JP2018530974A - 光信号を復号する方法、並びに光信号を受信及び復号する受信機 - Google Patents

Abstract

方法が、送信機から光チャネルを通じて受信機に送信された光信号を復号する。受信機は、送信された光信号を受信して、デジタル信号を生成し、このデジタル信号は、周波数領域において、静的効果及び／又は動的効果を補償するためにフィルタリングされる。フィルタリングは、周波数領域において行われる一方、フィルターの周波数係数は、フィルターの時間係数のうちの少なくともいくつかを更新し、時間係数を周波数領域に変換することによって、時間領域において更新される。

Description

本発明は、包括的には、コヒーレント光通信システムに関し、より詳細には、光チャネルを通じて送信されたデータを復号することに関する。

長距離光ネットワークにおいて見られるリンク等の光リンクのための帯域幅需要における増大は、光リンクの容量の急速な増加を必要としている。例えば、いくつかの光通信システムにおける光リンクの波長ごとの容量は、１００ギガビット毎秒（Ｇｂ／ｓ）を超えている。さらに、光ネットワークの未来の容量需要を満たすために、次世代光通信システムは、数テラビット毎秒（Ｔｂ／ｓ）に達する容量を維持するように設計されている。帯域幅及びスループットを増大させる需要が伸び続けているが、光システムの設計は、コスト、電力及びサイズ要件によって多くの場合に制約される。

例えば、搬送波位相推定及び振幅等化における不正確さは、光通信システムの性能を低下させる歪み、すなわち雑音強調を引き起こす。光通信では、種々の方法を用いてこの歪みが低減される。それらの方法は、受信信号の位相及び振幅を求める硬判定に基づいている。例えば、判定指向型最小平均二乗（ＬＭＳ）法は、更新の誤差を求めるのに硬判定を用いる。

しかし、様々なタイプの歪みが、歪みを等化する様々なタイプのフィルターを必要とする可能性がある。これらの複数のフィルターの最適な組み合わせは、通常達成するのが困難である所望のコスト効率の良いオプションである。例えば、色分散の等化は、通例、より長い応答長にわたる周波数領域において実行される。光学において、色分散とは、波の群速度が波の周波数に依拠する現象である。色分散の等化は、一定係数を有する静的フィルターを用いて行うことができる。

逆に、光信号の偏光の等化は、チャネル条件の変化に起因する高速な時間変動プロセスである。偏光の等化は、その係数の周期的更新を必要とする動的フィルターを用いて行うことができる。静的フィルター及び動的フィルターの組み合わせは困難であり得る。

したがって、光チャネルにわたって送信される光信号の等化を改善する必要がある。

本発明のいくつかの実施形態は、色分散と、偏光モード分散等の他の効果との、組み合わされた等化を、周波数領域において、有利に行うことができるという認識に基づく。なぜなら、色分散及び他の効果のフィルタリングを分離することなく、僅かな数のみの時間領域係数の適応により、色分散及び他の効果に起因するフィルター応答を、周波数領域において適用することができるためである。

特に、いくつかの実施形態は、光通信に適したフィルターの長さ、すなわち、タップ又は係数の数に起因して、フィルタリング動作が、時間領域よりも周波数領域においてより効率的であるという認識に基づいている。なぜなら、周波数領域におけるフィルタリングはブロック単位で行うことができるが、時間領域におけるフィルタリングは要素ごとに行われるためである。しかし、フィルターの係数の更新は、周波数領域よりも時間領域においてより効率的であることが更に認識される。なぜなら、周波数領域における係数の一部のみを更新することが実現困難であるためである。しかし、いくつかの状況では、全てのタップを更新することは望ましくなく、時間領域における更新により、更なる柔軟性を加えることができる。例えば、周波数領域における全ての係数の更新により、フィルターのタップ雑音が増大する可能性がある。

このために、本発明のいくつかの実施形態は、周波数領域においてフィルタリング動作を行う一方で、時間領域においてフィルターの係数の更新を行う。

本発明のいくつかの他の実施形態は、性能に悪影響を与えることなく、組み合わされた等化器入力サンプリングレートを、シンボルあたり２サンプルから、シンボルあたり１サンプルよりも大きな任意のレートに低減することができるという認識に基づく。これは、フィルターによって必要とされる係数の数を低減することができ、したがってフィルターの複雑度を低減することができるために有利である。

本発明のいくつかの他の実施形態は、出力シンボルのサブ集合について時間領域における時間係数を計算することによって、低減された複雑度で出力誤差項を計算することができるという認識に基づく。いくつかの実施形態は、パイロットシンボルについてのみ決定された誤差項を用いる一方、いくつかの他の実施形態は、未知の出力シンボルのサブ集合について決定された誤差項を用いる。

