１５２の２つの直交する偏光成分に対応する複素数値を表す４つの電気信号１６２１−１６２４に変換する。たとえば電気信号１６２１および１６２２は、それぞれ信号１５２のｘ偏光成分に対応するアナログ同相信号およびアナログ直交位相信号とすることができる。同様に電気信号１６２３および１６２４は、それぞれ信号１５２のｙ偏光成分に対応するアナログ同相信号およびアナログ直交位相信号とすることができる。
【００３８】
一実施形態ではＯ／Ｅ変換器１６０は、その８個の出力ポートに結合された４つの平衡光検出器を有する偏光分岐９０度光ハイブリッド（ＰＤＯＨ）である。たとえばカリフォルニア州フレモントのＯｐｔｏｐｌｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、およびメリーランド州シルバースプリングのＣｅＬｉｇｈｔ，Ｉｎｃ．などから様々な適したＰＤＯＨが市販されている。システム１００の様々な実施形態においてＯ／Ｅ変換器１６０を実装するために用いることができる様々なＯ／Ｅ変換器についてのさらなる情報は、たとえば米国特許出願第２０１０／０１５８５２１号、米国特許出願第１２／５４１，５４８号（２００９年８月１４日出願）、および国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０９／３７７４６（２００９年３月２０日出願）に開示されており、それらのすべては引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００３９】
任意選択で対応する増幅器（図面には明示せず）で増幅されるＯ／Ｅ変換器１６０によって生成された電気信号１６２１−１６２４のそれぞれは、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１６６１−１６６４の対応する１つにおいてデジタルの形に変換される。ＡＤＣ１６６１−１６６４によって生成されたデジタル信号１６８１−１６８４は、たとえば図３Ａ−３Ｃを参照して以下でさらに述べるように、デジタル信号プロセッサ１７０によって処理されて、データストリーム１０２および１０４によって送信器１１０に加えられたデータを復元する。復元されたデータは、それぞれ出力信号１９２および１９４を通じて受信器１９０から出力される。
【００４０】
図２は、一実施形態によるデジタル信号プロセッサ１２０（図１）を実装するために用いることができるデジタル信号プロセッサ２００の動作を示す。より具体的には図２は、プロセッサ２００のブロック図を示す。
【００４１】
プロセッサ２００は、入力データストリーム２０２を処理してデジタル出力信号２２２Ｉおよび２２２Ｑを生成する。入力データストリーム２０２は符号化モジュール２０４に加えられ、そこで任意選択でインターリーブされ、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）符号化を受ける。符号化モジュール２０４によって生成された符号化されたビットストリーム２０６は、コンスタレーションマッピングモジュール２０８に加えられ、そこでコンスタレーションシンボルの対応するシーケンス２１０に変換される。コンスタレーションマッピングモジュール２０８によって用いられるコンスタレーションはたとえば、図３を参照して以下でさらに述べるようなＰＱ−ｍＰＰＭ（偏光分割多重４相位相シフトキーイング型ｍ値パルス位置変調）コンスタレーションとすることができる。一般に情報ビットは、ＰＰＭフォーマットにおけるパルスの位置付けによって、およびこれらのパルスの少なくとも１つの付加的変調によって符号化される。
【００４２】
より具体的には、シンボルに対する複数のビットの第１の非ゼロ部分は、パルス位置変調（ＰＰＭ）フォーマットに対応する少なくとも１つのスロット位置によって符号化され、シンボルに対する複数のビットの第２の非ゼロ部分は、付加的変調フォーマットによって少なくとも１つのスロット位置上に符号化される。
【００４３】
したがって他の代替のコンスタレーションマッピングを行うこともできる。たとえば付加的変調フォーマットは、偏光分割多重（ＰＤＭ）フォーマット、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）フォーマット、偏光シフトキーイング（ＰｏｌＳＫ）変調フォーマット、振幅変調（ＡＭ）フォーマット、直交振幅変調（ＱＡＭ）フォーマットの少なくとも１つ、またはそれらの組み合わせとすることができる。たとえばｍ値パルス位置変調は、各パルスが同じまたは異なる変調を運ぶ、複数パルスＭ−ＰＰＭとすることができる。一実施形態ではｍ値パルス位置変調は、ｍ個のスロット位置を有し、ただしｍは２≦ｍ≦１６の整数値である。他の実施形態ではｍをより大きく、ｍを３２、６４などとすることができる。
【００４４】
たとえば、パルスに対する偏光分割多重位相変調型変調フォーマットは、偏光分割多重４相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ＱＰＳＫ）、偏光分割多重２相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ＢＰＳＫ）、ｍ＞４である偏光分割多重ｍ相位相シフトキーイング（ＰＤＭ−ｍＰＳＫ）とすることができる。位相変調に加えて、たとえばｎ＞４である偏光分割多重ｎ点直交振幅変調（ＰＤＭ−ｎＱＡＭ）によって、各ＰＰＭパルスの振幅を変調することもできる。
【００４５】
シンボルシーケンス２１０はフレーミングモジュール２１２に加えられ、そこで図４を参照して以下でさらに述べるように、データフレームの対応するシーケンス２１４に変換される。プロセッサ２００がＤＳＰ１２０（図１）を実装するために用いられるときは、シーケンス２１４は２つの並列なサブシーケンスからなり、一方はＸ偏光に対応し他方はＹ偏光に対応する。フレーミングモジュール２１２によって生成されたフレームシーケンス２１４は、次いでパルス整形モジュール２１８に加えられ、そこで出力信号２２２Ｉおよび２２２Ｑに変換される。したがってマッピングされたシンボルを有するフレームを含む信号は、光キャリア上に変調される。
【００４６】
