CN104737510A - Qam调制通信系统的多级差分解码装置和方法 - Google Patents

Qam调制通信系统的多级差分解码装置和方法 Download PDF

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Abstract

具有：MSB坐标旋转部，其根据经由同步检波部后的接收信号的上位2比特的信息进行坐标旋转；MSB符号似然度生成部，其使用彼此不同的时间的坐标旋转后的2组比特串，生成针对差分解码后的上位2比特的似然度；LSB符号似然度生成部，其对下位比特生成似然度；以及软判定纠错解码部，其使用上位2比特和下位比特的各似然度生成解码信号，由此，能够以较小的电路规模实现适用于多级调制的差分解码处理。

Description

QAM调制通信系统的多级差分解码装置和方法
技术领域
本发明涉及使用QAM调制的QAM调制通信系统的多级差分解码装置和方法，尤其涉及用于以较小的电路规模实现差分编码后的多级调制光信号的解码处理的新技术。
背景技术
近年来，出于实现光通信系统的大容量化并提高频率利用效率的目的，多级调制正在得到积极的应用。不过，已知在出于增大传输容量的目的而提高多级度的情况下，相位噪声耐力随着多级度的增加而下降(例如，参照非专利文献1)。
因此，为了应对由于多级调制传输而产生的相位噪声导致的相位滑移以保证传输性能，提出了插入导频信号的技术(例如，参照非专利文献2)。
但是，在插入导频信号时，冗余度因导频插入频度而增加，因此，随着电路的动作速度上升，产生很难应对高速的传输速度这样的问题。
另一方面，作为用于应对相位滑移的其它技术，还已知使用差分编码的技术。在该技术中，对彼此正交的2个I/Q信号的相位空间上连续的信号点的迁移赋予信息，由此，对绝对相位的变化具有耐性。在该情况下，不需要插入附加信号，因此，不会伴随信号动作速度上升，具有对高速信号传输的适用性优异这样的优点。
此外，还已知如下技术：与多级信号的解调处理对应地，在信号坐标的象限判定中使用接收信号的上位比特，针对下位比特，与上位比特独立地进行似然度生成处理(例如，参照专利文献1)。
此外，还已知如下技术：接收差分编码后的调制信号，针对接收信号生成似然度(例如，参照专利文献2、专利文献3、专利文献4)。
此外，还已知如下技术：针对接收到的QAM(Quadrature Amplitude Modulation：正交振幅调制)信号矢量的上位比特和下位比特，分别进行似然度生成处理(例如，参照专利文献5、专利文献6、专利文献7)。
此外，还已知如下技术：在对与象限识别对应的MSB(最上位比特)侧2比特进行差分编码，对LSB(最下位比特)侧比特进行格雷编码的方式中，对MSB侧2比特实施差分解码，并且，对LSB侧比特实施组合有符号旋转的解码处理(例如，参照专利文献8)。
此外，作为实现100Gbps以上的传输速度的技术，使用数字信号处理的数字相干传输技术备受关注。
在该技术中，能够将使用ADC(Analog-to-Digital Converter：模拟数字转换器)的振幅信息应用于接收信号处理，因此，容易并用使用软判定的纠错技术，能够提高接收性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平08-288967号公报
专利文献2：日本特开平08-274747号公报
专利文献3：日本特开平06-177928号公报
专利文献4：日本特开2001-268147号公报
专利文献5：国际公开2005/109811号公报
专利文献6：日本特开2004-260712号公报
专利文献7：国际公开2008/001456号公报
专利文献8：日本专利第3822982号公报
非专利文献
非专利文献1：T.Yoshida,et al.,「Digital signal processing for equalization of fibernonlinearity in coherent receivers」OECC2012,5B1-3,2012.
非专利文献2：Y.Gao,et al.,「Cycle-slip resiilent carrier phase estimation forpolarization multiplexed 16-QAM systems」OECC2012,4B2-4,2012.
