(57)【要約】  本発明は、処理、特にデジタル信号の等化の技術分野に関し、等化は、2×2 MIMOチャネル推定および偏光状態（SOP）推定によってサポートされる。発明は、等化装置、前記等化装置を含む光受信機、対応する方法、およびこの方法を可能にするためのフレーム構造を有する光信号を提示する。等化装置は、デジタル信号に基づくチャネルの2×2 MIMOチャネル推定によってサポートされる、デジタル信号に対する第1の等化を実行するように構成された第1の2×2 MIMO等化器を含む。さらに、装置は、第1の等化器の後に配置された第2の2×2 MIMO等化器であって、デジタル信号に基づく光信号のSOP推定によってサポートされる、デジタル信号に対する第2の等化を実行するように構成された第2の2×2 MIMO等化器を含む。
2022500971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル（202）を介して送信された光信号（201）から導出されたデジタル信号（101）を処理するように構成された等化装置（100）であって、前記等化装置（100）は、
前記デジタル信号（101）に基づく前記チャネル（202）の2×2多入力多出力（MIMO）チャネル推定（104）によってサポートされる、前記デジタル信号（101）に対する第1の等化（103）を実行するように構成された第1の2×2 MIMO等化器（102）と、
前記第1の等化器（102）の後に配置された第2の2×2 MIMO等化器（105）であって、前記デジタル信号（101）に基づく前記光信号（201）の偏光状態（SOP）推定（107）によってサポートされる、前記デジタル信号（101）に対する第2の等化（106）を実行するように構成された第2の2×2 MIMO等化器（105）と
を備える等化装置（100）。
【請求項２】
前記第1の等化器（102）は、前記第1の等化（103）を実行することによって、前記光信号（201）の残留色分散（CD）、偏光モード分散（PMD）、およびSOPのより遅い変化を補償するように構成され、
前記第2の等化器（105）は、前記第2の等化（106）を実行することによって、前記光信号（201）のSOPのより速い変化を補償するように構成された、請求項1に記載の等化装置（100）。
【請求項３】
前記第1の等化器（102）および前記第2の等化器（105）の少なくとも1つは、トレーニング支援等化器である、請求項1または2に記載の等化装置（100）。
【請求項４】
前記第1の等化器（102）は、前記デジタル信号（101）に含まれる第1のトレーニングシーケンス（502）に基づいて前記2×2 MIMOチャネル推定（104）を実行するように構成され、
前記第2の等化器（105）は、前記デジタル信号（101）に含まれる第2のトレーニングシーケンス（503）に基づいて前記SOP推定（107）を実行するように構成された、請求項1または2に記載の等化装置（100）。
【請求項５】
前記第1の等化器（102）は、前記光信号（201）のフレーム（500）に含まれるより長いトレーニングシーケンス（502）に基づいて前記2×2 MIMOチャネル推定（104）を実行するように構成され、
前記第2の等化器（105）は、前記フレーム（500）に含まれる複数のより短いトレーニングシーケンス（503）のそれぞれについて個別に前記SOP推定（107）を実行するように構成された、請求項1から4のいずれか一項に記載の等化装置（100）。
【請求項６】
前記第2の等化器（105）は、所与のより短いトレーニングシーケンス（503）について前記SOP推定（107）を実行することによって、前記フレーム（500）内で、前記所与のより短いトレーニングシーケンス（503）の直前に配置されたデータシーケンス（501）について、および前記所与のより短いトレーニングシーケンス（503）の直後に配置されたデータシーケンス（501）について、前記第2の等化（106）を実行するように構成された、請求項5に記載の等化装置（100）。
【請求項７】
前記トレーニングシーケンス（502、503）は、完全二乗最小位相定振幅ゼロ自己相関（PS-MP CAZAC）符号に基づく、請求項4から6のいずれか一項に記載の等化装置（100）。
【請求項８】
前記第1の等化器（102）は、周波数領域（FD）または時間領域（TD）において実現され、かつ／または
前記第2の等化器（105）は、FDまたはTDにおいて実現された、請求項1から7のいずれか一項に記載の等化装置（100）。
【請求項９】
前記第1の等化器（102）の前に配置されたCD等化器（300）であって、前記デジタル信号（101）に基づく前記光信号（201）のCD推定（302）によってサポートされる前記デジタル信号の等化（301）を実行するように構成されたCD等化器（300）をさらに備える、請求項1から8のいずれか一項に記載の等化装置（100）。
【請求項１０】
前記CD等化器（300）および前記第1の等化器（102）を含む二段等化器と、
前記第2の等化器（105）と
を備える、請求項9に記載の等化装置（100）。
【請求項１１】
前記CD等化器（300）を含む単段等化器と、前記第1の等化器（102）と、前記第2の等化器（105）と
を備える、請求項9に記載の等化装置（100）。
【請求項１２】
前記デジタル信号（101）に対してデジタル信号処理、特に、シンボル検出のための処理および／またはフラクショナル・オーバーサンプリングされたデータの処理を実行するように構成された1つ以上のデジタル信号処理（DSP）ユニット
をさらに備える、請求項1から11のいずれか一項に記載の等化装置（100）。
【請求項１３】
請求項1から12のいずれか一項に記載の等化装置（100）を含む光受信機（200）、特にコヒーレント光受信機であって、
前記光受信機（200）は、前記チャネル（202）を介して前記光信号（201）を受信し、前記光信号（201）から前記デジタル信号（101）を導出するように構成された、光受信機（200）。
