JP2012512614A - 信号コンステレーションを使用した通信システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

一方法例は、位相偏移変調（ＰＳＫ）の信号コンステレーションを使用して光信号を変調することを含み、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点は、少なくとも２つのリング上に配置される。第１のリングは第１の半径ｒ１を有し、第２のリングは第２の半径ｒ２を有し、第１の半径と第２の半径は異なり、信号点は、ｎが整数である場合、正規のｎ次元格子上に配置されない。正規のｎ次元格子は、ｎ次元のそれぞれの軸に並行な最小数の線から形成され、軸の原点の両側でＰＳＫの信号コンステレーションの信号点の点をつなぐ。第２の半径は第１の半径よりも大きく、第２の半径は第１のリングの半径の非整数倍である。

Description

本出願は、２００８年１２月１６日に出願された、仮出願第６１／２０１８６１号に基づく優先権を主張し、これによってその全体が参照により組み込まれる。

本明細書に記載する本発明は、光通信装置に関し、より詳細には、ただし限定的ではなく、情報を送受信するための信号コンステレーションを使用した信号の変調および復調を可能にする装置に関する。

一般に情報は、送信のために変調される。変調は、メッセージ信号を使用し易いように変換する処理であり、通常、ある波形を別の波形に関連して変えることを含む。電気通信では、変調を使用してメッセージを伝達する。例えば、信号の振幅（例えば、ボリューム）、位相（例えば、タイミング）、および周波数（例えば、ピッチ）を変えて、情報を伝達することができる。

コンステレーション図は、デジタル変調方式によって変調された信号を表すものである。例えば信号は、様々な他の変調方式に加えて直交振幅変調（ＱＡＭ）または位相偏移変調（ＰＳＫ）により変調されることが可能である。コンステレーション図において信号は、複素平面に２次元散布図として表示され、これは、サンプリングされる可能性のある整合フィルタの出力値のセットを表すものと考えることができる。したがって、信号コンステレーションは、複素平面における点として、所与の変調方式によって選択されることが可能である可能なシンボルを表す。変調された受信信号に対する測定されたコンステレーション図は、受信信号における干渉および歪みのタイプを認識するために使用されることが可能である。

送信されたシンボルを複素数として表すこと、ならびにそれぞれ実数部と虚数部を有する余弦波および正弦波の搬送波信号を変調することによって、シンボルは、２つの搬送波を同じ周波数にして送信されることが可能である。これらの２つの搬送波は、しばしば直角位相搬送波と呼ばれ、コヒーレント検出器によって別々に復調されることが可能である。２つの別々に変調された搬送波を使用することが、直角位相変調の基礎である。単なる位相変調では、変調シンボルの位相は搬送波自体の位相である。

信号コンステレーションにおけるシンボルは、複素平面における点として視覚化されることが可能である。実軸および虚軸は、しばしば同相軸、すなわちＩ軸、および直角位相軸、すなわちＱ軸と呼ばれる。いくつかのシンボルを散布図にプロットすることにより、コンステレーション図が生成される。コンステレーション図上の点は、配置点または信号点と呼ばれることが可能であり、変調アルファベットを含む変調シンボルのセットである。またコンステレーション図という用語は、ある変調方式の信号コンステレーションにおける信号点の理想的な位置の図を指すように使用されることも可能である。このように配置は、その変調方式のあらゆるシンボルを表すものである。

信号を受信すると、復調器は、チャネルまたは受信機によって（例えば、白色雑音、歪み、位相雑音、または干渉の付加によって）破損された可能性がある、受信したシンボルを調べる。例えば、ガウス雑音の付加がある場合の最大尤度検出により、復調器は、実際に送信された信号の推定として、受信されたシンボルの点に（ユークリッド距離の意味において）最も近い、コンステレーション図上の点を選択する。コンステレーション図は、このプロセスを簡単に視覚化することを可能にし、受信機は、受信されたシンボルをＩ−Ｑ平面における任意の点として認識し、送信されたシンボルは、どの配置点であっても、受信された信号に最も近いと判断する。したがって、破損により受信されたシンボルが実際に送信されたシンボルよりも別の配置点に近く移動した場合、受信された信号は、不正確に復調されることになる。

受信された信号の品質を分析するために、コンステレーション図において破損が明らかとなる可能性がある。例えば、ガウス雑音が、不明瞭な配置点として現れる可能性があり、非コヒーレント信号の周波数干渉が、円形の配置点として現れる可能性があり、位相雑音が、回転拡散する配置点として現れる可能性があり、振幅圧縮が、端点を配置の中心の方に移動させる可能性がある。

