(57)【要約】  クワドラチャ・デュオバイナリ変調信号を含む信号を受信するシステム、デバイス及び技術は、定マルチモジュラスを用いて、受信した信号のチャネル等化を実行して、一組のチャネル推定係数及びシンボルストリームを取得し、モジュラスに基づいて、シンボルストリームを３つの部分に分割し、分割されたシンボルストリームに基づいて、搬送波周波数オフセットを推定し、最尤アルゴリズムを用いて、信号の位相を回復し、分割されたシンボルストリームを復号して、データを回復する。【選択図】  図１
2015530797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３モジュラス・コンステレーションを有するクワドラチャ・デュオバイナリ変調信号を含む信号を受信するステップと、
定マルチモジュラスを用いて、前記受信した信号のチャネル等化を実行して、一組のチャネル推定係数及びシンボルストリームを取得するステップと、
モジュラスに基づいて、前記シンボルストリームを３つの部分に分割するステップと、
前記分割されたシンボルストリームに基づいて、搬送波周波数オフセットを推定するステップと、
最尤アルゴリズムを用いて、前記信号の位相を回復するステップと、
前記分割されたシンボルストリームを復号して、データを回復するステップと
を含む光通信方法。
【請求項２】
少なくとも幾つかのコンステレーション点を回転させるステップを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記回転させるステップは、前記搬送波周波数オフセットを推定するステップの間に実行される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記回転させるステップは、前記信号の位相を回復するステップの間に実行される、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記回転は、π／４の角度による回転を含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記３モジュラス・コンステレーションは、９シンボル直交振幅変調コンステレーションを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
３モジュラス・コンステレーションを有するクワドラチャ・デュオバイナリ変調信号を含む信号を受信する受信機と、
定マルチモジュラスを用いて、前記受信した信号のチャネル等化を実行して、一組のチャネル推定係数及びシンボルストリームを取得するチャネル等化器と、
モジュラスに基づいて、前記シンボルストリームを３つの部分に分割するシンボル分割器と、
前記分割されたシンボルストリームに基づいて、搬送波周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定器と、
最尤アルゴリズムを用いて、前記信号の位相を回復する位相回復器と、
前記分割されたシンボルストリームを復号して、データを回復するデータ復号器とを備える光通信装置。
【請求項８】
少なくとも幾つかのコンステレーション点を回転させる回転器を更に備える請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記周波数オフセット推定器が前記回転器を含む請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記位相回復器が前記回転器を含む請求項８記載の装置。
【請求項１１】
３モジュラス・コンステレーションを有するクワドラチャ・デュオバイナリ変調信号を含む信号を受信する手段と、
定マルチモジュラスを用いて、前記受信した信号のチャネル等化を実行して、一組のチャネル推定係数及びシンボルストリームを取得する手段と、
モジュラスに基づいて、前記シンボルストリームを３つの部分に分割する手段と、
前記分割されたシンボルストリームに基づいて、搬送波周波数オフセットを推定する手段と、
