(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光直交周波数分割多重信号（ＯＦＤＭ）信号を送信する方法において、
データをＯＦＤＭシンボルの第１セットに変調するステップであって、前記第１セットの各前記ＯＦＤＭシンボルは複数の副搬送波を含み、前記複数の副搬送波のうち１つおきの副搬送波にマッピングされるデータはゼロにセットされ、残りの前記副搬送波はデータによって変調され、前記複数の副搬送波のうち少なくとも１つは３つ以上の取り得る位相値から選択された位相値を有する、ステップと、
前記第１セットのＯＦＤＭシンボル間にトレーニングシーケンスを挿入して、ＯＦＤＭシンボルの第２セットを形成するステップであって、前記トレーニングシーケンスは受信器における同期を実施するためのものである、ステップと、
前記ＯＦＤＭシンボルの第２セットを時間ドメインに変換するステップであって、前記第２セットの各前記ＯＦＤＭシンボルはシンボル期間Ｔを有する、ステップと、
Ｔ／２の期間の間、前記第２セットの各ＯＦＤＭシンボルのハーフサイクルのみで前記データを送信するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記ハーフサイクルは、前記シンボル期間の前半である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記シンボル期間の後半に別のＯＦＤＭシンボルのハーフサイクルを送信するステップを更に含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記前半は、前記後半に対して時間的に先行する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ゼロにセットされるデータにマッピングされる副搬送波は、前記ＯＦＤＭシンボルの偶数副搬送波である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ゼロにセットされるデータにマッピングされる副搬送波は、前記ＯＦＤＭシンボルの奇数副搬送波である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
送信の前に、前記ＯＦＤＭ信号の第２セットをローパスフィルタによってフィルタリングするステップを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）送信装置において、
ＯＦＤＭシンボルの第１セットを生成するシンボル生成モジュールを備え、
前記第１セットの各ＯＦＤＭシンボルの周波数領域表現は、データが変調される副搬送波の第１のセットと、ゼロにセットされるデータがマッピングされる副搬送波の第２のセットとから構成され、前記第１のセットの副搬送波と、前記第２のセットの副搬送波とは、周波数領域で交互になり、前記第１のセットおよび前記第２のセットの副搬送波のうち少なくとも１つの副搬送波は、３つ以上の取り得る位相値から選択された位相値を有し、
前記第１セットの各ＯＦＤＭシンボルの時間領域表現は、第１の時間間隔の前半サイクルと、前記前半サイクルに続く、前記第１の時間間隔と同じ期間の第２の時間間隔の後半サイクルとから構成され、
前記装置はさらに、前記第１セットのＯＦＤＭシンボル間にトレーニングシーケンスを挿入して、ＯＦＤＭシンボルの第２セットを形成するトレーニングシーケンス挿入器であって、前記トレーニングシーケンスは受信器における同期を実施するためのものである、トレーニングシーケンス挿入器を備え、
前記装置はさらに、前記第２セットの各ＯＦＤＭシンボルの前記前半サイクルを送信する送信モジュール備える、
装置。
【請求項９】
前記副搬送波の第１のセットは、前記第１セットの各ＯＦＤＭシンボルの奇数副搬送波から構成される、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記副搬送波の第１のセットは、前記第１セットの各ＯＦＤＭシンボルの偶数副搬送波から構成される、請求項８記載の装置。
【請求項１１】
光直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号を受信する方法において、
ＯＦＤＭシンボルの第１セットのハーフサイクルを受信するステップであって、前記第１セットの各ＯＦＤＭシンボルのシンボル期間をＴとして、各前記ハーフサイクルはＴ／２の期間を有し、前記ＯＦＤＭシンボルの第１セットは、トレーニングシーケンスと、データが変調されるＯＦＤＭシンボルの第２セットとを有する、ステップ、
前記ＯＦＤＭシンボルの第２セットの前記ハーフサイクルからデータを復元するステップであって、前記第２セットの各前記ＯＦＤＭシンボルは複数のサブキャリアを有し、前記複数の副搬送波のうち１つおきの副搬送波にマッピングされるデータはゼロにセットされ、残りの前記副搬送波はデータによって変調され、前記複数のサブキャリアのうち少なくとも１つは、３つ以上の取り得る位相値から選択された位相値を有する、ステップ、
前記トレーニングシーケンスを用いて同期化を実施するステップ、
を有する方法。
【請求項１２】