現在の送信システムは、信号の破損により、および破損が原因で受信されたシンボルが送信されたシンボルよりも別の配置点に近く移動した場合、受信された信号を正しく復調できないことにより、到達範囲が限られる。

破損（例えば雑音）により、受信されたシンボルが送信されたシンボルよりも別の配置点に近く移動するとき、光通信システムは、受信された信号を正しく復調することができない。このような破損および受信された信号を正しく復調できないことの結果として、現在の通信システムは、到達範囲が限られる。

雑音によって破損された信号の検出に最適な配置は、複素シンボルを表す複素平面におけるシンボルの２次元ガウス分布によって得られる。離散振幅の場合、２次元ガウス分布は、等しい周波数および等間隔の振幅のリング状の配置によって近似されることが可能である。複数のリング状配置に対する従来の制約には、次のもの：リングの半径が内側のリング半径の整数倍であること、および各リングでの等しい周波数の占有、が含まれる。

本明細書に記載する諸実施形態は、光ファイバにおける高い信号出力での伝送を改善するために、一定振幅のリング状配置から離れる。記載する諸実施形態による信号コンステレーションは、非線形性の影響を減少させることにつながり、光ファイバ通信システムの到達範囲を拡大することができる。高スペクトル効率のシステムの次世代には特に重要である、伝送距離を拡大するシステム、装置、および方法を提供する。ファイバの非線形性による信号の歪みを最小化する最適な配置群のうちの１つの例は、点を均一のリング状配置よりも振幅をかなり近く位置付ける配置によって得られる。また原点近くに位置するシンボルがまばらである、またはない配置は、非線形伝送のパフォーマンスを改善する。

本明細書で提供するいくつかの実施形態は、他の場合には、光４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）方式によって送信されるデータに非線形の影響によって引き起こされるエラーを減少させるように構成される。このような方式では、非線形光の影響が、同相および直角位相成分によって搬送される位相データを歪ませる傾向を有する。

信号コンステレーションを使用して光信号を整形する方法が提供される。この方法は、位相偏移変調（ＱＰＳＫ）の信号コンステレーションを使用して光信号を変調することを含む。ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点は、少なくとも２つのリングに配置される。第１のリングは第１の半径ｒ１を有し、第２のリングは第２の半径ｒ２を有する。第１の半径と第２の半径は異なり、信号点は、ｎが整数である場合、正規のｎ次元格子上に配置されない。

正規のｎ次元格子は、ｎ次元のそれぞれの軸に平行な最小数の線から形成され、軸の原点の両側でＰＳＫ信号コンステレーションの信号点の点をつなぐ。正規のｎ次元格子では、信号点は、すべての信号点と交わる、軸と平行な最小数の線で構成される格子の交点に配置される。

１つの実施形態では、第２の半径は、第１の半径よりも大きく、第２の半径は、第１のリングの半径の非整数倍である。別の実施形態では、信号点は、２つのリング上に配置され、信号点は、正規の２次元（２Ｄ）矩形格子上に配置されない。別の実施形態では、第２の半径ｒ２は、第１の半径ｒ１の整数倍ではない。さらに別の実施形態では、第１の半径ｒ１と第ｒ２の半径２の比率は、約０．５よりも大きい。

信号コンステレーションの信号点は、原点から第１の方向および第２の方向に延びる少なくとも１つの軸を有する平面上の成分で表すことができ、信号コンステレーションは、少なくとも２つの信号点を含み、第１の点は第１の方向にあり、第２の点は第２の方向にあり、第１の方向にある第１の信号点の振幅は、第２の方向にある第２の信号点の振幅よりも大きい。

１つの実施形態では、信号点は螺旋を形成する。例えば、信号点は、正規の２次元（２Ｄ）矩形格子上に配置されずに、４つのリング上に配置されることが可能である。別の実施形態では、信号コンステレーションの信号点は、複素平面上に表されることが可能であり、この複素平面は、第１の方向および第２の方向に延びる同相軸を有し、また第３の方向および第４の方向に延びる虚軸を有し、各信号点は、同相成分および虚数成分を有する。この実施形態では、第１の方向にある信号点の同相成分の最大振幅は、第２の方向にある信号点の同相成分の最大振幅よりも大きく、第３の方向にある信号点の直角位相成分の最大振幅は、第４の方向にある信号点の直角位相成分の最大振幅よりも大きい。

別の例では、信号コンステレーションの信号点は、複素平面上で表されることが可能であり、この複素平面は、第１の方向および第２の方向に延びる同相軸を有し、また第３の方向および第４の方向に延びる虚軸を有し、各信号点は、同相成分と虚数成分を有し、第１、第２、第３、または第４の方向のそれぞれにある信号点の最大振幅は異なる。