したがって、１つの実施形態は、送信機から光チャネルを通じて受信機に送信された光信号を復号する方法を開示する。本方法は、
時間領域において受信された前記光信号を、前記光チャネルを通じて周波数領域に変換して、離散スペクトルを生成することと、
前記時間領域におけるフィルタリングのために、フィルターの時間係数のうちの少なくともいくつかを更新することと、
前記周波数領域におけるフィルタリングのために、前記時間係数を前記周波数領域に変換して、前記フィルターの周波数係数を生成することと、
前記フィルターの前記周波数係数を用いて、前記周波数領域における前記離散スペクトルをフィルタリングすることと、
前記フィルタリングされた離散スペクトルを、前記時間領域におけるデジタル信号に変換することと、
前記デジタル信号のシンボルを復号することと、
を含む。前記方法のステップは、前記受信機のプロセッサを用いて実行される。

別の実施形態は、送信機から光チャネルを通じて受信機に送信される光信号を復号する方法を開示する。本方法は、
前記光チャネルを通じて送信される前記光信号を受信して、時間領域におけるデジタル信号を生成することと、
前記時間領域における前記デジタル信号を分割して、サンプルの重なり合ったブロックの集合にすることと、
サンプルのブロックを周波数領域に変換して、離散スペクトルを生成することと、
前記離散スペクトルを、静的フィルターを用いてフィルタリングして、第１のフィルタリングされたスペクトルを生成することと、
前記第１のフィルタリングされたスペクトルを、動的フィルターを用いてフィルタリングして、第２のフィルタリングされたスペクトルを生成することと、
前記第１のフィルタリングされたスペクトルを前記時間領域に変換して、第１の信号を生成することと、
前記第２のフィルタリングされたスペクトルを前記時間領域に変換して、第２の信号を生成することと、
前記第１の信号及び前記第２の信号の少なくともいくつかの要素間の差に基づいて前記時間領域における前記動的フィルターの時間係数を決定することと、
時間係数のサブ集合をゼロと置き換えることによって前記時間係数を更新することと、
前記更新された時間係数を前記周波数領域に変換することと、
前記周波数領域における前記動的フィルターの周波数係数を、前記周波数領域に変換された前記更新された時間係数を用いて更新することと、
前記サンプルの重なり合ったブロックの集合に対応する第２のデジタル信号の集合を用いて前記時間領域における前記光信号を再構成することと、
を含む。前記方法のステップは、前記受信機のプロセッサを用いて実行される。

更に別の実施形態は、光チャネルを通じて送信された光信号を受信及び復号する受信機であって、
時間領域において前記光チャネルを通じて前記光信号を受信し、該光信号を周波数領域に変換して、離散スペクトルを生成する光学機器及び電子機器を備えるフロントエンドと、
フィルターの周波数係数を用いて前記周波数領域において前記離散スペクトルをフィルタリングし、該フィルタリングされた離散スペクトルを前記時間領域におけるデジタル信号に変換するデジタル信号プロセッサであって、該プロセッサは、前記時間領域におけるフィルタリングのために、前記フィルターの時間係数のうちの少なくともいくつかを更新し、前記時間係数を前記周波数領域に変換して、前記フィルターの前記周波数係数を生成する、デジタル信号プロセッサと、
前記デジタル信号のシンボルを復号する復号器と、
を備える、受信機を開示する。

本発明のいくつかの実施形態による光通信システムのブロック図である。 本発明の１つの実施形態による光通信システムの送信機のブロック図である。 本発明の１つの実施形態による光通信システムの受信機のブロック図である。 本発明の１つの実施形態による、光通信システムにおいて用いられる受信機デジタル信号処理アルゴリズムのブロック図である。 本発明のいくつかの実施形態による、時間領域において更新される係数を用いて周波数領域においてフィルタリングするフィルターの概略図である。 本発明の１つの実施形態による、送信機から光チャネルを通じて受信機に送信される光信号を復号する方法のフローチャートである。 本発明の１つの実施形態による、送信機から光チャネルを通じて受信機に送信される光信号を復号する方法のブロック図である。 本発明のいくつかの実施形態による、パイロット支援光通信システムの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による、パイロット支援光通信システムの信号構造の例示的な概略図である。 本発明の１つの実施形態による、パイロット支援光通信システムの送信機のブロック図である。 本発明の１つの実施形態による、パイロット支援光通信システムの受信機のブロック図である。 本発明の１つの実施形態による、パイロット支援光通信システムの周波数領域における静的及び動的効果のフィルタリングの概略図である。 本発明の１つの実施形態による、送信機から光チャネルを通じて受信機に送信される光信号をパイロット支援により復号する方法のブロック図である。

図１Ａは、本発明のいくつかの実施形態による光通信システムのブロック図を示す。ソース００１からのデータが送信機（Ｔｘ）０１０に送信される。例えば、送信機において、データは、任意選択（optional）の前方エラー訂正（ＦＥＣ）符号器０１１に送信され、次に、符号化された信号がデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）０１４によって処理される。いくつかの実施形態では、このＤＳＰは、信号のマッピング、フィルタリング及び予等化等の種々の機能も実行する。信号は、次に、送信機フロントエンド０１５に送信され、この送信機フロントエンドにおいて、増幅、フィルタリング、変調及びアップコンバート等のアナログ動作が生じ、次に、信号は、光チャネル０２０を通じて受信機（Ｒｘ）０３０に送信される。