发明内容
发明要解决的问题
在现有的QAM调制通信系统的多级差分解码装置和方法中，出于实现提高多级度的光通信的目的，提出了使用数字相干技术的多级调制技术、纠错技术、QAM调制时的似然度生成技术的各种独立技术，但是，存在不能有效地利用纠错来补救多级调制导致的相位噪声耐力下降这样的问题。
具体而言，存在完全没有提示如下情况的电路结构的问题：在实现高速的多级调制信号的传输时，为了避免相位滑移的影响且不使电路动作速度上升，在QAM调制中应用差分编码和解码技术并组合有纠错。
本发明正是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，得到能够以较小的电路规模实现适用于多级调制的差分解码处理的QAM调制通信系统的多级差分解码装置和方法。
用于解决问题的手段
本发明的QAM调制通信系统的多级差分解码装置具有：同步检波部，其接收对N比特(N≥4)的发送符号的上位2比特实施了差分编码后的信号；MSB坐标旋转部，其根据经由同步检波部后的接收信号的接收符号中的上位2比特的信息进行坐标旋转；MSB符号似然度生成部，其使用基于彼此不同的时间的上位2比特的坐标旋转后的2组比特串，生成针对差分解码后的上位2比特的似然度；LSB符号似然度生成部，其对接收信号的接收符号中的由下位N-2比特构成的下位比特生成似然度；以及软判定纠错解码部，其使用由MSB符号似然度生成部和LSB符号似然度生成部生成的上位2比特和下位比特的各似然度，实施纠错解码处理而生成解码信号。
发明效果
根据本发明，根据表示象限信息的上位2比特的信息，在坐标旋转处理后进行差分解码处理，由此，能够与多级度的增加无关地，简易地构成差分解码电路。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的QAM调制通信系统的多级差分解码装置的功能框图。
图2是示出在本发明的实施方式1中使用的多级信号点的配置例的说明图。
图3是示出本发明的实施方式1的MSB侧比特的似然度生成例的说明图。
图4是示出本发明的实施方式1的LSB侧比特的似然度生成例的说明图。
图5是示出本发明的实施方式1的QAM调制通信系统的多级差分解码装置的另一结构例的功能框图。
具体实施方式
实施方式1
以下，参照附图，对本发明的实施方式1进行说明。
图1是示出本发明的实施方式1的QAM调制通信系统的多级差分解码装置的功能框图，示出接收机的结构。
在图1中，QAM调制通信系统的多级差分解码装置由似然度(likelihood)生成部10、将来自发送机的接收信号输入到似然度生成部10的同步检波部11、比特LLR(Logarithm of Likelihood Ratio：对数似然比)生成部26和软判定纠错解码部27构成。
似然度生成部10具有象限信息提取部12、延迟部13、MSB坐标旋转部14a、14b、MSB符号似然度生成部15、LSB坐标旋转部24和LSB符号似然度生成部25。
此外，在似然度生成部10内，2个虚线框分别表示时刻t-1(1个符号前)的信号和时刻t(当前符号)的信号各自的适用范围。
此外，从象限信息提取部12起的虚线箭头表示与时刻t的信号的象限对应的坐标旋转信息。
象限信息提取部12使用时刻t的接收信号中的MSB侧比特(2比特)来提取存在接收信号的象限信息，并输入到MSB坐标旋转部14a、14b和LSB坐标旋转部24。
MSB坐标旋转部14a将根据象限信息实施了坐标旋转后的接收信号输入到MSB符号似然度生成部15。
延迟部13使接收信号延迟，将时刻t-1(1个符号前)的接收信号输入到MSB坐标旋转部14b。MSB坐标旋转部14b针对1个符号前的信号，实施与象限信息对应的坐标旋转并输入到MSB符号似然度生成部15。