【請求項１４】
チャネル（202）を介して送信された光信号（201）から導出されたデジタル信号（101）を処理するための方法（700）であって、前記方法（700）は、
前記デジタル信号（201）に基づく前記チャネル（202）の2×2多入力多出力（MIMO）チャネル推定（104）によってサポートされる、前記デジタル信号（101）に対する第1の2×2 MIMO等化（103）を実行するステップ（701）と、
前記デジタル信号（101）に基づく前記光信号（201）の偏光状態（SOP）推定（107）によってサポートされる、前記デジタル信号（101）に対する第2の2×2 MIMO等化（106）を実行するステップ（702）と
を含む、方法（700）。
【請求項１５】
フレーム（500）のシーケンスを含む光信号（201）であって、各フレーム（500）は、
複数のデータシーケンス（501）と、
前記光信号（201）が送信されるチャネル（202）の2×2 MIMOチャネル推定（104）のためのより長いトレーニングシーケンス（502）と、
前記光信号（201）のSOP推定（107）のための複数のより短いトレーニングシーケンス（503）と
を含み、前記より短いトレーニングシーケンス（503）は、各々の2つの連続するデータシーケンス（501）の間に配置される、光信号（201）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にデジタル信号を処理すること、特にデジタル信号に対して等化を実行することに関する。デジタル信号は、具体的には、チャネルを介して送信される光信号から導出され、したがって、発明は、チャネル推定にも関する。発明は、特に、光信号の偏光状態（SOP）の急激な変化の存在下でデジタル信号に対して等化を実行することに関係し、したがって、発明は、SOP推定にも関する。発明は、光ファイバ複合架空地線（OPGW）ケーブルの分野に適用され得る。
【０００２】
発明は、等化装置、等化装置を含む光受信機、および例えば等化装置または光受信機によって実行されるべき等化方法を提案する。発明は、SOPの急激な変化の等化を可能にするフレーム構造を有するフレームを含む光信号も提案する。
【背景技術】
【０００３】
他の技術の中でも、OPGWケーブルは、雷保護を実現するために、接地のための架空送電線に使用されてきた。接地に加えて、OPGWケーブルは、OPGWケーブルの中央の金属チューブに配置され、1つ以上の外装線の層によってシールドされた光ファイバケーブルの安価な配備を可能にする。
【０００４】
しかしながら、近年、野外および実験室での測定により、雷誘導電流によって導体の軸に沿って生成される磁場が光ファイバ内の光のSOPを非常に急激に変化させることが示された。これは、特にコヒーレント光偏光多重化送信方式を使用するときに問題になる。コヒーレントデジタル信号処理（DSP）集積回路の追跡能力への潜在的な影響の初期評価が行われ、落雷に起因するSOPの速度は毎秒数メガラジアン（Mrad/s）の水準であると推定された。
【０００５】
最近の野外試験で、この現象が確認され、最大5.1Mrad/sのSOP速度が測定されたが、雷誘導電流の大きさとSOPの変化の速度とを相関させることは不可能だった。したがって、最近の実験室での実験で、最大150kAおよび150kA超の雷誘導電流の下で2つのタイプのOPGWケーブルのSOPを測定するために、体系的なセットアップが開発された。8Mrad/sを超える速いSOP速度が測定された。これに関連して、雷のモデリングから、負の最初の落雷の1％が少なくとも150kAのピーク電流を表し、極端な場合には最大500kAの値にさえ達し得ることが知られている。
【０００６】
速いSOPの変化は、例えば毎秒100ギガビット（Gb/s）以上のコヒーレント光偏光多重化送信方式を使用するときに特に問題である。ほとんどの市販のデジタル信号プロセッサは、機械的振動によって引き起こされるSOPの変化に耐えるように設計されているため、SOP追跡能力は、多くの場合、毎秒数百キロラジアン（krad/s）にすぎない。したがって、業界では、OPGWケーブルへの落雷がメトロネットワークおよび長距離ネットワークのトラフィックの中断をもたらし得るという見解の一致に達している。
【０００７】
市場で入手可能なほとんどのDSPの特定用途向け回路（ASIC）は、定数モジュラスアルゴリズムまたは決定指向最小平均二乗（DD-LMS）アルゴリズムなどの勾配アルゴリズムに基づく2×2多入力多出力（MIMO）等化器を使用している。他の処理アルゴリズムも考慮すると、埋設ファイバリンクに、および一部の落雷の場合に発生するSOP過渡のほとんどをカバーする、最大数百krad/sのSOP回転速度を追跡できる100G DP-QPSK DSP-ASICを設計することが可能であるように見える。高次の直交振幅変調（QAM）の場合、このようなDSP装置のSOP追跡能力は大幅に低下する。
【０００８】
2×2 MIMOチャネル推定に基づくDSPは、2×2 MIMO等化器の性能を改善するが、非実用的なトレーニングオーバーヘッドが使用されない限り、架空ファイバリンクへの雷によって誘導される電流による超高速のSOP回転速度は追跡および補償されることが可能でない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上で言及された問題を考慮して、発明は、SOPの変化の追跡および補償を改善することを目的としている。発明は、特に2×2 MIMO等化に基づいて光信号の速いSOPの変化（Mrad/sの水準の）を追跡および補償することができる等化装置および方法を提供する目的を有する。例えば、OPGWケーブルへの落雷によって引き起こされるSOPの変化を追跡および補償するためである。発明はまた、急激なSOPの変化を補償するための、光信号から導出されたデジタル信号に対するデジタル信号処理を目的としている。これにより、発明は、等化、および他の従来の等化との組み合わせの効率的な実装を目的としている。
