JP2019520770A - 光ファイバ通信システムにおける信号処理の方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

本開示の実施形態は、光ファイバ通信システムにおける信号処理の方法およびデバイスを提供する。この方法は、光ファイバ通信システムにおける複数の受信機のための電気信号を、複数のグループに分割し、複数のグループはおのおの、複数の受信機のうちの少なくとも１つに関連付けられることを備える。この方法は、時間領域において、複数のグループにおける電気信号を多重化することによって、時間領域多重化信号を取得することも備える。この方法は、時間領域多重化信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有するように、周波数領域において、複数のグループにおける時間領域多重化信号を多重化することも備える。この方法は、周波数領域多重化信号を、送信のためにアナログ光信号に変換することも備える。

Description

本開示の実施形態は、一般に通信技術に関し、より具体的には、光ファイバ通信システムにおける信号処理の方法およびデバイスに関する。

超高密度を有する分散型スモールセルシステムでは、アナログフロントホール技術が広く使用されており、それは屋内の無線アクセスのための一般的な選択であり、たとえば、固定ネットワークアーキテクチャとして光ファイバ通信システムを使用して、固定ネットワークアーキテクチャを通して信号を送信する。超高密度を有する分散型スモールセルシステムは、大容量データ送信をサポートするために、大きな光パワースプリット比を必要とする。しかしながら、大容量データ送信を、信頼性があり、かつコスト効果の高い方式で実現するために利用可能な成熟した解決策は、現在のところ存在しない。

本開示の実施形態は、光ファイバ通信システムにおける信号処理の方法およびデバイスを提供する。

第１の態様では、本開示の実施形態は、光ファイバ通信システムにおける信号処理方法を提供する。この方法は：光ファイバ通信システムにおける複数の受信機のための電気信号を、複数のグループに分割し、複数のグループがおのおの、複数の受信機のうちの少なくとも１つに関連付けられることを備える。この方法は：時間領域において、複数のグループにおける電気信号を多重化することによって、時間領域多重化信号を取得することも備える。この方法は：時間領域多重化信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有するように、周波数領域において、複数のグループにおける時間領域多重化信号を多重化することも備える。この方法は：周波数領域多重化信号を、送信のためにアナログ光信号に変換することも備える。

第２の態様では、本開示の実施形態は、光ファイバ通信システムにおける信号処理方法を提供する。この方法は：光ファイバ通信システムにおける送信機から、トレーニング光信号を受信することを備える。この方法は：トレーニング光信号を、非線形変調特性を有するトレーニング電気信号に変換することも備える。この方法は：トレーニング電気信号を、光信号に変換することも備える。この方法は：非線形チャネル応答のトレーニングおよび学習のために、光信号を送信機に送信することも備える。

第３の態様では、本開示の実施形態は、光ファイバ通信システムにおける信号処理デバイスを提供する。このデバイスは、グループ分割ユニット、時間領域多重化ユニット、周波数領域多重化ユニット、および電気−光変換ユニットを備える。グループ分割ユニットは、光ファイバ通信システムにおける複数の受信機のための電気信号を、複数のグループに分割し、複数のグループがおのおの、複数の受信機のうちの少なくとも１つに関連付けられるように構成される。時間領域多重化ユニットは、時間領域において、複数のグループにおける電気信号を多重化することによって、時間領域多重化信号を取得するように構成される。周波数領域多重化ユニットは、時間領域多重化信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有するように、周波数領域において、複数のグループにおける時間領域多重化信号を多重化するように構成される。電気−光変換ユニットは、周波数領域多重化信号を、送信のためにアナログ光信号に変換するように構成される。

第４の態様では、本開示の実施形態は、光ファイバ通信システムにおける信号処理デバイスを提供する。このデバイスは、受信ユニット、光電変換ユニット、電気−光変換ユニット、および送信ユニットを備える。受信ユニットは、光ファイバ通信システムにおける送信機から、トレーニング光信号を受信するように構成される。光電変換ユニットは、トレーニング光信号を、非線形変調特性を有するトレーニング電気信号に変換するように構成される。電気−光変換ユニットは、トレーニング電気信号を、光信号に変換するように構成される。送信ユニットは、非線形チャネル応答のトレーニングおよび学習のために、および、非線形前置補償を導くために、光信号を送信機に送信するように構成される。

添付の図面を参照した以下の詳細な説明を通じて、本開示の例示的な実施形態の上記および他の特徴、利点、および態様がより明らかになるであろう。図面において、同一または類似の参照番号は、同一または類似の要素を表す。

本開示の一実施形態に従った光ファイバ通信システムのアーキテクチャブロック図である。 本開示の第１の態様に従った光ファイバ通信システムにおける信号処理方法のフローチャートである。 本開示の一実施形態に従った信号多重化方式を示す図である。 いくつかの実施形態に従った光ファイバ通信システムにおける信号処理方法のフローチャートである。 本開示の第２の態様に従った光ファイバ通信システムにおける信号処理方法のフローチャートである。 本開示の実施形態の第３の態様に従った光ファイバ通信システムにおける信号処理デバイスを示すブロック図である。 本開示の実施形態の第４の態様に従った光ファイバ通信システムにおける信号処理デバイスを示すブロック図である。 必要な光パワーに対する光信号対雑音比における変化のグラフである。

本開示の実施形態が、図面を参照して詳細に説明される。図面および実現形態は、本開示の保護の範囲を限定するためのものではなく、例示の目的のためのものであるにすぎないことを理解されたい。

図１は、本開示の実施形態に従った光ファイバ通信システム１００のアーキテクチャブロック図を図示する。光ファイバ通信システム１００は、送信機１１０、ファイバリンク１２０、第１の受信機１３０、第２の受信機１４０、および第３の受信機１５０を含む。送信機１１０は、ファイバリンク１２０を介して第１の受信機１３０、第２の受信機１４０、および第３の受信機１５０と通信し得る。図１に図示されるように、アーキテクチャ内には１つの送信機と複数の受信機があるので、このアーキテクチャは「ポイントツーマルチポイント」アーキテクチャと称される。