諸実施形態は、変調される信号を受信すること、変調された信号を送信すること、およびその組合せをさらに含むことができる。

別の実施形態では、光信号を整形する方法は、信号点のセットを有するＰＳＫの信号コンステレーションを使用して光信号を変調することを含み、この信号点のそれぞれは、少なくとも第１の成分と第２の成分を有する複素数によって表され、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点のセットの第１の成分の第１の最大振幅は、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点のセットの第２の成分の第２の最大振幅とは異なる。

別の実施形態では、光信号を整形する方法は、複数の信号点を有するＰＳＫの信号コンステレーションを使用して光信号を変調することを含み、信号点は、第１の軸に沿った第１の成分と第２の軸に沿った第２の成分とによって表され、複数の信号点の第１の成分の第１の最大振幅は、複数の信号点の第２の成分の第２の最大振幅とは異なる。

例えば、ＰＳＫ信号コンステレーションの信号点は、複素平面において少なくとも１つの楕円上に配置されることが可能である。別の例では、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点は、複素平面において少なくとも１つの卵形曲線上に配置されることが可能である。

１つの実施形態では、装置が、バイナリビットストリームを受信するように構成された第１のエンコーダを含み、このエンコーダがさらに、位相偏移変調（ＰＳＫ）の信号コンステレーションに基づいてバイナリビットストリームを整形することによってバイナリビットストリームをエンコードするように構成され、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点は、第１のリングが第１の半径ｒ１を有し、第２のリングが第２の半径ｒ２を有する少なくとも２つのリング上に配置され、第１の半径および第２の半径は異なり、信号点は、ｎが整数である場合、正規のｎ次元格子上に配置されず、さらに第１のエンコーダが、搬送波と共にエンコードされたバイナリビットストリームを変調するように構成される。

装置は、送信される光信号を表す信号からバイナリビットストリームを分割するデマルチプレクサを含むことができる。１つの実施形態では、装置は、光信号によって搬送されたデータを回復するように構成された受信機を含む。別の実施形態では、装置は、変調された信号を送信するための送信機である。他の代替的な実施形態では、装置は、光信号をデコードするための受信機を含み、変調された信号を送信するように構成されることが可能である。

１つの実施形態では、装置は、信号点のセットを有するＰＳＫの信号コンステレーションを使用して光信号を変調するための変調器を含み、信号点のそれぞれが、少なくとも第１の成分と第２の成分を有する複素数によって表され、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点のセットの第１の成分の第１の最大振幅は、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点のセットの第２の成分の第２の最大振幅とは異なる。

別の実施形態では、装置は、複数の信号点を有するＰＳＫの信号コンステレーションを使用して光信号を変調するための変調器を含み、信号点は、第１の軸に沿った第１の成分と、第２の軸に沿った第２の成分によって表され、複数の信号点の第１の成分の第１の最大振幅は、複数の信号点の第２の成分の第２の最大振幅とは異なる。

本明細書における「１つの実施形態」または「一実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明する特定の機能、構造、または特性を、本発明の少なくとも１つの実施形態に含むことができることを意味する。本明細書中の様々な場所に「１つの実施形態では」という語句が表れることは、必ずしもそのすべてが同じ実施形態を指しているのではなく、別個の実施形態または代替的実施形態が、必ずしも他の実施形態を互いに排除するものでもない。同じことは、「実行」という用語にもあてはまる。

例示の実施形態は、本明細書で以下に記載する詳細な説明、および同様の要素が同様の参照符号で表される添付の図面からより十分に理解されるようになるであろうが、これらは単に説明の目的で提供されるものであり、したがって本発明を限定するものではない。

４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）の信号点の復調の間に、非線形性の光の影響による歪みがどのようにエラーをもたらす可能性があるかを定性的に説明する図である。 ４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）の信号点の復調の間に、非線形性の光の影響による歪みがどのようにエラーをもたらす可能性があるかを定性的に説明する図である。 異なる振幅の信号を有する光搬送波の同位相成分および直角位相成分を変調することによって、復調エラーを減少させることができる一実施形態を示す図である。 異なる振幅の信号を有する光搬送波の同位相成分および直角位相成分を変調することによって、復調エラーを減少させることができる一実施形態を示す図である。 本発明の原理による信号コンステレーションの１つの実施形態を示す図である。 ４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）用の送信機の構造例を示す図である。 ＱＰＳＫ用の受信機の構造例を示す図である。 本発明の原理による信号コンステレーションを利用した変調を使用する例示的光送信機システムの概略図である。