【００１０】
発明の目的は、添付の独立請求項において提供される解決策によって達成される。本発明の好適な実装は、従属請求項においてさらに定義されている。
【００１１】
特に、発明は、光信号から導出されたデジタル信号を処理し、これにより光信号の速いSOPの変化を補償するために、2つの連続する2×2 MIMO等化器または2×2 MIMO等化ステップを組み合わせることを提案する。さらに、発明は、光信号のためのフレーム構造を提案し、フレーム構造は、デジタル信号の処理をサポートするために、等化器の2×2 MIMOチャネル推定およびSOP推定をそれぞれサポートする。
【００１２】
発明の第1の態様は、チャネルを介して送信された光信号から導出されたデジタル信号を処理するように構成された等化装置であって、等化装置は、デジタル信号に基づくチャネルの2×2 MIMOチャネル推定によってサポートされる、デジタル信号に対する第1の等化を実行するように構成された第1の2×2 MIMO等化器と、第1の等化器の後に配置された第2の2×2 MIMO等化器であって、デジタル信号に基づく光信号のSOP推定によってサポートされる、デジタル信号に対する第2の等化を実行するように構成された第2の2×2 MIMO等化器とを備える、等化装置を提供する。
【００１３】
チャネルは、光ファイバ、特に、導電性シールドによって少なくとも部分的に囲まれた光ファイバを備え得る。一実施形態では、SOP推定は、第1の2×2 MIMO等化器によって出力されるデジタル信号に基づき得る。
【００１４】
第1の態様のこの装置は、特に2つの2×2 MIMO等化器を含み得、非常に速いSOPの変化も補償することができる。特に、第1の2×2 MIMO等化器は、光信号の色分散（CD）、偏光モード分散（PMD）、およびSOPのより遅い変化を補償することができ、一方、第2の2×2 MIMO等化器は、より速いSOPの変化（Mrad/sの水準の回転）の影響を完全に除去することができる。2つの2×2 MIMO等化器は、それぞれ2×2 MIMOチャネル推定およびSOP推定に基づくので、フィードバックループは不要であり、したがって当然ながら、より速いSOPの変化の追跡（これは、エラー計算のためにフィードバックループを必要とするアーキテクチャでは容易には可能でない）を可能にする。一実施形態では、2つの2×2 MIMO等化器は、互いに結合されない。
【００１５】
等化はフィードフォワード構造を有するので、等化装置は、特に効率的な並列実装をさらに可能にする。さらに、等化は、キャリア回復（すなわち、キャリア周波数／位相の推定および補償）から切り離されることが可能である。等化装置はまた、複雑度が低い。
【００１６】
第1の態様の実装形式では、第1の等化器は、第1の等化を実行することによって、光信号の残留CD、PMD、およびSOPのより遅い変化を補償するように構成され、第2の等化器は、第2の等化を実行することによって、光信号のSOPのより速い変化を補償するように構成される。
【００１７】
したがって、デジタル信号は、CD、PMD、およびあらゆる種類のより遅いおよびより速いSOPの変化（最大Mrad/sの回転）について効率的かつ完全に等化されることが可能である。
【００１８】
第1の態様のさらなる実装形式では、第1の等化器および／または第2の等化器は、トレーニング支援等化器である。
【００１９】
例えば、第1の等化器は、デジタル信号に含まれるトレーニングシーケンスに基づいてチャネルの2×2 MIMOチャネル推定を実行するように構成され得る。このトレーニングシーケンスは、ここでは第1のトレーニングシーケンスと呼ばれる。2×2 MIMOチャネル推定を実行することは、チャネル状態の推定を生じる。したがって、第1の等化器は、チャネル状態の推定に基づいて第1の等化を実行することができ、すなわち、第1の等化は、2×2 MIMOチャネル推定によってサポートされる。加えて、または代替的に、第2の等化器は、デジタル信号に含まれる別のトレーニングシーケンスに基づいて光信号のSOP推定を実行するように構成され得る。このトレーニングシーケンスは、ここでは第2のトレーニングシーケンスと呼ばれる。SOP推定を実行することは、SOP推定を生じる。したがって、第2の等化器は、SOP推定に基づいて第2の等化を実行することができ、すなわち、第2の等化は、SOP推定によってサポートされる。第1のトレーニングシーケンスは、第2のトレーニングシーケンスとは異なっていてもよく、特に、第2のトレーニングシーケンスよりも長くてもよい（例えば、より多くのシンボルを含む）。
【００２０】
2×2 MIMOチャネル推定は、すべてのトレーニングシーケンスに基づいて実行され得るので、等化器アーキテクチャは、非常に速いSOP過渡の間でもチャネルにアクセスすることを可能にする。トレーニング支援チャネル推定のすべての利点がさらに維持される。等化は、変調フォーマットに透過的である、すなわち、ペイロードデータのコンステレーションプロットは、トレーニングシーケンスのコンステレーションプロットとは異なり得る。
【００２１】
第1の態様のさらなる実装形式では、第1の等化器は、デジタル信号に含まれる第1のトレーニングシーケンスに基づいて2×2 MIMOチャネル推定を実行するように構成され、第2の等化器は、デジタル信号に含まれる第2のトレーニングシーケンスに基づいてSOP推定を実行するように構成される。
【００２２】
これらのトレーニングシーケンスによって、装置は、デジタル信号からSOP回転（より遅いおよびより速い）の影響を効率的に除去し得る。第2のトレーニングシーケンスは、第1のトレーニングシーケンスとは異なっていてもよい。第1のトレーニングシーケンスおよび第2のトレーニングシーケンスはそれぞれ、デジタル信号によって搬送されるベースバンド信号に含まれ得る。例えば、デジタル信号は、光信号によって搬送された無線周波数（RF）信号のサンプリングされたバージョンであり得る。RF信号、したがってデジタル信号は、第1のトレーニングシーケンスおよび第2のトレーニングシーケンスを含むベースバンド信号を搬送し得る。ベースバンド信号は、ペイロードデータをさらに搬送し得る。