いくつかの実施形態では、光ファイバ通信システム１００は、超高密度分散型スモールセルシステムのような、分散型スモールセルシステムとして実現され得る。そのような実施形態では、送信機１１０は、光回線終端装置（ＯＬＴ）として実現され得、受信機１３０、１４０、および１５０は、スモールセルサイトにおける光ネットワークユニット（ＯＮＵ）として実現され得、ファイバリンク１２０は、光分配ネットワークとして実現され得、光分配ネットワークは、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）のようなポイントツーマルチポイントネットワークであり得る。もちろん、これは限定的なものではなく、現在知られているかまたは将来開発される任意の「ポイントツーマルチポイント」アーキテクチャが、本開示の実施形態と共に使用され得る。

光ファイバ通信システム１００は、３つの受信機１３０、１４０、および１５０を含むものとして図１に例示されており、本開示の実施形態の範囲は、それに限定されないことが理解されるべきである。特定の用途のシナリオに依存して、任意の適切な数の受信機が存在し得る。

現在、ファイバリンク１２０内の複数の受信機（たとえば、受信機１３０、１４０、および１５０）のための信号を収束させるために、時分割多重化（ＴＤＭ）方式が、通常、送信機１１０において使われる。ＴＤＭ方式によれば、おのおのの受信機のために信号を送信するための帯域幅を増加させることによって、送信のために必要とされる時間が短縮され、送信機１１０へ提供される送信期間中に、複数の受信機のための信号が、送信されるようになる。ＴＤＭ方式が使用されるとき、送信機１１０によって送信される信号は、広帯域信号であることが理解され得る。たとえば、広帯域信号の帯域幅は、１ＧＨｚから４ＧＨｚの範囲内にある。

全帯域幅の信号を取得するために、受信機１３０、１４０、および１５０はおのおの、広帯域アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を備える必要がある。現在利用可能な広帯域ＡＤＣの帯域幅は、たとえば、５００ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲内にある。したがって、送信機１１０によって送信される信号の帯域幅が１ＧＨｚを超えると、受信機１３０、１４０、および１５０は、全帯域幅の信号を獲得することができず、それによって、通信障害を引き起こす。

他方、広帯域ＡＤＣの価格は高価である。超高密度分散型スモールセルシステム（すなわち、多数の受信機を有するシステム）において、高価な広帯域ＡＤＣが各スモールセルサイトに提供されると、配備コストが増大する。

前のスキームの上記および他の欠点および潜在的な問題を解決するために、本開示の実施形態に従って、送信機１１０は、信号を送信するときに、周波数−時分割多重化（Ｆ−ＴＤＭ）方式を使う。このＦ−ＴＤＭ方式によれば、受信機１３０、１４０、および１５０のための信号は、送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有する。したがって、受信機１３０、１４０、および１５０は、それぞれのサブ帯域内において信号を獲得するために、低コストの中間周波数ＡＤＣを使用するだけでよく、それによって、受信機の配備コストを低減する。

図２は、本開示の第１の態様に従った光ファイバ通信システムにおける信号処理方法のフローチャート２００である。いくつかの実施形態では、方法２００は、たとえば送信機１１０によって実現され得る。方法２００はまた、図示されていない追加のステップを含み得、および／または、図示されているステップが省略され得ることが理解されるべきである。本開示の実施形態の範囲はこの態様に限定されない。

ステップ２１０において、光ファイバ通信システム１００における受信機１３０、１４０、および１５０のための電気信号は、複数のグループに分割され、複数のグループがおのおの、受信機１３０、１４０、および１５０のうちの少なくとも１つに関連付けられる。複数のグループの数は、受信機の数以下であり得る。たとえば、いくつかの実施形態では、受信機１３０、１４０、および１５０のための電気信号は、３つのグループに分割され得、これらグループのおのおのは、受信機１３０、１４０、および１５０のうちの１つに関連付けられる。他の実施形態では、受信機１３０、１４０、および１５０のための電気信号が、２つのグループに分割され得、２つのグループのうちの１つのグループが、受信機１３０、１４０の両方に関連付けられ、２つのグループのうちのもう１つのグループが、受信機１５０に関連付けられる。上述したグループ分割および関連付け方式は、単なる例示であり、本開示の実施形態を限定することは意図されていないことが理解されるべきである。他の実施形態では、他の分割および関連付け方法も可能である。

ステップ２２０において、時間領域多重化信号が、時間領域において、複数のグループにおける電気信号を多重化することによって取得される。グループのおのおのが１つの受信機に関連付けられている実施形態では、ステップ２２０において、受信機のためのグループにおける電気信号が、時間領域において多重化されることが認識されるであろう。グループのおのおのが３つ以上の受信機に関連付けられている実施形態では、ステップ２２０において、受信機のためのグループにおける電気信号が、時間領域において多重化される。たとえば、受信機１３０、１４０、および１５０のための電気信号が、２つのグループに分割され、２つのグループのうちの１つのグループが、受信機１３０、１４０の両方に関連付けられている実施形態では、受信機１３０のためのグループにおける電気信号と、受信機１４０のためのグループにおける電気信号とが、ステップ２２０において、時間領域において多重化される。

ステップ２３０において、複数のグループにおける時間領域多重化信号は、時間領域多重化信号が、光ファイバ通信システム１００のための送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有するように、周波数領域において多重化される。言い換えれば、受信機１３０、１４０、および１５０のための信号は、全送信帯域幅ではなく、送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有する。したがって、受信機１３０、１４０、および１５０はおのおの、それぞれのサブ帯域において信号を獲得するために、中間周波数（ＩＦ）ＡＤＣを使用するだけでよい。したがって、受信機が全帯域幅の信号を取得することができないという状況が回避され得、信号送信の信頼性が高められる。それに加えて、受信機１３０、１４０、および１５０はおのおの、低コストのＩＦ ＡＤＣを使うので、受信機の配備コスト、特に、超高密度分散型スモールセルシステムの配備コストが低減される。