最尤アルゴリズムを用いて、前記信号の位相を回復する手段と、
前記分割されたシンボルストリームを復号して、データを回復する手段と
を備える光通信装置。
【請求項１２】
少なくとも幾つかのコンステレーション点を回転させる手段を更に備える請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記周波数オフセットを推定する手段が前記回転させる手段を含む、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記位相を回復する手段が前記回転させる手段を含む、請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
前記３モジュラス・コンステレーションは、９シンボル直交振幅変調コンステレーションを含む、請求項１１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年８月９日に出願された米国仮出願番号６１／６８１，４６２号の優先権を主張する。この特許文献の全体は、引用によって、本願の一部として援用される。
技術分野
本発明は、光信号の処理のためのシステム、デバイス及び技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高まり続ける帯域幅要求を満足させるために、光ファイバ等の光通信媒体を使用するネットワークが普及しつつある。光ネットワークは、多くの場合、ユーザとネットワークとの間、及びネットワークのバックホールで広帯域ビデオデータを伝送するために使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光通信性能を向上させる技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、特に、光通信受信機の性能を向上させるシステム、デバイス及び技術を提供する。
【０００５】
一態様においては、ここに開示する技術は、カスケーデッド・マルチモジュラス・アルゴリズム（cascaded multi-modulus algorithm）、マルチモジュラス周波数オフセット推定（multi-modulus frequency offset estimation：ＦＯＥ）を用いる４位相偏移変調（Quadrature Phase Shift Keying：ＱＰＳＫ）の分割、及び最尤（maximum likelihood：ＭＬ）位相推定による搬送波位相回復（carrier phase recovery：ＣＰＲ）に基づくブラインド偏光多重化分離技術（blind polarization de-multiplexing technique）を含む。
【０００６】
この態様及び他の態様、並びにこれらの具体例は、添付の図面、詳細な説明及び特許請求の範囲に記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）１つの偏光に対してＷＳＳ又は波形整形器（waveshaper）によってクワドラチャ・デュオバイナリ（ＱＤＢ）スペクトル整形を行う偏向変調ＱＰＳＫ（ＰＭ−ＱＰＳＫ）の具体例及び（ｂ）ＱＤＢスペクトル整形の前後のＰＭ−ＱＰＳＫ信号のコンステレーションを示す図である。
【図２】ＱＤＢスペクトル整形ＰＤＭ−ＱＰＳＫのＣＭＭＡを示す図である。
【図３】ＱＰＳＫ分割及び回転を示す図である。
【図４】ジョイント偏光ＱＰＳＫ分割ＦＯＥのブロック図である。
【図５】ＱＰＳＫ分割／ＭＬに基づく２段階位相推定のブロック図である。
【図６】異なるスペクトル整形帯域幅の条件下におけるＣＭＭＡ及びＣＭＡの正規化されたタップの振幅周波数応答の具体例を示す図である。
【図７Ａ】ブロックサイズＮのＦＯＥの性能への影響を示す図である。
【図７Ｂ】異なる周波数オフセットに対するＦＯＥアルゴリズムの性能を示す図である。
【図８Ａ】異なる線幅及びＱＤＢ帯域幅について、ＯＳＮＲによって変化する最適なグループサイズｍを示す図である。