次に様々な例示の実施形態について、添付の図面を参照してさらに十分に説明するが、本明細書に開示する特定の構造および機能の詳細は、例示の諸実施形態を説明するという目的で表されるにすぎないことに注意されたい。例示の諸実施形態は、多くの代替形態で具体化されることが可能であり、本明細書に示した諸実施形態のみに限定されると解釈されるべきではない。

詳細な説明を通して、図面は単に説明的なものであり、本発明を限定するのではなく、説明するために使用される。本明細書では様々な要素について記述するために第１の、第２の、等の用語を使用する場合があるが、このような用語はある要素を別の要素と区別するために使用されるにすぎないため、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではない。例えば、例示の実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と呼ばれることが可能であり、同様に第２の要素が第１の要素と呼ばれることが可能である。本明細書で使用される「および」という用語は、接続的な意味および離接的な意味で用いられ、関連する列挙された項目の１つまたは複数のありとあらゆる組合せを含み、「ある」、「その」という単数形は、文脈上別に明示されない限り、同様に複数形を含むものとされる。

別に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（専門用語および科学用語を含む）は、一般に、例示の諸実施形態に関する当業者に理解されるものと同じ意味を有する。さらに、一般に使用される辞書で定義される用語などの用語は、関連技術に照らした意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で特に定義されない限り、理想化された、または過剰に形式的な意味で解釈されるべきではないことを理解されるであろう。

また、いくつかの代替的な実施では、示した機能／動作が図に示した順序を外れて起こる場合があることに注意されたい。例えば、連続して示した２つの図は、実際には実質的に同時に行われる場合があり、または時として関与する機能／動作に応じて、逆の順序で行われる場合がある。

雑音によって破損された信号を検出するための配置は、複素シンボルを表す複素平面におけるシンボルの２次元ガウス分布によって得ることができる。離散振幅の場合、２次元ガウス分布は、等しい周波数および等間隔の振幅のリング状の配置によって近似されることが可能である。複数のリングの配置についての従来の制約は、次のもの：リングの半径が内側のリングの半径の整数倍であること、および各リングでの等しい周波数の占有、を含む。

しかしながら、破損（例えば雑音）は、受信シンボルを送信されたシンボルより別の配置点に近く移動させる可能性がある。この影響により、光通信システムは、受信信号を正しく復調できない可能性があり、結果として、通信システムの到達範囲が限定される可能性がある。

光ファイバにおける高信号出力での送信の改善は、一定振幅のリング配置を使用しない諸実施形態によって提供されることが可能である。本明細書に記載する信号コンステレーションは、非線形性の影響の減少につながり、光ファイバ通信システムの到達範囲の拡大を可能にする。したがって、このような通信システムの伝送距離は拡大されることが可能であり、これは、高スペクトル効率のシステムの次世代にとって特に重要である。ファイバの非線形性による信号の歪みを最小化する最適な配置群のうちの１つの例は、振幅が均一のリング型配置よりもかなり近くに配置された点を有する配置によって与えられる。また原点近くに位置するシンボルがまばらである、またはない配置が、非線形伝送のパフォーマンスを改善する。

本明細書で提供するいくつかの実施形態は、他の場合には、光四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）の変調方式によって送信されるデータにおいて非線形性の影響によって引き起こされるエラーを減少させるように構成される。このような方式は、非線形性の光の影響が、同位相成分および直角位相成分によって搬送される位相データを歪ませる傾向を有する。図１Ａおよび１Ｂは、非線形性の光の影響による歪みが４−ＱＰＳＫ信号点の復調中にどのようにエラーをもたらす可能性があるかを定性的に示す。図１Ａでは、４−ＱＰＳＫ信号点が、複素平面に示されている。信号点は、等間隔の振幅であり、単位円上に位置して示される。

送信後に受信される信号点を図１Ｂに示す。受信された散布図によって示されるように、送信された信号は、送信中にチャネルまたは受信機による雑音のために（例えば、白色雑音、歪み、位相雑音、または干渉の付加によって）破損される。したがって、受信される信号点は、帯域１００内にある。復調器は、受信したシンボルを調べ、受信した信号に対応する配置点を決定する。例えば、最大尤度検出により、復調器は、実際に送信された信号の推定として、受信したシンボルの点に（ユークリッド距離の意味において）最も近い、コンステレーション図上の点を選択する。受信した信号の破損があまりに大きく、送信された信号に相当しない配置点を復調器が選択する場合は、復調エラーが発生する。

図２Ａおよび２Ｂは、異なる振幅の信号を有する光搬送波の同位相成分および直角位相成分を変調することによって結果として復調エラーを減少させることができる、本発明の原理による一実施形態を示す。図２Ａおよび２Ｂは、配置には４つの信号点があるが、光４−ＱＰＳＫよりも低いエラー率を潜在的に生み出す、すなわち非線形性の光の影響による歪みがある場合の、特定の実施形態の図を示す。