ステップ２４０において、周波数領域多重化信号が、送信のために、アナログ光信号に変換される。いくつかの実施形態では、電気信号は、直接変調または外部変調であり得る強度変調を使用して、光信号に変換され得る。もちろん、これは単なる例である。現在知られているか将来開発されるかに関わらず、電気信号を光信号に変換するための任意の技術が、本開示の実施形態と共に使用され得ることが理解されるべきである。

図３は、本開示の実施形態に従ったＦ−ＴＤＭ方式を図示する。図示されるように、送信機３１０は、受信機３２０、３３０、および３４０のための電気信号を、３つのグループに分割する。３つのグループのおのおのは、受信機３２０、３３０、および３４０のうちの１つに関連付けられる。

時間領域多重化信号は、時間軸（ｔ）によって図示されるように、３つのグループにおける電気信号を、時間領域において多重化することによって取得される。３つのグループにおける時間領域多重化信号は、時間領域多重化信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有するように、周波数領域において多重化される。具体的には、周波数軸（ｆ）によって示されるように、第１の受信機３２０、第２の受信機３３０、および第３の受信機３４０のための時間領域多重化信号は、第１のサブ帯域Ｓ１、第２のサブ帯域Ｓ２、および第３のサブ帯域Ｓ３をそれぞれ占有する。したがって、受信機３２０、３３０、および３４０はおのおの、サブ帯域Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３を含む全送信帯域幅の信号を獲得することなく、それぞれのサブ帯域における信号を獲得するために、中間周波数ＡＤＣのみを使用する必要がある。したがって、信号送信の信頼性が高められ、受信機が配置されているスモールセルサイトの配備コストが低減される。

第１の受信機３２０、第２の受信機３３０、および第３の受信機３４０のための時間領域多重化信号は、全送信帯域幅の代わりに、第１のサブ帯域Ｓ１、第２のサブ帯域Ｓ２、および第３のサブ帯域Ｓ３をそれぞれ占有するので、いくつかの実施形態では、送信機１１０は、それぞれのサブ帯域において信号を送信するための周波数領域リソースを少なくとも示すために、受信機３２０、３３０、および３４０に制御情報を送信し得る。

さらに、いくつかの実施形態では、第１の受信機３２０、第２の受信機３３０、および第３の受信機３４０のための電気信号は、送信機３１０において、２つのグループに分割され得、２つのグループのうちの１つのグループは、受信機３２０および３３０の両方に関連付けられ、２つのグループのうちの他のグループは、受信機３４０に関連付けられる。続いて、時間領域において、２つのグループにおける電気信号を多重化することによって、時間領域多重化信号が取得される。その後、２つのグループにおける時間領域多重化信号は、受信機３２０および３３０のための時間領域多重化信号が第１のサブ帯域Ｓ１を占有し、受信機３４０のための時間領域多重化信号が第２のサブ帯域Ｓ２を占有するように、周波数領域において多重化される。受信機３２０および３３０の両方のための時間領域多重化信号は、サブ帯域Ｓ１に含まれているので、受信機３２０および３３０が、サブ帯域Ｓ１からそれ自体のための信号を抽出することを可能にするために、送信機１１０は、受信機３２０および３３０にそれぞれの制御情報を送信し、サブ帯域Ｓ１内のそれぞれの受信機のための信号を送信するための時間領域リソースを示し得る。もちろん、これは単なる例である。送信機１１０は、任意の適切な方式で、それぞれのサブ帯域において信号を送信するための周波数および／または時間領域リソースを受信機に示し得ることが理解されるべきである。

知られているように、（光信号対雑音比の低下、非線形歪み等のような）非線形的な障害は、アナログ送信システムに対してより大きな影響を与える。非線形的な障害は通常、送信機１１０における変調器によってもたらされる。変調器の入力信号の振幅が、あらかじめ決定されたしきい値以上であると、その入力信号と出力信号との間の関係は非線形になる。この非線形の関係により、今度はチャネルの応答が非線形となる。たとえば、チャネルの非線形応答は、以下のように表され得る。

ここで、Ａ_ｉは、ｉ番目のサブ帯域における信号の振幅を表し、ωは、スペクトル成分を表し、Ｎはサブ帯域の数を表す。

式（１）から理解され得るように、チャネルの非線形応答は、周波数選択的であるだけでなく、すべての周波数チャネルにおける信号の振幅の合計にも依存する。非線形補償を容易にするために、チャネルは、周波数領域チャネルおよび時間領域チャネルへ分解され得、非線形補償は、周波数領域チャネルおよび時間領域チャネルに対してそれぞれ実行される。たとえば、式（１）は、以下のように近似され得る。

ここで、

は、ｉ番目のサブ帯域のチャネル応答を表し、Ｈ_１ｉ（ω）は、ｉ番目のサブ帯域の周波数領域チャネル応答を表し、

は、ｉ番目のサブ帯域の時間領域チャネル応答を表す。

図１に図示されるような「ポイントツーマルチポイント」アーキテクチャでは、送信機１１０は多数の受信機（たとえば、受信機１３０、１４０、および１５０）への、または、これらからの信号を処理する必要がある一方、受信機は、それ自体に関する信号を処理するだけでよいことが認識される。したがって、送信機の信号処理能力を、受信機よりも強くするように設定する必要がある。さらに、上記式（１）から、チャネルの非線形応答は、全帯域幅にわたる信号の振幅の合計に依存することが理解され得る。しかしながら、受信機はおのおの、それ自体に関連付けられたサブ帯域における信号を処理するだけであるが、他のサブ帯域における信号に無知であるので、全帯域幅にわたる信号の振幅の合計を知らない。上記を考慮すると、送信機１１０によって送信されるべき信号に対する非線形前置補償が、より良い選択であろう。