前記ハーフサイクルは、前記シンボル期間の前半である、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記シンボル期間の後半に別のＯＦＤＭシンボルのハーフサイクルを受信するステップを更に含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記前半は、前記後半に対して時間的に先行する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ゼロにセットされるデータにマッピングされる副搬送波は、前記ＯＦＤＭシンボルの偶数副搬送波である、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記ゼロにセットされるデータにマッピングされる副搬送波は、前記ＯＦＤＭシンボルの奇数副搬送波である、請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）受信装置において、
ＯＦＤＭシンボルの第１セットのハーフサイクルを受信するように構成された光モジュールであって、各前記ハーフサイクルは、各前記ＯＦＤＭシンボルのシンボル期間をＴとして、Ｔ／２の期間を有する第１の時間間隔において送信され、前記ＯＦＤＭシンボルの第１セットは、トレーニングシーケンスと、データが変調されるＯＦＤＭシンボルの第２セットとを有する、光モジュールと、
前記ＯＦＤＭシンボルの第２セットの前記ハーフサイクルから前記データを復元するように構成された完全サイクル生成モジュール、
前記トレーニングシーケンスを用いて等化同期化を実施するように構成された同期化器、
を備え、
前記第２セットの各前記ＯＦＤＭシンボルの時間領域表現は、第１の時間間隔の前半サイクルと、前記前半サイクルに続く、前記第１の時間間隔と同じ期間の第２の時間間隔の後半サイクルとを有し、
前記第２セットの各前記ＯＦＤＭシンボルの周波数領域表現は、データが変調される副搬送波の第１のセットと、ゼロにセットされるデータがマッピングされる副搬送波の第２の交互セットとを有し、
前記第１のセットおよび前記第２のセットの副搬送波のうち少なくとも１つは、３つ以上の取り得る位相値から選択された位相値を有する、
装置。
【請求項１８】
前記副搬送波の第１のセットは、前記ＯＦＤＭシンボルの奇数副搬送波から構成される、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記副搬送波の第１のセットは、前記ＯＦＤＭシンボルの偶数副搬送波から構成される、請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
光通信システムであって、
ＯＦＤＭシンボルの第１セットを生成するように構成されたシンボル生成器を備え、
前記第１セットの各前記ＯＦＤＭシンボルの周波数領域表現は、データが変調される副搬送波の第１セットと、データが変調されない副変調波の第２セットとを有し、前記第１セットの副搬送波は周波数領域において前記第２セットの副搬送波と交互になり、前記第１セットと前記第２セットの副搬送波のうち少なくとも１つは、３つ以上の取り得る位相値から選択された位相値を有し、
前記第１セットの各前記ＯＦＤＭシンボルの時間領域表現は、第１の時間間隔の前半サイクルと、前記前半サイクルに続く、前記第１の時間間隔と同じ期間の第２の時間間隔の後半サイクルとを有し、
前記光通信システムはさらに、
前記第１セットのＯＦＤＭシンボル間にトレーニングシーケンスを挿入してＯＦＤＭシンボルの第２セットを形成するように構成されたトレーニングシーケンス挿入器、
前記第２セットの各前記ＯＦＤＭシンボルのハーフサイクルのみを送信するように構成された送信器、
前記第２セットの各前記ＯＦＤＭシンボルの前記前半サイクルを受信するように構成された受信器、
前記第１セットのＯＦＤＭシンボルの前記ハーフサイクルから前記データを復元するように構成された復調器、
前記トレーニングシーケンスを用いて同期化を実施するように構成された同期化器、
を備える光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１３年５月１６日に出願された米国仮出願第６１／８２４，３２４号の優先権を主張する。この特許文献の全ての内容は、引用によって本願に援用される。
【０００２】
本発明は、デジタル通信に関し、一側面においては、光通信における直交周波数分割多重に関する。
【背景技術】
【０００３】
無線通信、光ファイバ通信等の応用分野では、データ通信への要求が高まり続けている。特に、コアネットワークでは、例えば、スマートフォン及びコンピュータ等のユーザデバイスがマルチメディアアプリケーションのために多くの帯域幅を使用するためだけではなく、コアネットワークを介してデータが搬送されるデバイスの総数も増え続けているため、データ通信への要求が高まっている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ここに開示する幾つかの実施形態においては、ハーフサイクル化ＤＤＯ−ＯＦＤＭ（half-cycled DDO-OFDM）送信及び受信によって、元の周波数効率を低下させることなくＳＳＭＩが軽減される。受信機感度は、４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８送信を伴うＱＰＳＫ及び１６ＱＡＭ  ＯＦＤＭにおいて、それぞれ２ｄＢ及び１．５ｄＢ向上した。
【０００５】
ここに開示する一側面においては、光送信のための方法、装置及びコンピュータプログラム製品は、ＯＦＤＭシンボルのシンボル期間をＴとして、Ｔ／２の期間の間、１つおきの副搬送波がデータによって変調されないことによって抑圧された（suppressed）複数の副搬送波から構成されるＯＦＤＭシンボルのハーフサイクルのみを送信する。
【０００６】
他の側面として、ＯＦＤＭシンボルのシンボル期間をＴとして、Ｔ／２の期間の間、１つおきの副搬送波がデータによって変調されないことによって抑圧された複数の副搬送波から構成されるＯＦＤＭシンボルのハーフサイクルを受信し、このＯＦＤＭシンボルのハーフサイクルからデータを復元する方法、装置及びコードを格納するコンピュータプログラム製品を開示する。