受信機において、信号は、受信信号のダウンコンバート、増幅、フィルタリング及び量子化等のアナログ動作を行ってデジタル信号を生成する受信機フロントエンド０３１を通過する。デジタル信号は、等化及び搬送波位相回復の正確さを改善するために、受信機ＤＳＰ０３２によって処理される。次に、処理された信号は、任意選択（optionally）で、ＦＥＣ復号器０３４に送信され、その後、宛先、例えばデータシンク０４０に送信される。

図１Ｂは、本発明の１つの実施形態による光通信システムの送信機のブロック図を示す。ソース１０１からのデータ１１０は、送信機１２０に送信される。送信機において、データは、ＦＥＣ符号器１２１によって符号化される。信号は、次に、ＤＳＰと、アナログ／デジタル変換器等の他のフロントエンド電子機器１２２とを用いて処理を受ける。信号は、次に、光搬送波に対して変調を行う送信機光学機器１２３に送信される。光信号は、その後、波長合波器（ＷＭ）１３０に送信され、この波長合波器において、信号は、任意選択で、異なる波長を有する他の光信号１３１と組み合わせることができ、その後、光チャネル１３５に送信される。

図１Ｃは、本発明の１つの実施形態による光通信システムにおける受信機のブロック図を示す。光チャネル１４１からの信号は、波長分波器（ＷＤＭ）１５０に送信される。他の波長１５１は、任意選択で、対象となる波長チャネルとは独立に処理するために他の受信機に送信される。信号は、次に、受信機１６０に送信される。この光信号は、光受信機フロントエンド１６１によって検出される。このブロックは、ダウンコンバート、増幅、及び量子化等の光学素子及び電子素子の双方を備えて、デジタル信号１７９を生成することができる。次に、デジタル信号は、ＤＳＰ１６２によって処理される。この処理は、振幅及び位相歪みのフィルタリング又は等化を含む。処理された信号は、次に、復号器１６３に送信されて、ＦＥＣ復号の軟判定情報が生成され、その後、その最終宛先、例えばデータシンク１７０に送信される。

図１Ｄは、本発明の１つの実施形態による、ＤＳＰ１６２のデジタル信号処理のブロック図を示す。例えば、ＤＳＰは、任意選択で、信号の静的フィルタリング１８２を行うことができ、次に、いくつかの場合に長い応答長を有する色分散及びパルス成形等の時不変効果について補償される。そのために、いくつかの実施形態では、一定係数を有する静的フィルターを用いて静的フィルタリングが行われる。

それに加えて、又は代替として、ＤＳＰ１６２は、未知の歪み（電気フィルタリングに起因した歪み等）、及び通常はるかに短い応答長を有する、偏光モード分散等の時変歪みについて補正するための動的フィルタリング１８３を行う。動的フィルターの係数は、例えば、最小二乗平均（ＬＭＳ）方法を用いて動的フィルターの入力及び出力に基づいて更新される（１８０）。次に、搬送波周波数及び位相の別個の回復が任意選択で実行され（１８４）、送信機レーザーと受信機レーザーとの間の光周波数の差、及びそれらの位相のランダムな変動について補償する。

いくつかの実施形態は、光通信に適したフィルターの長さ、すなわち、タップ又は係数の数に起因して、フィルタリング動作が、時間領域よりも周波数領域においてより効率的であるという認識に基づいている。なぜなら、周波数領域におけるフィルタリングはブロック単位で行うことができるが、時間領域におけるフィルタリングは要素ごとに行われるためである。しかし、フィルターの係数の更新は、周波数領域よりも時間領域においてより効果的であることが更に認識される。なぜなら、周波数領域における係数の一部のみを更新することが実現困難であるためである。しかし、いくつかの状況では、全てのタップを更新することは望ましくなく、時間領域における更新により、更なる柔軟性を加えることができる。例えば、周波数領域における全ての係数の更新により、フィルターのタップ雑音が増大する可能性がある。

図１Ｅは、本発明のいくつかの実施形態による、時間領域において更新される係数を用いて周波数領域においてフィルタリングするフィルター１９０の概略図を示す。フィルターは、フィルタリングの領域に依拠するフィルターの係数を用いてフィルタリングを行う。例えば、フィルターは、時間領域においてフィルタリングを行うための時間係数１９１、又は周波数領域においてフィルタリングを行うための周波数係数１９２を有することができる。時間係数１９１及び周波数係数１９２は、互いに関係する。例えば、時間係数１９１は、フーリエ変換１９３を用いて周波数係数１９２に変換することができる。

同様に、周波数係数１９２は、逆フーリエ変換１９３を用いて時間係数１９１に変換することができる。本発明のいくつかの実施形態は、周波数係数１９２を用いて周波数領域におけるフィルター１９０のフィルタリング１９６動作を行う。しかし、周波数係数は、時間係数のうちの少なくともいくつかの更新を通じて時間領域において更新される（１９５）。

例えば、図１Ｄに戻って参照すると、動的フィルター１８３によってフィルタリングされる前の周波数領域におけるデジタル信号又はデジタルスペクトルが、時間領域に変換され、第１の信号１６５が生成される。フィルタリングされたデジタルスペクトル、すなわち動的フィルター１８３によってフィルタリングされた後のデジタルスペクトルも、時間領域に変換され、第２の信号１６６が生成される。更新１８０は、第１の信号１６５及び第２の信号１６６の関数に基づいて時間領域におけるフィルターの時間係数を決定し、周波数領域における時間係数の少なくとも一部分を変換して（１６７）、周波数係数を更新する。