さらに、送信機１１０は、信号がどのようにして非線形的な障害を受けたのかについて無知である。すなわち、送信機１１０は、受信機１３０、１４０、および１５０によって受信された信号に無知である。したがって、本開示の実施形態によれば、信号フィードバック機能が受信機において組み込まれ、非線形前置補償を実行する送信機を支援する。

次に、図４を参照しながら、本開示の実施形態に従った非線形補償処理が説明される。図４に例示されるような方法４００は、方法２００の例示的な実現として考慮され得ることが認識されるであろう。

図４に図示されるように、方法４００は、ステップ４１０において始まり、ここでは、光ファイバ通信システム１００における受信機１３０、１４０、および１５０のための電気信号が、複数のグループに分割され、複数のグループがおのおの、受信機１３０、１４０、および１５０のうちの少なくとも１つに関連付けられる。ステップ４１０は、上記のステップ２１０に対応し、ステップ４１０の詳細は、ここでは再度説明されない。

ステップ４２０において、時間領域において、複数のグループにおける電気信号を多重化することによって、時間領域多重化信号が取得される。ステップ４２０は、上記のステップ２２０に対応し、ステップ４１０の詳細は、ここでは再度説明されない。

ステップ４３０において、周波数領域チャネル前置補償は、周波数領域チャネル情報を使用して、受信機１３０、１４０、および１５０のうちの少なくとも１つのための電気信号に対して実行される。送信帯域幅の個々のサブ帯域に対する非線形的な障害の影響を回避するために、受信機１３０、１４０、および１５０のおのおののための電気信号に対して、周波数領域チャネル前置補償が実行され得ることが認識されるであろう。

いくつかの実施形態では、周波数領域チャネル情報は、受信機の信号フィードバック機能によって、周波数領域チャネル前置補償における使用のために前もって獲得され得る。複数の受信機のおのおのは、それぞれの受信機に関連付けられたそれぞれのサブ帯域における信号のみを処理することができるので、周波数領域チャネル前置補償が、各サブ帯域について実行される場合、それは、複数の受信機からそれぞれのサブ帯域に関連付けられた周波数領域チャネル情報をそれぞれ取得する必要があることが認識されるべきである。

例として、図３における第１の受信機３２０を取り上げる。第１の受信機３２０から、第１のサブ帯域Ｓ１のための周波数領域チャネル前置補償のための周波数領域チャネル情報を取得するために、送信機３１０は、第１のトレーニング光信号を、第１の受信機３２０に送信し得、第１のトレーニング光信号は、第１の受信機３２０に関連付けられた第１のサブ帯域Ｓ１を占有する。第１のトレーニング光信号は、受信機３２０によって前もって知られているトレーニングシーケンスを、電気信号から光信号に変換することによって取得され得る。

変調器が、周波数領域チャネル情報を獲得する処理において、非線形的な障害をもたらさないことを確実にするために、第１の受信機３２０における変調器のドライバ振幅は、線形的なしきい振幅よりも低く保たれる必要があることは注目に値する。

次に、送信機３１０は、第１のトレーニング光信号についてのフィードバックを、第１の受信機３２０から受信する。送信機３１０における変調器が、非線形的な障害をもたらさないことが保証されるので、送信機３１０によって送信される第１のトレーニング光信号についての第１の受信機３２０からのフィードバックは、線形的な変調特性を有する。送信機３１０は、その後、フィードバックから、周波数領域チャネル情報を取得する。いくつかの実施形態では、送信機３１０は、フィードバックに対して周波数領域等化を実行することによって、周波数領域チャネル応答を決定し、その後、周波数領域チャネル応答から、周波数領域チャネル情報を取得し得る。非限定的な実現として、周波数領域等化は、「ワンタップ等化」方法を使用して実現される。もちろん、これは限定的ではなく、現在知られているかまたは将来開発される任意の周波数領域等化方法が、本開示の実施形態と共に使用され得る。

フィードバックに従って送信機３１０によって決定された周波数領域チャネル応答は、（送信機３１０から受信機３２０への）ダウンリンク周波数領域チャネル応答と、（受信機３２０から送信機３１０への）アップリンク周波数領域チャネル応答との合計を含み、必要な周波数領域チャネル情報は、ダウンリンク周波数領域チャネル応答にのみ関連することが理解され得る。したがって、アップリンク周波数領域チャネル応答は、合計から除去される必要がある。

上述したように、送信機３１０によって送信された第１のトレーニング用光信号は、受信機３２０によって前もって知られているトレーニングシーケンスを、電気信号から光信号に変換することによって取得され得る。したがって、アップリンク周波数領域チャネル応答を取得するために、受信機３２０は、既に知られているトレーニングシーケンスを、電気信号から光信号に変換し、それを送信機３１０に送信し得る。したがって、送信機３１０は、受信した光信号から、所望のアップリンク周波数領域チャネル応答を獲得し得る。その後、送信機３１０は、上記合計から、アップリンク周波数領域チャネル応答を除去して、所望のダウンリンク周波数領域チャネル応答を取得する。次に、送信機３１０は、ダウンリンク周波数領域チャネル応答から、ダウンリンク周波数領域チャネル応答の振幅および位相のような、必要な周波数領域チャネル情報を取得し得る。

引き続き図４を参照して示すように、ステップ４４０において、時間領域多重化信号が、光ファイバ通信システム１００のための送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有するように、複数のグループにおける時間領域多重化信号が、周波数領域において多重化される。ステップ４４０は、上述したステップ２３０に対応し、ステップ４４０の詳細は、ここでは再度説明されない。