【０００７】
更に他の側面として、変調された直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルの半分バージョン（half-cut version）を送信する送信機と、この半分バージョンを受信し、ＯＦＤＭシンボルの完全バージョンを再生し、ＯＦＤＭシンボルに変調されているデータを復元する受信機とを備える光通信システムを開示する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】直接検出される光直交周波数分割多重信号（ＤＤＯ−ＯＦＤＭ）の３つの異なるバリエーションを示す図である。
【図１Ｂ】ハーフサイクル化ＤＤＯ−ＯＦＤＭの具体例のブロック図である。
【図１Ｃ】ＯＦＤＭシンボルの奇数副搬送波がデータによって変調される実施形態を示す図である。
【図１Ｄ】ＯＦＤＭシンボルの偶数副搬送波がデータによって変調される実施形態を示す図である。
【図１Ｅ】奇数副搬送波が変調されたＯＦＤＭ信号のスペクトルを示す図である。
【図１Ｆ】奇数副搬送波が変調されたＯＦＤＭ信号のＩＦＦＴ後の実数部を示す図である。
【図１Ｇ】奇数副搬送波が変調されたＯＦＤＭ信号のＩＦＦＴ後の虚数部を示す図である。
【図１Ｈ】偶数副搬送波が変調されたＯＦＤＭ信号のスペクトルを示す図である。
【図１Ｉ】偶数副搬送波が変調されたＯＦＤＭ信号のＩＦＦＴ後の実数部を示す図である。
【図１Ｊ】偶数副搬送波が変調されたＯＦＤＭ信号のＩＦＦＴ後の虚数部を示す図である。
【図２】ハーフサイクル化ＤＤＯ−ＯＦＤＭの実験的なセットアップを示す図である。
【図３Ａ】受信したＯＦＤＭ信号のハーフサイクル化前の電気スペクトルを示す図である。
【図３Ｂ】受信したＯＦＤＭ信号のハーフサイクル化後の電気スペクトルを示す図である。
【図４Ａ】ＯＢＴＢにおける４−ＱＡＭ  ＯＦＤＭ対受信光パワーのビット誤り率（ＢＥＲ）を示す図である。
【図４Ｂ】４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８の後の４−ＱＡＭ  ＯＦＤＭ対受信光パワーのビット誤り率（ＢＥＲ）を示す図である。
【図５Ａ】ＯＢＴＢにおける１６−ＱＡＭ  ＯＦＤＭ対受信光パワーのＢＥＲを示す図である。
【図５Ｂ】４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８の後の１６−ＱＡＭ  ＯＦＤＭ対受信光パワーのＢＥＲを示す図である。
【図６Ａ】従来型の１６ＱＡＭ−ＯＦＤＭ送信おける誤り率対ペイロードインデクスを示す図である。
【図６Ｂ】ハーフサイクル化１６ＱＡＭ−ＯＦＤＭ送信おける誤り率対ペイロードインデクスを示す図である。
【図７】光通信システムを示す図である。
【図８】デジタル通信のプロセスの例を示す図である。
【図９】デジタル通信のための送信装置の具体例のブロック図である。
【図１０】デジタル通信のプロセスの例を示す図である。
【図１１】デジタル通信のための送信装置の具体例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図７は、本発明を適用できる光通信システム１００を示している。１つ以上の光送信機１０２は、光ネットワーク１０４を介して、１つ以上の光受信機１０６と通信可能に接続されている。光送信機１０２及び受信機１０６は、例えば、光ネットワークの光回線終端装置（optical line termination：ＯＬＴ）及び光ネットワークユニット（and optical network unit：ＯＮＵ）、受動光リピータ設備（passive optical repeater equipment）等であってもよい。光ネットワーク１０４は、数百フィート（例えば、ラストワンマイル）から数キロメートル（長距離ネットワーク）に亘る長さの光ファイバを含んでいてもよい。送信される光信号は、例えば増幅器、リピータ（repeater）、スイッチ等の中間の光設備を通過してもよく、これらは、説明を明瞭にするため、図７には示していない。
【００１０】
光ネットワーク１０４を介して搬送できるデータ量を増加させるためには、多くの場合、新しい追加的な光ファイバを設ける必要がある。しかしながら、この選択肢は、ファイバを配設し、及びファイバの送受信端に新たな設備を追加するための投資が必要であるため、高コストである。この代替として、光ネットワークの運営者及びベンダは、データをより高密度に搬送できる（例えば、ビット毎の波長効率又はスペクトル効率が高い）新しい技術を求めている。
【００１１】
このため、スペクトル効率（spectral efficiency：ＳＥ）の高さ及びデジタル信号処理（digital signal processing：ＤＳＰ）による伝送劣化に対するロバスト性のために、光直交周波数分割多重（orthogonal frequency division multiplexing：ＯＦＤＭ）が注目されている。光ＯＦＤＭシステムは、光受信機の構成に基づき、直接検出光ＯＦＤＭ（direct-detected optical OFDM：ＤＤＯ−ＯＦＤＭ）及びコヒーレント光ＯＦＤＭ（coherent optical OFDM：ＣＯ−ＯＦＤＭ）の２つのカテゴリに分類される。ＣＯ−ＯＦＤＭシステムは、受信機構造が複雑であり、及び送受信機における信号処理が複雑であるため、多くの場合、実施のコストが高い。このため、低コストアクセスネットワークでは、使用が大幅に制限されている。短距離アクセスネットワークにおいては、単純で費用効果が高い構成を有するＤＤＯ−ＯＦＤＭシステムが使用に適している。
