JP2012520613A - コヒーレント光信号受信機のデータ・パターン依存歪の補正 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、(例えば、送信端末、伝送途上、あるいは受信端末における)信号歪によって信号の検出及び復調後におけるデータの完全性が損なわれる恐れがある。位相変調方式を用いたい光通信システムにおいては、自己位相変調(SPM)のような非線形効果によって変調信号に位相歪が生じ、これによりコヒーレント検出性能が大幅に低下し、他の検出方式に対しコヒーレント検出方式が有する受信機感度の優位性が低下する。BPSK信号の品質劣化については、ここに引用することにより、本明細書に完全に組み込まれたものとする非特許文献1に詳細に記載されている。また、位相変調方式を用いた光信号にはシンボル間干渉も生じる。
DSPの前処理機能230はDSPをベースにしたタイプの異なるコヒーレント検出受信機によって実行される様々な光信号検出機能を有することができる。前処理機能230は、例えば、波形リカバリー及び位置合わせ機能、決定論的歪補正機能、クロック・リカバリー機能、同期データ再サンプリング機能、偏光追跡及び偏光モード分散(PMD)補正機能を有することができる。歪補正機能231は、本明細書に記載の実施の形態に適合する受信信号における受信データ・パターン依存歪を補正するよう構成することができる。任意としてのLO周波数オフセット追跡機能232は、受信信号とLO信号との間の周波数オフセットを追跡し補正するよう構成することができる。
実施の形態において、搬送波位相推定機能234は、例えば、ここに引用することにより本明細書に組み込まれたものとする米国仮出願第61/159,018号明細書及び米国特許出願第______(整理番号TCM256/ST−00022)号明細書に開示されている、デュアル・ステージの搬送波位相推定を行うことができる。歪補正システム300は、コヒーレントPSK又は差動符号化PSK(例えば、DCPSK、DCBPSK、DCQPSK)システムのような搬送波位相推定を行うシステムに用いることができる。また、歪補正システム300は、搬送波位相推定を行わないシステム、例えば、コヒーレント差動位相偏移変調(例えば、DPSK、DBPSK、DQPSK、等)を用いるシステムにおける受信信号歪の補正に使用することもできる。
歪補正システム300は、既知のデータ・パターンに対応する歪信号波形及び対応する歪補正値を保存するための歪補正テーブル310を備えている。また、歪補正システム300は、受信信号フィールドを保存歪信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪信号波形に対応する補正値を選択する歪補正器320も備えている。歪補正器320は(例えば、シフト・レジスタを用いて)歪補正テーブル310に保存歪信号波形の長さに対応する長さを有するシフト・ウィンドウ内の一部の受信デジタル信号を取得することができる。歪補正テーブル310は、例えば、DSP回路内のメモリ又はDSP回路に接続されたメモリに保存することができる。歪補正器320はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、あるいはその組合せとしてDSP回路に実装することができる。
実施の形態によれば、歪補正器320は受信信号と変調フォーマット又は変調方式に対応する対象位相位置との間の未知の位相オフセット(即ち、搬送波位相における位相オフセット)も補正する。本実施の形態において、受信信号フィールドの位相が所定の刻み幅(又は適応刻み幅)だけ回転される。受信信号フィールドの位相が回転される度に、前記のように、歪補正器320が歪補正テーブル310を検索して最も近い歪んだ信号波形を取得することができる。歪補正器320は、受信信号フィールドの現在の回転位相における最大相似値(例えば、ユークリッド距離)を受信信号フィールドの前回の回転位相におけるものと比較することにより、位相の回転を合計2π行った後に、全体的に見て歪補正テーブルの最も相似な項目を判定することができる。次に、位相回転ステップ全体を考慮して、受信信号フィールドに最も近い歪信号波形に対応する歪補正値が選択され適用される。
トレーナー340は(例えば、Nシンボルのウィンドウ内の)受信したトレーニング・シーケンス信号を取得し、ウィンドウ内のデータ・パターンに基づいて、受信信号波形のNシンボル・セグメントをデータ・パターン依存セットに分類する。例えば、Nビットのデータ・パターンの場合、トレーナー340は、各ビット周囲のNビット・ウィンドウ内のNビット・パターンに基づいて受信信号波形を分類する。実施の形態において、5ビットのデータ・パターンが00000ビット・パターンの信号波形が1つのセットに分類され、00001ビット・パターンの信号波形が1つのセットに分類され、00010のビット・パターンの信号波形が1つのセットに分類されるというように信号波形が分類される。次に、トレーナー340は、各セット内の波形を平均することにより雑音の影響を軽減し、各平均波形をビット・パターン毎に索引付けした歪補正テーブル310としてメモリに保存する。また、保存波形の各々に対し、トレーナー340は、歪んだ信号フィールド(即ち、位相及び振幅)と無歪の対応する送信信号フィールドとの差異に基づいて、補正値を算出することができる。従って、歪補正値は歪んだ受信信号に適用することにより、対応する無歪の送信信号により近い補正信号を生成することができる値である。算出した歪補正値は、対応するNシンボルの歪信号波形と共にテーブル310に保存することができる。
トレーナー340は、システム運用の初期段階において、前記訓練を行って歪補正テーブル310を生成することができる。また、システムの運用中において、トレーナー340は予めセットされた非ユーザ・データによる歪補正テーブルの更新及び/又は判定機能236の出力及び/又は順方向誤り訂正(FEC)データと受信信号フィールドに適応した更新を行うこともできる。歪補正テーブルを更新することにより、伝送システムにおける、偏光モード分散のような変化に適応するためのペナルティを軽減することができる。