図３は、デジタル信号プロセッサ１２０（図１）を実装するために用いることができるデジタル信号プロセッサに対する例示のフローチャート３００を示す。具体的には例示のフローチャートによれば、ＰＱ−ｍＰＰＭに従って符号化されたシンボルを含むフレームが生成される。上述のように、複数のビットの第１の非ゼロ部分をＰＰＭに従って符号化し、複数のビットの第２の非ゼロ部分を偏光分割多重位相変調型変調に従って符号化する、他のコンスタレーションマッピング方式も企図される。
【００４７】
戻って図３を参照すると、３１０では到来ビットは、ＰＱ−ｍＰＰＭのためにシンボル当たりｌｏｇ２（ｍ）＋４ビットでマッピングされる。すなわち到来ビットはＰＱ−ｍＰＰＭシンボルとして符号化するために、ｌｏｇ２（ｍ）＋４ビットの組にグループ化される。
【００４８】
３２０では、シンボルの最初のｌｏｇ２（ｍ）ビットが、ｍ−ＰＰＭによって符号化される。３３０では、シンボルの残りの４ビットがＰＰＭパルス上のＰＤＭ−ＱＰＳＫによって符号化される。３４０ではＰＱ−ｍＰＰＭシンボルを有するフレームを形成するように、上記の処理（３１０−３３０）が繰り返される。
【００４９】
３５０では、位相推定（ＰＥ）の目的のために、１組のパイロットシンボルがフレーム内部に分配される。３６０では、同期およびチャネル推定（ＣＥ）の目的のために、フレームの始まりにパイロットシーケンスが挿入される。
【００５０】
３７０では、次のフレームを処理するために上記の処理（３１０−３６０）が繰り返される。
【００５１】
図４は、一実施形態によるＰＱ−４ＰＰＭシンボルのシンボル構造を示す。入力データシーケンス（たとえば、０１０１１１００１００１１１０００１１０１１００・・・）は最初に、ＰＱ−４ＰＰＭシンボルに変換されるべきビットの組にグループ化される。到来ビットはＰＱ−ｍＰＰＭシンボルとして符号化するためにｌｏｇ２（ｍ）＋４ビットの組にグループ化されるので、入力データシーケンスは複数のビットにグループ化され、各複数のビットは、ＰＱ−４ＰＰＭシンボルとして符号化するために６個（すなわち、＝ｌｏｇ２４＋４）のビットを含む。したがってデータストリームは、図４に示されるようにシンボル１、シンボル２、シンボル３、シンボル４などに対して、第１、第２、第３、第４の複数のビット（たとえば、０１０１１１，００１００１，１１０００１，１０１１００，・・・）に分割される。
【００５２】
各シンボルに対する複数のビットの第１の非ゼロ部分、シンボルに対するｌｏｇ２（ｍ）部分は、ｍ−ＰＰＭに従って符号化される。したがって図１に示されるように、各シンボルの最初の２（＝ｌｏｇ２４）ビットは、それぞれ００、０１、１０、および１１を表す、そのスロット位置１、２、３、および４を用いて４−ＰＰＭパルス上に符号化される。各シンボルに対する複数のビットの第２の非ゼロ部分は、スロット位置において符号化されたパルスに対して偏光分割多重位相変調型変調方式により符号化される。たとえば、符号化されるべきシンボルに対する複数のビットの残りのビット（この場合は４ビット）のうち、各シンボルに対する次の２ビットは、ＱＰＳＫによってパルスのｘ偏光成分上に符号化することができ、各シンボルに対する最後の２ビットは、ＱＰＳＫによってパルスのｙ偏光成分上に符号化することができる。ＱＰＳＫのためにグレイコードを適用することができ、それにより位相状態π／４、３π／４、５π／４、および７π／４は、それぞれ００、０１、１１、および１０を表す。
【００５３】
したがって図４に示されるように、第１の複数のビット（０１０１１１）は図示のＰＱ−４ＰＰＭシンボルのシンボル１として符号化されることになる。第１の複数のビットの第１の非ゼロ部分（０１）は、ＰＰＭに従って符号化される。したがってパルスはスロット位置＃２に挿入されることになる。第１の複数のビット（０１０１１１）の第２の非ゼロ部分（０１１１）は、そのように決定されたスロット位置におけるパルスに対して、偏光分割多重位相変調型変調フォーマットに従って符号化される。符号化されるべきパルスは偏光分割多重化されるので、各偏光は、第１の複数のビット（０１０１１１）の第２の非ゼロ部分（０１１１）のサブ部分を運ぶことができる。たとえば第１の複数のビット（０１０１１１）の第２の非ゼロ部分（０１１１）の第１のサブ部分（０１）は、ｘ偏光上に符号化することができ、第１の複数のビット（０１０１１１）の第２の非ゼロ部分（０１１１）の第２のサブ部分（１１）は、ｙ偏光上に符号化することができる。このようにして複数のビット（０１０１１１）は、ＰＰＭ、およびスロット位置におけるＰＰＭパルスの偏光状態によって符号化される。
【００５４】
同様に、図４に示されるＰＱ−４ＰＰＭシンボルのシンボル２として符号化するための第２の複数のビット（００１００１）は、第２の複数のビット（００１００１）の第２の非ゼロ部分（１００１）の第１のサブ部分（１０）を表すパルスのｘ偏光と、第２の複数のビット（００１００１）の第２の非ゼロ部分（１００１）の第２のサブ部分（０１）を表すパルスのｙ偏光とで、第２の複数のビット（００１００１）の第１の非ゼロ部分（００）を表すために、スロット位置＃１にＰＰＭパルスを挿入することによって符号化することができる。さらに、図４に示されるＰＱ−４ＰＰＭシンボルのシンボル３として符号化するための第３の複数のビット（１１０００１）は、第２の複数のビット（１１０００１）の第２の非ゼロ部分（０００１）の第１のサブ部分（００）を表すパルスのｘ偏光と、第２の複数のビット（１１０００１）の第２の非ゼロ部分（０００１）の第２のサブ部分（０１）を表すパルスのｙ偏光とで、第２の複数のビット（１１０００１）の第１の非ゼロ部分（１１）を表すために、スロット位置＃４にＰＰＭパルスを挿入することによって符号化することができる。
【００５５】