MSB符号似然度生成部15使用2个输入信号进行MSB差分解码，由此生成MSB符号似然度并输入到比特LLR生成部26。
另一方面，LSB坐标旋转部24以象限信息和调制方式信号为输入信息，对接收信号中的LSB侧比特(下位侧的N-2比特)实施坐标旋转，并输入到LSB符号似然度生成部25。符号似然度生成部25根据来自LSB坐标旋转部24的输入信号，生成LSB符号似然度并输入到比特LLR生成部26。
比特LLR生成部26使用来自MSB符号似然度生成部15和LSB符号似然度生成部25的输入信号生成比特LLR，软判定纠错解码部27使用比特LLR，生成解码后的解码信号。
以下，参照图2～图4，对图1所示的本发明的实施方式1的动作更具体地进行说明。
图2是示出在本发明的实施方式1中使用的多级信号点的配置例的说明图，示出各信号点为4比特(N＝4)的情况。
此外，图3是示出本发明的实施方式1的MSB侧比特(MSB符号)的似然度生成例的说明图，图4是示出本发明的实施方式1的LSB侧比特(LSB符号)的似然度生成例的说明图。
在图2～图4中，各信号点中的MSB侧2比特“00、10、11、01”(参照虚线框内)表示与各象限对应的信息。
在此，以识别象限的MSB侧2比特被差分编码后的16QAM调制信号(4值调制)的解调处理为例进行说明。
例如，假定进行了图2的映射后的信号，通过同步检波部11，将接收到的各符号作为具有某信号比特宽的复数信号进行解调。
此外，虽然在此没有图示，不过可以使用通常的数字相干光接收处理来实现同步检波部11中的接收光电场的再生处理和失真均衡处理等，还可以通过数字信号处理来实现波形失真的补偿和偏波复用信号的分离等。
首先，象限信息提取部12使用某时刻t的接收信号中的MSB侧2比特，提取存在接收信号的象限信息。
MSB坐标旋转部14a在进行解码时，进行与象限信息对应的坐标旋转，将接收信号重新配置成单一象限。同样，MSB坐标旋转部14b对时刻t-1(1个符号前)的接收信号也进行与时刻t的接收信号的象限信息对应的相同的坐标旋转。
在图3中示出如下情况：对时刻t的第3象限“11”内的信号点P3进行180度旋转，重新配置成第1象限“00”内的信号点P1，对时刻t-1的第4象限“01”内的信号点P4进行180度旋转，重新配置成第2象限“10”内的信号点P2。
此外，上述旋转动作是用于将似然度生成用的基准点仅配置成单一象限(第1象限)的处理，例如，在时刻t的接收信号的信号点位于第2象限的情况下，进行90度旋转而重新配置成第1象限。在该情况下，对时刻t-1的接收信号的信号点也进行90度旋转。
由此，在MSB符号似然度生成部15中，仅以单一象限(第1象限)为基准，生成DEQPSK(Differential Encoded Quadrature Phase Shift Keying：差分编码正交相移键控)用的似然度。
此时，MSB符号似然度生成部15针对2个时刻t、t-1的各信号点P1、P2，分别求出基于距假想最大似然点Q1、Q2(参照阴影圆)的欧几里德距离L1、L2的似然度，根据2点P1、P2的似然度和迁移状态进行差分解码后的似然度生成，生成针对MSB侧上位2比特的似然度。
使用2比特的差分解码后的似然度生成处理可使用公知的DEQPSK解调技术来实现。
另一方面，针对LSB侧2比特的解码，灵活运用按照每个象限实施了旋转90度的格雷编码后的信号点配置的特征。
即，如图4所示，LSB坐标旋转部24针对时刻t的信号点P3，根据提取出的象限信息“11”进行坐标旋转，重新配置成第1象限“00”(单一象限)内的信号点P1。
接下来，LSB符号似然度生成部25根据距假想最大似然点Q1的欧几里德距离L1，直接决定LSB侧似然度(不进行差分解码处理)。