軟判定FECにおいて、信頼度又は信頼性(例えば、ビットが1である可能性が非常に高い、1である可能性がある、0である可能性がある、あるいは0である可能性が非常に高い)を表わす、多数のビットから成る「軟」情報が生成される。この追加「軟」情報により、FECの復号化を効率的に行うことができる。軟判定FEC例の詳細が、ここに引用することにより本明細書に完全に組み込まれたものとする米国特許第7,398,454号明細書、米国特許出願公開第2006/0,136,798号明細書、及び米国特許出願第12/108,155号明細書に開示されている。
また、トレーナー340がFEC復号器350からのフィードバックに応じて、歪補正テーブル310における算出された歪補正値を調整することができ、これによりシステムの性能が更に向上する。例えば、FEC復号器350が受信したトレーニング・シーケンスのNシンボル・パターンのビット値の1つを訂正した場合、当該訂正ビットがトレーナー340にフィードバックされるビット・パターンの軟情報に反映される。次に、トレーナー340が訂正された軟情報を用いて、例えば、歪補正テーブル310を更新することにより、当該Nシンボル・パターンの歪補正値を修正する。
図11において、歪補正システムを用いて、100Gb/sの高スペクトル効率のWDM伝送システム1100における送信信号中のデータ・パターン依存歪を軽減することもできる。本実施の形態において、25ギガボーの2偏波QPSKチャンネルを25GHzのWDMスペーシングで送信することによって、400%のスペクトル効率を達成することができる。本実施の形態のWDM伝送システム1100によれば、チャンネルを結合して光伝送路102に統合WDM光信号を送出する際、信号送信端末1104がWDMチャンネル(即ち、波長λ1、λ2―――――、λN)のオーバー・フィルタリング(例えば、従来のWDMマルチプレクサより20%増のフィルタリング)を行うことができる。送信端末1104において、WDMチャンネルが、マルチプレクサ1112内において、光インタリーブ・フィルタ1122によりフィルタ処理され、方向性結合器1124によって結合される。同様に、WDMチャンネルは、受信端末1106において、方向性結合器1126と光インタリーブ・フィルタ1128との組合せを含むデマルチプレクサ1114によって多重分離される。
マルチプレクサ1112及びデマルチプレクサ1114における狭帯域フィルタ形状により光データ・チャンネルのスペクトル幅が狭くなり強いシンボル間干渉(ISI)が誘発される。チャンネル内ISIはデータ・パターンに大きく依存しているため、前記歪補正システム及び方法の実施の形態を用いることにより、ISIに起因するペナルティを効果的に低減することができる。
従って、前記歪補正システム及び方法の実施の形態により、データ・パターン依存信号歪を軽減し、光通信システムのような通信システムの性能を向上させることができる。
本発明の原理について説明してきたが、本説明は当業者にとって単なる例示に過ぎず本発明の範囲を限定すると解釈されるものではない。本明細書に図示及び説明した例示的な実施の形態の他に、本発明の範囲において別の実施の形態も可能である。当業者による改良及び置換は本発明の範囲に含まれると解釈されるものであって、本発明の範囲は以下のクレームによってのみ限定されるものである。
102 光情報路
104 送信端末
106 受信端末
108 入力ポート
110 経路
112/1112 マルチプレクサ/結合器
1141114 デマルチプレクサ
116 経路
118 出力経路
1122/1128 光インタリーブ・フィルタ
1124/1126 方向性結合器
TX 送信機
RX 受信機
Claims (20)
- 信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正するシステムであって、
長さを有し、既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を保存するよう構成された歪補正テーブルと、
前記歪補正テーブルに保存されている前記歪んだ信号波形の前記長さに対応する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、該選択した歪補正値を用いて前記受信信号を補正するよう構成された歪補正器と、
を有して成ることを特徴とするシステム。 - 前記歪補正テーブルとして保存される前記歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を生成するよう構成されたトレーナーを更に有して成ることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記トレーナーが、トレーニング・データ・シーケンスに対応する信号を受信し、前記トレーニング・データ・シーケンスのデータ・パターンに基づき、受信信号波形をデータ・パターン依存セットに分類し、前記受信信号波形に対応する歪補正値を算出し、前記受信信号波形を前記歪補正値と共に前記データ・パターンの索引付き歪補正テーブルとして保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項2記載のシステム。
- 前記歪補正テーブルが、所定の数(N)のシンボルを含む、Nシンボルの歪んだ信号波形を保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記歪補正器が、最大事後確率(MAP)検出を用いて前記受信信号フィールドを前記保存されている歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形を判定するよう構成されて成ることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記歪補正器が、前記受信信号フィールドを前記保存されている歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドと前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形とのユークリッド距離を算出し、前記保存されている歪んだ信