送信器のスループット（またはデータレート）を改善するために、複数パルスＰＰＭを適用できることに留意されたい。複数パルスＰＰＭでは、各ＰＰＭシンボルにおけるスロットで複数回、光パルスを送信する。１パルスｍ−ＰＰＭの場合は、各シンボルにおけるパルスパターンの数はｍであり、シンボル当たりｌｏｇ２（ｍ）ビットを送信することができる。複数パルスｍ−ＰＰＭでは、各シンボルにおけるパルスパターンの数はｍ×（ｍ−１）／２であり、シンボル当たりｌｏｇ２（ｍ×（ｍ−１）／２）ビットを送信することができる。ｍ＝１６の場合は、２パルス１６−ＰＰＭは、シンボル当たりｌｏｇ２（１６×１５／２）＝６．９ビットを運び、これは１パルス１６−ＰＰＭによって運ばれるものより約７３％高い。データレートを増加することは、受信器感度の低下またはノイズ耐性の低下という犠牲を伴うことに留意されたい。ＰＰＭシンボルあたり２パルスより多く用いることによりＰＰＭによって運ばれるデータレートはさらに増加するが、受信器感度はさらに低下する。複数パルスＰＰＭについてのより詳しい説明は、Ｈ．ＳｕｇｉｙａｍａおよびＫ．Ｎｏｓｕ、「ＭＰＰＭ：Ａ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  ｔｈｅ  ｂａｎｄ−ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ＰＰＭ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、７巻，４６５−４７２頁、（１９８９）に見ることができ、その論文の全体が引用により本明細書に組み込まれる。
【００５６】
図５は、例示的実施形態によるＰＱ−１６ＰＰＭフレームのフレーム構造を示す。フレームシーケンス２１４の代表的なフレーム２３０は、複数のパイロットシンボルブロック（Ｔｎ）と、複数の位相推定ブロック（Ｂｎ）とを備える。たとえばフレーム２３０は、（ｉ）パイロットシンボルブロックＴ１、Ｔ２、Ｔ３、および（ｉｉ）ペイロードシンボルブロックＢ１、Ｂ２、・・・Ｂ１００を有する。パイロットシンボルブロックと位相推定ブロックの１つの重要な違いは、前者はサイクリックプレフィックス（ＣＰ、またときにはより一般的にガードインターバルによって置き換えられる）をもつが後者はもたないことである。パイロットシンボルブロックにおいてサイクリックプレフィックスを使用することは、波長分散（ＣＤ）および／または偏光モード分散（ＰＭＤ）などの伝送の妨げがある場合に、受信器たとえば受信器１９０（図１）において行われる同期およびチャネル推定手順をロバスト性のあるものにする助けとなる。位相推定ブロックにおいてサイクリックプレフィックスを使用しないことは、伝送オーバヘッドを最小にし、それにより比較的高いペイロードデータスループットを得る助けとなる。ＣＰの無い位相推定ブロックに適用されるチャネル補償手順は、パイロットシンボルブロックから得られるチャネル情報に依存しており、図７Ａ−７Ｃを参照して以下でより詳しく述べる。
【００５７】
シンボルレベルでは１つのＰＱ−１６ＰＰＭシンボルは１６スロットを必要とし、１つのスロット位置にＰＤＭ−ＱＰＳＫパルスを有する。スロット位置、およびスロット位置において変調されたパルスの各偏光の位相変調は、伝送することが必要なデータに基づく。ｎ番目の位相推定ブロック（Ｂｎ）は、１０個のＰＱ−１６ＰＰＭシンボル（Ｓ＝偏光分割多重位相変調型変調フォーマット）およびそれに続く追加されたパイロットシンボル（Ｐ）をパックすることによって生成される。タイムスロットを１つだけ占有するパイロットシンボルは、位相推定（ＰＥ）を支援するために挿入することができる。代表的なフレーム２３０は、３つのパイロットシンボルブロック（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）と、１００個の位相推定ブロック（Ｂ１、Ｂ２、・・・Ｂ１００）とから形成される。
【００５８】
これらのパイロットの使用によって生じるオーバヘッドの率は、１％未満（１４８／１６０００）の無視し得るものである。同期およびＣＥのために用いられるパイロットによる電力ペナルティは、０．２ｄＢ（≒４８／１６０００＝０．３％の電力消耗による）であり、ＰＥに対するものは０．４ｄＢ（１／１６０＝０．６２５％の電力消耗による）である。これらのパイロットシンボルを使用することは、極めて低いＰＰＢにおける信頼性のある信号受信を支援する。
【００５９】
パイロットシーケンス（Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３）は、フレーム同期およびチャネル推定（ＣＥ）を容易にするために用いられる。ガードインターバル（ＧＩ）は、オーバヘッドを最小にするためにペイロードシンボルには用いられないが、パイロットシーケンスには正確なＣＥを確実にするためＧＩが用いられる。チャネル補償プロセス時には、重ね合わせ加算（ｏｖｅｒｌａｐ−ａｎｄ−ａｄｄ）技法を用いることができる。高感度を得るためにしばしば用いられる偏光フィルタリング（ＰＦ）および整合光フィルタリングは、偏光逆多重化および等化のためのパイロット利用単一キャリア周波数領域等化（ＰＡ−ＳＣ−ＦＤＥ）の使用のおかげで使用されない。（パイロットを用いない）盲目的な等化器の収束は、ＰＰＭ位置が不正確に識別されたときに被害を受け得るので、ＰＡ−ＳＣ−ＦＤＥは盲目的な等化より好ましい。
【００６０】
ＣＰの無い位相推定ブロック（図５のＢｎ）に適用されるチャネル補償手順は、パイロットシンボルブロックＴ２およびＴ３から得られるチャネル情報に依存し、図７Ａ−７Ｃを参照して以下でより詳しく述べる。
【００６１】
パイロットシンボルブロックＴ１は、周波数推定およびフレーム同期において、受信器たとえば受信器１９０（図１）を支援するように設計される。例示のパイロットシンボルブロックＴ１は、２つの直交する偏光成分を有し、それぞれは以下を備え、すなわち（ｉ）サイクリックプレフィックスＣＰ、および（ｉｉ）２Ｎ個のシンボルを有するシンボルシーケンスＥ（ｎ）（すなわち、ｎ＝１、２、・・・２Ｎ）であり、最初のＮ個のシンボルを有するストリングは、最後のＮ個のシンボルを有するストリングと同一である。２つの同一の半分を有することによってシンボルシーケンスＥ（ｎ）は、フレームの開始点を検出するため、およびキャリア信号１３２と基準信号１５８の間の周波数オフセットを検出するための、自己相関のために容易に用いることができる。自己相関をベースとする同期を行うために用いることができる適当な方法は、たとえばＴ．Ｍ．ＳｃｈｍｉｄｌおよびＤ．Ｃ．Ｃｏｘによる、「Ｒｏｂｕｓｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎｄ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ＯＦＤＭ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、４５巻、１２号、１９９７年１２月、１６１３−１６２１頁という名称の論文に述べられており、その論文を引用によりその全体を本明細書に組み込む。