【００２３】
第1の態様のさらなる実装形式では、第1の等化器は、光信号のフレームに含まれるより長いトレーニングシーケンスに基づいて2×2 MIMOチャネル推定を実行するように構成され、第2の等化器は、フレームに（例えば、周期的に）含まれる複数のより短いトレーニングシーケンスのそれぞれについて個別にSOP推定を実行するように構成される。
【００２４】
本開示では、シーケンスは、一般に、一連の隣接するシンボルを意味する。したがって、シーケンスの冒頭（すなわち、最初）のシンボルと末尾（すなわち、最後のシンボル）との間に位置するすべてのシンボルも、シーケンスの要素である。さらに、本開示の同じ段落内で言及されているまたは互いに関連する、それぞれ「より長い」シーケンスおよび「より短い」シーケンスと呼ばれる第1のシーケンスおよび第2のシーケンスは、第1のシーケンスが第2のシーケンスよりも長いという意味で（言い換えれば、第2のシーケンスが第1のシーケンスよりも短いという意味で）それぞれより長いおよびより短いと理解される。本開示の同じ段落または文脈で言及されるならば、同じことが、比較形式で反対の属性を有する他の名詞にも同様に当てはまる。例えば、「より速い変化」、「より遅い変化」は、絶対的な観点からではなく、互いに比較して、それぞれ、より速い、より遅い。
【００２５】
第1の態様のさらなる実装形式では、第2の等化器は、所与のより短いトレーニングシーケンスについてSOP推定を実行することによって、フレーム構造内で、所与のより短いトレーニングシーケンスの直前に配置されたデータシーケンスについて、および所与のより短いトレーニングシーケンスの直後に配置されたデータシーケンスについて、第2の等化を実行するように構成される。
【００２６】
したがって、光信号のより速いSOP回転（多くはMrad/s）は、等化装置によってデジタル信号において効率的に追跡され、補償されることが可能である。
【００２７】
第1の態様のさらなる実装形式では、トレーニングシーケンスは、完全二乗最小位相定振幅ゼロ自己相関（PS-MP CAZAC）符号に基づく。
【００２８】
そのようなトレーニングシーケンスは、非常に良好な等化結果に導く。
【００２９】
第1の態様のさらなる実装形式では、第1の等化器は、周波数領域（FD）または時間領域（TD）において実現され、かつ／または第2の等化器は、FDまたはTDにおいて実現される。
【００３０】
第1の態様のさらなる実装形式では、等化装置は、第1の等化器の前に配置されたCD等化器であって、デジタル信号に基づく光信号のCD推定によってサポートされる、デジタル信号に対する等化を実行するように構成されたCD等化器をさらに備える。
【００３１】
デジタル信号に対して実行されるCD推定および等化は、光信号内のCDのほとんどを除去し得る。残留CDは、第1の等化器によって除去され得る。
【００３２】
第1の態様のさらなる実装形式では、等化装置は、CD等化器および第1の等化器を含む二段等化器と、第2の等化器とを備える。
【００３３】
第1の態様のさらなる実装形式では、等化装置は、CD等化器を含む単段等化器と、第1の等化器と、第2の等化器とを備える。
【００３４】
第1の態様のさらなる実装形式では、等化装置は、デジタル信号に対してデジタル信号処理、特に、シンボル検出のための処理および／またはフラクショナル・オーバーサンプリングされたデータの処理を実行するように構成された1つ以上のデジタル信号処理（DSP）ユニットをさらに備える。
【００３５】
発明の第2の態様は、第1の態様またはその実装形式のいずれかによる等化装置を含む光受信機、特にコヒーレント光受信機であって、光受信機は、チャネルを介して光信号を受信し、光信号からデジタル信号を導出するように構成された、光受信機を提供する。
【００３６】
一実施形態では、光受信機は、光信号からRF信号を導出し、RF信号をサンプリングすることによって、光信号からデジタル信号を導出するように構成される。例えば、光受信機は、光信号からRF信号を導出するように構成されたコヒーレント検出器と、RF信号をサンプリングするためのアナログ−デジタル変換器（ADC）とを備え得る。この場合、デジタル信号は、光信号から導出されたRF信号のサンプリングされたバージョンである。
【００３７】
発明の第3の態様は、チャネルを介して送信された光信号から導出されたデジタル信号を処理するための方法であって、方法は、デジタル信号に基づくチャネルの2×2 MIMOチャネル推定によってサポートされる、デジタル信号に対する第1の2×2 MIMO等化を実行するステップと、デジタル信号に基づく光信号のSOP推定によってサポートされる、デジタル信号に対する第2の2×2 MIMO等化を実行するステップとを含む、方法を提供する。
【００３８】
第3の態様の実装形式では、方法は、第1の等化を実行することによって、光信号の残留CD、PMD、およびSOPのより遅い変化を補償するステップと、第2の等化を実行することによって、光信号のSOPのより速い変化を補償するステップとをさらに含む。
【００３９】
第3の態様のさらなる実装形式では、第1の等化および／または第2の等化は、トレーニング支援等化である。
【００４０】
第3の態様のさらなる実装形式では、方法は、デジタル信号に含まれる第1のトレーニングシーケンスに基づいて2×2 MIMOチャネル推定を実行するステップと、デジタル信号に含まれる第2のトレーニングシーケンスに基づいてSOP推定を実行するステップとを含む。
【００４１】