【００１２】
典型的なＤＤＯ−ＯＦＤＭシステムでは、ＯＦＤＭ信号は、受信機内のフォトダイオード（photodiode：ＰＤ）による２乗検波の後の副搬送波−副搬送波混合干渉（subcarrier-subcarrier mixing interference：ＳＳＭＩ）によって劣化する。幾つかの実施形態においては、ＯＦＤＭ信号からのＳＳＭＩを防ぐために、周波数保護帯域（frequency guard-band）が提案されている。ＤＤＯ−ＯＦＤＭに適用されるインタリーブＯＦＤＭと呼ばれる他のスキームでは、偶数副搬送波のみにデータを挿入することによって、ＳＳＭＩの影響が除去される。いずれのスキームもＳＳＭＩによって導入される歪みを効果的に軽減できるが、システムのＳＥが２分の１に低下する。高いＳＥを維持しながら、１００ｋｍの伝送を行う６４ａｒｙクワドラチャ振幅変調（64-ary quadrature-amplitude-modulation：６４ＱＡＭ）ＤＤ−ＯＦＤＭシステムにおけるＳＳＭＩを軽減するために、ビットインタリーバ及びターボコード技術を用いてもよい。これらの技術により、ＳＳＭＩを効果的に軽減できるが、ターボコード（turbo code）を使用するために、ＳＥの低下は避けられない。更に、前方誤り訂正（forward-error-correction：ＦＥＣ）復号の複雑さのため、その用途は制限されている。本発明は、一側面として、ＳＥを低下させることなく、ＳＳＭＩを軽減できるハーフサイクル化ＤＤＯ−ＯＦＤＭ（half-cycled DDO-OFDM）送信及び受信技術を開示する。幾つかの実施形態においては、４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８送信を行うＱＰＳＫ及び１６ＱＡＭ  ＯＦＤＭにおいて、受信機感度が、それぞれ２ｄＢ及び１．５ｄＢ向上した。
【００１３】
図１Ａは、ＤＤＯ−ＯＦＤＭで使用できる３種類の異なるＯＦＤＭ信号の概念を示している。第１のＯＦＤＭ信号（１１０）は、従来型のＯＦＤＭ信号であり、ＰＤに続いてＯＦＤＭ信号帯域（１１２）全体にＳＳＭＩが広がり、信号のビット誤り率（bit-error ratio：ＢＥＲ）性能が深刻に劣化している。第２のＯＦＤＭ信号（１１４）は、保護帯域（guard-band）を有するＯＦＤＭ信号であり、ＳＳＭＩは、保護帯域のみに存在し、ＳＥ（１１６）の低下を伴って、ＢＥＲ性能を向上させることができる。第３のＯＦＤＭ信号（１１８）は、データが偶数副搬送波のみに変調されているインタリーブＯＦＤＭ信号である。この場合、データは、１つおきの（奇数）副搬送波（すなわち、シンボル内で数えた場合、奇数インデクスが付される副搬送波）には変調されない。ＰＤの後、ＳＳＭＩは、奇数副搬送波（１２０）のみに分布し、偶数副搬送波のみに変調されたデータは、ＳＳＭＩに対する耐性が高い。インタリーブＯＦＤＭ信号によるＳＳＭＩキャンセルスキームでは、データが偶数／奇数副搬送波のみに変調された場合、ＯＦＤＭシンボルは、時間領域において、対称性を示す。
【００１４】
これらの観点に基づいて、本明細書では、ハーフサイクル化ＤＤＯ−ＯＦＤＭ（half-cycled DDO-OFDM）を提案する。ＯＦＤＭ変調の間のＩＦＦＴサイズをＮ（整数）とし、ＩＦＦＴの後の１つのＯＦＤＭシンボルの長さを時間Ｔとすると、ＯＦＤＭは、以下のように表される。
【００１５】
【数１】
0006366692.tif 000002
ここで、ｋは副搬送波のインデックスを示し、ｆｋは、以下のように表すことができるｋ番目の副搬送波の周波数を示している。
【数２】
0006366692.tif 000003
【００１６】
時間領域では、シンボルの前半及び後半は、以下のように表すことができる。
【数３】
0006366692.tif 000004
【数４】
0006366692.tif 000005
【００１７】
ｔ２＝ｔ１＋Ｔ／２であるので、後半は、以下のように表すことができる。
【数５】
0006366692.tif 000006
【００１８】
式を更に単純化するために、副搬送波のインデックスを０からＮ−１までとすると、偶数及び奇数インデックスは、それぞれ、ｍ及びｎと表すことができる。これにより、１つのＯＦＤＭシンボルの前半及び後半は、以下のように表すことができる。
【数６】
0006366692.tif 000007
【数７】
0006366692.tif 000008
【００１９】
インタリーブＯＦＤＭ法では、ＳＳＭＩを軽減するために、偶数のインデクスが付された副搬送波が、データマッピングされずに確保（reserve）され、これは、「０」に設定されることを意味し、１つのＯＦＤＭシンボルの前半及び後半は、以下のように単純化して表現できる。
【数８】
0006366692.tif 000009
【数９】
0006366692.tif 000010
【００２０】
式（８）及び（９）から、１つのＯＦＤＭシンボルの前半及び後半が、時間領域で１８０度の位相シフトを伴って、同じ振幅を示すことがわかる。幾つかの実施形態においては、この冗長性を利用して、送信の際、送信の後半を単純に削除する。これにより、データ送信に使用される時間の長さをＴ／２に短縮でき、このプロセスの後は、ＳＥを、従来型のＯＦＤＭ信号と同じに維持することができる。
【００２１】