【００６２】
一実施形態では、Ｘ偏光に対応するパイロットシンボルブロックＴ１ｘ（たとえば図１の変調された信号１４２Ｘによって表される）は、Ｙ偏光に対応するパイロットシンボルブロックＴ１ｙ（たとえば図１の変調された信号１４２Ｙによって表される）と同じである。代替的実施形態では、Ｔ１に対するＸおよびＹ偏光は、それぞれ異なるパイロットシンボルブロックを用いることができる。
【００６３】
図６は、ＱＰ−１６ＰＰＭの場合のフレーム構造に対するパイロットシンボルシーケンスの例示の構造を示す。図示されたパイロットシンボルシーケンスは、パイロットシンボルシーケンスＴ２およびＴ３のものである。Ｘ偏光に対応するパイロットシンボルブロックＴ２ｘおよびＴ３ｘは、Ｙ偏光に対応するパイロットシンボルブロックＴ２ｙおよびＴ３ｙとは異なり得ることに留意されたい。パイロットシンボルブロックＴ２およびＴ３は、チャネル推定およびチャネル補償において、受信器たとえば受信器１９０（図１）を支援するように設計される。
【００６４】
パイロットシンボルブロックＴ１と同様に、各パイロットシンボルブロックＴ２およびＴ３は、シンボルのそれぞれの（既知の所定の）本体シーケンス（ＫＳ）の先頭に追加されたサイクリックプレフィックス（ＣＰ）を有する。サイクリックプレフィックスＣＰは、本体シーケンスＫＳの終わりからいくつかのシンボルを取得することによって構築され、それにより各Ｔ２およびＴ３パイロットデータセットは、部分的に巡回するシーケンスとなる。サイクリックプレフィックスＣＰの長さ（Ｌ）は、チャネルたとえば図１のファイバリンク１５０のインパルス応答の予想される持続時間より長くなるように選択される。フレームシーケンス２１４におけるパイロットシンボルブロックのこの特性は、ＣＤおよびＰＭＤの影響による、ファイバリンクによってもたらされるブロック間干渉を軽減するように、意図される受信器が受信した信号（たとえば図１の信号１５２）内のパイロットシンボルブロックを処理することを可能にする。
【００６５】
一実施形態では、パイロットシンボルブロックＴ２およびＴ３に対応する本体シーケンスＫＳは同じ長さを有する。代表的な実装形態では各本体シーケンスＫＳは、長さが２Ｎの特別な多相シーケンスであり、時間領域におけるすべてのゼロでないシンボルの振幅は、同じ振幅であるが異なる位相を有し、Ｎは正の整数である。このタイプのシーケンスを用いる１つの目的は、受信器が関心のある周波数範囲全体にわたってチャネル応答関数Ｈを、正確にかつ一様に精査できるようにすることである。チャネル応答関数Ｈは周波数に依存する２×２マトリックスとすることができ、その要素は、送信器（たとえば図１の送信器１１０）のフロントエンドと、ファイバリンク（たとえば図１のファイバリンク１５０）と、受信器（たとえば図１の受信器１９０）のフロントエンドとの組み合わせの信号伝達特性を表す、周波数の複素数関数である。
【００６６】
Ｘ偏光に対応するパイロットシンボルブロックＴ２ｘおよびＴ３ｘは、それぞれＹ偏光に対応するパイロットシンボルブロックＴ２ｙおよびＴ３ｙと同期することに留意されたい。パイロットシンボルブロックＴ２およびＴ３のこの特徴は、データフレーム２３０のより一般的な特徴を表すものであり、それに従ってＸ偏光に対応する各シンボルブロックは、Ｙ偏光に対応する相手のシンボルブロックと同期する。したがって、Ｘ偏光に対応するパイロットシンボルブロックＴ２ｘおよびＴ３ｘは、Ｙ偏光に対応するパイロットシンボルブロックＴ２ｙおよびＴ３ｙと同期する。同様に、Ｘ偏光に対応する各位相推定ブロックＢｎは、Ｙ偏光に対応するパイロットシンボルブロックＢｎと同期する（図５参照）。
【００６７】
戻って図２を参照すると、フレーミングモジュール２１２によって生成されたフレームシーケンス２１４は、パルス整形モジュール２１８に加えられ、そこで出力信号２２２Ｉおよび２２２Ｑに変換される。パルス整形モジュール２１８内で実行されるパルス整形は、対応するアナログ信号に変換された後に、光変調器に加えられて、光キャリア信号１３２Ｘまたは１３２Ｙ（図１）などの光キャリア信号を変調することができるデジタル波形を生成するプロセスであり、それにより結果としての変調された光信号は、フレームシーケンス２１４の様々なブロックに対応するシンボルによって変調される。１つの構成では、たとえば出力信号２２２Ｉおよび２２２Ｑのために各信号サンプルを１回または複数回複製することによって、オーバーサンプリングを適用することができる。
【００６８】
図７Ａ−７Ｃは、本発明の一実施形態によるデジタル信号プロセッサ１７０（図１）を実装するために用いることができるデジタル信号プロセッサ３００の動作を示す。より具体的には図７Ａ−７Ｂは、プロセッサ３００のブロック図を示す。図７Ｃは、プロセッサ３００のＦＤＣＣＥ（周波数領域チャネル補償／等化）サブモジュール３５２において実行される処理を示す。プロセッサ３００がプロセッサ１７０として用いられるときは、入力信号３０２１−３０２４はそれぞれ信号１６８１−１６８４（図１）に対応し、出力信号３３２ｘおよび３３２ｙはそれぞれ出力信号１９２および１９４（図１）に対応する。
【００６９】
ＥＤＣ（電子分散補償）モジュール３１０は、ファイバリンク１５０によって入力信号１５２に加えられる波長分散の有害な影響を軽減するデジタル信号処理を行う。具体的にはＥＤＣモジュール３１０ｘは、ＰＤＯＨ１６０（図１）の第１の主偏光軸（たとえばｘ軸）に対応する入力信号３０２１−３０２２を処理する。同様にＥＤＣモジュール３１０ｙは、ＰＤＯＨ１６０の第２の主偏光軸（たとえばｙ軸）に対応する入力信号３０２３−３０２４を処理する。送信器において用いられるＸおよびＹ偏光は、ＰＤＯＨ１６０の主偏光軸（すなわちｘおよびｙ軸）と整列しても整列しなくてもよいことに留意されたい。ＥＤＣモジュール３１０を実装するために用いることができる様々なＥＤＣモジュールは、たとえば米国特許第７，５７０，８８９号、第７，５３２，８２０号、および第７，３８２，９８４号において開示されており、それらのすべては引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００７０】