第3の態様のさらなる実装形式では、方法は、光信号のフレームに含まれるより長いトレーニングシーケンスに基づいて2×2 MIMOチャネル推定を実行するステップを含み、フレームに（例えば、周期的に）含まれる複数のより短いトレーニングシーケンスのそれぞれについて個別にSOP推定を実行するステップを含む。
【００４２】
第3の態様のさらなる実装形式では、方法は、所与のより短いトレーニングシーケンスについてSOP推定を実行することによって、フレーム構造内で、所与のより短いトレーニングシーケンスの直前に配置されたデータシーケンスについて、および所与のより短いトレーニングシーケンスの直後に配置されたデータシーケンスについて、第2の等化を実行するステップを含む。
【００４３】
第3の態様のさらなる実装形式では、トレーニングシーケンスは、完全二乗最小位相定振幅ゼロ自己相関（PS-MP CAZAC）符号に基づく。
【００４４】
第3の態様のさらなる実装形式では、方法は、周波数領域（FD）または時間領域（TD）において実現される。
【００４５】
第3の態様のさらなる実装形式では、方法は、デジタル信号に基づく光信号のCD推定によってサポートされる、デジタル信号に対する等化を実行するステップをさらに含む。
【００４６】
第3の態様のさらなる実装形式では、方法は、二段等化器によって実行される。
【００４７】
第3の態様のさらなる実装形式では、方法は、単段等化器によって実行される。
【００４８】
第3の態様のさらなる実装形式では、方法は、デジタル信号に対してDSP、特に、シンボル検出のための処理および／またはフラクショナル・オーバーサンプリングされたデータの処理を実行するステップをさらに含む。
【００４９】
第3の態様の方法およびその実装形式は、第1の態様およびそのそれぞれの実装形式の装置について上で説明された利点を達成する。
【００５０】
発明の第4の態様は、フレームのシーケンスを含む光信号であって、各フレームは、複数のデータシーケンスと、光信号が送信される送信チャネルの2×2 MIMOチャネル推定のためのより長いトレーニングシーケンスと、光信号のSOP推定のための複数のより短いトレーニングシーケンスとを含み、より短いトレーニングシーケンスは、各々の2つの連続するデータシーケンスの間に配置される、光信号を提供する。
【００５１】
発明のさらなる態様は、チャネルを介して送信されるべき光信号を生成する方法、またはチャネルを介して送信されるべき光信号を生成するための光信号生成器、またはチャネルを介して光信号を送信する方法、またはチャネルを介して送信された光信号を処理する方法、またはチャネルを介して送信された光信号を処理するための処理装置を提供し、光信号は、フレームのシーケンスを含み、各フレームは、複数のデータシーケンスと、チャネルの2×2 MIMOチャネル推定のためのより長いトレーニングシーケンスと、光信号のSOP推定のための複数のより短いトレーニングシーケンスとを含み、より短いトレーニングシーケンスは、各々の2つの連続するデータシーケンスの間に配置される。
【００５２】
光信号生成器は、フレームのシーケンスを含むデジタル信号でRF信号を変調し、変調されたRF信号で光キャリア信号を変調することによって光信号を生成するように構成され得る。
【００５３】
本出願において説明されているすべての装置、要素、ユニット、および手段は、ソフトウェアまたはハードウェア要素、またはこれらの任意の種類の組み合わせで実現され得ることに留意されたい。本出願で説明されている様々なエンティティによって実行されるすべてのステップ、および様々なエンティティによって実行されると説明されている機能は、それぞれのエンティティがそれぞれのステップおよび機能を実行するように適合または構成されることを意味することが意図される。特定の実施形態の以下の説明において、外部エンティティによって実行されるべき特定の機能またはステップが、その特定のステップまたは機能を実行するそのエンティティの特定の詳細な要素の説明に反映されていなくても、これらの方法および機能は、それぞれのソフトウェアまたはハードウェア要素またはこれらの任意の種類の組み合わせで実現され得ることは、当業者には明らかなはずである。
【００５４】
本発明の上で説明された態様および実装形式は、添付の図面に関して、特定の実施形態の以下の説明において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】発明の一実施形態による等化装置を表す。
【図２】発明の一実施形態による光受信機を表す。
【図３】発明の一実施形態による等化装置を表す。
【図４】発明の一実施形態による等化装置を表す。
【図５】発明の一実施形態による光信号のためのフレームの構造を表す。
【図６】より遅いSOPの変化およびより速いSOPの変化を補償するための、光信号のフレーム内のトレーニングシーケンスを表す。
【図７】発明の一実施形態による方法を表す。
【図８】200G DP-QPSKについての、発明の一実施形態による等化装置の性能評価を表す。
【図９】400G DP-16QAMについての、発明の一実施形態による等化装置の性能評価を表す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図1は、発明の一実施形態による等化装置100を表す。等化装置100は、特に、デジタル信号101を処理するように構成される。デジタル信号101は、例えば光受信機200によって、送信チャネル202を介して送信された光信号201から導出され、例えば、生成され得る（図2を参照）。
【００５７】
装置100は、第1の2×2 MIMO等化器102と、第1の等化器102の後に配置された第2の2×2 MIMO等化器105とを備える。これにより、第1の等化器102および第2の等化器105は、他から切り離され得る。
【００５８】