図１Ｂは、ハーフサイクル化ＤＤＯ−ＯＦＤＭの実施形態のエンドツーエンド送信及び受信システムの構造を示している。まず、インタリーブＯＦＤＭ信号と同様に、周波数領域内で偶数副搬送波のみにデータを変調する（グラフ１２２）。次に、逆高速フーリエ変換（inverse fast Fourier transform：ＩＦＦＴ）を適用して、ＯＦＤＭ変調を実現する。ＩＦＦＴの後、１つのＯＦＤＭシンボルの期間は、Ｔとなり、前半（１２４）及び後半（１２６）は、時間領域における１８０度の位相シフトを伴って同じ振幅を示す（「Ａ」及び「−Ａ」と表現する）。伝達の際は、後半１２６（後半サイクル）を省略する。換言すれば、前半１２４のバージョンのみが、信号１２８として送信される。このバージョンは、理想的には、前半１２４と同一である。これにより、データ送信に使用される時間の長さをＴ／２に短縮でき、このプロセスの後は、ＳＥを、従来型のＯＦＤＭ信号と同じに維持することができる。電気−光（Ｅ／Ｏ）及び光−電気（Ｏ／Ｅ）変換（図示せず）の後、ファイバリンク１０４は、略々時不変系（time invariant system）とみなすことができるため、送信信号１２８は、［０，Ｔ／２］信号１３０（「Ａ’」として表現する）として復元される。後半ＯＦＤＭシンボル（１３２）は、前半ＯＦＤＭシンボル（１３４、理想的には１３０と同一である。）のハーフサイクルによって復元することができる。次に、ＦＦＴを適用してＯＦＤＭ復調を行い、復調の後、ＳＳＭＩは、奇数副搬送波（１３６）内に分布する。図１Ｂからわかるように、ハーフサイクル化ＤＤＯ−ＯＦＤＭでは、ＳＥを低下させることなく、ＳＳＭＩをキャンセルすることができる。
【００２２】
図１Ｃは、奇数副搬送波を変調に使用し、偶数副搬送波にデータを変調しないことによって、偶数副搬送波を抑圧するハーフサイクル変調スキームを示している。この図に示すように、ＩＦＦＴによって生じるスペクトルは、前半サイクルと後半サイクルにおいて対称性を有する。
【００２３】
図１Ｄは、偶数副搬送波を変調に使用し、奇数副搬送波にデータを変調しないことによって、奇数副搬送波を抑圧するハーフサイクル変調スキームを示している。この図に示すように、後半サイクルのＩＦＦＴによって生じるスペクトルは、前半サイクルのスペクトルをシフト及び反転させたもの（negative image）である。
【００２４】
図１Ｅ〜図１Ｊは、３２−副搬送波ＯＦＤＭの具体例を示している。
【００２５】
図１Ｅは、図１Ｃについて説明した副搬送波変調を表すグラフである。
【００２６】
図１Ｆは、図１Ｃについて説明した変調信号のＩＦＦＴ変換後のスペクトルの実数部を示している。
【００２７】
図１Ｇは、図１Ｃについて説明した変調信号のＩＦＦＴ変換後のスペクトルの虚数部を示している。
【００２８】
図１Ｈは、図１Ｄについて説明した副搬送波変調を表すグラフである。
【００２９】
図１Ｉは、図１Ｄについて説明した変調信号のＩＦＦＴ変換後のスペクトルの実数部を示している。
【００３０】
図１Ｊは、図１Ｄについて説明した変調信号のＩＦＦＴ変換後のスペクトルの虚数部を示している。
【００３１】
図２は、ハーフサイクル化ＤＤＯ−ＯＦＤＭの実験的なセットアップを示している。送信機側では、電気ベースバンドＯＦＤＭ信号によって駆動される強度マッハ−ツェンダ変調器（Mach-Zehnder modulator：ＭＺＭ）によって、線幅が１００ｋＨｚ未満、最大出力が１４．５ｄＢｍの１５５７．０４ｎｍの外部キャビティレーザ（external cavity laser：ＥＣＬ）を変調する。ＯＦＤＭ信号は、任意波形発生器（arbitrary waveform generator：ＡＷＧ）によって、１２−ＧＳａ／ｓサンプルレートで生成される。ここでは、ＯＦＤＭ生成のためのＦＦＴサイズは、２５６であり、このうち２００個の副搬送波が正の周波数ビン（positive frequency bins）において１００個のデータを伝送するために使用され、最初の副搬送波は、ＤＣバイアスのためにゼロに設定され、残りの５５個のヌル副搬送波は、オーバーサンプリングのために確保されている。４／１６−ＱＡＭでは、１００個の副搬送波の全てで情報を搬送する。２５６サンプルには、８サンプルのサイクリックプレフィックス（cyclic prefix：ＣＰ）を追加し、これにより、１つのＯＦＤＭシンボル毎のサンプル数は、２６４となる。従来型のＯＦＤＭ信号送信スキームでは、１つのＯＦＤＭシンボル毎に２６４個のサンプルが送信されるが、ハーフサイクル化ＯＦＤＭスキームで送信されるサンプルは、１３２個のみである。同期を実現し、チャネル応答を取得するために、１６０個のＯＦＤＭデータシンボル間毎に１つのトレーニングシーケンス（training sequence：ＴＳ）を挿入する。４−ＱＡＭ及び１６−ＱＡＭの送信について、システムの生の総ビットレートは、それぞれ９．１／１８．２Ｇｂ／ｓである。５ＧＨｚの帯域幅を有する１つのローパスフィルタ（low pass filter：ＬＰＦ）を用いて、デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）の後のエイリアシングをフィルタした後、ＭＺＭに供給する。光ＯＦＤＭ変調のために、スイッチング電圧は、３．４Ｖであり、ＭＺＭは、その線形領域において、１．９Ｖでバイアスされている。生成された信号は、エルビウム添加ファイバ増幅器（Erbium-doped fiber amplifier：ＥＤＦＡ）に供給し、ファイバでの送信パワーを８ｄＢｍに調整する。４０ｋｍの標準シングルモードファイバ−２８（standard single mode fiber-28：ＳＳＭＦ−２８）送信の後、０．３３ｎｍ帯域幅の波長可変光フィルタ（tunable optical filter：ＴＯＦ）によってＯＯＦＤＭ信号をフィルタリングし、ＥＤＦＡから帯域外の増幅自然放出光（amplified spontaneous emission：ＡＳＥ）雑音を除去する。