CN110402565B - 信号整形装置、整形终止装置、信号整形方法以及光传输方法 - Google Patents

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Abstract

信号整形装置(100)的特征在于，具备：生成部(121)，其针对将多个系统的比特串划分为预先决定的长度而得到的块，进行多种预先决定的处理，生成要发送的整形块的候选即多个候选块；计算部(122)，其以所述候选块为单位来计算将候选块所包含的多个比特转换成一维调制符号时的一维调制符号的权重；选择部(123)，其基于权重，从多个候选块中选择整形块；附加部(124)，其将示出选择结果的选择信息附加于整形块；以及符号映射部(130)，其将整形块所包含的多个比特转换成一维调制符号从而生成一维调制信号。

Description

信号整形装置、整形终止装置、信号整形方法以及光传输方法
技术领域
本发明涉及能够提高数据传输速度的信号整形装置、整形终止装置、信号整形方法以及光传输方法。
背景技术
在通信系统中，为了提高传输中的噪音耐力，提出了对信号进行整形来传输的技术。信号整形通常在比纠错靠传输路径侧进行。即，在发送侧，在纠错编码之后进行信号整形，在接收侧，在纠错解码之前进行整形终止。将这样的纠错与信号整形的连接方法称为正向连接(Normal Concatenation)。非专利文献1提出了如下方法：在发送侧，在纠错编码之前进行信号整形，在接收侧，在纠错解码之后进行整形终止。将这样的纠错与信号整形的连接方法相对于正向连接而称为反向连接(Reverse Concatenation)。关于在信号整形后进行的处理，以不破坏表现振幅的比特对的方式进行，纠错的奇偶校验需要分配给不影响振幅的比特以使得不对表现振幅的比特造成影响。这样的制约也有可能无法在电路安装上允许。非专利文献1所记载的整形方法被称为CCDM(Constant Composition DistributionMatching)，并详细记载于非专利文献2。CCDM是为了生成脉冲振幅调制(PAM：PulseAmplitude Modulation)信号而能够应用的整形方法，使用块长度为10000比特左右的算术符号，对特定的信号点的出现概率进行整形。另外，在非专利文献3中记载了将CCDM应用于光传输的技术。
然而，在被称为CCDM的整形方法中，块长度需要为10000比特左右，电路安装性存在问题。相对于此，作为能够使块长度比CCDM短的整形方法，在非专利文献4中记载了剪贴法(Cut And Paste：CAP)。在非专利文献4所记载的方法中，以查找表(LUT：Look Up Table)的形式准备2种比特分配表，选择平均功率较低的一方来进行信号整形，并且一并发送选择结果。在接收侧，使用基于选择结果选择出的比特分配表的查找表来进行解调。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：G.Bocherer，外2名，“Bandwidth Efficient and Rate-MatchedLow-Density Parity-Check Coded Modulation”，IEEE Transactions onCommunications，vol.63，no.12，pp.4651-4665，Dec.2015.
非专利文献2：P.Schulte，外1名，“Constant Composition DistributionMatching”，IEEE Transactions on Information Theory，vol.62，no.1，pp.430-434，Jan.2016.
非专利文献3：F.Buchali，外5名，“Rate Adaptation and Reach Increase byProbabilistically Shaped 64-QAM：An Experimental Demonstration”，Journal ofLightwave Technology，vol.34，no.7，pp.1599-1609，Apr.2016.
非专利文献4：J.Cho，外3名，“Low-Complexity Shaping for EnhancedNonlinearity Tolerance”，ECOC2016，W.1.C.2，pp.467-469，Sep.2016.
发明内容
然而，在上述非专利文献4所记载的技术中，对二维调制的QAM(QuadratureAmplitude Modulation)信号进行整形处理，因此，存在处理变得复杂等在安装面残留复杂性这样的问题。例如，在信号的整形中，需要具有6的平方到6的12次方的地址空间的查找表。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，获得一种能够以简易的结构对信号进行整形来提高传输中的噪音耐力的信号整形装置、整形终止装置、信号整形方法及光传输方法。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，实现目的，本发明的信号整形装置的特征在于，具备：生成部，其针对将多个系统的比特串划分为预先决定的长度而得到的块，进行多种预先决定的处理，从而生成要发送的整形块的候选即多个候选块；计算部，其以候选块为单位来计算将候选块所包含的多个比特转换成一维调制符号时的一维调制符号的权重；选择部，其基于权重，从多个候选块中选择整形块；附加部，其将示出选择结果的选择信息附加于整形块；以及符号映射部，其将整形块所包含的多个比特转换成一维调制符号从而生成一维调制信号。
发明的效果
本发明的信号整形装置起到如下效果：能够以简易的结构对信号进行整形来提高传输中的噪音耐力。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的整形信号传输系统的结构的图。
图2是示出图1所示的信号整形装置用于进行正向连接的处理的结构的图。
图3是示出图2所示的符号映射部将3个系统的比特串转换成PAM8的符号时的对应关系的图。
图4是示出图1所示的整形终止装置用于进行正向连接的处理的结构的图。
图5是示出图1所示的整形信号传输系统的动作的流程图。
图6是示出图5的步骤S102的详细动作的流程图。
图7是示出在图3所示的对应关系中针对type1的输入比特的输出电平、对输入比特B2进行逻辑反转处理后的type2的输入比特、以及针对type2的输入比特的输出电平之间的对应关系的图。
图8是示出图1所示的信号整形装置所生成的整形块的图。
图9是示出本发明的实施方式2的信号整形装置的结构的图。
图10是示出本发明的实施方式2的整形终止装置的结构的图。
图11是示出本发明的实施方式2的整形信号传输系统的动作的流程图。
图12是示出本发明的实施方式3的信号整形装置所附加的检测信息的图。
图13是示出本发明的实施方式8的整形信号传输系统的结构的图。
图14是示出图13所示的整形信号传输系统的动作的流程图。
图15是示出将一维调制信号转换成偏振复用IQ信号的方法的第1例的图。
图16是示出将一维调制信号转换成偏振复用IQ信号的方法的第2例的图。
图17是示出本发明的实施方式9的整形信号传输系统的动作的流程图。
图18是示出用于实现图1所示的发送装置及图13所示的光发送装置的硬件结构的图。
图19是示出用于实现图1所示的发送装置及图13所示的光发送装置的硬件结构的图。
图20是示出用于实现图1所示的接收装置及图13所示的光接收装置的硬件结构的图。
图21是示出用于实现图1所示的接收装置及图13所示的光接收装置的硬件结构的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式的信号整形装置、整形终止装置、信号整形方法及光传输方法详细进行说明。此外，不通过该实施方式来限定本发明。
实施方式1.