図１Ｆは、本発明の１つの実施形態による、送信機から光チャネルを通じて受信機に送信される光信号を復号する方法のフローチャートを示す。実施形態は、光チャネルを通じて時間領域において受信された光信号を、周波数領域に変換して、離散スペクトルを生成する（１７１）。実施形態は、時間領域におけるフィルタリングのために、フィルターの時間係数のうちの少なくともいくつかを更新し（１７２）、時間係数を周波数領域に変換して、周波数領域におけるフィルタリングのためのフィルターの周波数係数を生成する（１７３）。実施形態は、フィルターの周波数係数を用いて周波数領域における離散スペクトルをフィルタリングし（１７４）、フィルタリングされた離散スペクトルを、時間領域におけるデジタル信号に変換し（１７５）、デジタル信号のシンボルを復号する（１７６）。本方法のステップは、受信機のプロセッサ、例えば、ＤＳＰ３２を用いて実行される。

図２は、本発明のいくつかの実施形態による、周波数領域におけるフィルタリングのための方法のブロック図を示す。これらの実施形態において、フィルター１９０は、静的フィルター、例えば、光チャネルの静的効果をフィルタリングするフィルター１８２と、動的フィルター、例えば、光チャネルの動的効果をフィルタリングするフィルター１８３とを含む。静的フィルターの周波数係数は一定であるが、動的フィルターの周波数係数は時間領域において更新される。

例えば、１つの実施形態は、光チャネルを通じて送信された光信号を受信し（２０１）、時間領域におけるデジタル信号に光信号を変換する。デジタル信号は、時間領域において、サンプルの重なり合ったブロックの集合に分割され（２０２）、サンプルの各ブロックは、次に、例えば高速フーリエ変換を用いて周波数領域に変換され（２０３）、離散スペクトルが生成される。本発明の異なる実施形態において、サンプルのブロックは、復号されるシンボルごとに、整数又は有理数のサンプルを含む。例えば、１つの実施形態において、各シンボルは、２つのサンプルを用いて符号化される。代替的な実施形態では、サンプルのブロックは、シンボルあたり、１より大きく２未満のサンプルを含む。

例えば、光学受信機は、時点ｋにおいて信号Ｅ_ｋを検出する。次に信号は、長さ２Ｎの重なり合ったブロックに分割される。ここで、Ｎは、チャネル応答の長さよりも厳密に大きい。いくつかの場合、連続した複数のブロック（consecutive blocks）との重なり合いは、ブロック長の半分とすることができる。この場合、ブロックＢ_ｊ＝［Ｅ_ｋ＋１，．．．，Ｅ_ｋ＋２Ｎ］及びその隣接ブロックＢ_ｊ＋１＝［Ｅ_{ｋ＋Ｎ＋１}，．．．，Ｅ_ｋ＋３Ｎ］を定義する。次に、実施形態は、静的フィルターを用いて離散スペクトルをフィルタリングし（２０４）、第１のフィルタリングされたスペクトルを生成し、動的フィルターを用いて第１のフィルタリングされたスペクトルをフィルタリングし（２０５）、第２のフィルタリングされたスペクトルを生成する。次に、実施形態は、第２のフィルタリングされたスペクトルを時間領域に変換し（２０６）、第２の信号２０７を生成する。第２の信号２０７は、時間領域において光信号２０９を再構成する（２０８）のに用いられる。例えば、サンプルの重なり合ったブロックの集合に対応する第２のデジタル信号の集合を、例えば重畳加算法又は重畳保留法を用いて光信号２０９を再構成するために用いることができる。

例えば、重畳保留方法は、以下の疑似コードを用いて説明することができる。
h=FIR_impulse_response;
M=length(h);
overlap=M-1;
N=4*overlap;
step_size=N-overlap;
H=DFT(h,N);
position=0;
while(position+N<=length(x))
yt=IDFT(DFT(x(1+position:N+position),N)*H,N);
y(1+position:step_size+position)=yt(M:N);
position=position+step_size;
end

実施形態は、時間領域における動的フィルターの周波数係数も更新する。例えば、動的フィルターの周波数係数を更新するために、実施形態は、例えば周期的に又はトリガーイベントに応答して、第１のフィルタリングされたスペクトルを時間領域に変換して（２１１）第１の信号２１６を生成し、第２のフィルタリングスペクトルを時間領域に変換して（２０６）第２の信号２０７を生成し、第１の信号及び第２の信号の少なくともいくつかの要素間の差に基づいて、時間領域における動的フィルターの時間係数を求める（２１０）。例えば、時間係数は、第２の信号における少なくともいくつかのサンプルと、予め設定された複数の値の集合との間の誤差に従って調整される第１の信号を用いて決定及び／又は更新することができる。そのために、いくつかの実施形態は、対応する出力ブロックにおける誤差を計算し（２１３）、任意選択でフィルタリング、例えば平均化され（２１２）、その後第１の信号が調整される。