そして、光減衰器（optical attenuator：ＡＴＴ）を使用して、感度測定のために受信光パワーを調整し、１０ＧＨｚの３ｄＢ帯域幅を有する光受信機によってＯ／Ｅ変換を行う。変換された電気信号は、リアルタイムオシロスコープで捕捉され、４０ＧＳａ／ｓのサンプルレートでオフラインで処理される。送信機で使用されるＡＷＧ内のＤＡＣ及びリアルタイムオシロスコープ内のＡＤＣの分解能は、何れも８ビットである。そして、捕捉された信号は、オフラインＤＳＰによって更に処理される。オフラインＤＳＰの処理は、同期、時間領域におけるハーフサイクル化、ＣＰ除去、ＦＦＴ、シンボル内周波数領域平均化（intra-symbol frequency-domain averaging：ＩＳＦＡ）によるチャネル推定、１タップ等化、４−���ＡＭ又は１６−ＱＡＭ逆マッピング（de-mapping）及びＢＥＲ算出等を含む。ＢＥＲは、３２００００ビットによる直接誤り計数（direct error counting）によって取得した。図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれハーフサイクル化の前及び後の受信ＯＦＤＭ信号の電気スペクトルを示している。
【００３２】
実験では、このシステムにおいて、従来型のＯＦＤＭ信号、インタリーブＯＦＤＭ信号及びハーフサイクル化ＯＦＤＭ信号の３種類のＯＦＤＭ信号を検査した。従来型及びインタリーブＯＦＤＭ信号の時間領域における長さは、同じであり、ハーフサイクル化ＯＦＤＭ信号では、この長さが半分に削減される。ハーフサイクル化によるＳＳＭＩキャンセル効果を検証するために、ここでは、４−ＱＡＭ及び１６−ＱＡＭの両方のＯＦＤＭ信号について調べた。インタリーブＯＦＤＭ信号の受信機でも、１つのＯＦＤＭシンボルの後半を前半からコピーしてハーフサイクル化ＯＦＤＭ信号と比較した。
【００３３】
４−ＱＡＭ  ＯＦＤＭ送信では、ＢＥＲ対受信光パワーを測定した。図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ光バックツーバック（optical back to back：ＯＢＴＢ）の曲線及び４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８送信後の曲線を示している。これらのＢＥＲ性能は、ハーフサイクル化ＯＦＤＭによるＳＳＭＩキャンセルの後、ＯＢＴＢ及び４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８送信後の何れにおいても、従来型のＯＦＤＭ信号に比べて、受信機感度が２ｄＢ向上していることを示している。ハーフサイクル化ＯＦＤＭ及びインタリーブＯＦＤＭの差は無視でき、これは、ハーフサイクル化ＯＦＤＭが実際に役立つことを証明している。図３Ａ及び図３Ｂの挿入図は、それぞれＯＢＴＢにおける受信光パワーが−１２ｄＢｍである場合、及び４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８後の受信光パワーが−１１ｄＢｍである場合の３種類のＯＦＤＭ信号のコンスタレーションを示している。
【００３４】
１６−ＱＡＭ  ＯＦＤＭ送信において、ＢＥＲ対受信光パワーも測定した。図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれＯＢＴＢの曲線及び４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８送信後の曲線を示している。受信機感度は、ハーフサイクル化ＯＦＤＭによるＳＳＭＩキャンセルの後、ＯＢＴＢ及び４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８送信後の何れにおいても、従来型のＯＦＤＭ信号に比べて、１．５ｄＢ向上した。図４Ａ及び図４Ｂの挿入図は、それぞれＯＢＴＢにおける受信光パワーが−８ｄＢｍである場合、及び４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８後の受信光パワーが−６ｄＢｍである場合の３種類のＯＦＤＭ信号のコンスタレーションを示している。図６Ａ及び図６Ｂは、受信光パワーが−７ｄＢｍである場合の４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８後の従来型の１６−ＱＡＭ  ＯＦＤＭ及びハーフサイクル化１６−ＱＡＭ  ＯＦＤＭの誤り率対ペイロードインデクスをそれぞれ示している。ハーフサイクル法によるＳＳＭＩキャンセルの後、誤り率は、大幅に低減された。
【００３５】
１６−ＱＡＭ  ＯＦＤＭ送信において、ＢＥＲ対受信光パワーも測定した。ＯＢＴＢの曲線及び４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８送信後の曲線は、ハーフサイクル法によって、ＳＥを低下させることなく、ＳＳＭＩが解消されていることを示している。受信機感度は、４０ｋｍのＳＳＭＦ−２８送信を伴うＱＰＳＫ及び１６ＱＡＭ  ＯＦＤＭにおいて、それぞれ２ｄＢ及び１．５ｄＢ向上した。
【００３６】