图1是示出本发明的实施方式1的整形信号传输系统1的结构的图。整形信号传输系统1具有发送装置10、传输路径20以及接收装置30。发送装置10具有信号整形装置100，接收装置30具有整形终止装置300。由发送装置10的信号整形装置100整形后的信号经由传输路径20被传输到接收装置30，在整形终止装置300中返回到整形前的状态。
关于对信号进行整形的方式，举出2个方式。第1个方式是将信号整形处理在纠错编码之后进行、在纠错解码之前终止的被称为正向连接的方式。第二个方式是将信号整形处理在纠错编码之前进行、在纠错解码之后终止的被称为反向连接的方式。本实施方式中说明的信号整形方法能够应用于正向连接及反向连接这两方。以下，在本实施方式1中，说明用于进行正向连接的处理的信号整形装置100及整形终止装置300的结构和动作。
图2是示出图1所示的信号整形装置100用于进行正向连接的处理的结构的图。图2所示的信号整形装置100A具有纠错编码部110、整形处理部120以及符号映射部130。纠错编码部110对输入的信号进行纠错编码并将纠错编码后的信号输出。
整形处理部120对输入的信号进行整形处理，并将整形后的信号输出。整形处理部120具有生成部121、计算部122、选择部123以及附加部124。生成部121按照将多个系统的比特串划分为预先决定的长度来作为整形处理的处理单位而得到的每个块，进行预先决定的多种处理，生成作为整形后的块而输出的整形块的候选即多个候选块。预先决定的长度如是几比特到几百比特的程度。计算部122对生成部121生成的候选块各自的符号的权重进行计算。计算部122计算的权重示出发送各块时所需的功率的大小，是各块所包含的符号的功率、功率的平方根、功率的平方、或者多个系统中的预先决定的系统的比特串所包含的逻辑1的数量中的任意一方。或者，计算部122计算的权重也可以是各块所包含的符号的功率、功率的平方根、功率的平方、或者多个系统中的预先决定的系统的比特串所包含的逻辑1的数量中的任意一方与任意的参照值之间的距离。选择部123基于由计算部122按照每个候选块计算出的权重，从多个候选块中选择整形块。附加部124将示出选择结果的选择信息附加于整形块。之后叙述整形处理部120的详细动作。
符号映射部130基于输入的比特串，生成多层次的多值信号即一维调制信号的符号X并输出符号序列。这里，一维调制方式是指，以信号点的各点在复信号显示中排列在直线上的方式进行调制的方式，举出脉冲振幅调制、二进制相移键控(BPSK：Binary PhaseShift Keying)、幅移键控(ASK：Amplitude Shift Keying)、强度调制(OOK：On-OffKeying)等。符号映射部130基于预先决定的对应关系，将输入的比特串转换成一维调制方式的符号。
图3是示出图2所示的符号映射部130将3个系统的比特串转换成PAM8的符号时的对应关系的图。PAM8是将脉冲振幅调制中的3个系统的输入比特转换成8个输出电平的符号的调制方式。符号映射部130将输入的3个系统的比特串A＝(A1，A2，A3)所包含的3个系统的输入比特B＝(B1，B2，B3)转换成具有预先决定的8个电平中的任意输出电平的符号。在图3的例子中，输入比特B＝010被转换成“+7”的输出电平的脉冲信号。同样，输入比特B＝011被转换成“+5”的输出电平的脉冲信号，输入比特B＝001被转换成“+3”的输出电平的脉冲信号，输入比特B＝000被转换成“+1”的输出电平的脉冲信号。另外，输入比特B＝100被转换成“-1”的输出电平的脉冲信号，输入比特B＝101被转换成“-3”的输出电平的脉冲信号，输入比特B＝111被转换成“-5”的输出电平的脉冲信号，输入比特B＝110被转换成“-7”的输出电平的脉冲信号。
在信号整形装置100A中，将纠错编码部110的输出信号输入到整形处理部120，将整形处理部120的输出信号输入到符号映射部130。因此，纠错编码部110对整形处理前的信号进行纠错编码，整形处理部120对纠错编码后的信号进行整形处理。整形处理部120对构成一维调制信号的多个系统的比特串进行整形处理。因此，与对二维调制信号进行整形处理相比，能够以简单的结构有效地进行整形处理。
图4是示出图1所示的整形终止装置300用于正向连接的处理的结构的图。图4所示的整形终止装置300A具有似然度生成部310、整形终止部320以及纠错解码部330。似然度生成部310求出接收符号Y的对数似然度比L。整形终止部320基于求出的对数似然度比L，对接收到的整形块进行整形终止处理而返回到整形前的状态。之后详细叙述整形终止处理。纠错解码部330对输入的信号进行前方纠错解码。
在整形终止装置300A中，将似然度生成部310的输出信号输入到整形终止部320，将整形终止部320的输出信号输入到纠错解码部330。因此，整形终止部320对似然度生成后的信号进行整形终止处理，纠错解码部330对整形终止后的信号进行前方纠错解码。