ＥＤＣモジュール３１０ｘおよび３１０ｙによって生成された分散補償された信号３１２１−３１２４は、パイロット利用周波数分割等化および復号（ＰＡ−ＦＤＥＤ）モジュール３２０に加えられ、このモジュールは、たとえば図７Ｂ−７Ｃを参照して以下でさらに述べるように、これらの信号を処理して、伝送のために送信器に加えられたもとのデータストリーム、たとえば図１のデータストリーム１０２および１０４を復元する。より具体的にはＰＡ−ＦＤＥＤモジュール３２０は、信号１５２の第１の独立に変調された成分（たとえば図１の成分１４２Ｘ）に対応するデータを運ぶデータストリーム３３２ｘを生成し、同様に信号１５２の第２の独立に変調された成分（たとえば図１の成分１４２Ｙ）に対応するデータを運ぶデータストリーム３３２ｙを生成する。
【００７１】
図７Ｂは、一実施形態によるＰＡ−ＦＤＥＤモジュール３２０のブロック図を示す。ＰＡ−ＦＤＥＤモジュール３２０は、分散補償された信号３１２１−３１２４をその入力として受け取る、同期サブモジュール３４０を有する。同期サブモジュール３４０は、パイロットシンボルブロックＴ１（Ｔ１ｘおよびＴ１ｙ）の上述の特性に依存して、各フレーム２３０の開始部分を判定する（また図５を参照）。１つの構成では、同期サブモジュール３４０は式（１）によって定義される自己相関関数を計算する：
【００７２】
【数１】
2014514798.tif 000003
ただし記号「＊」は複素共役を表し、ｒｘ（ｎ）は、その実部が信号３１２１によって供給される信号サンプルでありその虚部が信号３１２２によって供給される対応する信号サンプルである複素値であり、ｒｙ（ｎ）は、その実部が信号３１２３によって供給される信号サンプルでありその虚部が信号３１２４によって供給される対応する信号サンプルである複素値である。パイロットシンボルブロックＴ１（Ｔ１ｘおよびＴ１ｙ）のシンボルシーケンスＥ（ｎ）は、長さＮの２つの同一部分を有するので、関数Ｐ（ｎ）の絶対値はシンボルシーケンスＥ（ｎ）の第１のシンボルと時間的に整列する顕著な最大値を有し、したがって対応するフレーム２３０の時間的位置を決定するために用いることができる。
【００７３】
同期サブモジュール３４０の下流側に配置されたＦＥ（周波数推定／補償）サブモジュール３４４は、入力信号１５２のキャリア周波数と、基準信号１５８の周波数（図１参照）との間の不整合の電子的な推定および補償を行う。一実施形態ではＦＥサブモジュール３４４は、ｐ（ｎｍａｘ）の位相を決定し、ただしｎｍａｘは、同期サブモジュール３４０によって決定される関数Ｐ（ｎ）（式（１）参照）の絶対値の最大値に対応するタイムスロットである。次いでＦＥサブモジュール３４４は、Ｐ（ｎｍａｘ）の位相を用いて信号１５２と１５８の間の周波数オフセットを計算する。周波数オフセットがゼロの場合は、Ｐ（ｎｍａｘ）は実数でありその位相はゼロである。周波数オフセットがゼロでない場合は、Ｐ（ｎｍａｘ）は複素数であり、その位相は周波数オフセットおよびパイロットシンボルブロックＴ１の持続時間に直接関係する。周波数オフセットは時間と共に変化し得るので、ＦＥサブモジュール３４４は受け取ったフレーム２３０ごとに周波数オフセット計算を行う。
【００７４】
周波数オフセットが決定された後にＦＥサブモジュール３４４は、周波数オフセットに２πと、同期サブモジュール３４０によって決定されたフレームの始まりと信号サンプルの間の経過した時間とを乗じたものに等しい位相シフトを、各信号サンプルに加えることによって周波数不整合補償を行う。ＦＥサブモジュール３４４として機能するように適合することができる様々なＦＥモジュールは、たとえば米国特許第７，７４７，１７７号および米国特許出願第２００８／０１５２３６１号に開示されており、その両方は引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００７５】
ＣＥ（チャネル推定）サブモジュール３４８は、パイロットシンボルブロックＴ２（Ｔ２ｘおよびＴ２ｙ）、およびＴ３（Ｔ３ｘおよびＴ３ｙ）に対応する信号サンプルを用いてチャネル応答関数Ｈを決定し、この関数は式（２）によって与えられる周波数領域において２×２のジョーンズ行列として表される：
【００７６】
【数２】
2014514798.tif 000004
より具体的にはＣＥサブモジュール３４８は、本体シーケンスＫＳ１、ＫＳ２、ＫＳ３、およびＫＳ４の先験的な知識を用いて、チャネル応答関数をこれらの本体シーケンスに適用することが、これらの既知の本体シーケンスに対応する受け取った信号サンプルにそれらを変換するように、チャネル応答関数Ｈを構築する。個々のチャネル応答関数Ｈは各フレーム２３０に対してＣＥサブモジュール３４８によって計算することができ、これは受信器が時間に依存するチャネルを適切に追跡するのを可能にすることに留意されたい。
【００７７】
図７Ｃはまた、ＦＤＣＣＥ（周波数領域チャネル補償／等化）サブモジュール３５２において実行される例示の処理を示す。より具体的には図示の処理は、単一の送信されたフレーム（たとえば、ＸおよびＹ偏光の両方に対応するデータを有するフレーム２３０内の位相推定ブロックＢｎにおけるペイロードシンボルブロックＳｘ、図５参照）のペイロードに対応する信号サンプルを扱い、したがってチャネル推定サブモジュール３４８によって決定されたチャネル応答関数Ｈを用いる。それぞれの新しいフレームを処理するために、ＦＤＣＣＥサブモジュール３５２は、ＣＥサブモジュール３４８によって決定されそれから受け取った、対応する新しいチャネル応答関数Ｈを使用する。
【００７８】
すでに上述したように、フレーム２３０内の位相推定ブロックＢｎのシンボルはサイクリックプレフィックスを有しない。その結果として受信器においてブロック間干渉（ｉｎｔｅｒ−ｂｌｏｃｋ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＩＢＩ）が生じる。ＩＢＩの悪影響を軽減するためにＦＤＣＣＥサブモジュール３５２は、図７Ｃに関連して以下でさらに述べるように、受信したフレームのペイロードに対応する周波数補正された信号サンプルのシーケンス３６６からの２Ｎ個の連続する信号サンプルを有する移動ウィンドウ３６８を用いて、重ね合わせＦＤＣＣＥ処理を行うことができる。シーケンス３６６は２つの並列なサブシーケンスすなわち、信号３１２１−３１２２に対応するシーケンス３６６ｘと、信号３１２３−３１２４に対応するシーケンス３６６ｙとからなる（また図７Ａ−７Ｂを参照）。シーケンス３６６ｘ内の信号サンプルは、信号１４２Ｘによって運ばれるシンボルから、および信号１４２Ｙによって運ばれるシンボルからの両方の寄与分を有することに留意されたい（図１）。同様にシーケンス３６６ｙ内の信号サンプルは、信号１４２Ｘによって運ばれるシンボルから、および信号１４２Ｙによって運ばれるシンボルからの両方の寄与分を有する（図１）。