図８は、例示的なデジタル通信方法８００のフローチャートを示している。方法８００は、データをＯＦＤＭシンボルに変調するステップ（８０２）と、光直交周波数分割多重（orthogonal frequency division multiplexed：ＯＦＤＭ）信号を送信するステップ（８０４）とを有し、この送信するステップは、Ｔ／２の期間の間、ＯＦＤＭシンボルの半分のサイクルを送信することを含む。ここで、Ｔは、ＯＦＤＭシンボルのシンボル期間を表している。ＯＦＤＭシンボルは、複数の副搬送波（例えば、３２、１２８又は２５６の副搬送波）から構成され、１つおきの副搬送波は、データによって変調しないことによって、抑圧されている。幾つかの実施形態においては、半分のサイクルは、シンボル期間の前半（例えば、時刻０からＴ／２の間）である。例えば、図１Ｈ、図１Ｉ及び図１Ｊに関連して上述した実施形態では、ＯＦＤＭシンボルは、３２個の副搬送波から構成される。副搬送波には、１から３２のインデクスを付すことができる。図１Ｈ、図１Ｉ及び図１Ｊに示すように、１つおき又は交互の副搬送波であるＯＦＤＭシンボルの偶数副搬送波（インデクス２、４、６…３２が付された副搬送波）のみをデータによって変調する。奇数副搬送波（インデクス１、３、５、…３１が付された副搬送波）は、データが変調されず、抑圧される（例えば、情報信号を搬送しない）。もちろん、実際の具体例では、雑音及び実際的な制約のため、例えば、搬送波漏洩等のために、奇数副搬送波において幾らかの放射エネルギが観測されることがある。
【００３７】
幾つかの実施形態においては、シンボル期間の（連続する又は不連続の）何れの半分を送信してもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、シンボル期間の後半を送信してもよい。上述した通り、抑圧される副搬送波は、ＯＦＤＭシンボルの奇数副搬送波であってもよい。これに代えて、変調される副搬送波は、ＯＦＤＭシンボルの偶数副搬送波であってもよい。
【００３８】
図９に示す例示的なＯＦＤＭ送信装置９００は、データをＯＦＤＭシンボルに変調するモジュール９０２と、ＯＦＤＭシンボルの副搬送波の第１のセットをデータによって変調し、ＯＦＤＭシンボルの副搬送波の第２のセットをデータによって変調せずに抑圧することによってＯＦＤＭシンボルを生成するモジュール９０４とを備える。第１のセットの副搬送波及び第２のセットの副搬送波は、シンボルの周波数領域表現内で互いに交互になり、例えば、第１のセットは、奇数副搬送波の全てを含み、第２のセットは、偶数副搬送波の全てを含んでいてもよく、又はこの逆であってもよい。
【００３９】
図１０及び図１１に示す幾つかの実施形態では、変調された信号を受信するプロセス１０００は、受信機１１００において、（例えば、モジュール１００２によって）期間Ｔ／２に相当する継続期間に亘ってシンボル期間ＴのＯＦＤＭシンボルの２分の１のサイクルの光ＯＦＤＭ信号を受信するステップ（１００２）を有する。ＯＦＤＭシンボルは、上述したハーフサイクル変調法を用いて変調されている。そして、受信機１１００（例えば、モジュール１１０４）は、受信したハーフサイクルから、データを復元する（１００４）。データの復元は、受信したハーフサイクルを処理し、受信信号の後半サイクルを再生することを含んでいてもよい。この再生は、例えば、式（１）〜（９）を用いて説明した数学的な特性を利用して、単に受信信号を複製することによって又は受信信号の逆の（符合又は位相を逆転させた）バージョンを複製することによって行ってもよい。
【００４０】
そして、受信した前半サイクルと、再生した後半サイクルから構成される完全サイクルの信号に対してＦＦＴ演算を実行する。ＦＦＴ演算の出力は、送信されたＯＦＤＭシンボルの受信コピーである。次に、周知のＯＦＤＭ復調技術を用いて、変調データを復元する。
【００４１】
幾つかの実施形態においては、受信機は、時刻Ｔ／２からＴまでの期間において、次の変調されたＯＦＤＭシンボルの２分の１サイクルのバージョンを受信してもよい。受信機は、前半の期間に受信した第１のシンボルのハーフサイクルバージョン及び後半の期間に受信した第２のシンボルのハーフサイクルバージョンを受信機において互いに並列に復調してもよい。
【００４２】
なお、本明細書は、偶数副搬送波のみにデータ変調を適用することによって、信号のスペクトル効率を低下させることなく副搬送波間の混合干渉を軽減する技術を提供する。幾つかの実施形態では、使用可能な全ての副搬送波の半分（偶数副搬送波）を変調し、これに対応する時間領域信号の半分を送信することによって干渉を軽減する。
【００４３】
また、光通信についての特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、例えば、無線（ＬＴＥ（Long Term Evolution）、４Ｇ、５Ｇ、８０２．１１等）及び有線（同軸ケーブル、電話回線、家庭用送電線等）の送信機及び受信機を用いる他のＯＦＤＭ通信システムにも適用できる。
【００４４】
ここに開示した実施形態及び他の実施形態、モジュール並びに機能的な動作は、デジタル電子回路で実現してもよく、本明細書に開示した構造及びこれらの構造的な均等物を含むコンピュータソフトウェア、ファームウェア又はハードウェアで実現してもよく、これらの１つ以上の組合せで実現してもよい。ここに開示した実施形態及び他の実施形態は、１つ以上のコンピュータプログラム製品、すなわち、コンピュータが読取可能な媒体内に符号化され、データ処理装置によって実行され、又はデータ処理装置の動作を制御するコンピュータプログラム命令の１つ以上のモジュールとして実現することもできる。コンピュータが読取可能な媒体は、機械可読のストレージデバイス、機械可読のストレージ基板、メモリデバイス、機械可読の伝播信号に作用する組成物又はこれらの１つ以上の組合せであってもよい。用語「データ処理装置」は、データを処理するための全ての装置、デバイス及び機械を包含し、一例としてプログラミング可能なプロセッサ、コンピュータ、複数のプロセッサ又はコンピュータがこれに含まれる。装置は、ハードウェアに加えて、当該コンピュータプログラムの実行環境を作成するコード、例えば、プロセッサファームウェアを構成するコード、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム又はこれらの１つ以上の組合せを含むことができる。伝播信号は、人工的に生成された信号であり、例えば、適切な受信装置への伝送のために情報を符号化するように機械が生成した電気信号、光信号又は電磁波信号である。