ステップ４５０において、周波数領域多重化信号は、時間領域信号を取得するために、周波数領域から時間領域に変換される。いくつかの実施形態では、周波数領域多重化信号は、逆高速フーリエ変換（ｉＦＦＴ）を使用して、周波数領域から時間領域に変換され得る。もちろん、これは限定的ではなく、現在知られているかまたは将来開発される任意の周波数領域から時間領域への変換方法が、本開示の実施形態と共に使用され得る。

ステップ４６０において、時間領域非線形マッピングを使用して、時間領域信号に対して、時間領域非線形前置補償が実行される。本開示の実施形態によれば、時間領域非線形マッピングは、測定された電気信号の強度と、強度補償との間のマッピング関係を示す。いくつかの実施形態では、時間領域非線形マッピングは、時間領域非線形マッピングテーブルとして実現され得る。代替的または追加的に、他の実施形態では、時間領域非線形マッピングはまた、行列、ベクトル、関数の形式で実現され得る。本開示の範囲はこの点に限定されない。

いくつかの実施形態では、周波数領域チャネル前置補償と同様に、時間領域非線形前置補償のための受信機の信号フィードバック機能によって、時間領域非線形マッピングが、電気信号のために事前確立され得る。

図３における第１の受信機３２０は、依然として一例として採用される。時間領域非線形マッピングを確立するために、送信機３１０は、第２の複数のトレーニング光信号を、第１の受信機３２０に送信し得る。いくつかの実施形態では、送信機３１０は、第２の複数のトレーニング光信号を、第１の受信機３２０に継続的に送信し得る。他の実施形態では、送信機３１０は、あらかじめ決定された時間間隔（たとえば、１秒）で、第２の複数のトレーニング光信号を、第１の受信機３２０に送信し得る。本開示の範囲はこの点に限定されない。

第２の複数のトレーニング光信号は、あらかじめ決定されたステップで変化する振幅を有する。１つの実施形態では、あらかじめ決定されたステップは、最初の振幅の１％から１０％の範囲内である。もちろん、特定のニーズおよび状況に応じて、他の任意の適切な範囲も可能である。さらに、第２の複数のトレーニング光信号は、たとえば第１のサブ帯域Ｓ１を占有することのように、第１の受信機３２０に関連付けられた共通のサブ帯域を占有する。

続いて、送信機３１０は、受信機３２０から、少なくとも１つの受信機からの第２の複数のトレーニング光信号についてのフィードバックを受信する。フィードバックは、非線形変調特性を有する。送信機３１０は、その後、フィードバックの非線形変調特性に基づいて、時間領域非線形マッピングを確立する。

本開示の実施形態によれば、時間領域非線形補償は、電気信号の時間領域非線形マッピングとのインタラクションを使用して実現され得る。非限定的な実現として、時間領域非線形マッピングは、行列乗算、ベクトル乗算、関数変換、リレーショナルテーブルマッピング等によって実現され得る。

引き続き図４を参照する。ステップ４７０において、周波数領域多重化信号が、送信のためにアナログ光信号に変換される。ステップ４７０は上記のステップ２４０に対応し、詳細はここでは再度説明されない。

本開示の実施形態によれば、送信側で送信される信号に対して非線形前置補償が実行されるので、送信中の信号の非線形歪みが回避され、それによって、大容量データ送信をサポートする。

さらに、送信側で送信される信号に対して非線形前置補償が実行されるので、同じ光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）が必要とされる場合、受信側で必要とされる光パワーは、より低い。それによって、ファイバのスプリット比が高められ、より多くの受信機を配備することができる。

前述のように、本開示の実施形態によれば、非線形前置補償を実行する送信機を支援するために、信号フィードバック機能が受信側に組み込まれる。本開示に従った受信機における信号フィードバック処理が、図５を参照して説明される。いくつかの実施形態において、方法５００は、たとえば、図１における受信機１３０、１４０、および１５０のうちのいずれかによって、または図３における受信機３２０、３３０、および３４０のうちのいずれかによって実現され得る。方法５００は、追加のステップ（図示せず）をさらに備え得るか、および／または、例示されたステップが省略され得ることが認識される。本開示の実施形態の範囲は、この点に限定されない。

図５に図示されるように、方法５００はステップ５１０において始まり、ここでは、受信機（たとえば、図３における受信機３２０）は、光ファイバ通信システムの送信機３１０から、トレーニング光信号を受信する。

ステップ５２０において、受信機３２０は、トレーニング光信号を、非線形変調特性を有するトレーニング電気信号に変換する。トレーニング光信号は、直接検出方法を使用して、トレーニング電気信号に変換され得る。この直接検出は、光ファイバ通信システムにおける復調の方法である。これは限定的ではなく、光信号から電気信号に変換するために現在知られているかまたは後に開発される任意の方法が、本開示の実施形態と共に使用され得る。

ステップ５３０において、受信機３２０は、トレーニング電気信号を光信号に変換する。いくつかの実施形態では、トレーニング電気信号を光信号に変換するために、強度変調が使用され得る。強度変調は、直接変調または外部変調であり得る。もちろん、これはほんの一例である。現在知られているか将来開発されるかに関わらず、電気信号を光信号に変換するための任意の技術が、本開示の実施形態と共に使用され得ることが理解されるべきである。

ステップ５４０において、受信機３２０は、非線形チャネル応答のトレーニングおよび学習のために、光信号を送信機３１０に送信する。

いくつかの実施形態では、方法５００は、周波数領域チャネル前置補償を実行する送信機を支援するために実現される。そのような実施形態では、トレーニング光信号を受信することは：周波数領域チャネル前置補償のための第１のトレーニング光信号を受信し、第１のトレーニング光信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅の１つのサブ帯域を占有することを備える。