【００７９】
移動ウィンドウ３６８のｉ番目の位置に対して、ＦＤＣＣＥサブモジュール３５２は以下を適用する、すなわち：（ｉ）高速フーリエ変換（ＦＦＴ）３７２ｉｘを、ウィンドウの内側にありシーケンス３６６ｘに属する２Ｎ個の信号サンプルのブロック３７０ｉｘに適用し、かつ（ｉｉ）ＦＦＴ３７２ｉｙを、ウィンドウの内側にありシーケンス３６６ｙに属する２Ｎ個の信号サンプルのブロック３７０ｉｙに適用する。ＦＦＴ演算３７２ｉｘは、ブロック３７０ｉｘを、２Ｎ個の周波数成分の対応するブロック３７４ｉｘに変換する。同様にＦＦＴ演算３７２ｉｙは、ブロック３７０ｉｙを２Ｎ個の周波数成分の対応するブロック３７４ｉｙに変換する。
【００８０】
ブロック３７４ｉｘおよび３７４ｉｙは、周波数領域等化（ＦＤＥ）手順３７６ｉを受け、これはこれらのブロックをブロック３７８ｉｘおよび３７８ｉｙに変換する。ブロック３７４ｉと同様に、ブロック３７８ｉｘおよび３７８ｉｙのそれぞれは２Ｎ個の周波数成分を有する。ＦＤＥ手順３７６ｉは、逆チャネル応答関数Ｈ−１の適用を含み、この関数は、ＦＤＣＣＥサブモジュール３５２により、チャネル推定サブモジュール３４８によって決定されたチャネル応答関数Ｈ（式（２）参照）から導出される。チャネル応答関数Ｈは一般に、非対角形（すなわちｂ（ｆ）≠０およびｃ（ｆ）≠０）を有するので、ＦＤＥ手順３７６ｉは、ブロック３７４ｉｘおよび３７４ｉｙからの周波数成分を混合して、ブロック３７８ｉｘおよび３７８ｉｙに対する対応する周波数成分を生成する。ＦＦＴ演算３７２ｉはこの特徴を有さず、それは、（ｉ）ブロック３７４ｉｘは、ブロック３７０ｉｘに対する演算のみによって生成され、ブロック３７０ｉｙからの信号サンプルは用いず、かつ（ｉｉ）ブロック３７４ｉｙは、ブロック３７０ｉｙに対する演算のみによって生成され、ブロック３７０ｉｘからの信号サンプルは用いないからであることに留意されたい。
【００８１】
ブロック３７８ｉｘおよび３７８ｉｙは、それぞれ逆ＦＦＴ（ＩＦＦＴ）演算３８０ｉｘおよび３８０ｉｙを受ける。ＩＦＦＴ演算３８０ｉｘは、ブロック３７８ｉｘを２Ｎ個の時間領域信号サンプルに変換し、これはブロック３８２ｉｘを形成する。同様にＩＦＦＴ演算３８０ｉｙは、ブロック３７８ｉｙを２Ｎ個の時間領域信号サンプルに変換し、これはブロック３８２ｉｙを形成する。ＦＦＴ演算３７２ｉと同様に、ＩＦＦＴ演算３８０ｉはｘおよびｙブロックを混合しない。
【００８２】
ブロック３８２ｉｘは切り詰められて、ブロックの始まりからＮｅ個の信号サンプルと、ブロックの終わりからＮｅ個の信号サンプルを除去し、ただしＮｅはＩＢＩの影響を受けた信号サンプルが切り詰められて除かれるように選ばれた所定の数である。２Ｎ−２Ｎｅ個の信号サンプルを有するブロック３８２ｉｘの残りの部分は、等化された信号サンプルのシーケンス３８４ｘを形成するために用いられ、これはＦＤＣＣＥサブモジュール３５２から下流側のＰＡ−ＦＤＥＤモジュール３２０のサブモジュールに出力される。同様にブロック３８２ｉｙは切り詰められて、ブロックの始まりからＮｅ個の信号サンプルと、ブロックの終わりからＮｅ個の信号サンプルを除去する。２Ｎ−２Ｎｅ個の信号サンプルを有するブロック３８２ｉｙの残りの部分は、等化された信号サンプルのシーケンス３８４ｙを形成するために用いられ、これもＦＤＣＣＥサブモジュール３５２から下流側のＰＡ−ＦＤＥＤモジュール３２０のサブモジュールに出力される。
【００８３】
移動ウィンドウ３６８は、（ｉ＋１）番目の位置まで、２Ｎ−２Ｎｅ個の信号サンプルずつ下方向にシフトされたシーケンス３６６ｘおよび３６６ｙであり、ｉ番目の場合について上述した処理が、図６Ｃに示されるように（ｉ＋１）番目の位置に対して繰り返される。２Ｎ−２Ｎｅ個の信号サンプルずつの移動ウィンドウ３６８のシフトおよび対応する処理は、ＸおよびＹ偏光の両方に対する、対応するフレーム２３０のペイロードシンボルのすべてが復元されるまで繰り返される。
【００８４】
１つの構成では、Ｎｅ＝Ｌ／２、および２Ｎ−２Ｎｅ＝ＮＤＳであり、ただしＬはパイロットシンボルブロックＴ２およびＴ３（図２Ｃ）内のサイクリックプレフィックスＣＰの長さであり、ＮＤＳはフレーム２３０（図５）内のシンボルブロック（Ｓ）の長さである。この構成では、移動ウィンドウ３６８のｉ番目の位置で行われる処理は、フレーム２３０（図５参照）におけるペイロードシンボルブロックＳｉのすべてのシンボルを復元する。フレーム内の最初のペイロードシンボルブロック（ＤＳ１）のシンボルを復元するためには、移動ウィンドウ３６８は、ウィンドウの内側の最初のＮｅ個の信号サンプルが、同じフレームのパイロットシンボルブロックＴ３に属するように位置付けられる。フレーム内の最後のペイロードシンボルブロック（ＤＳｎ）のシンボルを復元するためには、移動ウィンドウ３６８は、ウィンドウの内側の最後のＮｅ個の信号サンプルが次のフレームのパイロットシンボルブロックＴ１に属するように位置付けられる。
【００８５】
上記に示されたように、ＣＥサブモジュール３４８はチャネル推定を行うことができ、ＦＤＣＣＥサブモジュール３５２は偏光分割多重信号に対するブロック重ね合わせ処理を行うことができ、それによりＦＤＣＣＥサブモジュール３５２は、組み合わされ、相互に関連し合い、逐次でないやり方でチャネル応答補償および偏光逆多重化手順を適用することが可能になり、これは処理時間および／または電力を有利に節約することに留意されたい。
【００８６】