图5是示出图1所示的整形信号传输系统1的动作的流程图。信号整形装置100A的纠错编码部110对输入的信号进行纠错编码，将纠错编码后的信号输入到整形处理部120(步骤S101)。整形处理部120对纠错编码后的信号进行整形处理而生成整形块，将生成的整形块输入到符号映射部130(步骤S102)。
图6是示出图5的步骤S102的详细动作的流程图。整形处理部120的生成部121针对将构成一维调制信号的多个系统的比特串划分为预先决定的长度而得到的块，进行预先决定的处理，生成要发送的整形块的候选即多个候选块(步骤S110)。具体而言，作为预先决定的处理，生成部121对至少1个系统的比特串进行全反转处理而生成块，将生成的块和未进行全反转处理的块作为候选块。例如，生成部121针对将输入的比特串A[t]＝(A1[t]，A2[t]，A3[t])所包含的比特各4个地划分而得到的块，生成对第2个系统的输入的比特串A2[t]进行全反转处理后的候选块和未进行全反转处理的候选块。例如在输入的比特串为A[1]＝(0，1，0)、A[2]＝(0，1，1)、A[3]＝(0，0，1)、A[4]＝(0，0，1)的情况下进行全反转处理时，成为A[1]＝(0，0，0)、A[2]＝(0，0，1)、A[3]＝(0，1，1)、A[4]＝(0，1，1)。
计算部122对生成的多个候选块分别包含的符号的权重W进行计算(步骤S111)。计算部122将符号的权重设为符号的功率的平方。在符号的权重为符号的功率的平方的情况下，1块量的符号的权重W成为符号的功率的平方的合计。在将对输入的比特串A不进行任何处理的情况设为type1、将type1的权重设为W1、将对输入的比特串A的输入的比特串A2[t]进行了全反转处理的情况设为type2、并将type2的权重设为W2的情况下，W1由下述的数式(1)表示，W2由下述的数式(2)表示。此外，AMP_type1是将type1设为输入比特而进行了符号映射处理时的输出电平，AMP_type2是将type2设为输入比特而进行了符号映射处理时的输出电平。
W1＝Σ|AMP_type1[t]|2…(1)
W2＝Σ|AMP_type2[t]|2…(2)
图7是示出在图3所示的对应关系中针对type1的输入比特的输出电平AMP_type1、对输入比特的B2进行逻辑反转处理后的type2的输入比特、以及针对type2的输入比特的输出电平AMP_type2之间的对应关系的图。在符号映射处理中使用图7所示的对应关系的情况下，下述数式(3)的关系成立，因此，W1与W2的差异ΔW由下述的数式(4)表示。
AMP_type2[t]＝8-AMP_type1[t]…(3)
ΔW＝W1-W2＝16Σ(|AMP_type1[t]|-4)…(4)
返回到图6的说明。选择部123基于计算部122按照各块而计算出的权重W，选择整形块(步骤S112)。具体而言，选择部123将权重的值较小的候选块选择为整形块。在ΔW＜0的情况下，选择部123将type1的候选块选择为整形块。在ΔW＞0的情况下，选择部123将type2的候选块选择为整形块。在ΔW＝0的情况下，可以将type1及type2中的任意候选块选择为整形块，但不期望偏向任意一方而进行选择。因此，选择部123基于候选块中选择结果的偏倚，以选择结果的偏倚变小的方式选择整形块。例如选择部123能够预先蓄积过去10次的选择结果的历史，将选择次数较少的一侧设为整形块。或者，选择部123也可以在块编号为奇数的情况下选择type1，在块编号为偶数的情况下选择type2。此外，在上述的例子中，候选块为2个，但也可以生成3个以上的候选块。在该情况下，选择部123能够将多个候选块中权重成为最小的候选块设为整形块。
在选择了整形块后，附加部124将示出选择结果的选择信息附加于整形块(步骤S113)。例如，在选择了type1的情况下，选择信息能够为具有“0”值的比特，在选择了type2的情况下，选择信息能够为具有“1”值的比特。多个系统的比特串包括示出一维调制信号的振幅的振幅比特串和振幅比特串以外的非振幅比特串，附加部124期望对非振幅比特串附加选择信息。
图8是示出图1所示的信号整形装置100所生成的整形块的图。在图8中，示出了在第1个块BL1中选择了type1的候选块、在第2个块BL2中选择了type2的候选块、在第3个块BL3中选择了type2的候选块、在第4个块BL4中选择了type1的候选块的例子。对各块的第1系统的比特串A1的开头比特附加了选择信息。第1系统的比特串A1是决定PAM8的符号的比特，是只要标记率不有意地偏离1/2，就不影响振幅分布的非振幅比特串。
返回到图5的说明。当步骤S102所示的整形处理结束时，信号整形装置100A的符号映射部130进行符号映射处理并输出符号序列(步骤S103)。发送装置10将信号整形装置100A所生成的符号序列向接收装置30传输(步骤S104)。