いくつかの実施形態では、方法５００は、時間領域チャネル前置補償を実行する送信機を支援するために実現される。そのような実施形態では、トレーニング光信号を受信することは：時間領域非線形前置補償のため第２の複数のトレーニング光信号を受信し、第２の複数のトレーニング信号が、あらかじめ決定されたステップで変化する振幅を有し、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅の１つのサブ帯域を占有することを備える。

本開示の実施形態によれば、非線形前置補償は、強い処理能力を有する送信機において実行され、非線形前置補償を実行する送信機を支援するために、受信機において、信号フィードバック機能のみが必要とされる。したがって、受信機は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のような複雑で高価な計算ユニットを装備される必要はなく、それによって、特に、超密度を有する分散型スモールセルシステムにおいて、受信機を配備するコストを削減する。

図６は、本開示の実施形態の第３の態様に従った光ファイバ通信システムにおける信号処理デバイス６００を図示するブロック図である。デバイス６００は、グループ分割ユニット６１０と、時間領域多重化ユニット６２０と、周波数領域多重化ユニット６３０と、電気−光変換ユニット６４０とを備える。

グループ分割ユニット６１０は、光ファイバ通信システムにおける複数の受信機のための電気信号を、複数のグループに分割するように構成され、複数のグループがおのおの、複数の受信機のうちの少なくとも１つに関連付けられる。時間領域多重化ユニット６２０は、複数のグループにおける電気信号を、時間領域において多重化することによって、時間領域多重化信号を取得するように構成される。

周波数領域多重化ユニット６３０は、時間領域多重化信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有するように、複数のグループにおける時間領域多重化信号を、周波数領域において多重化するように構成される。電気−光変換ユニット６４０は、送信のために、周波数領域多重化信号をアナログ光信号に変換するように構成される。電気−光変換ユニット６４０は、変調器であり得ることが理解されるであろう。非限定的な実現として、フォトダイオードまたはレーザが、電気−光変換ユニット６４０の変調ソースとして使用される。

いくつかの実施形態では、デバイス６００は、制御情報を、複数の受信機のうちの少なくとも１つに送信し、制御情報が、少なくとも１つの受信機に関連付けられたサブ帯域において、アナログ光信号を送信するための周波数領域リソースを少なくとも示すように構成された制御情報送信ユニットをさらに備える。

いくつかの実施形態では、制御情報が、少なくとも１つの受信機に関連付けられたサブ帯域において、アナログ光信号を送信するための時間領域リソースをさらに示す。

いくつかの実施形態では、デバイス６００は：少なくとも１つの受信機に関連付けられた周波数領域チャネル情報を取得するように構成された周波数領域チャネル情報取得ユニットと、周波数領域チャネル情報を使用して、少なくとも１つの受信機に関連付けられたアナログ光信号に対して、周波数領域チャネル前置補償を実行するように構成された周波数領域チャネル前置補償ユニットとをさらに備える。

いくつかの実施形態では、周波数領域チャネル情報取得ユニットは：第１のトレーニング光信号を少なくとも１つの受信機に送信し、第１のトレーニング光信号が、少なくとも１つの受信機に関連付けられたサブ帯域を占有し、少なくとも１つの受信機から、第１のトレーニング光信号についてのフィードバックを受信し、フィードバックが、線形変調特性を有し、フィードバックから、周波数領域チャネル情報を取得するようにさらに構成される。

いくつかの実施形態では、デバイス６００は：電気信号のための時間領域非線形マッピングを確立し、時間領域非線形マッピングが、測定された電気信号の強度と、強度補償との間のマッピング関係を示すように構成されたマッピング確立ユニットと、時間領域信号を取得するために、周波数領域多重化信号を、周波数領域から時間領域に変換するように構成された周波数領域−時間領域変換ユニットと、時間領域非線形マッピングを使用して、時間領域信号に対して時間領域非線形前置補償を実行するように構成された時間領域前置補償ユニットとをさらに備える。

いくつかの実施形態では、マッピング確立ユニットは：第２の複数のトレーニング光信号を、少なくとも１つの受信機に送信し、第２の複数のトレーニング光信号が、あらかじめ決定されたステップで変化する振幅を有し、少なくとも１つの受信機に関連付けられた１つのサブ帯域を占有し、少なくとも１つの受信機から、第２の複数のトレーニング光信号についてのフィードバックを受信し、フィードバックが、非線形変調特性を有し、フィードバックの非線形変調特性に基づいて、時間領域非線形マッピングを確立するようにさらに構成される。

図７は、本開示の実施形態の第４の態様に従った光ファイバ通信システムにおける信号処理デバイス７００を図示するブロック図である。デバイス７００は、受信ユニット７１０と、光電変換ユニット７２０と、電気−光変換ユニット７３０と、送信ユニット７４０とを備える。

受信ユニット７１０は、光ファイバ通信システムにおける送信機から、トレーニング光信号を受信するように構成される。光電変換ユニット７２０は、トレーニング光信号を、非線形変調特性を有するトレーニング電気信号に変換するように構成される。非限定的な実現形態として、光電変換ユニット７２０は、フォトダイオードを使用して実現される。

電気−光変換ユニット７３０は、トレーニング電気信号を光信号に変換するように構成される。非限定的な実現形態として、電気−光変換ユニット７３０は、フォトダイオードを使用して実現される。送信ユニット７４０は、非線形チャネル応答のトレーニングおよび学習のために、光信号を送信機に送信するように構成される。

いくつかの実施形態では、受信ユニット７１０は、周波数領域チャネル前置補償のための第１のトレーニング光信号を受信し、第１のトレーニング光信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅の１つのサブ帯域を占有するようにさらに構成される。

いくつかの実施形態では、受信ユニット７１０は、時間領域非線形前置補償のため第２の複数のトレーニング光信号を受信し、第２の複数のトレーニング信号が、あらかじめ決定されたステップで変化する振幅を有し、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅の１つのサブ帯域を占有するようにさらに構成される。