以下，比特LLR生成部26根据由MSB符号似然度生成部15和LSB符号似然度生成部25生成的各似然度信息(MSB符号似然度和LSB符号似然度)，生成与纠错代码的代码字对应的比特似然度(比特LLR)并输入到软判定纠错解码部27。
最后，软判定纠错解码部27使用比特LLR，生成纠错解码处理后的解码信号。
此时，在软判定纠错解码部27中，为了更准确地进行解码处理，期望纠错代码的代码字的单位是已知的。在该情况下，需要构成纠错代码的帧位置的信息，因此需要如图5(后述)所示，变更软判定纠错解码部27A的周边结构。
此外，为了防止发生相位滑移时帧位置信息消失，应用针对差分编码信号的上述解码处理是有用的。在该情况下，在发送机侧，例如将构成纠错代码的帧起始的比特串(Frame Alignment Signal：帧定位信号)分配到MSB侧2比特，进行差分编码处理，由此，能够构成对相位滑移具有耐力的纠错代码和帧。
图5是示出本发明的实施方式1的QAM调制通信系统的多级差分解码装置的另一结构例的功能框图，对与上述(参照图1)相同的内容标注与上述相同的标号，或者在标号之后标注“A”而省略详细记述。
在图5中，在似然度生成部10A内的MSB符号似然度生成部15A与软判定纠错解码部27A之间插入生成纠错代码的帧起始脉冲(纠错帧起始脉冲)的帧同步信号检测部28。
在该情况下，MSB符号似然度生成部15A根据接收信号中包含的帧起始比特串，生成差分解码后的帧起始比特并输入到帧同步信号检测部28。
如图5所示，在MSB符号似然度生成部15A的MSB侧解码处理后，设置帧同步信号检测部28，将构成纠错代码的帧位置(例如，表示帧起始的脉冲)提供给软判定纠错解码部27A，由此，能够实现对相位滑移具有可靠耐力的纠错解码处理。
此外，在此是在似然度生成部10A与软判定纠错解码部27A之间插入帧同步信号检测部28，但是，用于帧位置检测的差分解码处理和帧同步信号检测处理并非一定要在紧靠软判定纠错解码部27A之前进行，不言而喻，也可以设为与似然度生成部10A分开的功能块(另外的电路)，也不会对动作产生特别障碍。
此外，如图3所示，生成MSB侧的似然度的MSB符号似然度生成部15A作为针对在各象限内分别仅配置有1个信号的QPSK的差分解码单元，无需增加特别的变更即可直接灵活运用。
此外，LSB坐标旋转部24例如取入来自外部的调制方式信号作为与调制方式相关的输入信息，对使用/不使用LSB侧的功能进行切换，由此，能够进行QPSK信号用的差分解码功能与16QAM信号用的差分解码功能的动作切换，因此，可构成为能够应对多个调制方式。
如上所述，本发明的实施方式1(图1～图4)的QAM调制通信系统的多级差分解码装置具有：同步检波部11，其接收对N比特(N≥4)的发送符号的上位2比特实施了差分编码后的信号；MSB坐标旋转部14a、14b，其根据经由同步检波部11后的接收信号的接收符号中的上位2比特的信息进行坐标旋转；MSB符号似然度生成部15，其使用基于彼此不同的时间的上位2比特的坐标旋转后的2组比特串，生成针对差分解码后的上位2比特的似然度；LSB符号似然度生成部25，其与上位2比特独立地，对接收信号的接收符号中的由下位N-2比特构成的下位比特生成似然度；以及软判定纠错解码部27，其使用由MSB符号似然度生成部15和LSB符号似然度生成部25生成的上位2比特和下位比特的各似然度，实施纠错解码处理而生成解码信号。
此外，LSB符号似然度生成部25将调制方式切换用的调制方式信号作为输入信息，在使用/不使用之间切换下位比特的似然度生成功能的动作。