例えば、２×２ＭＩＭＯフィルター２０５の瞬時時間領域出力２０７は、以下によって得られる。

ここで、ｕ_ｘ及びｕ_ｙは、それぞれ、ｘ偏光及びｙ偏光における時間領域入力ベクトル２１６であり、ｈ_ｘｘ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｘｙ及びｈ_ｙｙは、４つのＦＩＲフィルターの係数であり、ｖ_ｘ及びｖ_ｙは、それぞれｘ偏光及びｙ偏光において出力ブロック２０７から取得された瞬時時間領域出力であり、^Ｈ演算子は、エルミートベクトル転置（Hermite vector transpose）である。

１つの実施形態は、（例えば）定モジュラスアルゴリズムに従って、各偏光における等化信号２０７の半径に従って、下式により、誤差項２１３を計算する。

ここで、ｅ_ｘ及びｅ_ｙは、それぞれｘ偏光及びｙ偏光における誤差項である。

さらに、１つの実施形態は、グライディングウィンドウアキュムレーターフィルターの場合には以下のように与えられる誤差項２１２のフィルタリングしたものを用いることによって、誤差項計算を更に精緻化することができる。

ここで、ｅ_ｘ’及びｅ_ｙ’は、それぞれ、ｘ偏光及びｙ偏光における平均誤差項であり、Ｍは、平均される誤差項の数である。

フィルター２１０の係数は、誤差項及び何らかの適応アルゴリズム、例えば、最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを用いて求められる。これは、以下の式の組によって求められる。

ここで、ベクトルｈ_ｘｘ’、ｈ_ｙｘ’、ｈ_ｘｙ’及びｈ_ｙｙ’は、更新されたフィルター係数ベクトルであり、＊は、共役演算子であり、μは、等化器コンバージェンスパラメーターである。次に、更新された係数を、それらが周波数領域フィルターと同じ長さになるように、ゼロでパディングし（２１４）、その後、それらを、高速フーリエ変換２１５等のアルゴリズムを用いて周波数領域に変換する。

本発明のいくつかの実施形態は、光チャネルにおける状態の変化に応答した動的フィルターの係数の一部分のみの更新により、フィルターのタップ雑音を低減することができるという認識に基づいている。しかし、周波数領域における係数の一部のみを更新することは実現困難である。なぜなら、単一の時間領域係数における変更は、全ての周波数領域係数に影響を及ぼすためである。

しかし、時間領域における所望の適応的応答のスパース性に起因して、時間係数の一部分のみを更新することが可能である。そのために、いくつかの実施形態は、時間領域において、時間係数の一部のみを更新する。例えば、時間係数を決定（２１０）した後、１つの実施形態は、時間係数のサブ集合をゼロと置き換えることによって時間係数を更新する（２１４）。そのような置き換えは、更新されることが決定された時間係数のみを保持し、これらの残された時間係数のみが周波数領域において変換され（２１５）、動的フィルターの周波数係数が更新される。例えば、動的であり、短い応答長のみを有する偏光モード分散について補償するために、時間領域において中心にあるタップのみを更新することを決定することができる。中心係数を除く全ての係数更新項がゼロに設定され、したがって更新されない。

本発明のいくつかの実施形態は、光チャネルの不確実性を考慮に入れるために、シンボルあたり複数のサンプルを光送信において用いることができるという認識に基づいている。通例、各シンボルは、整数のサンプル、例えば、シンボルあたり２つのサンプルを用いて符号化される。なぜなら、そのようなサンプリングは、サンプルとシンボルとの間の直接的な対応に起因してフィルタリングを単純化するためである。

しかし、いくつかの実施形態は、シンボルあたりのサンプル数を、１と２との間の有理数に低減することにより、フィルタリングの複雑度が低減されるが、サンプルとシンボルとの間の直接対応がなくなるという認識に基づいている。特に、シンボルに対するサンプルの比が有理数であるとき、例えば、サンプルの重なり合った複数のブロックが、シンボルあたり１より大きく２未満のサンプルを有するとき、１つのサンプルが、複数のシンボルの情報を搬送することができる。しかし、いくつかの実施形態は、フィルタリングされた信号を、シンボルあたり整数個のサンプルに再サンプリングする後続の再サンプリング演算を伴って、フィルタリングのために有理数のシンボルを用いることが可能であるという認識に基づく。追加の再サンプリングステップにかかわらず、再サンプリングされたフィルタリング信号の直接関係を伴うフィルターの複雑度の低減が依然として有利である。

そのために、本発明の１つの実施形態では、離散スペクトルは、シンボルあたり１より大きく２未満のサンプルを有するサンプルの重なり合った複数のブロックの集合を含む。この実施形態は、フィルタリングされた離散スペクトルを、シンボルあたり整数個のサンプルに再サンプリングし（２２６）、時間領域における再サンプリングされフィルタリングされた離散スペクトルを変換して（２０６）第２の信号を生成する。