戻って図６Ｂを参照すると、ＦＤＣＣＥサブモジュール３５２によって生成された等化されたシーケンス３８４ｘおよび３８４ｙは、位相推定／位相補正（ＰＥ／ＰＣ）サブモジュール３５６に加えられる。ＰＥ／ＰＣサブモジュール３５６はデジタル処理を行い、この処理は、入力信号１５２と基準信号１５８（図１）の間のゆっくり変化する位相シフトに対して補正または補償し、次いでコンスタレーションデマッピングおよび復号のために、等化されたシーケンス３８４ｘおよび３８４ｙ内の信号サンプルの位相を推定する。ＰＥ／ＰＣサブモジュール３５６を実装するために用いることができる様々な処理モジュールは、たとえば上記の米国特許出願第２００８／０１５２３６１号、およびまた米国特許第７，６８８，９１８号および米国特許出願第２００８／００７５４７２号で開示されており、その両方は引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００８７】
デマッピングサブモジュール３６０は、ＰＥ／ＰＣサブモジュール３５６によって得られる位相推定値と、コンスタレーションマップとを用いて、等化されたシーケンス３８４ｘおよび３８４ｙをコンスタレーションシンボルの対応するシーケンスに変換する。次いでデマッピングサブモジュール３６０は、各コンスタレーションシンボルを復号して、それを対応するビットの組に変換し、それによってそれぞれ等化されたシーケンス３８４ｘおよび３８４ｙに対応するビットストリーム３６２ｘおよび３６２ｙを生成する。エラーがない場合は、ビットストリーム３６２ｘはビットストリーム２０６Ｘのコピーとなり、ビットストリーム３６２ｙはビットストリーム２０６Ｙのコピーとなる（また図２Ａを参照）。復号エラーがある場合はビットストリーム３６２は、対応するビットストリーム２０６と多少異なり得る。
【００８８】
ＦＥＣ（順方向誤り訂正）サブモジュール３６４は、符号化モジュール２０４（図２Ａ）によって対応するビットストリーム２０６に導入されたデータ冗長性を用いて、ビットストリーム３６２ｘおよび３６２ｙにおいて誤り訂正を行う。結果としての誤り訂正されたビットストリームは、信号３３２ｘおよび３３２ｙを通じて出力される。当技術分野では、ＦＥＣサブモジュール３６４に使用するのに適した多くのＦＥＣ方法が知られている。ハード決定およびソフト決定復号の両方を、ＦＥＣサブモジュール３６４の様々な実施形態に実装することができる。このような方法のいくつかの代表的な例は、たとえば米国特許第７，７３４，１９１号、第７，５７４，１４６号、第７，４２４，６５１号、第７，２１２，７４１号、および第６，６８３，８５５号に開示されており、それらのすべては引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００８９】
図８は、例示的実施形態によるデジタル信号プロセッサ１７０（図１）を実装するために用いることができるデジタル信号プロセッサ３００に対する例示のフローチャート８００を示す。具体的には例示のフローチャートによれば、ＰＱ−ｍＰＰＭに従って符号化されたシンボルを含むフレームは、検出された信号から復元される。より具体的には、検出されたＰＱ−ｍＰＰＭ信号の偏光成分は、シンボルによって運ばれる複数のビットの第１の非ゼロ部分を偏光成分内の少なくとも１つのＰＰＭパルスのスロット位置に基づいて復号し、シンボルによって運ばれる複数のビットの第２の非ゼロ部分を偏光成分内の少なくとも１つのＰＰＭパルスによって運ばれる位相変調に基づいて復号することによって、デジタル的に復元される。送信器に関連して上述したように、本発明の様々な実施形態により、他の単一または複数パルスｍパルス位置変調方式に加えて、他の偏光分割多重位相変調型変調フォーマットを利用することができる。
【００９０】
この受信プロセスは、二重偏光コヒーレント受信器フロントエンドによる付加的変調を有する少なくとも１つのパルス位置変調（ＰＰＭ）パルスを有するシンボルを含む信号を検出し、付加的変調を有する少なくとも１つのパルス位置変調（ＰＰＭ）パルスを有するシンボルを含む検出された信号の偏光成分を復元することとして、一般化することができる。この実施形態では、復元することは、偏光成分において付加的変調をもつ少なくとも１つのＰＰＭパルスのスロット位置に基づいて、シンボルによって運ばれる複数のビットの第１の非ゼロ部分を復号し、偏光成分において少なくとも１つのＰＰＭパルスによって運ばれる付加的変調に基づいて、シンボルによって運ばれる複数のビットの第２の非ゼロ部分を復号することを含む。
【００９１】
戻って図７を参照すると、７１０では、パイロットシーケンスを用いて１つのフレームに対して時間／周波数同期が行われる。７２０では、パイロットシーケンスを用いてチャネル推定および補償が行われる。
【００９２】
７３０では各ＰＱ−ｍＰＰＭシンボルに対して、最も高いエネルギーを含んだスロットまたは複数のスロットが決定される。７４０では最も高いエネルギーを含んだスロットまたは複数のスロットに基づいて、ｍ−ＰＰＭ符号化によって運ばれるビットが復元される。
【００９３】
７５０では、パイロットシンボルを用いて位相推定および補償が行われる。７６０では、ＰＤＭ−ＱＰＳＫによって運ばれる残りのビットが、パルスを含んだ少なくとも１つのスロット内のパルスに基づいて復元される。７６０では、次のフレームを処理するためにすべての上記の処理（７１０−７５０）が繰り返される。
【００９４】
本発明について例示的実施形態を参照して説明してきたが、この説明は限定する意味で解釈されることを意図するものではない。本発明の様々な実施形態について偏光分割多重（ＰＤＭ）信号に関連して説明したが、本発明はそのように限定されず、ＰＤＭでない信号の処理にも同様に応用することができる。述べられた実施形態の様々な変形形態、および本発明の他の実施形態は、本発明が属する当業者には明らかであり、添付の特許請求の範囲において表される本発明の原理および範囲内に含まれるものと見なされる。
【００９５】
「単一キャリア」という用語は本明細書では、本明細書に開示される光伝送システムの実施形態を、光ＯＦＤＭ伝送システムと対比するために用いられる当技術分野の用語である。この用語は、本発明の実施形態がＷＤＭ技術と適合可能でないことを意味すると解釈されるべきではない。当業者なら本明細書に開示されたいくつかの信号処理技法は、ＷＤＭ多重化の異なるキャリア周波数（波長）のそれぞれに適用できることが理解されよう。
【００９６】
実施形態は、単一の集積回路上への可能な実装形態を含む、回路ベースのプロセスとして実施することができる。
【００９７】
別段の明示的な記述がない限り、各数値および範囲は、「約（ａｂｏｕｔ）」または「ほぼ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」の語句が値または範囲の値に先行する場合のように近似であると解釈されるべきである。