【図８Ｂ】異なるＱＤＢ帯域幅について、線幅によって変化する１Ｅ−３のＢＥＲにおけるＯＳＮＲペナルティを示す図である。
【図９】異なるＤＳＰスキームについて、ＱＤＢスペクトル整形帯域幅によって変化するＢＥＲ性能のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】異なるＤＳＰスキームについて、ＯＳＮＲによって変化するバックトゥバックＢＥＲ性能を示す図である。
【図１１】光通信プロセスのフローチャートである。
【図１２】光通信受信機の一部のブロック図である。
【図１３】光通信システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
マルチモジュラス・ブラインド等化（multi-modulus blind equalization：ＭＭＢＥ）に基づくクワドラチャ・デュオバイナリ（quadrature duobinary：ＱＤＢ）スペクトル整形（spectrum shaped）偏光多重化（polarization multiplexed）４位相偏移変調（quadrature phase shift keying:ＰＭ−ＱＰＳＫ）のための新規なデジタル信号処理（digital signal processing：ＤＳＰ）スキームを、シミュレーション及び実験結果と共に開示及び説明する。この新規なデジタル信号処理スキームのためのアルゴリズムは、ブラインド偏光多重分離（blind polarization de-multiplexing）のためのカスケーデッド・マルチモジュラス・アルゴリズム（cascaded multi-modulus algorithm：ＣＭＭＡ）、マルチモジュラスＱＰＳＫ（multi-modulus QPSK）分割（partitioning）周波数オフセット推定（frequency offset estimation：ＦＯＥ）、及び最尤位相推定（maximum likelihood phase estimation）による２段階（two stage）搬送波位相回復（carrier phase recovery：ＣＰＲ）を含む。最終的な信号は、データＢＥＲ測定のための最尤シーケンス検出（maximum-likelihood sequence detection：ＭＬＳＤ）によって検出される。ここに開示するデジタル信号処理スキームの実行可能性は、ナイキストＷＤＭチャネルのための２５ＧＨｚ帯域幅波形整形器を用いた１１２Ｇｂ／ｓのＱＤＢスペクトル整形ＰＭ−ＱＰＳＫ信号の実験によって証明される。
【０００９】
本明細書では、以下のような略語を使用する。
【００１０】
【表１】
2015530797.tif 000003
【００１１】
図１３は、本明細書に開示する技術を実装できる光通信システム１００のブロック図である。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に光信号を伝送する。伝送される光信号は、図を明瞭にするために図１３には示していない増幅器、リピータ、スイッチ等の中間的光学機器を通過させてもよい。ここに開示する送信技術は、送信機１０２の送信サブシステムにおいて実装することができる。ここに開示する受信技術は、受信機１０６の受信機サブシステムにおいて実装することができる。
【００１２】
近年、ＱＤＢスペクトル整形技術は、特に１００Ｇ（１００ギガビット毎秒）及び２００Ｇ（２００ギガビット毎秒）コヒーレント光通信におけるＱＰＳＫ信号に関して、ＳＥ、チャネルクロストークへの許容誤差及びＣＤが略々２倍になるため、大きな注目を集めている。ＱＤＢフォーマット及びＰｏｌＭｕｘ（偏光多重）スキームを用いることによって、狭帯域光フィルタリングに対する許容誤差の向上と共に、４ビット／ｓ／Ｈｚ以上のＳＥが実現されることが証明されている。しかしながら、フィルタリング効果によって生じるコンステレーションのゼロ点のために、ＰＭ−ＱＰＳＫコヒーレント検出のための従来のＣＭＢＥアルゴリズムは、新しい技術への互換性を有していない。