図３Ａは、本発明のいくつかの実施形態によるパイロット支援光通信システムのブロック図を示す。ソース３０１からのデータは、送信機（Ｔｘ）３１０に送信される。例えば、データは、任意選択の前方エラー訂正（ＦＥＣ）符号器３１１に送信され、次に、パイロット挿入ブロック３１２に送信される。ここで、パイロットシーケンス３１３からのパイロットシンボルは、予め設定された或るレートで加えられ、データシンボルの集合と、既知の振幅及び位相を有するパイロットシンボルの集合とを含む信号が生成される。パイロットシンボルの挿入後、当該信号は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）３１４を受ける。いくつかの実施形態では、ＤＳＰは、マッピング、フィルタリング、及び予等化等の他の機能も実行する。次に、当該信号は、送信機フロントエンド３１５に送信され、ここで、増幅、フィルタリング、変調及びアップコンバート等のアナログ動作が生じ、次に光チャネル３２０を介して受信機（Ｒｘ）３３０に送信される。

受信機において、当該信号は、受信した信号のダウンコンバート、増幅、フィルタリング及び量子化等のアナログ動作を行ってデジタル信号を生成する受信機フロントエンド３３１を通過する。このデジタル信号は、デジタルアルゴリズム３３２によって処理され、その後、受信パイロットシンボル３３３が抽出される。次に、抽出されたパイロットシンボルは、パイロット支援ＤＳＰアルゴリズム３３６によって、パイロットシンボル３１３に対応する既知の振幅及び位相を有する送信パイロットシーケンス３３５と組み合わせて処理される。次に、等化及び搬送波位相回復の正確さを改善するために、この処理の結果生じる情報を受信機ＤＳＰ３３２において用いる。次に、パイロット抽出後の受信信号が、任意選択でＦＥＣ復号器３３４に送信され、その後、宛先、例えば、データシンク３４０に送信される。

図３Ｂは、符号化される対応するデジタル信号の例示的な構造を示す。この信号は、本発明のいくつかの実施形態による、データシンボルの集合並びに既知の振幅及び位相を有するパイロットシンボルの集合を含む。いくつかのパイロットシンボル３５０、３５２、３５４及び３５６が、データシンボル３５１、３５３及び３５５のいくつかのブロックを通じて分散される。データシンボルの単一のブロック３５３におけるデジタル信号処理は、隣接するパイロットシンボル３５２、３５４及び／又は隣接していないパイロットシンボル３５０、３５６を用いて行うことができる。

図４Ａは、本発明の１つの実施形態による、パイロット支援光通信システムの送信機のブロック図を示す。ソース４０１からのデータ４１０は、送信機４２０に送信される。送信機において、データはＦＥＣ符号器４２１によって符号化され、その後、パイロットシンボル４２４が間欠的に挿入される。次に、当該信号は、ＤＳＰアルゴリズム、及びアナログ／デジタル変換器等の他のフロントエンド電子機器４２２を用いた処理を受ける。次に、当該信号は、光搬送波に対する変調のために送信機光学機器４２３に送信される。次に、当該光信号は、波長合波器ＷＭ４３０に送信され、この波長合波器において、当該信号は、任意選択で、異なる波長４３１を有する他の光信号と組み合わせることができ、その後、光チャネル４３５に送信される。

図４Ｂは、本発明の１つの実施形態によるパイロット支援光通信システムにおける受信機のブロック図を示す。光チャネル４４１からの信号は、波長分波器（ＷＤＭ）４５０に送信される。他の波長４５１は、任意選択で、対象の波長チャネルと独立して処理するために他の受信機に送信される。次に、当該信号は、受信機４６０に送信される。当該光信号は、光学受信機フロントエンド４６１によって検出される。このブロックは、ダウンコンバート、増幅及び量子化等の光学素子及び電子素子の双方を含むことができる。次に、当該デジタル信号は、ＤＳＰアルゴリズム４６２によって処理される。ＤＳＰ処理後、受信パイロットシンボルが抽出され（４６５）、パイロットシンボルの既知の送信シーケンス４６６と組み合わせて処理される（４６４）。次に、振幅等化及び位相等化等の機能のための等化器を含む、このパイロット処理からの情報がＲｘ ＤＳＰ４６２において用いられる。次に、処理された信号は、復調モジュール４６３に送信され、ＦＥＣ復号のための軟判定情報が生成され、その後、最終宛先、例えばデータシンク４７０に送信される。

図５Ａは、本発明の１つの実施形態による、パイロット支援デジタル受信機サブシステムのブロック図を示す。量子化器５０１からのデジタル信号は、ＤＳＰ５１０により処理される。最初に、光末端電気受信機フロントエンド５１１において、静的かつ場合によっては非線形の処理が行われ、欠陥が補正される。次に、静的フィルター５１２を用いて信号の静的等化が行われ、いくつかの場合に極度に長い応答長を有する色分散及びパルス成形等の時不変効果について補償される。次に、動的フィルター５１３を用いて適応等化が行われ、未知の歪み（電気フィルタリングに起因するもの等）、及び通常はるかに短い応答長を有する、偏光モード分散等の時変歪みについて補正される。例えば、最小平均二乗（ＬＭＳ）方法を用いて、パイロットシンボル５１４の値及びパイロットシンボルの予め設定された複数の値に基づいて、時間領域における動的フィルターの周波数係数が更新される（５１５）。次に、任意選択で、搬送波周波数及び位相の別個の回復が行われ（５１６）、送信機信号と受信機信号との間の光周波数の差、及びそれらの位相のランダムな変動について補償される。次に、この信号が、復調及び復号（５２０）のために送信される。