図２Ａに示すように、ＰＳＫの信号コンステレーション図の信号点は、少なくとも２つのリング上に配置され、第１のリングが第１の半径ｒ１を有し、第２のリングが第２の半径ｒ２を有し、第１の半径と第２の半径は異なり、信号点は、ｎが整数である場合、正規のｎ次元格子上に配置されない。信号点は、２つの軸を有する２次元の平面上に示される。

正規のｎ次元格子は、ｎ次元のそれぞれの軸に平行な最小数の線から形成され、軸の原点の両側でＰＳＫの信号コンステレーションの信号点の点をつなぐ。正規のｎ次元格子では、信号点は、格子の交点に配置され、信号点は振幅が等間隔であるという制約に従う。

１つの実施形態では、第２の半径は、第１の半径よりも大きく、第２の半径は、第１のリングの半径の非整数倍である。別の実施形態では、信号点は２つのリング上に配置され、信号点は正規の２次元（２Ｄ）矩形格子上に配置されない。別の実施形態では、第２の半径ｒ２は、第１の半径ｒ１の整数倍ではない（すなわち、ｍが整数である場合、ｒ２！＝ｍ（ｒ１））。図２ａＡに示すように、第１のリングの第１の半径ｒ１は１未満であるが、第２のリングの第２の半径Ｒ２は１に等しい。さらに別の実施形態では、信号破損がある場合の復調が可能になるように配置内の信号点を十分な間隔にするために、第１の半径ｒ１と第２の半径ｒ２の比率は、約０．５よりも大きい。

信号コンステレーションの信号点は、原点から第１の方向および第２の方向に延びる少なくとも１つの軸を有する平面上の成分によって表されることが可能であり、信号コンステレーションは、第１の点が第１の方向にあり、第２の点が第２の方向にある少なくとも２つの信号点を含み、第１の方向にある第１の信号点の振幅は、第２の方向にある第２の信号点の振幅よりも大きい。すなわち、軸上の正方向にある第１の信号点の振幅は、第１の値であることが可能であり、この同じ軸上の負方向にある第２の信号点の振幅は、異なる値であることが可能である。

受信された信号点は、送信された信号点の非線形の歪みと共に示して、図２Ｂに表す。受信された散布図によって示されるように、送信された信号は、送信中にチャネルまたは受信機による雑音のために（例えば、白色雑音、歪み、位相雑音、または干渉の付加によって）破損される。したがって、受信された信号点は、帯域２００内に入る。

図３は、本発明の原理により生成された信号コンステレーションの１つの実施形態を示す。図示した信号点は、２つのリング上に収まる。第１のリングは、半径ｒ１を有する。第２のリングは、半径ｒ２を有する。第２の半径は第１の半径よりも大きく、第１のリングの半径の非整数倍である。１つの実施形態では、信号コンステレーションは、内側のリングと外側のリングの振幅の比率＞０．５である２つのリングを有する。有利には、この実施形態により提供される信号コンステレーションは、光ネットワークの透過性を増大させることができ、一部のシステムにおいてラマン増幅の必要性の低減を可能にすることができる。

図４は、ＱＰＳＫ用の送信機の構造例４００を示す。バイナリデータストリーム４０２は、デマルチプレクサ４０４によって同位相成分と直角位相成分に分割される。バイナリビットストリームの分岐は、その後別々に、２つの直交基底関数４０６に変調される。変調は、バイナリビットストリームの分岐を受信し、位相偏移変調（ＰＳＫ）の信号コンステレーションに基づいてバイナリビットストリームを整形することによってバイナリビットストリームの分岐をエンコードするエンコーダによって達成され、このＰＳＫの信号コンステレーションの信号点は、第１のリングが第１の半径ｒ１を有し、第２のリングが第２の半径ｒ２を有する少なくとも２つのリング上に配置され、第１の半径と第２の半径は異なり、信号点は、ｎが整数である場合、正規のｎ次元格子上に配置されない。エンコーダはさらに、直交基底関数４０６を用いてエンコードされたバイナリビットストリームを変える乗算器４１０を含む。

この例示の実施形態では、直交基底関数として２つの正弦曲線が使用される。その後、分岐の２つの信号は、結合器４１２によって重畳され、結果として生じる信号は、ＱＰＳＫ信号４１４となる。極性非ゼロ復帰（ｐｏｌａｒ ｎｏｎ−ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ）のエンコーディングを使用することに注意する。これらのエンコーダは、バイナリデータソースに対して前に置かれることが可能であるが、後ろに置かれて、デジタル変調と関連するデジタル信号とアナログ信号との概念的差異を示す。