デバイス６００および７００のいくつかのオプションのユニットは、明確化の目的のために、図６および図７には図示されていない。しかしながら、図１−図５に関して上述した様々な特徴は、デバイス６００および７００にも等しく適用可能であることが理解されるべきである。さらに、デバイス６００および７００の様々なユニットは、ハードウェアユニットまたはソフトウェアユニットであり得る。たとえば、いくつかの実施形態では、デバイス６００および７００は、コンピュータ可読媒体上に具現化されたコンピュータプログラム製品のようなソフトウェアおよび／またはファームウェアを使用して部分的にまたは全体的に実現され得る。代替的にまたは追加的に、デバイス６００および７００は、集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、システムオンチップ（ＳＯＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等として実現されるようなハードウェアに基づいて部分的または全体的に実現され得る。本開示の範囲はこの点に限定されない。

本開示の実施形態は、光信号対雑音比を増大させ、それによって、大容量データ送信をサポートするために、ファイバスプリット比を増大させることができる。図８は、非線形前置補償が使用される、および、非線形前置補償が使用されない場合の、受信機において必要とされる光信号対雑音に対する光パワーのプロットを図示する。

図８から理解され得るように、非線形前置補償の使用後、同じＯＳＮＲを取得する必要がある事象では、８１０に図示されるように、受信機において必要とされる光パワーは、より低くなる。さらに、ＯＳＮＲ（縦軸）の観点から、同じ受信光パワーで、光信号対雑音比が、約３ｄＢ改善され得る。それによって、ファイバスプリット比が高められ、より多くの受信機を配備することができる。

本明細書では、「含む」という用語およびその変形は、「含むがこれに限定されない」ことを意味するオープン用語として読まれるべきである。「に基づく」という用語は、「少なくとも部分的に基づく」と読まれるべきである。「１つの実施形態」および「実施形態」という用語は、「少なくとも１つの実施形態」と読まれるものとする。

本開示の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはソフトウェアとハードウェアとの組合せによって実現され得ることが注目されるべきである。ハードウェア部分は、専用ロジックを使用して実現され得、ソフトウェア部分は、メモリに記憶され、マイクロプロセッサまたは専用設計ハードウェアのような適切な命令実行システムによって実行され得る。当業者であれば、コンピュータ実行可能命令を使用して、および／または、プログラマブルメモリ、または、光または電子信号キャリアのようなデータキャリアのようなプロセッサ制御コードで具現化され得る上述した装置および方法が実現され得ることを認識するであろう。

さらに、動作は特定の順序で描写されているが、所望する結果を達成するために、これは、そのような動作が、図示された特定の順序で、または、逐次的な順序で実行されること、または、例示されたすべての動作が実行されることを必要とするものと理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスクおよび並列処理が有利であり得る。同様に、いくつかの具体的な実現の詳細が上記の議論に含まれているが、これらは本開示の範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、むしろ特定の実施形態に特有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。別々の実施形態の文脈で説明されている特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせても実現され得る。逆に、単一の実施形態の文脈で説明されている様々な特徴はまた、別々にまたは任意の適切な部分的組合せで、多数の実施形態において実現され得る。

主題は、構造的特徴および／または方法の動作に特有の文言で説明されているが、添付の特許請求の範囲に定義された主題は、上述された特定の特徴または動作に限定されないことが理解されるべきである。それに対して、上述した特定の特徴および動作は、特許請求の範囲を実現する例として開示されている。

Claims (20)