【００９８】
さらに当業者によって、添付の特許請求の範囲に表された本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の本質を説明するために述べられ図示された詳細、材料、および諸部分の構成において、様々な変更を行い得ることが理解されよう。
【００９９】
特許請求の範囲における図の番号および／または図の参照記号の使用は、特許請求の範囲の理解を容易にするために、請求された主題の１つまたは複数の可能な実施形態を識別するためのものである。このような使用は、必ずしもそれらの特許請求の範囲を、対応する図面に示された実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。
【０１００】
添付の特許請求の範囲に方法の請求項がある場合に、諸要素は対応する名前と共に特定の順序で記載されるが、請求項の記載がそれらの要素の一部またはすべてを実施するための特定の順序を示唆していない限り、それらの要素は必ずしもその特定の順序にて実施されるように限定されるものではない。
【０１０１】
本明細書において「一実施形態」に対する言及は、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含み得ることを意味する。本明細書内の様々な場所で現れる「一実施形態では」という語句は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すものではなく、必ずしも他の実施形態と互いに排他的な別のまたは代替的実施形態を指すものでもない。「実装形態」という用語にも同じことが当てはまる。
【０１０２】
この説明の目的のために、「結合」（ｃｏｕｐｌｅ、ｃｏｕｐｌｉｎｇ、ｃｏｕｐｌｅｄ）、「接続」（ｃｏｎｎｅｃｔ、ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ、ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）という用語は、エネルギーが２つ以上の要素の間で移動できる、当技術分野で知られているまたは後に開発された任意のやり方を指し、必要ではないが、１つまたは複数の追加の要素の介在も企図される。逆に、「直接結合」（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）、「直接接続」（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」などは、このような追加の要素がないことを意味する。
【０１０３】
本出願における特許請求の範囲で包含される実施形態は、（１）本明細書によって使用可能となる、および（２）法定の主題に対応する、実施形態に限定される。使用可能でない実施形態および法定の主題でないものに対応する実施形態は、それらが特許請求の範囲に公式に含まれていても明示的に放棄される。
【０１０４】
説明および図面は単に本発明の原理を示す。したがって当業者なら、本明細書では明示的に述べられないまたは示されないが本発明の原理を実施し、その趣旨および範囲に含まれる様々な構成を考案できることが理解されよう。さらに本明細書に記載されたすべての例は主として、本発明の原理、および当技術分野を発展させるための（１人または複数の）発明者の寄与による概念の理解において読者を補助するための教育的な目的のためのみであり、このような具体的に記載された例および条件には限定されないものと解釈されるべきであることが、明示的に意図される。さらに本明細書において、本発明の原理、態様、および実施形態を記載したすべての文、およびそれらの特定の例は、その等価物を包含するものである。
【０１０５】
「プロセッサ」と名付けられた機能ブロックを含む、図面に示される様々な要素の機能は、専用のハードウェア、および適当なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアを用いることによって実現することができる。プロセッサによって実現されるときは機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有されたプロセッサ、またはその一部を共有することができる複数の個別のプロセッサによって実現することができる。さらに「プロセッサ」または「コントローラ」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できるハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきではなく、非限定的にデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、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メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性記憶装置を暗黙に含むことができる。従来型および／またはカスタムの他のハードウェアも含むことができる。同様に、図面に示されるいずれのスイッチも概念的であるに過ぎない。それらの機能は、プログラムロジックの動作を通して、専用ロジックを通して、プログラム制御と専用ロジックの相互作用を通して、さらには手動で行うことができ、特定の技術は、より具体的に状況から理解されるように実施者によって選択することができる。
【０１０６】
当業者には、本明細書内のいずれのブロック図も、本発明の原理を具体化する例示の回路の概念図を表すことが理解されるべきである。同様にいずれのフローチャート、フロー図、状態遷移図、擬似コードなどは、コンピュータ可読媒体内に実質的に表すことができる様々なプロセスを表し、したがってコンピュータまたはプロセッサが明示的に示されていても示されていなくても、コンピュータまたはプロセッサによって実行されることが理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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