図５は、ＱＰＳＫ用の受信機の構造例５００を示す。ＱＰＳＫ信号５０２は、整合フィルタ５０４に配信される。整合フィルタは、対応する送信機の２つの直交基底関数に対応する。整合フィルタは、相関器に置き換えられることが可能である。フィルタリング後、各成分の信号は、時間間隔Ｔｓ５０６でサンプリングされる。サンプリングされた各成分の信号は、検出装置５０８に提供される。各検出装置は、基準閾値を使用して、１が検出されるか、または０が検出されるかを判定する。検出された各成分の信号は、マルチプレクサ５５１０によって混合されて、その結果の回復されたバイナリビットストリーム５１２を作り出す。

配置の整形は、非線形性による位相雑音、分極雑音、または両方の組合せに対処するために利用される。整形処理は、非線形性および雑音の影響を最小化しようと試みる。提供する信号コンステレーションは、単一信号または複数の信号のそれぞれを変調するために使用されることが可能である。例えば、信号コンステレーションは、ＯＦＤＭ方式で利用されることが可能である。

図６は、本明細書に記載する変調による信号コンステレーションを利用した変調を使用する例示的光送信機システムの概略図である。例示的システム５では、１１２−Ｇｂ／ｓのＰＤＭ−ＯＦＤＭ送信機１０が、分散管理された送信リンク４０を介して１１２−Ｇｂ／ｓのＰＤＭ−ＯＦＤＭ受信機設備５０に接続される。他のデータレートの信号が、同様の方法で扱われることも可能である。

送信機１０では、元の１１２−Ｇｂ／ｓのデータ１１はまず、ｘ極の分岐１２とｙ極の分岐１４に分割され、それぞれシンボルマッピングモジュール１６によって、本発明のＰＳＫ方式による変調を用いて周波数サブキャリアにマップされ、これが、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）モジュール２０によって与えられる逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）によって時間領域に転送される。例えば、各極の分岐１２または１４は、本明細書で説明したように位相偏移変調（ＰＳＫ）を用いて１２８０の周波数サブキャリアにマップされることが可能であり、これらは１６のパイロットサブキャリアと共に、サイズ２０４８のＩＦＦＴによって約６３パーセント（約６３％）の充填率（ｆｉｌｌｉｎｇ ｒａｔｉｏ）で時間領域に転送される。１６のパイロットサブキャリアは、周波数領域で均等に分散されることが可能である。

光送信リンク４０において色分散（ＣＤ）および偏光モード分散（ＰＭＤ）によって引き起こされる可能性があるシンボル間干渉を調整するために、プレフィックス／ＴＳ挿入拡張モジュール２４によってサイクリックプレフィックス（ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｆｉｘ）が挿入されることが可能である。

ＩＦＦＴアルゴリズムは、入力データのシリアル−パラレルモジュール２６を介して並列化を要求するシンボルベースで構成された後に、アルゴリズムが適用され、その後にパラレル−シリアルモジュール２８による直列化（ｓｅｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ）が行われる。送信機においてデータを並列化した後に、コーダは、２値オンオフ符号化を、例えば［π／４、３π／４、５π／４、７π／４］の位相値を有する４レベル位相変調信号に変えることを要求される。

複数の周波数の搬送波を重ね合わせると、時間領域のアナログ信号になる。したがって、送信機では直列化後に、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）３０が必要とされ、受信機５０ではデジタル信号処理の前に、反対のアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）５６が必要とされる。ＤＡＣは、所与のサンプリングレートで動作する。例えば、ＰＤＭ−ＯＦＤＭ信号の１つの偏光成分の実数部と虚数部に対応する時間領域のサンプルは直列化されて、２つの５６−ＧＳ／ｓのＤＡＣによって変換されることが可能である。

２つのＤＡＣによって変換された２つのアナログ波形が使用されて、Ｉ／Ｑ変調器３２を駆動し、ＰＤＭ−ＯＦＤＭ信号の一方の偏光成分を形成し、これがその後、元のＰＤＭ−ＯＦＤＭ信号を形成するために偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３４によって（同様に生成された）ＰＤＭ−ＯＦＤＭ信号のもう一方の偏光成分と結合される。２つのＩＱ変調器３２のそれぞれが、レーザ３１と接続される。またプレフィックス／トレーニングシンボル挿入モジュール２４が、チャネル推定の際に使用するためのトレーニングシンボルを挿入することもできる。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号は、送信リンク４０を介して１１２−Ｇｂ／ｓ ＰＤＭ−ＯＦＤＭ受信機５０に搬送される。光リンクは、インライン分散補償送信リンクであることが可能であり、いくつかのエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）４２と、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）４３で作られている、対応するインライン分散補償モジュールとを含んで、いくつかのファイバスパン４４を通して信号の伝送中に信号を増幅し、補償することが可能である。