図５Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、周波数領域におけるパイロット支援フィルタリングの方法のブロック図を示す。図２に関連して説明したステップに加えて、この実施形態では、時間係数を求めるために用いられる誤差５４２が、第２の信号から抽出されたパイロットシンボル５４３、及び予め設定されたパイロットシンボル５５０を用いて求められる。例えば、１つの実施形態において、第１の信号と、第２の信号におけるパイロットシンボルの値と、パイロットシンボル５５０の予め設定された複数の値との関数に基づいて、時間係数が求められる（５１０）。例えば、各偏光において送信（５５０）及び受信（５４３）されたパイロットの半径による誤差項５４２を、（例えば、）下式による定モジュラス法に従って計算することができる。

ここで、ｅ_ｘ及びｅ_ｙは、それぞれ、ｘ偏光及びｙ偏光における誤差項であり、ｐ_ｘ及びｐ_ｙは、それぞれ、ｘ偏光及びｙ偏光におけるパイロットシンボルである。

本発明の上記で説明した実施形態は、多数の方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピューターに設けられるのか又は複数のコンピューター間に分散されるのかにかかわらず、任意の適したプロセッサ又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは、１つ以上のプロセッサを集積回路部品に有する集積回路として実装することができる。ただし、プロセッサは、任意の適したフォーマットの回路類を用いて実装することができる。

また、本発明の実施形態は、例が提供された方法として実施することができる。この方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法で順序付けすることができる。したがって、動作が示したものと異なる順序で実行される実施形態を構築することができ、これには、例示の実施形態では一連の動作として示されたにもかかわらず、いくつかの動作を同時に実行することを含めることもできる。

請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。

Claims (15)