MSB坐标旋转部为了生成2组比特串而包含：MSB坐标旋转部14a(第1MSB坐标旋转部)，其对某时刻t的接收信号进行坐标旋转；以及MSB坐标旋转部14b(第2MSB坐标旋转部)，其与第1MSB坐标旋转部独立地，针对从某时刻t起1个符号前(时刻t-1)的接收信号进行坐标旋转。
此外，本发明的实施方式1的QAM调制通信系统的多级差分解码方法具有：接收步骤，接收对发送符号的上位2比特实施了差分编码后的信号；MSB坐标旋转步骤，根据接收信号的接收符号中的上位2比特的信息进行坐标旋转；MSB符号似然度生成步骤，使用基于彼此不同的时间的上位2比特的坐标旋转后的2组比特串，生成针对差分解码后的上位2比特的似然度；LSB符号似然度生成步骤，对接收信号的接收符号中的由下位N-2比特构成的下位比特生成似然度；以及软判定纠错解码步骤，使用上位2比特和下位比特的各似然度，实施纠错解码处理而生成解码信号。
此外，在LSB符号似然度生成步骤中，将调制方式切换用的调制方式信号作为输入信息，在使用/不使用之间切换下位比特的似然度生成功能的动作。
由此，例如在以16QAM调制(4值调制)的差分编码为例的情况下，在现有装置中，需要实现考虑到最大16种(4值×4象限)组合的差分解码，与此相对，根据本发明的实施方式1，进行并用坐标旋转的差分解码处理，由此，成为仅以单一象限(第1象限)为基准的似然度生成处理，只要仅考虑4种(4值×1象限)组合即可，因此，能够大幅削减电路规模。
即，根据表示象限信息的上位2比特的信息，在坐标旋转处理后进行差分解码处理，由此，能够与多级度的增加无关地，简易地构成差分解码电路。
此外，通过独立地进行MSB符号似然度生成部15中的基于象限识别的MSB侧比特的似然度生成与LSB符号似然度生成部25中的LSB侧比特的似然度生成，由此，能够通过大致相同的电路实现应对多个调制方式的似然度生成。
此外，本发明的实施方式1(图5)的QAM调制通信系统的多级差分解码装置具有与软判定纠错解码部27A连接的帧同步信号检测部28，在由同步检波部11接收的信号中，对实施了差分编码后的上位2比特分配表示纠错帧的起始的帧起始比特串。
在该情况下，MSB符号似然度生成部15A根据帧起始比特串，生成差分解码后的帧起始比特并输入到帧同步信号检测部28，帧同步信号检测部28根据差分解码后的帧起始比特，检测纠错解码用的帧起始位置并输入到软判定纠错解码部27A。
或者，帧同步信号检测部28与似然度生成部10A独立地构成，根据帧起始比特串生成差分解码后的帧起始比特，并且，根据差分解码后的帧起始比特检测纠错解码用的帧起始位置并输入到软判定纠错解码部27A。
此外，本发明的实施方式1的QAM调制通信系统的多级差分解码方法具有在软判定纠错解码步骤之前执行的帧同步信号检测步骤，在由接收步骤接收的信号中，对实施了差分编码后的上位2比特分配表示纠错帧的起始的帧起始比特串，在帧同步信号检测步骤中，根据帧起始比特串生成差分解码后的帧起始比特，并且，根据差分解码后的帧起始比特来检测纠错解码用的帧起始位置，在软判定纠错解码步骤中，使用帧起始位置生成解码信号。
这样，在MSB侧比特的差分解码后进行帧同步位置的检测，由此，能够实现相位滑移耐性更加优异的纠错解码。

Claims (8)

1.一种使用QAM调制的QAM调制通信系统的多级差分解码装置，其中，所述QAM调制通信系统的多级差分解码装置具有：
同步检波部，其接收对N比特(N≥4)的发送符号的上位2比特实施了差分编码后的信号；
MSB坐标旋转部，其根据经由所述同步检波部后的接收信号的接收符号中的上位2比特的信息进行坐标旋转；
MSB符号似然度生成部，其使用基于彼此不同的时间的所述上位2比特的坐标旋转后的2组比特串，生成针对差分解码后的所述上位2比特的似然度；