第1の2×2 MIMO等化器102は、デジタル信号101に対して第1の等化103を実行するように構成される。第1の等化103は、デジタル信号101に基づくチャネル202の2×2 MIMOチャネル推定104によってサポートされる。特に、第1の等化103は、チャネル推定結果（すなわち、チャネル状態の推定）を入力として受け取る。第2の2×2 MIMO等化器105は、デジタル信号101に対して第2の等化106を実行するように構成される。第2の等化106は、デジタル信号101に基づく光信号201のSOP推定107によってサポートされる。特に、第2の等化は、SOP推定結果（すなわち、SOP推定）を入力として受け取る。
【００５９】
等化装置100は、第1の等化器102によって、光信号201の残留CD、PMD、およびSOPのより遅い変化を補償するように構成され、第2の等化器105によって、光信号201のSOPのより速い変化を補償するように構成される。
【００６０】
図2は、発明の一実施形態による光受信機200を表す。光受信機200は、図1に表されているように、少なくとも1つの装置100を含む。光受信機200は、特にコヒーレント光受信機であり得る、すなわち、コヒーレント光信号を受信および処理するように構成された受信機であり得る。
【００６１】
光受信機200は、送信チャネル202を介して光信号201を受信し、受信された光信号201からデジタル信号101を導出する、例えば生成するように構成される。例えば、光受信機200は、この目的のために、光信号201からRF信号を導出するように構成されたコヒーレント検出器を備え得、さらに、RF信号をサンプリングするように構成されたADCを備え得る。この場合、デジタル信号101は、光信号201から導出されたRF信号のサンプリングされたバージョンであり得る。
【００６２】
光受信機200は、等化装置100によって、光信号201のCD、PMD、ならびにSOPのより遅いおよびより速い変化を補償するように構成される。
【００６３】
図3および図4は各々、発明の一実施形態による等化装置100を表す。各等化装置100は、図1に表されている等化装置100に基づく。したがって、図1および図3または図4における同じ要素は、同じ参照符号でラベル付けされ、同様に機能する。
【００６４】
特に、図1の等化装置100のための2つの可能な構造が、それぞれ図3および図4に表されている。両方の例において、等化装置100は、CD等化器300と、図1に表されている2つの2×2 MIMO等化器102および105とを備える。CD等化器300は、入力デジタル信号101に対してCD等化301を実行するために使用され、CD等化301は、デジタル信号101に基づく光信号201のCD推定302によってサポートされる。すなわち、CD等化301は、CD推定結果を入力として受け取る。第1の等化器102は、光信号201の残留CD、PMD、およびSOPのより遅い変化を補償するために使用される。第2の等化器105は、光信号201のSOPのより速い変化を補償するために使用される。第1の等化器102および第2の等化器105は、それぞれ、FDまたはTDのいずれかにおいて実現され得る。
【００６５】
図3は、二段周波数領域等化器（FDE）とそれに続くSOP時間領域等化器（TDE）とを備える等化装置100を具体的に表す。図4は、単段FDEとそれに続くSOP TDEとを備える等化装置100を具体的に表す。2×2 MIMO等化器102および105（図3における、また図4における）は、トレーニング支援等化器である、すなわち、これらは、1つ以上のトレーニングシーケンスに基づいて、それぞれ2×2 MIMOチャネル推定104およびSOP推定107を行うために配置される。例えば、2×2 MIMOチャネル推定104は、第1のトレーニングシーケンスに基づき得、SOP推定107は、第2のトレーニングシーケンスに基づき得る。第1のトレーニングシーケンスおよび第2のトレーニングシーケンスの各々または両方は、デジタル信号101に含まれ得る。第1のトレーニングシーケンスおよび第2のトレーニングシーケンスは、いずれかが、または両方とも、PS-MP CAZAC符号に基づき得る。
【００６６】
図3および図4にそれぞれ例示されているような等化装置100の両方は、例えばシンボル検出のために使用される、および／またはフラクショナル・オーバーサンプリングされるデータを処理することを可能にするDSPユニットまたはモジュールも含む。特に、図3および図4にそれぞれ表されている等化装置100のDSPユニットは、それぞれ、シリアル／パラレル変換、オーバーラップ廃棄（Overlap-Discard, OLD）法、高速フーリエ変換（FFT）または逆FFT（IFFT）、フレーム整列、畳み込み間引き、信号バッファリング、キャリア周波数オフセット、キャリア位相補償、またはシンボル整列などのうちの少なくとも1つを実行するためのユニットを含む。
【００６７】
FDにおいて実行される等化は、特に、離散FFTによって（データ信号101の）シリアルデータの50％の重複ブロックをFDに移し、各ブロックに補償関数を適用し、離散逆FFT（IFFT）によって信号をTDに戻し、シリアルデータ信号101を復元するために重複をカットすることを含むOLD法に基づき得る。効率的なハードウェア実装のために、オーバーサンプリング係数mspsは、
mod｛Nmsps，2｝＝0
であり、｛0＜msps≦2｝で、Nは、PS-MP CAZACシーケンス（第1のトレーニングシーケンスまたは第2のトレーニングシーケンス）の長さであるように選択されるべきである。
【００６８】
図5は、発明の一実施形態による光信号201のフレーム500の構造を表す。光信号201は、典型的には、そのようなフレーム500のシーケンスを含む。フレーム500は、複数のデータシーケンス501、より長いトレーニングシーケンス502、および複数のより短いトレーニングシーケンス503を含む。より短いトレーニングシーケンス503が各々の2つの連続する（時間軸に沿って）データシーケンス501の間に配置されるように、より短いトレーニングシーケンス503がフレーム500に配置される。より長いトレーニングシーケンス502は、それぞれ、データシーケンス501およびより短いトレーニングシーケンス503の前に配置され得る。