1. 送信機から光チャネルを通じて受信機に送信された光信号を復号する方法であって、
   時間領域において受信された前記光信号を、前記光チャネルを通じて周波数領域に変換して、離散スペクトルを生成することと、
   前記時間領域におけるフィルタリングのために、フィルターの時間係数のうちの少なくともいくつかを更新することと、
   前記周波数領域におけるフィルタリングのために、前記時間係数を前記周波数領域に変換して、前記フィルターの周波数係数を生成することと、
   前記フィルターの前記周波数係数を用いて、前記周波数領域における前記離散スペクトルをフィルタリングすることと、
   前記フィルタリングされた離散スペクトルを、前記時間領域におけるデジタル信号に変換することと、
   前記デジタル信号のシンボルを復号することと
   を含み、前記方法の各ステップは、前記受信機のプロセッサを用いて実行される、方法。
2. 前記更新することは、
   前記デジタルスペクトルを前記時間領域に変換して、第１の信号を生成することと、
   前記フィルタリングされたデジタルスペクトルを前記時間領域に変換して、第２の信号を生成することと、
   前記第１の信号及び前記第２の信号の関数に基づいて、前記時間領域における前記フィルターの時間係数を求めることと、
   前記周波数領域における前記時間係数のうちの少なくとも一部を変換して、前記周波数係数を更新することと
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記周波数領域に変換することは、フーリエ変換を用いて行われ、前記時間領域に変換することは、逆フーリエ変換を用いて行われる、請求項２に記載の方法。
4. 前記時間係数を変換することは、
   時間係数のサブ集合をゼロと置き換えることによって前記時間係数を更新することと、
   前記更新された時間係数を前記周波数領域に変換することと
   を含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記光信号は、パイロットシンボルの集合を含み、前記更新することは、
   前記デジタルスペクトルを前記時間領域に変換して、第１の信号を生成することと、
   前記フィルタリングされたデジタルスペクトルを前記時間領域に変換して第２の信号を生成することと、
   前記第１の信号と、前記第２の信号における前記パイロットシンボルの値と、前記パイロットシンボルの予め設定された値との関数に基づいて、前記時間領域における前記フィルターの時間係数を求めることと、
   時間係数のサブ集合をゼロと置き換えることによって前記時間係数を更新することと、
   前記更新された時間係数を前記周波数領域に変換することと
   を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記フィルターは、前記光チャネルの静的効果をフィルタリングする静的フィルターと、前記光チャネルの動的効果をフィルタリングする動的フィルターとを含み、前記静的フィルターの前記周波数係数は一定であり、前記動的フィルターの前記周波数係数は前記時間領域において更新される、請求項１に記載の方法。
7. 前記離散スペクトルは、シンボルあたり１より大きく２未満のサンプルを有するサンプルの重なり合ったブロックの集合を含み、前記方法は、
   前記フィルタリングされた離散スペクトルを、シンボルあたり整数個のサンプルに再サンプリングすることと、
   前記再サンプリング及びフィルタリングされた離散スペクトルを前記時間領域において変換して、前記第２の信号を生成することと、
   前記第２の信号における少なくともいくつかのサンプルと、予め設定された複数の値の集合との間の誤差を求めることと、
   前記誤差に従って調整された前記第１の信号を用いて前記時間係数を更新することと
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
8. 送信機から光チャネルを通じて受信機に送信される光信号を復号する方法であって、
   前記光チャネルを通じて送信される前記光信号を受信して、時間領域におけるデジタル信号を生成することと、
   前記時間領域における前記デジタル信号を分割して、サンプルの重なり合ったブロックの集合にすることと、
   サンプルのブロックを周波数領域に変換して、離散スペクトルを生成することと、
   前記離散スペクトルを、静的フィルターを用いてフィルタリングして、第１のフィルタリングされたスペクトルを生成することと、
   前記第１のフィルタリングされたスペクトルを、動的フィルターを用いてフィルタリングして、第２のフィルタリングされたスペクトルを生成することと、
   前記第１のフィルタリングされたスペクトルを前記時間領域に変換して、第１の信号を生成することと、
   前記第２のフィルタリングされたスペクトルを前記時間領域に変換して、第２の信号を生成することと、
   前記第１の信号及び前記第２の信号の少なくともいくつかの要素間の差に基づいて前記時間領域における前記動的フィルターの時間係数を決定することと、
   時間係数のサブ集合をゼロと置き換えることによって前記時間係数を更新することと、
   前記更新された時間係数を前記周波数領域に変換することと、
   前記周波数領域における前記動的フィルターの周波数係数を、前記周波数領域に変換された前記更新された時間係数を用いて更新することと、
   前記サンプルの重なり合ったブロックの集合に対応する第２のデジタル信号の集合を用いて前記時間領域における前記光信号を再構成することと
   を含み、前記方法のステップは、前記受信機のプロセッサを用いて実行される、方法。
9. 前記サンプルのブロックは、シンボルあたり１より大きく２未満のサンプルを含み、前記方法は、
   前記第２のフィルタリングされた離散スペクトルを、シンボルあたり整数個のサンプルに再サンプリングすることと、
   前記再サンプリング及びフィルタリングされた第２の離散スペクトルを前記時間領域において変換して、前記第２の信号を生成することと、
   前記第２のシンボルにおける少なくともいくつかのサンプルと、予め設定された複数の値の集合との間の誤差を求めることと、
   前記誤差に従って調整された前記第１の信号を用いて前記時間係数を更新することと
   を更に含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記光信号は、パイロットシンボルの集合を含み、前記時間係数は、前記第１の信号と、前記第２の信号における前記パイロットシンボルの値と、前記パイロットシンボルの予め設定された値との関数に基づいて求められる、請求項８に記載の方法。
11. 光チャネルを通じて送信された光信号を受信及び復号する受信機であって、
    時間領域において前記光チャネルを通じて前記光信号を受信し、該光信号を周波数領域に変換して、離散スペクトルを生成する光学機器及び電子機器を備えるフロントエンドと、
    フィルターの周波数係数を用いて前記周波数領域において前記離散スペクトルをフィルタリングし、該フィルタリングされた離散スペクトルを前記時間領域におけるデジタル信号に変換するデジタル信号プロセッサであって、該プロセッサは、前記時間領域におけるフィルタリングのために、前記フィルターの時間係数のうちの少なくともいくつかを更新し、前記時間係数を前記周波数領域に変換して、前記フィルターの前記周波数係数を生成する、デジタル信号プロセッサと、
    前記デジタル信号のシンボルを復号する復号器と
    を備える、受信機。
12. 前記プロセッサは、
    前記デジタルスペクトルを前記時間領域に変換して、第１の信号を生成し、
    前記フィルタリングされたデジタルスペクトルを前記時間領域に変換して、第２の信号を生成し、
    前記第１の信号及び前記第２の信号の関数に基づいて、前記時間領域における前記フィルターの時間係数を求め、
    前記周波数領域における前記時間係数のうちの少なくとも一部を変換して、前記周波数係数を更新する、請求項１１に記載の受信機。
13. 前記プロセッサは、
    時間係数のサブ集合をゼロと置き換えることによって前記時間係数を更新し、
    前記更新された時間係数を前記周波数領域に変換する、請求項１２に記載の受信機。
14. 前記光信号は、パイロットシンボルの集合を含み、前記プロセッサは、
    前記デジタルスペクトルを前記時間領域に変換して第１の信号を生成し、
    前記フィルタリングされたデジタルスペクトルを前記時間領域に変換して第２の信号を生成し、
    前記第１の信号と、前記第２の信号における前記パイロットシンボルの値と、前記パイロットシンボルの予め設定された値との関数に基づいて、前記時間領域における前記フィルターの時間係数を求め、
    時間係数のサブ集合をゼロと置き換えることによって前記時間係数を更新し、
    前記更新された時間係数を前記周波数領域に変換する、請求項１１に記載の受信機。
15. 前記フィルターは、前記光チャネルの静的効果をフィルタリングする静的フィルターと、前記光チャネルの動的効果をフィルタリングする動的フィルターとを含み、前記静的フィルターの前記周波数係数は一定であり、前記動的フィルターの前記周波数係数は前記時間領域において更新される、請求項１１に記載の受信機。

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