号波形のうち前記ユークリッド距離が最小の信号波形に対応する歪補正値を選択することにより、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形を判定するよう構成されて成ることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記受信信号が、位相偏移変調によってデータが変調された光変調信号を変換した電気信号であり、該電気信号が前記光変調信号におけるシンボルの位相を表わしていることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記補正された受信信号に応じて、搬送波位相推定値を算出するよう構成された搬送波位相推定機能、及び前記搬送波推定値に応じて前記電気信号からデータ値を判定し、前記光信号に変調された前記データを表わす出力を生成するよう構成された判定機能を更に有して成ることを特徴とする請求項7記載のシステム。
- 前記判定機能から軟判定データ・ストリームを受信し、該データ・ストリームによって表わされる符号化データを復号して復号化データを生成する軟判定順方向誤り訂正(FEC)復号器を更に有して成ることを特徴とする請求項8記載のシステム。
- デジタル信号処理装置(DSP)をベースにした受信機であって、
光変調信号の受信、検出、及びデジタル変換により受信信号サンプルを含む電気信号を生成するよう構成されたコヒーレント受信機と、
既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を含む歪補正テーブルを保存し、該テーブルに保存されている前記歪んだ信号波形の長さに対応する長さを有する一部の受信信号取得し、受信信号フィールドを前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い前記歪補正テーブル内の歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、該選択した歪補正値を用いて前記受信信号を補正するよう構成されたDSPと、
を有して成ることを特徴とする受信機。 - 前記光変調信号が位相偏移変調によって変調されたものであり、前記電気信号が前記光変調信号におけるシンボルの位相を表わすものであることを特徴とする請求項10記載のDSPをベースにした受信機。
- 前記歪補正テーブルが、所定の数(N)のシンボルを含む、Nシンボルの歪んだ信号波形を保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項10記載のDSPをベースにした受信機。
- 前記DSPが、トレーニング・データ・シーケンスに対応する信号を受信し、前記トレーニング・データ・シーケンスのデータ・パターンに基づき、受信信号波形をデータ・パターン依存セットに分類し、前記受信信号波形に対応する歪補正値を算出し、前記受信信号波形を前記歪補正値と共に前記データ・パターンの索引付き歪補正テーブルとして保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項10記載のDSPをベースにした受信機。
- 前記DSPが、前記補正された受信信号に応じて搬送波位相推定値を算出する搬送波位相推定機能、及び前記搬送波推定値に応じて前記電気信号からデータ値を判定し、前記光信号に変調された前記データを表わす出力を生成する判定機能を実行するよう構成されて成ることを特徴とする請求項11記載のDSPをベースにした受信機。
- 前記判定機能から軟判定データ・ストリームを受信し、該データ・ストリームによって表わされる符号化データを復号して復号化データを生成する軟判定順方向誤り訂正(FEC)復号器を更に有して成ることを特徴とする請求項14記載のDSPをベースにした受信機。
- 信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正する歪補正方法であって、
既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を含む歪補正テーブルを用意するステップと、
光変調信号を受信し、該信号をデジタル電気信号に変換するステップと、
デジタル信号処理装置内において、前記デジタル信号を処理することにより、前記歪補正テーブルに保存されている前記歪んだ信号波形の長さに対応する長さを有する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、該選択した歪補正値を用いて、前記受信信号を修正して歪を補正するステップと、
を有して成ることを特徴とする方法。 - 前記歪補正テーブルが、所定の数(N)のシンボルを含む、Nシンボルの歪んだ信号波形を保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項16記載の方法。
- 前記受信信号フィールドを前記保存されている歪んだ信号波形と比較するステップが、前記受信信号フィールドと前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形とのユークリッド距離の算出を含み、前記歪補正値を選択するステップが、前記保存されている歪んだ信号波形のうち前記ユークリッド距離が最小の信号波形に対応する歪補正値の選択を含むことを特徴とする請求項16記載の方法。
- 前記デジタル信号を更に処理し、前記受信信号フィールドの位相を回転させ、前記受信信号フィールドの多数の回転させた位相を前記歪んだ信号波形と比較し、前記回転させた位相の各々を考慮して前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択することを特徴とする請求項16記載の方法。
- 前記光変調信号が、シンボル・レート約25ギガボーの2偏波QPSKチャンネルを約25GHzのWDMスペーシングで変調された波長分割多重(WDM)信号から多重分離されたものであって、データを約100Gb/sで伝送するものであることを特徴とする請求項16記載の方法。
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