当接收装置30的整形终止装置300A接收到符号序列时，似然度生成部310使用接收到的符号序列和噪音方差，生成似然度(步骤S105)。似然度生成部310求出选择信息的对数似然度比L_OH和各系统的似然度。另外，似然度生成部310对选择信息的对数似然度比L_OH进行校正，求出校正后的对数似然度比L_OHN。具体而言，在将c_N设为比0大的归一化因子时，似然度生成部310在L_OH＞c_N的情况下，校正为L_OHN＝1，在L_OH＜-c_N的情况下，校正为L_OHN＝-1，在除此以外的情况下，校正为L_OHN＝L_OH/c_N。此外，关于噪音方差，可以使用固定值，或者能够使用如下方法来求出：使探索最佳值的已知信号扩散而与整形信号混合地传输，使用信噪比的检测结果来求出噪音方差等。
整形终止部320执行纠错解码前的接收符号的整形终止处理，将信号返回到整形前的状态(步骤S106)。整形终止部320使用似然度生成部310所生成的似然度，进行整形终止处理。具体而言，由于第1系统及第3系统的接收符号不是整形处理的对象，因此，整形终止部320不对第1系统及第3系统进行整形终止处理。整形终止部320基于第2系统的接收符号和第2系统的似然度L2S，求出第2系统的整形终止后的对数似然度比L2＝L2S×L_OHN。
纠错解码部330对输入的信号进行纠错解码(步骤S107)。
如以上说明的那样，根据本实施方式1，针对将多个系统的比特串划分为预先决定的长度而得到的块，进行整形处理。具体而言，生成对多个系统中的至少1个系统的比特串进行全反转处理后的候选块和不进行全反转处理的候选块，从这些候选块中选择要发送的整形块。因此，与对二维调制信号进行整形处理相比，能够以简易的结构对信号进行整形，提高传输中的噪音耐力。因此，能够提高数据传输速度。
为了提高数据传输速度，提出了提高波特率的速度、提高调制多值度等各种方法。信号整形技术是用于填补提高调制多值度时的实际的数据传输速度与香农极限的差异的技术，该差异是由于噪音的影响等而产生的。即便抑制噪音的影响，其效果最大也为πe/6(1.53dB)，因此，为了该改善而要求极端大的处理复杂度是不合理的。整形效率和处理复杂度通常采取折衷，因此，在安装上成为问题。因此，以与改善效果相称的简易结构来提高噪音耐力是重要的。
另外，示出整形块的选择结果的选择信息被分配给整形块的非振幅比特。因此，能够在不对要发送的信号的振幅造成影响的状态下将选择信息附加于整形块来传输。
实施方式2.
在上述的实施方式1中，说明了进行正向连接的处理的例子，在该正向连接的处理中，在纠错编码之后进行信号整形处理，在纠错解码之前终止信号整形处理。在本实施方式2中，说明进行反向连接的处理的例子，在该反向连接的处理中，在纠错编码之前进行信号整形处理，在纠错解码之后终止信号整形处理。以下，针对与实施方式1同样的部分标注相同的符号而省略说明，以与实施方式1不同的部分为主来说明。
图9是示出本发明的实施方式2的信号整形装置100B的结构的图。信号整形装置100B具有整形处理部120、纠错编码部110以及符号映射部130。在信号整形装置100B中，将整形处理部120的输出输入到纠错编码部110，将纠错编码部110的输出输入到符号映射部130输入。因此，纠错编码部110对整形处理后的信号进行纠错编码，符号映射部130对纠错编码后的信号进行符号映射处理。
图10是示出本发明的实施方式2的整形终止装置300B的结构的图。整形终止装置300B具有似然度生成部310、纠错解码部330以及整形终止部320。在整形终止装置300B中，将似然度生成部310的输出信号输入到纠错解码部330，将纠错解码部330的输出信号输入到整形终止部320。因此，纠错解码部330对似然度生成后的信号进行纠错解码，整形终止部320对纠错解码后的信号进行整形终止处理。
图11是示出本发明的实施方式2的整形信号传输系统的动作的流程图。信号整形装置100B的整形处理部120进行所输入的信号的整形处理(步骤S102)。在进行了整形处理之后，纠错编码部110对信号进行纠错编码(步骤S101)。在进行了纠错编码之后，符号映射部130进行符号映射处理(步骤S103)。然后，将生成的符号序列向接收装置30的整形终止装置300B传输(步骤S104)。整形终止装置300B的似然度生成部310基于接收到的符号序列，生成似然度(步骤S105)。纠错解码部330对生成了似然度的信号进行纠错解码(步骤S107)。关于以上的处理，由于仅仅是进行处理的顺序不同而进行与实施方式1同样的动作，因此省略详细说明。在进行上述那样的反向连接的处理的情况下，如上所述，向整形终止部320输入的信号成为纠错解码后的信号。因此，整形终止部320在选择信息的值为0的情况下，不对相应的整形块进行任何处理，在选择信息的值为1的情况下，对相应的整形块的第2系统全部进行逻辑反转，由此，进行得到整形前的比特串A的整形终止处理(步骤S206)。
如以上说明的那样，根据本发明的实施方式2，不仅仅是在纠错编码之后进行信号整形处理、在纠错解码之前终止的正向连接的情况，在纠错编码之前进行信号整形处理、在纠错解码之后终止的反向连接的情况下，也能够对信号进行整形来传输，在接收侧返回到整形前的状态。
实施方式3.