1. 光ファイバ通信システムにおける信号処理方法であって、
   光ファイバ通信システムにおける複数の受信機のための電気信号を、複数のグループに分割し、複数のグループはおのおの、複数の受信機のうちの少なくとも１つに関連付けられることと、
   時間領域において、複数のグループにおける電気信号を多重化することによって、時間領域多重化信号を取得することと、
   時間領域多重化信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有するように、周波数領域において、複数のグループにおける時間領域多重化信号を多重化することと、
   周波数領域多重化信号を、送信のためにアナログ光信号に変換することと
   を備える、信号処理方法。
2. 制御情報を、複数の受信機のうちの少なくとも１つに送信し、制御情報が、少なくとも１つの受信機に関連付けられたサブ帯域において、アナログ光信号を送信するための周波数領域リソースを少なくとも示すことをさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 制御情報が、少なくとも１つの受信機に関連付けられたサブ帯域において、アナログ光信号を送信するための時間領域リソースをさらに示す、請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも１つの受信機に関連付けられた周波数領域チャネル情報を取得することと、
   周波数領域チャネル情報を使用して、少なくとも１つの受信機に関連付けられたアナログ光信号に対して、周波数領域チャネル前置補償を実行することと
   をさらに備える、請求項１に記載の方法。
5. 少なくとも１つの受信機に関連付けられた周波数領域チャネル情報を取得することが、
   第１のトレーニング光信号を少なくとも１つの受信機に送信し、第１のトレーニング光信号が、少なくとも１つの受信機に関連付けられたサブ帯域を占有することと、
   少なくとも１つの受信機から、第１のトレーニング光信号についてのフィードバックを受信し、フィードバックが、線形変調特性を有することと、
   フィードバックから周波数領域チャネル情報を取得することと
   を備える、請求項４に記載の方法。
6. 電気信号のための時間領域非線形マッピングを確立し、時間領域非線形マッピングが、測定された電気信号の強度と、強度補償との間のマッピング関係を示すことと、
   周波数領域多重化信号を、周波数領域から時間領域に変換して、時間領域信号を取得することと、
   時間領域非線形マッピングを使用して、時間領域信号に対して時間領域非線形前置補償を実行することと
   をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 電気信号のための時間領域非線形マッピングを確立することが、
   第２の複数のトレーニング光信号を、少なくとも１つの受信機に送信し、第２の複数のトレーニング光信号が、あらかじめ決定されたステップで変化する振幅を有し、少なくとも１つの受信機に関連付けられた１つのサブ帯域を占有することと、
   少なくとも１つの受信機から、第２の複数のトレーニング光信号についてのフィードバックを受信し、フィードバックが、非線形変調特性を有することと、
   フィードバックの非線形変調特性に基づいて、時間領域非線形マッピングを確立することと
   を備える、請求項６に記載の方法。
8. 光ファイバ通信システムにおける信号処理方法であって、
   光ファイバ通信システムにおける送信機から、トレーニング光信号を受信することと、
   トレーニング光信号を、非線形変調特性を有するトレーニング電気信号に変換することと、
   トレーニング電気信号を光信号に変換することと、
   非線形チャネル応答のトレーニングおよび学習のために、光信号を送信機に送信することと
   を備える、信号処理方法。
9. トレーニング光信号を受信することが、
   周波数領域チャネル前置補償のための第１のトレーニング光信号を受信し、第１のトレーニング光信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅の１つのサブ帯域を占有することを備える、請求項８に記載の方法。
10. トレーニング光信号を受信することが、
    時間領域非線形前置補償のため第２の複数のトレーニング光信号を受信し、第２の複数のトレーニング信号が、あらかじめ決定されたステップで変化する振幅を有し、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅の１つのサブ帯域を占有することを備える、請求項８または９に記載の方法。
11. 光ファイバ通信システムにおける信号処理デバイスであって、
    光ファイバ通信システムにおける複数の受信機のための電気信号を、複数のグループに分割し、複数のグループがおのおの、複数の受信機のうちの少なくとも１つに関連付けられるように構成されたグループ分割ユニットと、
    時間領域において、複数のグループにおける電気信号を多重化することによって、時間領域多重化信号を取得するように構成された時間領域多重化ユニットと、
    時間領域多重化信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅のそれぞれのサブ帯域を占有するように、周波数領域において、複数のグループにおける時間領域多重化信号を多重化するように構成された周波数領域多重化ユニットと、
    周波数領域多重化信号を、送信のためにアナログ光信号に変換するように構成された電気−光変換ユニットと
    を備える、信号処理デバイス。
12. 制御情報を、複数の受信機のうちの少なくとも１つに送信し、制御情報が、少なくとも１つの受信機に関連付けられたサブ帯域において、アナログ光信号を送信するための周波数領域リソースを少なくとも示すように構成された制御情報送信ユニットをさらに備える、請求項１１に記載のデバイス。
13. 制御情報が、少なくとも１つの受信機に関連付けられたサブ帯域において、アナログ光信号を送信するための時間領域リソースをさらに示す、請求項１２に記載のデバイス。
14. 少なくとも１つの受信機に関連付けられた周波数領域チャネル情報を取得するように構成された周波数領域チャネル情報取得ユニットと、
    周波数領域チャネル情報を使用して、少なくとも１つの受信機に関連付けられたアナログ光信号に対して、周波数領域チャネル前置補償を実行するように構成された周波数領域チャネル前置補償ユニットと
    をさらに備える、請求項１１に記載のデバイス。
15. 周波数領域チャネル情報取得ユニットが、
    第１のトレーニング光信号を少なくとも１つの受信機に送信し、第１のトレーニング光信号が、少なくとも１つの受信機に関連付けられたサブ帯域を占有し、
    少なくとも１つの受信機から、第１のトレーニング光信号についてのフィードバックを受信し、フィードバックが、線形変調特性を有し、
    フィードバックから周波数領域チャネル情報を取得する
    ようにさらに構成された、請求項１４に記載のデバイス。
16. 電気信号のための時間領域非線形マッピングを確立し、時間領域非線形マッピングが、測定された電気信号の強度と、強度補償との間のマッピング関係を示すように構成されたマッピング確立ユニットと、
    周波数領域多重化信号を、周波数領域から時間領域に変換して、時間領域信号を取得するように構成された周波数領域−時間領域変換ユニットと、
    時間領域非線形マッピングを使用して、時間領域信号に対して時間領域非線形前置補償を実行するように構成された時間領域前置補償ユニットと
    をさらに備える、請求項１１から１５のいずれか一項に記載のデバイス。
17. マッピング確立ユニットが、
    第２の複数のトレーニング光信号を、少なくとも１つの受信機に送信し、第２の複数のトレーニング光信号が、あらかじめ決定されたステップで変化する振幅を有し、少なくとも１つの受信機に関連付けられた１つのサブ帯域を占有し、
    少なくとも１つの受信機から、第２の複数のトレーニング光信号についてのフィードバックを受信し、フィードバックが、非線形変調特性を有し、
    フィードバックの非線形変調特性に基づいて、時間領域非線形マッピングを確立する
    ようにさらに構成された、請求項１６に記載のデバイス。
18. 光ファイバ通信システムにおける信号処理デバイスであって、
    光ファイバ通信システムにおける送信機から、トレーニング光信号を受信するように構成された受信ユニットと、
    トレーニング光信号を、非線形変調特性を有するトレーニング電気信号に変換するように構成された光電変換ユニットと、
    トレーニング電気信号を光信号に変換するように構成された電気−光変換ユニットと、
    非線形チャネル応答のトレーニングおよび学習のために、光信号を送信機に送信するように構成された送信ユニットと
    を備える、信号処理デバイス。
19. 受信ユニットが、
    周波数領域チャネル前置補償のための第１のトレーニング光信号を受信し、第１のトレーニング光信号が、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅の１つのサブ帯域を占有するようにさらに構成された、請求項１８に記載のデバイス。
20. 受信ユニットが、
    時間領域非線形前置補償のために第２の複数のトレーニング光信号を受信し、第２の複数のトレーニング信号が、あらかじめ決定されたステップで変化する振幅を有し、光ファイバ通信システムのための送信帯域幅の１つのサブ帯域を占有するようにさらに構成された、請求項１８または１９に記載のデバイス。

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