従来のＤＳＰベースのスキームを使用できるようにするために、幾つかの従来の技術は、前置フィルタリング段階及び後置フィルタリング段階を用いている。また、ＱＤＢシステムでは、８乗ベース（eighth power based）のビタビ搬送波位相回復（carrier phase recovery：ＣＰＲ）も用いられている。しかしながら、従来の技術では、１つの偏光しか考慮されない。また、半径方向・定モジュラス・アルゴリズム（radius-directed constant modulus algorithm：ＲＤ−ＣＭＡ）によるＰＭ  ＱＤＢシステムも既に提案されている。しかしながら、このインプリメンテーションは、搬送波周波数オフセット推定及び位相回復を含む幾つかの主要な適応等化を考慮していない。従来の技術では、ＰＭ８−ＱＡＭシステムで使用されるカスケーデッド・マルチモジュラス・アルゴリズム（ＣＭＭＡ）が良好なモジュラス判定性能を示し、これによって、ＱＤＢ  ＰＭ−ＱＰＳＫシステムにおいて、マルチモジュラス・ブラインド等化（ＭＭＢＥ）を使用できる可能性が生じた。一方、幾つかの従来の技術では、ＱＤＢ  ＰＭ−ＱＰＳＫ信号に対する最尤シーケンス検出（ＭＬＳＤ）の利点が示されている。
【００１３】
本明細書では、ＭＭＢＥに基づくＱＤＢスペクトル整形ＱＰＳＫのデジタル信号処理（ＤＳＰ）スキームの実験結果を開示及び提供する。幾つかの実施形態では、ブラインド偏光多重分離のためのＣＭＭＡアルゴリズム、マルチモジュラスＱＰＳＫ分割ＦＯＥ、及びＭＬ位相推定を含む２段階ＣＰＲを開示する。最終的な信号は、データＢＥＲ測定のためにＭＬＳＤによって検出される。ここに開示するデジタル信号処理スキームの実行可能性は、ナイキストＷＤＭ（ＮＷＤＭ）チャネルのための２５ＧＨｚ帯域幅波形整形器による１１２Ｇｂ／ｓ  ＱＤＢスペクトル整形ＰＭ−ＱＰＳＫ信号の実験によって証明される。
【００１４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、スペクトル整形は、電気領域において、２つの電気的ローパスフィルタを用いて、又は光領域において、光ＱＰＳＫ変調の後に同じ性能を有する光学帯域通過フィルタを用いて実行できる。シンボルレートがＲｓのＰＭ−ＱＰＳＫ信号については、Ｒｓ以下の３ｄＢ通過帯域幅を有する波形整形器（waveshaper）又は波長選択スイッチ（ＷＳＳ）１６０を用いて、図１（ａ）に示すようなスペクトル整形を行う。システム１５０は、光源ＥＣＬ１５２を備え、これによってＩデータ１５４及びＱデータ１５６が変調されてＩ／Ｑデータ１５８が生成され、Ｉ／Ｑデータ１５８は、ＷＳＳ１６０を通過する。ＱＤＢスペクトル整形の前後のＰＭ−ＱＰＳＫ信号コンステレーションを図１（ｂ）に示す。ＱＤＢスペクトル整形の後に４点ＱＰＳＫ信号（１６２）は、フィルタリング効果（１６４）のためにコンステレーション内にゼロ点を有する９点デュオバイナリＱＰＳＫ信号になる。ＱＤＢ整形された信号は、ＱＰＳＫと比べてスペクトルが大幅に狭くなり、スペクトルサイドローブも大きく抑制される。ＱＤＢ  ＱＰＳＫ信号の９点は、異なる半径を有する３つの円上に位置している（図２参照）。
【００１５】
３モジュラス・コンステレーション位置に基づき、ＱＤＢスペクトル整形信号のための新しいマルチモジュラスＤＳＰスキームを開示する。以下では、偏光多重分離、周波数オフセット推定（ＦＯＥ）及び搬送波位相回復（ＣＰＲ）を含むこれらのＤＳＰアルゴリズムをシミュレートし、１１２Ｇｂ／ｓ  ＱＤＢスペクトル整形ＰＭ−ＱＰＳＫシミュレーション結果と共に開示する。
【００１６】
ＱＤＢ  ＰＭ−ＱＰＳＫのためのカスケーデッド・マルチモジュラス・アルゴリズム
従来のＣＭＡは、ＱＤＢスペクトル整形ＰＭ−ＱＰＳＫに対する良好な互換性を有していない。これは９点信号が一定のシンボル振幅を示さないためである。このため、均等化の後に付加的な雑音が生じるだけではなく、フィルタタップ周波数応答による問題も生じる。したがって、ここでは、ＰＭ８−ＱＡＭシステムにおいて、ブラインド偏光多重分離のために、モジュラス判定性能が良好なＣＭＭＡを使用する。