受信機５０では、偏波ダイバーシティを用いたデジタルコヒーレント検出が使用されて、受信機のフロントエンド５２において受信された光信号の２つの直角位相成分のフィールドをサンプリングする。したがって、受信機のフロントエンドは、偏波ダイバーシティ光ハイブリッド５４と、光局部発振器５５と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）５６とを含む。ＡＤＣは、所定のサンプリングレートで動作し、このサンプリングレートは、ＤＡＣ３０のサンプリングレートと同じものであることが可能である。

次にシンボル同期が行われ、受信機のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）６０においてそれぞれのＯＦＤＭサブキャリア上でＰＭＤおよびＣＤのような有害な影響を最小化するチャネル推定のためにトレーニングシンボルが取り出される。受信機のＤＳＰは、プレフィックス／トレーニングシンボルの除去６２、パラレル−シリアル変換６６、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）６８、チャネル補償７０と、シンボルマッピング７２、およびシリアル−パラレル変換７４のためのモジュールを含み、送信機に提供された元のデータの再構成に至る。

例示の方法に関して上述した様々な機能は、例えばソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはこれらの組合せの中に取り入れられた適切な命令の下で動作する特殊用途の、または汎用のデジタル情報処理装置によって容易に実行される。例えば、ある要素は、専用ハードウェアとして実行されることが可能である。専用ハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラ」、または何らかの同様の用語で呼ばれることが可能である。プロセッサによって提供される場合、この機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、またはその一部を共有することができる複数の個々のプロセッサによって、提供されることが可能である。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」と用語を明示的に使用することが、ソフトウェアを実行することができるハードウェアのみを指すと解釈されるべきではなく、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）もしくは他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェア保存用のリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、ロジック、または他の何らかの物理ハードウェアコンポーネントもしくはモジュールを、これらに限らず、暗黙的に含むことができる。例えば、ＤＳＰ機能モジュールおよび他の論理回路は、半導体技術を用いて構築されるＡＳＩＣ（特定用途集積回路）として実装されることが可能であり、またＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）または他のいかなるハードウェアブロックを用いて実装されることも可能である。

また、要素は、プロセッサまたはコンピュータによって実行可能な命令として実装され、要素の機能を実行することが可能である。命令のいくつかの例は、ソフトウェア、プログラムコード、およびファームウェアである。命令は、プロセッサによって実行されると動作可能となって、要素の諸機能を実行するようプロセッサに指示する。命令は、プロセッサによって読み取り可能な記憶装置に格納されることが可能である。記憶装置のいくつかの例は、デジタルもしくはソリッドステートメモリ、磁気ディスクおよび磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、または光学式可読デジタルデータ記憶媒体である。

明示的に別段の記載がない限り、各数値および範囲は、その値または範囲の前に「約」または「およそ」という語が付いた値のように近似であると解釈されるべきである。

本明細書で特定の実施形態を説明したが、本発明の範囲はこれら特定の実施形態に限定されない。さらに、本発明の本質を説明するために記載し、図示した部分の細部、材料、および配列の様々な変更が、添付の特許請求の範囲に表す本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって行われる可能性があることを理解されるであろう。

次の方法の請求項中の諸要素は、ある場合は、対応するラベルを有して特定の順番で列挙されているが、請求項の列挙が、こうした諸要素の一部または全部を実行するための特定の順番を意味しない限り、こうした諸要素は、必ずしもその特定の順番で実行されることに限定されないものとする。

Claims (21)