本发明的实施方式3的整形信号传输系统1的结构与实施方式1相同，因此省略说明。在实施方式3中，与实施方式1的不同之处在于，除了选择信息S之外，还将选择信息S的错误检测用的奇偶校验比特即检测信息P附加于整形块。
图12是示出本发明的实施方式3的信号整形装置100所附加的检测信息P的图。在图12所示的例子中，在第1个块BL1中选择了type1的候选块，在第2个块BL2中选择了type2的候选块，在第3个块BL3中选择了type2的候选块，在第4个块BL4中选择了type1的候选块。因此，块BL1的选择信息S1的值为“0”，块BL2的选择信息S2的值为“1”，块BL3的选择信息S3的值为“1”，块BL4的选择信息S4的值成为“0”。图12中示出使用选择信息S的逻辑反转作为检测信息P的例子。在该情况下，块BL1的检测信息P1的值为“1”，块BL2的检测信息P2的值为“0”，块BL3的检测信息P3的值为“0”，块BL4的检测信息P4的值成为“1”。
在使用检测信息P的情况下，似然度生成部310能够将选择信息S的对数似然度比与检测信息P的对数似然度比合成来使用。在将选择信息S的对数似然度比设为L_OH1、将检测信息P的对数似然度比设为L_OH2的情况下，能够设为L_OH＝L_OH1-L_OH2。
本实施方式3的方法期望在进行正向连接的处理时使用。另外，上述的方法在1块的长度N较小的情况下，虽说冗余的处理增加，但选择信息S错误的情况下的影响有限，因此，期望在N为8以上的情况下使用。
实施方式4.
本发明的实施方式4的整形信号传输系统1的结构与实施方式2相同，因此省略说明。本实施方式4的发送装置10的信号整形装置100B生成候选块的方法与实施方式2不同，因此，以下以与实施方式2不同的部分为主进行说明。
生成部121对M序列进行循环移位而生成7个M序列，取第2系统的输入的比特串A2与7级的M序列的异或，生成7个候选块。另外，生成部121包含不进行与M序列的异或运算的情况在内，能够取得8个候选块。计算部122计算各个候选块所包含的第2系统的比特串A2中的逻辑1的出现数来作为权重。选择部123将计算出的出现数最偏离3.5的候选块选择为要发送的整形块。选择部123还在选择出的候选块的第2系统的比特串A2中的逻辑1的出现数为4以上的情况下，对逻辑1的出现数为4以上的候选块的第2系统的比特串全部进行逻辑反转处理。附加部124以3比特生成示出8个候选块中的选择部123的选择结果的选择信息并附加于整形块。另外，附加部124以1比特生成由选择部123示出是否对第2系统的比特串进行了逻辑反转处理的选择信息并附加于整形块。在该情况下，选择信息合计成为4比特。通过减少第2系统的逻辑1的数量，能够使整形块所包含的符号的平均功率降低。在上述的方法中，每1块的选择信息的比特数较多，选择信息错误的情况下的影响较大，因此，期望在进行反向连接的处理的情况下应用本实施方式4的技术。
整形终止装置300B的整形终止部320首先针对示出是否进行了逻辑反转处理的1比特的选择信息，与在实施方式2中使用图11说明的方法同样地进行整形终止处理。接着，整形终止部320针对与异或运算相关的3比特的选择信息，进行与相应的M序列的异或运算。此外，在选择出的候选块是没有进行异或运算的候选块的情况下，整形终止部320不进行异或运算。
在以上说明的本发明的实施方式4的整形信号传输系统1中，与对二维调制信号进行整形处理相比，能够以简易的结构对信号进行整形，提高传输中的噪音耐力。
此外，在上述的实施方式4中，选择部123也可以选择逻辑1的出现数成为最小的候选块。在选择逻辑1的出现数成为最小的候选块的情况下，通常，在选择出的候选块中，第2系统的比特串的逻辑1的出现数成为3以下，因此，也可以不进行全逻辑反转处理。
实施方式5.
本发明的实施方式5的整形信号传输系统1的结构与实施方式2相同，因此省略说明。本实施方式5的发送装置10的信号整形装置100B生成候选块的方法与实施方式2不同，因此，以下，以与实施方式2不同的部分为主来说明。
生成部121生成由第2系统的比特串A2及第3系统的比特串A3构成的长度8的4元符号序列。另外，生成部121将在15级的M序列的末尾添加了0的长度16的序列分为长度8的2个序列，分别进行组合而构成长度8的4元数列，生成作为参照序列的符号扰码序列。生成部121针对由输入的比特串A2及A3构成的4元符号序列与参照序列之和，进行求出4的余数的比特扰码处理。生成部121对参照序列进行循环移位，针对至少8种参照序列进行上述的比特扰码处理，将比特扰码处理的结果设为候选块。选择部123从8种候选块中选择权重成为最小的候选块作为要发送的整形块。附加部124将选择部123的选择结果作为3比特的选择信息附加于整形块。
实施方式6.
本发明的实施方式6的整形信号传输系统1的结构与实施方式1或2相同，因此省略说明。本实施方式6的发送装置10的信号整形装置100的生成部121生成候选块的方法与实施方式1及2不同。
在设1块的长度N＝15的情况下，生成部121生成长度15的序列中的、要素全部为0的1种序列和1个要素为1且其他要素全部为0的15种序列，将与生成了第2系统的比特串A2的序列调换后的块设为候选块。向16种序列分配4比特，将输入设为4比特，分配给16种序列中的任意序列。例如，在将输入进行16进制表示时成为0的情况下，分配全零序列，在将输入进行16进制表示时成为1～15的情况下，能够分别与单独1序列的逻辑1的位置对应。由此，能够减少第2系统的逻辑1的数量，能够使整形块所包含的符号的平均功率降低，能够提高传输中的噪音耐力。
实施方式7.
信号整形装置100不仅能够使用上述的实施方式1～6中说明的整形方法的任意一种方法，也能够组合多种来使用。在上述的实施方式1～6中，对第2系统的比特串A2进行预先决定的处理而生成了候选块，但也可以对第3系统的比特串A3进行预先决定的处理。在该情况下，取要传输的信号的振幅的绝对值较小的值的概率较高，能够进一步提高传输中的噪音耐力。
实施方式8.