【００１７】
ＱＤＢスペクトル整形ＰＤＭ−ＱＰＳＫ信号のためのＣＭＭＡの幾つかの態様を図２に示す。これは、４バタフライ構成の適応デジタル等化器でもある。ここで、εｘ，ｙは、フィルタタップ更新のためのフィードバック信号誤差である。３個の基準円Ａ１〜Ａ３を導入することによって、８ＱＡＭ信号に理想的なＱＤＢ信号を適用した場合、最終誤差がゼロに近付くことがある。Ｒ１〜Ｒ３は、３モジュラスＱＤＢ  ＰＤＭ−ＱＰＳＫ信号の半径であり、Ｚｘ，ｙは、等化器の出力である。この結果、理想的な９点信号の場合であっても、通常のＣＭＡ誤差信号は、ゼロに近付かないことは明らかである。
【００１８】
ジョイント偏光ＱＰＳＫ分割ＦＯＥ（Joint-Polarization QPSK Partitioning FOE）
１６−ＱＡＭコヒーレントシステムにおけるＦＯＥについての分割スキームを説明したが、分割によって９点ＱＤＢスペクトル整形信号のＦＯＥのために、通常のｍ乗アルゴリズムを用いることもできる。一方、偏光多重化コヒーレントシステムでは、２つの偏光信号のために同じ送信機及びＬＯを用いる。これによって、２つの偏光信号の両方が同じ周波数オフセットによる影響を受ける。この問題を解決するために、ＦＯＥのためのジョイント偏光ＱＰＳＫ分割アルゴリズムを用いる。
【００１９】
図３及び図４は、ＦＯＥのためのジョイント偏光ＱＰＳＫ変調分割アルゴリズム（Joint Polarized QPSK modulation Partition Algorithm：ＪＰＭＰＡ）の原理及びブロック図４００を示している。ＣＭＭＡによる偏光多重分離の後に、受信したＸ及びＹ偏光シンボル（４０２）を、まず、円半径が異なる３つのグループに分割する（４０４，３０２）。幾つかの実施形態では、連続するＲ１シンボル及びＲ２シンボルの対のみを選択して推定し、アルゴリズムの複雑性を低減する（４０６）。そして、Ｒ２シンボルを−π／４回転させ（４０８，３０４）、正規化する（３０６）。一方、Ｒ１シンボルは、正規化（４１０）だけを行う。この後、２つのグループを「ＱＰＳＫ」と同様のコンステレーションで結合できる。これによって、ＱＰＳＫのための４乗周波数推定を行うことができるようになる。Ｎ組のＲ１シンボル及びＲ２シンボルについて、周波数オフセットによって生じる位相角推定は、以下の通りである（４１２）。
【００２０】
【数１】
2015530797.tif 000004
ここで、Ｓｋは、Ｒ１グループ及びＲ２グループの結合及び正規化されたシンボルであり、Ｔｓは、シンボル期間であり、Δｆｅｓｔは、推定された周波数オフセットである。両方の偏光シンボルの周波数オフセットは、ｅ−ｊｎΔθｅｓｔによって補償できる。周波数オフセットΔｆｅｓｔは、４乗演算（4th power operation）において、［−１／（８Ｔｓ），＋１／（８Ｔｓ）ｔ］の範囲内と推定できる。
【００２１】
２段階ＱＰＳＫ分割／ＭＬ搬送波位相回復
上述したように、ＱＰＳＫ分割スキームは、ＱＤＢスペクトル整形信号のためのＣＰＲにおいて使用することもできる。一方、最尤アルゴリズムは、１６ＱＡＭ位相推定を向上させ、複雑性が低い。そこで、図５のＸ／Ｙ偏光入力５０２に関するシステム５００として示すように、ＱＰＳＫ分割／ＭＬに基づく２段階位相回復を提案する。
【００２２】
Ｒ１及びＲ２リング分割（５０４）、回転及び正規化（５０８、５１０）等の幾つかの態様は、図３と同様である。実際には、ＦＯＥ及び位相回復のための分割ステップは、１つにすることができる。この後、まず、Ｒ２シンボルをπ／４回転させ、正規化し、Ｒ１シンボルは、正規化のみを行い、この後、Ｒ２シンボルとＲ１シンボルとを結合する。ここで、結合されたシンボルの全てをグループとして使用でき、ｍは、各グループ内のシンボルの数である。以下のように、第１段階では、ビタビ−ビタビ位相推定（ＶＶＰＥ）５１２によって、位相φ１ｅｓｔを推定できる。
【００２３】
【数２】