【００６９】
より長いトレーニングシーケンス502は、光信号201が送信されるチャネル202の2×2 MIMOチャネル推定104のために使用され得る。つまり、より長いトレーニングシーケンス502は、特に2×2 MIMOチャネル推定104を実行するために、図1、図3、または図4に表されている装置100の第1の等化器102への入力として提供され得る。言い換えれば、より長いトレーニングシーケンス502は、2×2 MIMOチャネル推定104を実行するために適したシーケンスである。
【００７０】
より短いトレーニングシーケンス503は各々、光信号201のSOP推定107のために使用され得る。つまり、各々のより短いトレーニングシーケンス503は、特にSOP推定107を実行するために、図1、図3、または図4に表されている装置100の第2の等化器105への入力として提供され得る。言い換えれば、より短いトレーニングシーケンス503は、SOP推定107を実行するために適したシーケンスである。
【００７１】
トレーニングシーケンス502、503、すなわち、より短いトレーニングシーケンス503およびより長いトレーニングシーケンス502の両方は、PS-MP CAZACシーケンスを使用して（すなわち、PS-MP CAZAC符号に基づいて）、またはより一般にFrank-Zadoffシーケンスを使用して構築され得る。シーケンスは、以下のように定義され得る。
【００７２】
【数１】
2022500971.tif 000003
【００７３】
ただし、Nは、シンボルにおけるシーケンス長である。
【００７４】
【数２】
2022500971.tif 000004
【００７５】
によって与えられる上記の多数位相符号の異なる位相の最小数は、p∈｛1, 2, 3, ...｝であるシーケンス長N＝2pのシンボルについて得られる。しかしながら、p’∈｛1, 2, 3, ...｝である長さN＝22p’のシンボルについて、PS-MP CAZACシーケンスのコンステレーションプロットは、log（N）PSK変調信号を指す（すなわち、p’＝1はBPSKを指し、p’＝2はQPSKを指し、p’＝3は8PSKを指す等）。
【００７６】
2×2 MIMOチャネル推定104およびSOP推定107の両方についてのトレーニングシーケンス502および503は、それぞれ以下のように定義される。
【００７７】
【数３】
2022500971.tif 000005
【００７８】
PS-MP CAZACブロックおよびガードインターバル（GI）は、特に以下のように定義される。
【００７９】
【数４】
2022500971.tif 000006
【００８０】
一般に、例えば、NTS＝96個のシンボル（NGI＝64個のシンボルのPS-MP CAZACブロックを有し、長さNGI＝16のシンボルのGIを含む）およびNTS1＝4個のシンボル（GIは通常、SOP推定には必要とされない）における64GBdシステムについて、NTS1≪NTSである。
【００８１】
以下では、FD（2×2 SOP行列FD推定）について、トレーニング支援された2×2 MIMOチャネル推定1 104およびSOP推定107が概説される。ノイズのない送信システムは、以下のようにモデル化され得る。
【００８２】
【数５】
2022500971.tif 000007
【００８３】
ただし、Rx、RyおよびCx、Cyは、それぞれ、FDにおけるx偏光およびy偏光の受信および送信されたPS-MP CAZACシーケンスを指す。
【００８４】
2×2 MIMOチャネル推定104を実行するために、上記の式の左および右の行列は、左辺から、
【００８５】
【数６】
2022500971.tif 000008
【００８６】
が乗じられる必要があり、これにより、以下のHA［k］およびHB［k］が得られる。
【００８７】
【数７】
2022500971.tif 000009
【００８８】
これらのHA［k］およびHB［k］をTDに移すことは、以下を生じる。
【００８９】
【数８】
2022500971.tif 000010
【００９０】
TDウィンドウ処理は、HA［k］およびHB［k］から以下のように4つのチャネル成分を抽出するために必要とされる。
【００９１】
【数９】
2022500971.tif 000011
【００９２】
2×2 SOP推定107は、第1の2×2 MIMO等化器102の後に第2の2×2 MIMO等化器によって実行されるので、残留チャネルインパルス応答（CIR）は、デルタSOP回転行列によってのみ与えられ、NCIR＝1個のシンボルとなる。
【００９３】
さらに、2×2 SOP行列が、
【００９４】
【数１０】
2022500971.tif 000012
【００９５】
によって与えられることが分かれば、以下の平均化が実行され得る。
【００９６】
【数１１】
2022500971.tif 000013
【００９７】
hv［n］およびhu［n］に基づいて、第2の2×2 MIMO等化器105のタップが計算され得る。
【００９８】
第2の2×2 MIMO等化器105は、1Sa/Sでサンプリングされたデータを処理するので、以下の行列反転が実行される。
【００９９】
【数１２】
2022500971.tif 000014
【０１００】
第2の2×2 MIMO等化器105がFDにおいて実現されるならば、4つのチャネル要素をFDに変換するために、4つの追加のFFTが必要とされる。第2の等化106の長さがSOP推定107の長さと異なる場合、ゼロパディングまたは切り捨てが実行され得る（通常、TDウィンドウ処理段階で）。
【０１０１】
以下では、TD（2×2 SOP行列TD推定）について、トレーニング支援された2×2 MIMOチャネル推定1 104およびSOP推定107が詳細に概説される。SOP推定107がTDにおいて実現される場合（トレーニングシーケンスが短いほど複雑度は低くなる）、hA［n］およびhB［n］は、以下のように得られ得る。