在上述的实施方式1～7中，在传输路径20中传输的信号也可以为电信号，没有特别限定，但在本实施方式8中，说明在将整形后的电信号转换成光信号来进行传输的光传输系统中应用了本发明的技术的例子。
图13是示出本发明的实施方式8的整形信号传输系统2的结构的图。整形信号传输系统2是传输光信号的系统，具有光发送装置11、光传输路径21以及光接收装置31。
光发送装置11具有信号整形装置100、光源141、光调制器142、调制器驱动器143以及数字模拟转换器144。信号整形装置100是上述实施方式1～7的任1个实施方式的信号整形装置100中的进行正向连接的处理的信号整形装置100A。光源141出射用于生成光信号的光。光调制器142对光源141出射的光进行调制而生成光信号，将生成的光信号向光传输路径21输出。调制器驱动器143基于信号整形装置100所生成的电信号即一维调制信号，来驱动光调制器142。数字模拟转换器144将信号整形装置100所生成的数字的电信号转换成模拟的电信号并向调制器驱动器143输入。根据上述结构，光发送装置11能够从信号整形装置100所生成的电信号生成光信号并向光传输路径21输出。
光传输路径21是将光发送装置11与光接收装置31连接并传输光信号的传输路径。光传输路径21包括光纤211、光放大器212以及波长选择开关213。光发送装置11输出的光信号经由光传输路径21被传输到光接收装置31。
光接收装置31具有光源311、相干接收器312、模拟数字转换器313以及整形终止装置300。光源311出射中心频率与接收的调制光一致的局部振荡光。相干接收器312使光源311出射的局部振荡光与从光传输路径21接收的调制光进行干涉而转换成电信号。模拟数字转换器313将相干接收器312接收到的电信号转换成数字信号并向整形终止装置300输入。整形终止装置300是上述的实施方式1～7中的任意1个实施方式的整形终止装置300中的进行正向连接的处理的整形终止装置300A。
图14是示出图13所示的整形信号传输系统2的动作的流程图。首先，光发送装置11的纠错编码部110进行纠错编码处理并输出处理后的信号(步骤S101)。然后，整形处理部120对纠错编码部110输出的信号进行整形处理并输出整形处理后的信号(步骤S102)。符号映射部130对整形处理部120输出的信号进行符号映射处理，输出作为一维调制信号的电信号(步骤S103)。
从符号映射部130输出的电信号在数字模拟转换器144中被转换成模拟的电信号之后向调制器驱动器143输入。调制器驱动器143基于所输入的电信号来驱动光调制器142，由光调制器142对光源141出射的光进行调制而生成光信号(步骤S301)。由此，从光发送装置11输出光信号。
从光发送装置11输出的光信号在光传输路径21中传输(步骤S302)。光接收装置31的相干接收器312进行如下的光接收处理，在该光接收处理中，使用光源311出射的光，使接收到的光信号与光源311出射的光进行干涉，进行通过相干检波从而将光信号转换成电信号并输出(步骤S303)。相干接收器312生成的模拟的电信号由模拟数字转换器313转换成数字信号，并输入到整形终止装置300。
整形终止装置300的似然度生成部310进行似然度生成处理并输出处理后的信号(步骤S105)。整形终止部320对似然度生成部310输出的信号进行整形终止处理，输出处理后的信号(步骤S106)。纠错解码部330对整形终止部320输出的信号进行纠错解码(步骤S107)。
此外，在图14的说明中，针对与图5同样的动作而使用相同的符号，省略详细的说明。另外，针对与本发明的特征没有直接关系的部分而省略说明，但例如光发送装置11也可以进行信号频谱整形、振幅调整、偏斜调整、电信号的放大处理等信号处理。另外，在光传输路径21中，也可以进行波长合分波、光放大、路径选择等信号处理。光接收装置31也可以进行波形失真补偿、自适应正交偏振分离、时钟恢复、载波恢复等信号处理。
作为将整形后的一维调制信号转换成偏振复用IQ信号的方法，考虑各种方法。图15是示出将一维调制信号转换成偏振复用IQ信号的方法的第1例的图。在图15所示的例子中，将4个整形PAM符号分别分配给水平偏振I轴(XI)、水平偏振Q轴(XQ)、垂直偏振I轴(YI)、垂直偏振Q轴(YQ)。图16是示出将一维调制信号转换成偏振复用IQ信号的方法的第2例的图。在图16所示的例子中，将1个整形PAM符号跨越地分配给水平偏振I轴、水平偏振Q轴、垂直偏振I轴及垂直偏振Q轴。将一维调制信号转换成偏振复用IQ信号的方法不局限于图15及图16所示的例子。例如，也可以以不使整形PAM符号在偏振之间跨越而仅在I/Q轴之间跨越的方式分配整形PAM符号，还能够在时间方向上分散地配置整形PAM符号。关于选择信息，期望不偏向水平偏振I轴、水平偏振Q轴、垂直偏振I轴、垂直偏振Q轴中的任意轴地均等地分配。通过将本发明的技术应用于光传输系统，也能够抑制在传输中产生的非线性光学效果的影响。
实施方式9.