LSB符号似然度生成部，其对所述接收信号的接收符号中的由下位N-2比特构成的下位比特生成似然度；以及
软判定纠错解码部，其使用由所述MSB符号似然度生成部和所述LSB符号似然度生成部生成的所述上位2比特和所述下位比特的各似然度，实施纠错解码处理而生成解码信号。
2.根据权利要求1所述的QAM调制通信系统的多级差分解码装置，其中，所述LSB符号似然度生成部将调制方式切换用的调制方式信号作为输入信息，在使用/不使用之间切换下位比特的似然度生成功能的动作。
3.根据权利要求1或2所述的QAM调制通信系统的多级差分解码装置，其中，所述MSB坐标旋转部为了生成所述2组比特串而包含：
第1MSB坐标旋转部，其对某时刻的接收信号进行坐标旋转；以及
第2MSB坐标旋转部，其对从所述某时刻起1个符号前的接收信号进行坐标旋转。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的QAM调制通信系统的多级差分解码装置，其中，
所述QAM调制通信系统的多级差分解码装置具有与所述软判定纠错解码部连接的帧同步信号检测部，
在由所述同步检波部接收的信号中，对被实施了所述差分编码后的上位2比特分配表示纠错帧的起始的帧起始比特串，
所述MSB符号似然度生成部根据所述帧起始比特串，生成差分解码后的帧起始比特并输入到所述帧同步信号检测部，
所述帧同步信号检测部根据所述差分解码后的帧起始比特，检测纠错解码用的帧起始位置并输入到所述软判定纠错解码部。
5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的QAM调制通信系统的多级差分解码装置，其中，
所述QAM调制通信系统的多级差分解码装置具有与所述软判定纠错解码部连接的帧同步信号检测部，
在由所述同步检波部接收的信号中，对被实施了所述差分编码后的上位2比特分配表示纠错帧的起始的帧起始比特串，
所述帧同步信号检测部根据所述帧起始比特串生成差分解码后的帧起始比特，并且，根据所述差分解码后的帧起始比特，检测纠错解码用的帧起始位置并输入到所述软判定纠错解码部。
6.一种使用QAM调制的QAM调制通信系统的多级差分解码方法，其中，所述QAM调制通信系统的多级差分解码方法具有：
接收步骤，接收对N比特(N≥4)的发送符号的上位2比特实施了差分编码后的信号；
MSB坐标旋转步骤，根据接收信号的接收符号中的上位2比特的信息进行坐标旋转；
MSB符号似然度生成步骤，使用基于彼此不同的时间的所述上位2比特的坐标旋转后的2组比特串，生成针对差分解码后的所述上位2比特的似然度；
LSB符号似然度生成步骤，对所述接收信号的接收符号中的由下位N-2比特构成的下位比特生成似然度；以及
软判定纠错解码步骤，使用所述上位2比特和所述下位比特的各似然度，实施纠错解码处理而生成解码信号。
7.根据权利要求6所述的QAM调制通信系统的多级差分解码方法，其中，在所述LSB符号似然度生成步骤中，将调制方式切换用的调制方式信号作为输入信息，在使用/不使用之间切换下位比特的似然度生成功能的动作。
8.根据权利要求6或7所述的QAM调制通信系统的多级差分解码方法，其中，
所述QAM调制通信系统的多级差分解码方法具有在所述软判定纠错解码步骤之前执行的帧同步信号检测步骤，
在由所述接收步骤接收的信号中，对被实施了所述差分编码后的上位2比特分配表示纠错帧的起始的帧起始比特串，
在所述帧同步信号检测步骤中，根据所述帧起始比特串生成差分解码后的帧起始比特，并且，根据所述差分解码后的帧起始比特检测纠错解码用的帧起始位置，
在所述软判定纠错解码步骤中，使用所述帧起始位置生成所述解码信号。
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