【０１０２】
【数１３】
2022500971.tif 000015
【０１０３】
次に、FDの場合について上で説明されたように、残りの演算が実行される。
【０１０４】
図6は、より遅いSOPの変化およびより速いSOPの変化を補償するために使用され得る、光信号201のフレーム500内のトレーニングシーケンス502および503を表す。図6は、光信号201のフレーム500の構造（図5にも表されているような）に基づいて、図1、図3、または図4の等化装置100によって実行される等化手法を具体的に例示する。
【０１０５】
PMD、残留CD、およびより遅いSOPの変化は、特に第1のトレーニングシーケンス502の前後に配置されたデータシーケンス501について、第1の（より長い）トレーニングシーケンス502に基づく2×2 MIMOチャネル推定104のサポートにより補償され得る。同様に、より速いSOPの変化は、特に所与の第2のトレーニングシーケンス503の前後に配置されたデータシーケンス501について、所与の第2の（より短い）トレーニングシーケンス503に基づくSOP推定107のサポートにより補償され得る。つまり、第2の等化106は、フレーム500において、所与のトレーニングシーケンス503の直前に配置されたデータシーケンス501について、および所与のトレーニングシーケンス503の直後に配置されたデータシーケンス501について実行され得る。例えば、図6では、第2のデータシーケンス501および第3のデータシーケンス501（左側から、すなわち、dy1、dx1およびdy2、dx2とラベル付けされたもの）は、これらのデータシーケンス501の間に配置されたより短いトレーニングシーケンス503を用いて実行されるSOP推定107のサポートにより補償される。第2のデータシーケンス501および第3のデータシーケンス501（すなわち、dy2、dx2およびdy3、dx3とラベル付けされたもの）は、これらのデータシーケンス501の間に配置されたトレーニングシーケンス503を用いて実行されるSOP推定107のサポートにより補償される。この手法は、好ましくは、バッファ、特に半フレーム遅延での等化を可能にするバッファを用いて実行される。
【０１０６】
図7は、発明の一実施形態による方法700を表す。方法700は、チャネル202を介して送信された光信号201から導出されたデジタル信号101を処理するためのものである。方法700は、図1（または図3または図4）に表されている装置100によって、または図2に表されている光受信機200によって実行され得る。
【０１０７】
方法700は、デジタル信号201に基づくチャネル202の2×2 MIMOチャネル推定104によってサポートされる、デジタル信号101に対する第1の2×2 MIMO等化103を実行するステップ701を含む。このステップ701は、第1の2×2 MIMO等化器102によって実行され得る。方法700は、デジタル信号101に基づく光信号201のSOP推定107によってサポートされる、デジタル信号101に対する第2の2×2 MIMO等化106を実行するステップ702も含む。このステップ702は、第2の2×2 MIMO等化器105によって実行され得る。
【０１０８】
図8および図9は、それぞれ、装置100および方法700についての概念実証としてのシミュレーション結果を表す。特に、200G DP-QPSK（図8）についての、および400G DP-16QAM（図9）についての性能評価がそれぞれ例示されている。どちらの場合も、装置100は、すべてのSOP回転、特に、最大100Mrad/sのより速いSOP回転についてかなり良好に作動している（10-2のペナルティのビット誤り率（BER）でより低い必要な光信号対ノイズ比（ROSNR））ことが理解され得る。
【０１０９】
本発明は、例としての様々な実施形態ならびに実装に関連して説明された。しかしながら、他の変形例は、図面、この開示、および独立請求項の検討から、特許請求されている発明を実施する当業者によって理解され、もたらされ得る。特許請求の範囲ならびに説明において、「備える」という語は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「a」または「an」は、複数を除外しない。単一の要素または他のユニットは、特許請求の範囲に記載されているいくつかのエンティティまたはアイテムの機能を果たし得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが好適な実装で使用できないことを示さない。
【符号の説明】
【０１１０】
100  等化装置
101  デジタル信号
102  第1の2×2 MIMO等化器
103  第1の等化
104  2×2 MIMOチャネル推定
105  第2の2×2 MIMO等化器
106  第2の等化
107  SOP推定
200  光受信機
201  光信号
202  送信チャネル
300  CD等化器
301  CD等化
302  CD推定
500  フレーム
501  データシーケンス
502  より長いトレーニングシーケンス
503  より短いトレーニングシーケンス
【図１】
2022500971.tif 000016
【図２】
2022500971.tif 000017
【図３】
2022500971.tif 000018
【図４】
2022500971.tif 000019
【図５】
2022500971.tif 000020
【図６】
2022500971.tif 000021
【図７】
2022500971.tif 000022
【図８】
2022500971.tif 000023
【図９】
2022500971.tif 000024
【国際調査報告】
2022500971.tif 000025
2022500971.tif 000026
2022500971.tif 000027