【００４５】
コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト又はコードとも呼ばれる。）は、コンパイラ言語又はインタープリタ言語を含む如何なる形式のプログラミング言語で書いてもよく、例えば、スタンドアロンプログラムとして、若しくはモジュール、コンポーネント、サブルーチン又は演算環境での使用に適する他のユニットとして、如何なる形式で展開してもよい。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルシステム内のファイルに対応していなくてもよい。プログラムは、他のプログラム又はデータを含むファイル（例えば、マークアップ言語文書内に保存された１つ以上のスクリプト）の一部に保存してもよく、当該プログラムに専用の単一のファイルに保存してもよく、連携する複数のファイル（例えば、モジュール、サブプログラム又はコードの一部を保存する１つ以上のファイル）に保存してもよい。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で実行されるように展開してもよく、１つの場所に設けられた又は複数の場所に亘って分散され、通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように展開してもよい。
【００４６】
本明細書に開示したプロセス及びロジックフローは、入力データを処理し、出力を生成することによって機能を実現する１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラミング可能なプロセッサによって実現してもよい。プロセス及びロジックフローは、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array：ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit：ＡＳＩＣ）等の専用論理回路によって実行してもよい。
【００４７】
コンピュータプログラムの実行に適するプロセッサには、一例として、汎用マイクロプロセッサ及び専用マイクロプロセッサの両方、並びにあらゆる種類のデジタルコンピュータの１つ以上のプロセッサの何れかを含ませてもよい。プロセッサは、通常、読出専用メモリ若しくはランダムアクセスメモリ、又はこれらの両方から命令及びデータを受け取る。コンピュータの基本的な要素は、命令を実行するプロセッサと、命令及びデータを保存する１つ以上のメモリデバイスである。また、コンピュータは、通常、データを保存するための１つ以上の大容量記憶装置、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク又は光ディスクを含み、若しくは、大容量記憶装置からデータを受信し、大容量記憶装置にデータを伝送し、又はこの両方の動作を行うように大容量記憶装置に動作的に接続されている。但し、コンピュータは、必ずしもこのような装置を有する必要はない。コンピュータプログラム命令及びデータの格納に適するデバイスには、一例として挙げれば、半導体記憶デバイス、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ及びフラッシュメモリデバイスを含む全ての形式の不揮発性メモリ、磁気ディスク、例えば、内蔵ハードディスク又はリムーバブルディスク、光磁気ディスク、並びにＣＤ−ＲＯＭディスク及びＤＶＤ−ＲＯＭディスク等が含まれる。プロセッサ及びメモリは、専用論理回路によって補ってもよく、専用論理回路に組み込んでもよい。
【００４８】
本明細書は、多くの詳細事項を含んでいるが、これらの詳細事項は、特許請求している又は特許請求することができる本発明の範囲を限定するものとは解釈されず、本発明の特定の実施形態の特定の特徴の記述として解釈される。本明細書において、別個の実施形態の文脈で開示した幾つかの特徴を組み合わせて、単一の実施形態として実現してもよい。逆に、単一の実施形態の文脈で開示した様々な特徴は、複数の実施形態に別個に具現化してもよく、適切な如何なる部分的組合せとして具現化してもよい。更に、以上では、幾つかの特徴を、ある組合せで機能するものと説明しているが、初期的には、そのように特許請求している場合であっても、特許請求された組合せからの１つ以上の特徴は、幾つかの場合、組合せから除外でき、特許請求された組合せは、部分的組合せ又は部分的な組合せの変形に変更してもよい。同様に、図面では、動作を特定の順序で示しているが、このような動作は、所望の結果を達成するために、図示した特定の順序又は順次的な順序で行う必要はなく、また、図示した全ての動作を行う必要もない。
【００４９】
幾つかの具体例及び実施例のみを開示した。ここに開示した内容に基づいて、上述した具体例及び実施例及び他の実施例を変形、変更及び拡張することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図１Ｊ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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