图17是示出本发明的实施方式9的整形信号传输系统2的动作的流程图。本发明的实施方式9的整形信号传输系统2的结构与实施方式8相同，与实施方式8的不同之处在于，信号整形装置100是进行反向连接的处理的信号整形装置100B，整形终止装置300是进行反向连接的处理的整形终止装置300B。
信号整形装置100B的整形处理部120进行整形处理并输出处理后的信号(步骤S102)。纠错编码部110对整形处理部120输出的信号进行纠错编码，输出处理后的信号(步骤S101)。符号映射部130对纠错编码部110输出的信号进行符号映射处理并输出处理后的信号(步骤S103)。
光源141及光调制器142进行光信号生成处理并输出处理后的光信号(步骤S301)。光传输路径21将输出的光信号传输至光接收装置31(步骤S302)。当光接收装置31的光源311、相干接收器312及模拟数字转换器313进行光接收处理后，将处理后的信号输入到整形终止装置300B(步骤S303)。
整形终止装置300B的似然度生成部310进行似然度生成处理并输出处理后的信号(步骤S105)。纠错解码部330对似然度生成部310输出的信号进行纠错解码，输出处理后的信号(步骤S107)。整形终止部320对纠错解码部330输出的信号进行整形终止处理(步骤S106)。
此外，图17所示的各动作在上述的实施方式1～8中已经说明，因此省略详细的说明。如上所述，在光信号传输系统中，也能够构成进行反向连接的处理的整形信号传输系统2。
图18及图19是示出用于实现图1所示的发送装置10及图13所示的光发送装置11的硬件结构的图。图1所示的发送装置10的功能能够通过发送机401及处理电路402来实现。发送装置10的发送处理功能能够通过发送机401来实现，发送装置10具有的信号整形装置100的功能能够通过处理电路402来实现。即，发送装置10具备处理电路，该处理电路对要发送的信号进行纠错编码，并进行整形处理，并进行符号映射处理。处理电路402也可以是专用的硬件，还可以是执行存储器404中存储的计算机程序的处理器403及存储器404。处理器403也可以是CPU(Central ProcessingUnit)、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机或DSP(Digital Signal Processor)等。
在处理电路402是专用的硬件的情况下，处理电路402例如相当于单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、或者它们的组合。信号整形装置100的纠错编码部110、可以使整形处理部120及符号映射部130的各部的功能分别由处理电路402实现，也可以使各部的功能统一由处理电路402实现。
在处理电路402是处理器403及存储器404的情况下，信号整形装置100的纠错编码部110、整形处理部120及符号映射部130的功能通过软件、固件或软件与固件的组合来实现。软件、固件被记载为程序，并存储于存储器404。处理电路402通过处理器403读出并执行存储器404所存储的程序来实现各部的功能。即，发送装置10具备存储有计算机程序的存储器404，该计算机程序用于在由处理电路402执行时对要发送的信号进行纠错编码、进行整形处理、并进行符号映射处理。另外，这些程序也可以说是用于使计算机执行信号整形装置100所进行的步骤及方法的程序。
存储器404例如是ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、闪速存储器、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable ROM)等的非易失性或易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、光碟、迷你磁盘及DVD(Digital Versatile Disc)等。
此外，信号整形装置100的纠错编码部110、整形处理部120及符号映射部130的功能可以由专用的硬件实现一部分，也可以由软件或固件实现一部分。
这样，处理电路402能够通过硬件、软件、固件或它们的组合来实现上述的各功能。
图13所示的光发送装置11能够通过发送机401和处理电路402来实现。光发送装置11的光源141、光调制器142及调制器驱动器143是发送机401。在该情况下，发送机401是输出光信号的光发送机。此外，关于光发送装置11的信号整形装置100，与上述的发送装置10的情况相同，因此，这里省略说明。
图20及图21是示出用于实现图1所示的接收装置30及图13所示的光接收装置31的硬件结构的图。图1所示的接收装置30能够通过接收机405及处理电路402来实现。另外，图13所示的光接收装置31能够通过接收机405及处理电路402来实现。光源311、相干接收器312及模拟数字转换器313是接收机405。在该情况下，接收机405是接收光信号的光接收机。
此外，信号整形装置100及整形终止装置300也可以是集成电路的内部功能之一。
以上的实施方式所示的结构示出本发明的内容的一例，也能够与其他公知的技术组合，还能够在不脱离本发明的主旨的范围内省略、变更一部分结构。
标号说明
1、2整形信号传输系统，10发送装置，11光发送装置，20传输路径，21光传输路径，30接收装置，31光接收装置，100、100A、100B信号整形装置，110纠错编码部，120整形处理部，121生成部，122计算部，123选择部，124附加部，130符号映射部，141、311光源，142光调制器，143调制器驱动器，144数字模拟转换器，211光纤，212光放大器，213波长选择开关，300、300A、300B整形终止装置，310似然度生成部，312相干接收器，313模拟数字转换器，320整形终止部，330纠错解码部，401发送机，402处理电路，403处理器，404存储器，405接收机，BL1、BL2、BL3、BL4块，S1、S2、S3、S4选择信息，P1、P2、P3、P4检测信息。

Claims (25)

1.一种信号整形装置，其特征在于，
所述信号整形装置具备：
生成部，其针对将多个系统的比特串划分为预先决定的长度而得到的块，进行多种预先决定的处理，从而生成要发送的整形块的候选即多个候选块；
计算部，其以所述候选块为单位来计算将所述候选块所包含的多个比特转换成一维调制符号时的所述一维调制符号的权重；