1. 光信号を整形する方法であって、
   位相偏移変調（ＰＳＫ）の信号コンステレーションを使用して光信号を変調することであって、このＰＳＫ信号コンステレーションの信号点は、第１のリングが第１の半径ｒ１を有し、第２のリングが第２の半径ｒ２を有し、第１の半径と第２の半径が異なる少なくとも２つのリング上に配置され、またこの信号点は、ｎが整数である場合、正規のｎ次元格子上に配置されないこと
   を含む、方法。
2. 正規のｎ次元格子が、ｎ次元のそれぞれの軸に平行な最小数の線から形成され、軸の原点の両側でＰＳＫの信号コンステレーションの信号点の点をつなぐ、請求項１に記載の方法。
3. 第２の半径が第１の半径よりも大きく、第２の半径が、第１のリングの半径の非整数倍である、請求項１に記載の方法。
4. 信号点が２つのリング上に配置され、信号点が正規の２次元（２Ｄ）矩形格子上に配置されない、請求項１に記載の方法。
5. 第２の半径ｒ２が、第１の半径ｒ１の整数倍ではない、請求項１に記載の方法。
6. 第１の半径ｒ１と第２の半径ｒ２の比率が、約０．５よりも大きい、請求項１に記載の方法。
7. 信号コンステレーションの信号点が、原点から第１の方向および第２の方向に延びる少なくとも１つの軸を有する平面上の成分によって表されることが可能であって、信号コンステレーションが、第１の点が第１の方向にあり、第２の点が第２の方向にある少なくとも２つの信号点を含み、第１の方向にある第１の信号点の振幅が、第２の方向にある第２の信号点の振幅よりも大きい、請求項１に記載の方法。
8. 信号点が螺旋を形成する、請求項１に記載の方法。
9. 信号点が４つのリング上に配置され、信号点が正規の２次元（２Ｄ）矩形格子上に配置されない、請求項１に記載の方法。
10. 信号コンステレーションの信号点が、複素平面上に表されることが可能であって、この複素平面が、第１の方向および第２の方向に延びる同位相軸を有し、第３の方向および第４の方向に延びる虚軸を有する各信号点が同位相成分および虚数成分を有し、
    第１の方向にある信号点の同位相成分の最大振幅が、第２の方向にある信号点の同位相成分の最大振幅よりも大きく、
    第３の方向にある信号点の直角位相成分の最大振幅が、第４の方向にある信号点の直角位相成分の最大振幅よりも大きい、
    請求項１に記載の方法。
11. 信号コンステレーションの信号点が、複素平面上に表されることが可能であって、この複素平面が、第１の方向および第２の方向に延びる同位相軸を有し、第３の方向および第４の方向に延びる虚軸を有する各信号点が同位相成分および虚数成分を有し、
    第１、第２、第３、または第４の方向にあるそれぞれの信号点の最大振幅が異なる、
    請求項１に記載の方法。
12. 光信号を受信すること
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
13. 変調された信号を送信すること
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
14. 信号点のセットを有する位相偏移変調（ＰＳＫ）の信号コンステレーションを使用して光信号を変調することであって、信号点のそれぞれが、少なくとも第１の成分および第２の成分を有する複素数によって表され、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点のセットの第１の成分の第１の最大振幅が、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点のセットの第２の成分の第２の最大振幅とは異なること
    を含む、光信号を整形する方法。
15. ビットストリームを受信するように構成され、さらに位相偏移変調（ＰＳＫ）の信号コンステレーションに基づいてビットストリームを整形することによってビットストリームをエンコードするように構成された第１のエンコーダであって、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点が、第１のリングが第１の半径ｒ１を有し、第２のリングが第２の半径ｒ２を有する少なくとも２つのリング上に配置され、第１の半径と第２の半径は異なり、信号点は、ｎが整数である場合、正規のｎ次元格子上に配置されず、さらに、エンコードされたビットストリームを搬送波と共に変調するように構成された第１のエンコーダ
    を含む装置。
16. 第２の半径が第１の半径よりも大きく、第２の半径が、第１のリングの半径の非整数倍である、請求項１４に記載の装置。
17. 信号コンステレーションの信号点が、原点から第１の方向および第２の方向に延びる少なくとも１つの軸を有する平面上の成分によって表されることが可能であって、信号コンステレーションが、第１の点が第１の方向にあり、第２の点が第２の方向にある少なくとも２つの信号点を含み、第１の方向にある第１の信号点の振幅が、第２の方向にある第２の信号点の振幅よりも大きい、請求項１４に記載の装置。
18. 送信される光信号を表す信号からビットストリームを分離するように構成されたデマルチプレクサ
    をさらに含む、請求項１４に記載の装置。
19. 光信号をデコードするための受信機
    をさらに含む、請求項１７に記載の装置。
20. 光信号を整形するための方法であって、
    信号点のセットを有する位相偏移変調（ＰＳＫ）の信号コンステレーションを使用して光信号を変調することであって、信号点のそれぞれが、少なくとも第１の成分および第２の成分を有する複素数によって表され、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点のセットの第１の成分の第１の最大振幅が、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点のセットの第２の成分の第２の最大振幅とは異なること
    を含む、方法。
21. 信号点のセットを有する位相偏移変調（ＰＳＫ）の信号コンステレーションを使用して光信号を変調するための変調器であって、信号点のそれぞれが、少なくとも第１の成分および第２の成分を有する複素数によって表され、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点のセットの第１の成分の第１の最大振幅が、ＰＳＫの信号コンステレーションの信号点のセットの第２の成分の第２の最大振幅とは異なる変調器
    を含む、装置。

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