2015530797.tif 000005
【００２４】
そして、以下のように、第２段階では、ＭＬに基づいて、位相φ２ｅｓｔを推定する（５１４）。
【００２５】
【数３】
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ここで、ｙｋは、第１段階の位相回復の後のｘｋの判定である。第２段階の位相回復は、最終的な出力の前に行われる。
【００２６】
シミュレーション結果による性能
ここに開示するＤＳＰスキームを１１２Ｇｂ／ＰＭ−ＱＰＳＫ信号に適用したシミュレーションを行った。ＱＤＢスペクトル整形は、市販の波形整形器に近い異なる３ｄＢの帯域幅を有する４次ガウス型光学バンドパスフィルタによって行った。上述したＤＳＰの後に、データＢＥＲ測定のためのＭＬＳＤによって最終出力を検出した。
【００２７】
図６は、２０ＧＨｚから２８ＧＨｚでスペクトル整形されたＣＭＭＡ及びＣＭＡタップについて、ナイキスト帯域幅における正規化されたタップの振幅周波数応答を示している。ここで、Ｒｓは、シンボルレートである。ここに示すように、ＣＭＭＡは、雑音を圧縮する周波数応答の性能が良い。スペクトル整形を鋭くすると、ナイキストＷＤＭチャネルの±Ｒｓ／２前後の雑音が大きくなる。但し、ＣＭＭＡタップは、±Ｒｓ／２で抑圧される。図６の挿入図６０２は、ＣＭＭＡの後のコンステレーションを示している。
【００２８】
図７Ａは、異なるＱＤＢスペクトル整形帯域幅及びＯＳＮＲについて、ここに開示するＦＯＥアルゴリズムの式（１）におけるＢＥＲ性能に関するブロックサイズＮの影響を示している（チャート７０２）。ここでは、オフセット周波数をΔｆとし、Ｔｓ＝０．１とし、信号源の線幅及びＬＯをΔｖ＝１００ｋＨｚとした。これによって、異なるＱＤＢスペクトル整形帯域幅及びＯＳＮＲの条件下でのＦＯＥについて、Ｎ＝１００００（７０４の近傍）が最適のブロックサイズであることがわかる。図７Ｂのチャート７５２は、異なるＱＤＢスペクトル整形帯域幅及び１６ｄＢのＯＳＮＲの条件下で、ＦＯＥ範囲全体における異なる周波数オフセットについてのＦＯＥ結果の性能を示している。ここに開示するＦＥＯアルゴリズムは、異なるＱＤＢスペクトル整形帯域幅について、推定範囲内全体で良好な推定精度を示している。
【００２９】
図８Ａは、ここに開示する２段階ＣＰＲアルゴリズムの式（２）及び式（３）における最適なグループサイズｍを示しており、この値は、異なる線幅及びＱＤＢスペクトル整形帯域幅のためのＯＳＮＲによって変化する。この図は、最適なｍがＯＳＮＲ及び線幅と共に減少することを示している。線幅が狭くなると、最適のｍは、より大きく、ＡＳＥ雑音に対してより敏感になる。一方、より小さいＯＳＮＲに対してＡＳＥ雑音が大きくなると、位相推定及び回復のためにグループサイズｍを大きくする必要がある。図８Ｂは、線幅Δｖ＊Ｔｓによって変化する異なるＱＤＢスペクトル整形帯域幅についてのＯＳＮＲペナルティ（１×１０−３のＢＥＲ）のシミュレーション結果を示している。２５ＧＨｚのＱＤＢ帯域幅は、最良の性能を示しており、この帯域幅は、１ｄＢのＯＳＮＲペナルティで５Ｅ−４のΔｖ＊Ｔｓを許容できる。
【００３０】
図９は、単一搬送波（single carrier：ＳＣ）及びＮＷＤＭの両方に関して、従来の定モジュラス・アルゴリズムのＣＭＢＥ（９０６、９０８）及びここに開示するＭＭＢＥのマルチモジュラス・アルゴリズムについて、ＱＤＢスペクトル整形帯域幅によって変化するバックトゥバックＢＥＲ特性のシミュレーション結果を示している。ここでは、ＯＳＮＲを１６ｄＢに保った。このグラフから、本発明のＭＭＢＥスキーム（９０２、９０４）は、強いＱＤＢスペクトル整形及び他のチャネルからのクロストークに対する耐性が強いことがわかる。ＮＷＤＭのための従来のＣＭＢＥは、クロストーク及び強い整形のために性能が悪い。また、このグラフから、ここに開示するＭＭＢＥスキームの最適なＱＤＢスペクトル整形帯域幅は、ＳＣについては、２３〜２５ＧＨｚ、ＮＷＤＭについては、２１〜２３ＧＨｚであることがわかる。