选择部，其基于所述权重，从多个所述候选块中选择所述整形块；
附加部，其将示出选择结果的选择信息附加于所述整形块；以及
符号映射部，其将所述整形块所包含的多个比特转换成所述一维调制符号从而生成一维调制信号。
2.根据权利要求1所述的信号整形装置，其特征在于，
作为所述预先决定的处理，所述生成部对至少1个系统的比特串进行全反转处理，并将所述全反转处理后的块和不进行所述全反转处理的块作为所述候选块。
3.根据权利要求1所述的信号整形装置，其特征在于，
作为所述预先决定的处理，所述生成部对至少1个系统的比特串进行比特扰码处理，从而生成多个所述候选块。
4.根据权利要求2所述的信号整形装置，其特征在于，
作为所述预先决定的处理，所述生成部对至少1个系统的比特串进行比特扰码处理，从而生成多个所述候选块。
5.根据权利要求3所述的信号整形装置，其特征在于，
所述生成部使用对M序列进行循环移位而生成的多个参照序列，对所述多个系统中的1个系统的比特串进行所述比特扰码处理。
6.根据权利要求4所述的信号整形装置，其特征在于，
所述生成部使用对M序列进行循环移位而生成的多个参照序列，对所述多个系统中的1个系统的比特串进行所述比特扰码处理。
7.根据权利要求3所述的信号整形装置，其特征在于，
所述生成部对所述多个系统中的2个以上的系统的比特串进行所述比特扰码处理。
8.根据权利要求4所述的信号整形装置，其特征在于，
所述生成部对所述多个系统中的2个以上的系统的比特串进行所述比特扰码处理。
9.根据权利要求7所述的信号整形装置，其特征在于，
所述生成部使用将对多个M序列进行循环移位后的序列组合而生成的多个参照序列，进行所述比特扰码处理。
10.根据权利要求8所述的信号整形装置，其特征在于，
所述生成部使用将对多个M序列进行循环移位后的序列组合而生成的多个参照序列，进行所述比特扰码处理。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的信号整形装置，其特征在于，
所述权重是所述符号的功率、所述功率的平方根、所述功率的平方或者多个所述系统中的预先决定的系统的比特串所包含的逻辑1的数量中的任意一方。
12.根据权利要求1至10中的任意一项所述的信号整形装置，其特征在于，
所述权重是所述符号的功率、所述功率的平方根、所述功率的平方或者多个所述系统中的预先决定的系统的比特串所包含的逻辑1的数量中的任意一方与任意的参照值之间的距离。
13.根据权利要求1至10中的任意一项所述的信号整形装置，其特征在于，
所述附加部除了将所述选择信息附加于所述整形块之外，还将所述选择信息的错误检测用的检测信息附加于所述整形块。
14.根据权利要求13所述的信号整形装置，其特征在于，
所述检测信息是使所述选择信息逻辑反转后的比特。
15.根据权利要求1至10中的任意一项所述的信号整形装置，其特征在于，
所述多个系统的比特串包括示出所述一维调制信号的振幅的振幅比特串和所述振幅比特串以外的非振幅比特串，
所述附加部对所述非振幅比特串附加所述选择信息。
16.根据权利要求1至10中的任意一项所述的信号整形装置，其特征在于，
所述选择部选择所述权重成为最小的所述候选块，在存在多个所述权重成为最小的所述候选块的情况下，在所述权重成为最小的所述候选块中，基于选择结果的偏倚来选择所述候选块。
17.根据权利要求1至10中的任意一项所述的信号整形装置，其特征在于，
所述生成部将至少1个系统的比特串转换成要素全部由逻辑0构成的比特串、或者1个要素为逻辑1且其他要素为逻辑0的比特串，从而生成所述候选块。
18.根据权利要求1至10中的任意一项所述的信号整形装置，其特征在于，
所述生成部为了生成1个所述候选块而进行多种所述预先决定的处理。
19.一种整形终止装置，进行整形终止处理，在该整形终止处理中，将由权利要求1至18中的任意一项所述的信号整形装置整形后的所述整形块返回到整形前的状态，其特征在于，
所述整形终止装置具备整形终止部，该整形终止部基于所述整形块所包含的所述选择信息，将所述整形块返回到整形前的状态。
20.一种整形终止装置，进行整形终止处理，在该整形终止处理中，将由权利要求13或14所述的信号整形装置整形后的所述整形块返回到整形前的状态，其特征在于，
对所述整形块所包含的所述选择信息与所述检测信息进行似然度合成而恢复所述选择结果，使用恢复的所述选择结果将所述整形块返回到整形前的状态。
21.根据权利要求19或20所述的整形终止装置，其特征在于，
所述整形终止装置还具备似然度生成部，该似然度生成部生成所接收到的所述整形块的似然度，
在所述选择结果的似然度低于预先决定的值的情况下，降低将所述整形块返回到整形前的状态而生成的块的似然度。
22.根据权利要求21所述的整形终止装置，其特征在于，
所述似然度生成部使用在所述整形块的传输中混合地间歇传输的已知信号的接收噪音方差，生成所述整形块的似然度。
23.一种信号整形方法，其特征在于，
所述信号整形方法包括如下步骤：
针对将多个系统的比特串划分为预先决定的长度而得到的块，进行多种预先决定的处理，从而生成要发送的整形块的候选即多个候选块；
以所述候选块为单位来计算将所述候选块所包含的多个比特转换成一维调制符号时的所述一维调制符号的权重；
基于所述权重，从多个所述候选块中选择所述整形块；
将示出选择结果的选择信息附加于所述整形块；以及
将所述整形块所包含的多个比特转换成所述一维调制符号从而生成一维调制信号。
24.一种光传输方法，该光传输方法包括权利要求23所述的信号整形方法，其特征在于，
所述光传输方法包括如下步骤：
对电信号进行纠错编码；
使用纠错编码后的所述电信号，生成多个所述候选块；
选择所述整形块；
附加所述选择信息；
生成所述一维调制信号；
将所述一维调制信号转换成光信号；
对生成的光信号进行传输；
将传输后的光信号转换成电信号；
求出电信号的似然度；
对似然度生成后的信号进行整形终止处理；以及
对整形终止后的信号进行纠错解码。
25.一种光传输方法，该光传输方法包括权利要求23所述的信号整形方法，其特征在于，
所述光传输方法包括如下步骤：
在附加所述选择信息的步骤与生成所述一维调制信号的步骤之间，对所述整形块进行纠错编码；
将所述一维调制信号转换成光信号；
对生成的光信号进行传输；
将传输后的光信号转换成电信号；
求出电信号的似然度；
对似然度生成后的信号进行纠错解码；以及
对纠错解码后的信号进行整形终止处理。
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