【００３１】
実験結果
また、ここに開示する方法の有効性を２８ＧｂａｕｄＱＤＢスペクトル整形ＮＷＤＭ  ＰＭ−ＱＰＳＫバックトゥバック試験によって検査した。ＮＷＤＭサブチャネルは、２５ＧＨｚ搬送波間隔及び等しいトーンパワーによる位相及び強度変調器に基づくコム発生器（comb generator）によって生成した。ＱＰＳＫ変調のために、電気的２チャネルのパルスパターン生成器（pulse pattern generator：ＰＰＧ）から２１３−１のワード長の２８−Ｇｂａｕｄのバイナリ電気信号を生成した。Ｉ／Ｑ変調器をｎｕｌｌ点でバイアスし、フルスイングで駆動し、ゼロチャープ０及びπ位相変調を行った。信号を半分にするＰＭ−ＯＣと、１５０シンボル分の遅延を提供する光遅延線と、信号を再結合する偏光ビーム結合器（ＰＢＣ）とを備える偏光マルチプレクサによって、信号の偏光多重化を行った。偶数チャネル及び奇数チャネルを個別に変調し、偏光多重化した。この後、それらは、１９．５ＧＨｚ及び２５ＧＨｚ間隔の３ｄＢ帯域幅を有する市販のＷＳＳによって、結合されるとともに、ＱＤＢスペクトル整形された。受信機では、０．４ｎｍの３ｄＢ帯域幅を有する１個の同調型バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いて、測定サブチャネルを選択した。受信機では、偏光及び位相ダイバースコヒーレント光ホモダイン検波（polarization and phase diverse coherent homodyne detection）を採用した。ここで、送信機のＥＣＬの線幅及び受信機のＬＯは、何れも１００ｋＨｚより小さい。５０−ＧＳａ／ｓのサンプリングレートのデジタル範囲でアナログ／デジタル変換（ＡＤＣ）を行った。そして、受信データは、コンピュータによってオフラインでデジタル処理した。まずデータを５６Ｇｓａ／ｓに再サンプリングし、ここに開示する偏光多重化分離、搬送波周波数オフセット推定及び位相回復のためのＭＭＢＥアルゴリズムによって処理した後にＢＥＲ測定を行った。
【００３２】
図１０は、通常のＣＭＢＥ及びここに開示するＭＭＢＥスキームについてのＯＳＮＲによって変化する測定されたバックトゥバックＢＥＲ性能を比較（１０００）として示している。このグラフから、マルチモジュラススキームＭＭＢＥ（下側の曲線）に基づく本発明のスキームは、従来のＣＭＢＥスキーム（上側の曲線）と比べて、ＢＥＲ性能が良好であることがわかる。また、図１０の挿入図１００６、１００８は、１９．８ｄＢのＯＳＮＲにおいて２つのスキームから得られたＸ及びＹ偏光のコンステレーションを示している。これらの挿入図から、本発明に基づくスキームから得られた９点コンステレーションにおいて、雑音の抑制が向上していることがわかる。
【００３３】
以上、ＭＭＢＥに基づくＱＤＢスペクトル整形ＱＰＳＫのための新しいＤＳＰスキームを開示し、実験結果を示した。この新しいＤＳＰスキームのためのアルゴリズムは、ブラインド偏光多重分離のためのＣＭＭＡ、マルチモジュラスＱＰＳＫ分割ＦＯＥ、及びＭＬ位相推定を含む２段階ＣＰＲを含む。最終的な信号は、データＢＥＲ測定のためにＭＬＳＤによって検出される。ここに開示するデジタル信号処理スキームの実行可能性は、ナイキストＷＤＭ（ＮＷＤＭ）チャネルのための２５ＧＨｚ帯域幅波形整形器によってＱＤＢ整形された１１２Ｇｂ／ｓ  ＱＤＢスペクトル整形ＰＭ−ＱＰＳＫ信号の実験によって証明される。本発明に基づくスキームは、従来のＣＭＢＥスキームと比べて、ＢＥＲ性能が良好である。
【００３４】
図１１は、光通信方法１１００のフローチャートである。幾つかの具体例では、この方法は、光通信システムの受信機側で実現してもよい。１１０２では、３モジュラス・コンステレーションを有するクワドラチャ・デュオバイナリ変調信号を含む信号を受信する。幾つかの具体例では、電気領域で電気的ローパスフィルタによってＩ及びＱシンボルストリームをスペクトル整形することによって信号を生成してもよい。幾つかの具体例では、光領域ＱＰＳＫを用いてＩ及びＱシンボルを変調した後に、光領域バンドパスフィルタを用いて、信号を生成してもよい。幾つかの具体例では、所定数（例えば、９）のモジュラスのコンステレーションを使用してもよい。
【００３５】
１１０４において、定マルチモジュラス（constant multi-modulus）を用いて受信信号のチャネル等化を実行し、一組のチャネル推定係数及びシンボルストリーム（stream of symbols）を取得する。幾つかの具体例では、図２及び図３に関連した説明した技術を使用する。
【００３６】
１１０６では、モジュラスに基づいて、シンボルストリームを３つの部分に分割する。幾つかの具体例では、他の所定数の分割数（例えば、９）を用いてもよい。
【００３７】
１１０８において、分割されたシンボルストリームに基づいて、信号の搬送波周波数オフセットを推定する。
【００３８】
１１１０において、最尤アルゴリズムを用いて、信号の位相を回復する。
【００３９】
１１１２において、分割されたシンボルストリームを復号して、データを回復する。
【００４０】
図１２は、光通信信号を受信する装置１２のブロック図である。モジュール１２０２は、３モジュラス・コンステレーションを有するクワドラチャ・デュオバイナリ変調信号を含む信号を受信するモジュールである。モジュール１２０４は、定マルチモジュラス（constant multi-modulus）を用いて、受信した信号のチャネル等化を実行して、一組のチャネル推定係数及びシンボルストリームを取得するモジュールである。モジュール１２０６は、モジュラスに基づいて、シンボルストリームを３つの部分に分割するモジュールである。モジュール１２０８は、分割されたシンボルストリームに基づいて、搬送波周波数オフセットを推定するモジュールである。モジュール１２１０は、最尤アルゴリズムを用いて、信号の位相を回復するモジュールである。モジュール１２１２は、分割されたシンボルストリームを復号して、データを回復するモジュールである。
【００４１】
以上、変調光信号を受信するための新規な技術を開示した。ここに開示した技術は、同じＳＮ比で１桁高いビットエラーレート（ＢＥＲ）を達成することによって、又は同じＢＥＲについて３ｄＢの向上を達成することによって、従来の技術に比べて優れた性能を提供する。
【００４２】
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の形態及び他の実施の形態は、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送信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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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送信し、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。
【００４６】
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の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、別個の実施の形態の文脈で開示した幾つかの特徴を組み合わせて、単一の実施の形態として実現してもよい。逆に、単一の実施の形態の文脈で開示した様々な特徴は、複数の実施の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。
【００４７】
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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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