JP4507089B2

JP4507089B2 - 光受信装置

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Publication number: JP4507089B2
Application number: JP2004353886A
Authority: JP
Inventors: 一英大内; 克宏清水; 和夫久保
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-12-07
Also published as: JP2006165966A

Description

この発明は、誤り訂正機能を持つ光受信装置に関するものである。

近年のインターネット需要の急増により、ますます増大する傾向にある通信量に対応するため、高速・大容量化に向けての技術開発が進んでいる。国際間通信等を担う海底ケーブルシステムでは高速・大容量データを長距離伝送するため波長分散等により伝送品質が劣化し、ビット誤りが起きやすい状況にある。そのため海底ケーブルシステムでは高能率誤り訂正符号のＦＥＣ(Forward Error Correction)を付加して伝送するのが一般的である。ＦＥＣの誤り訂正方法としては受信データの識別を１つの識別器により行う硬判定誤り訂正が用いられてきたが、近年誤り訂正能力を向上させるため、受信データの識別を複数の識別器により複数の識別しきい値で行う軟判定誤り訂正が検討されている。さらに、光ファイバ中を伝送される光信号の伝送速度は年々高速化されており、そのため非線形効果による波形歪などが発生しやすく、その影響により伝送品質がさらに劣化する。このとき、信号波形は、波形歪みによって隣接ビットに干渉する現象が起きる。これをパターン依存性と呼ぶ。従来の軟判定復号装置は、軟判定手段から出力された軟判定結果を前後の符号を考慮して変更する変更手段を設けるように構成し、軟判定結果の信頼度情報が低い場合でも、精度よく誤り訂正を実施することができるように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−７８４２２号公報

従来の光受信装置では、入力信号のパターン依存性による軟判定結果変更は、装置立上げ時の固定設定のままであったり、あらかじめ送信時に伝送フレームにトレーニングバイトを挿入して行うため、入力信号が変動すると誤り訂正能力が低下してしまったり、伝送フレームにトレーニングバイトを挿入する領域のない場合は適用できないという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、入力信号の変動による誤り訂正能力の低下を抑えることができ、伝送フレームにトレーニングバイトを挿入する領域のない場合でも軟判定結果変更を適用できる光受信装置を得るものである。

この発明に係る光受信装置は、軟判定誤り訂正機能を持つ光受信装置であって、伝送路からの光信号を電気信号に変換する光電気変換手段と、前記電気信号を複数の識別しきい値に基づいて識別し、識別結果を出力する識別手段と、前記識別結果に対応した硬判定識別信号及び前記硬判定識別信号の信頼度を示す信頼度情報を出力する符号手段と、前記硬判定識別信号及び信頼度情報を変更する際に、重み付けの異なる複数種類のデータを出力する重み付け手段と、前記重み付け手段からの複数種類の出力データについて所定の復号アルゴリズムに従いそれぞれ誤り訂正を行い、複数種類の出力データの誤り訂正結果から最も誤り率の低かったデータを最適な重み付けであるとして出力する復号手段とを設けたものである。

この発明に係る光受信装置は、入力信号の変動による誤り訂正能力の低下を抑えることができ、伝送フレームにトレーニングバイトを挿入する領域のない場合でも軟判定結果変更を適用できるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る光受信装置について図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

この実施の形態１に係る光受信装置は、光受信信号の識別を複数の識別器により複数の識別しきい値で行う軟判定誤り訂正機能を持つ光受信装置において、重み付けの異なるＦＥＣ演算結果から最適な重み付けを決定することにより、高性能な誤り訂正を行うものである。

図１において、この実施の形態１に係る光受信装置は、伝送路である光ファイバ１１からの光信号を電気信号に変換するフロントエンド（光電気変換手段）１２と、軟判定各識別レベルで識別するマルチレベル識別器（識別手段）１３と、マルチレベル識別器１３の出力をｑビットの２進信号の信頼度情報に変換するバイナリエンコーダ（符号手段）１４と、信頼度情報の書き換えを行う重み付け回路（重み付け手段）１５と、直列／並列変換回路１６と、ｑビットの軟判定復号を実施するブロックターボ復号部（復号手段）１７と、軟判定復号結果を選択するセレクタ１８とが設けられている。

つぎに、この実施の形態１に係る光受信装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光ファイバ１１から入力された光信号は、フロントエンド１２に入力され、フロントエンド１２では光信号を電気信号に変換し、マルチレベル識別器１３に出力する。

マルチレベル識別器１３は、フロントエンド１２から入力した電気信号をそれぞれの設定しきい値に基づいて、しきい値レベルよりも低ければ情報データ“０”と識別し、また、しきい値レベルよりも高ければ情報データ“１”と識別し、識別結果をバイナリエンコーダ１４に出力する。なお、図１では例として７つの識別レベルの場合を表している。

バイナリエンコーダ１４は、１つの電気信号に対してそれぞれマルチレベル識別器１３から出力された識別結果に基づいて、硬判定識別を行った結果としての識別信号及びこの硬判定識別信号の信頼度を示す信頼度情報をひとまとまりとして重み付け回路１５に出力する。図１に示すように、識別器が７個の場合は、硬判定識別信号が１ビットで、その硬判定識別信号の信頼度を示す信頼度情報が２ビットとなる。なお、例えば識別器が３個の場合は、信頼度情報は１ビットとなる。

重み付け回路１５は、バイナリエンコーダ１４より入力したｑビットの２進信号を受けると、前後の符号を見て軟判定結果の信頼度情報又は硬判定符号を変更する。このとき重み付けをしないものから強く重み付けをしたものまで数種類出力する。例えば図１では、重み付けをしないものと、弱めの重み付けをしたものと、強めの重み付けをしたものの３種類について出力する。

以下、重み付けについて簡単に説明する。ｑ＝３の場合、バイナリエンコーダ１４の出力するｑビットの２進信号のとりうる値は、“１１１，１１０，１０１，１００，０００，００１，０１０，０１１”の８通りである。ここで、最上位ビットが硬判定符号で、下位２ビットが信頼度情報になる。前後の符号を見て重み付け変更則に当てはまった場合、該当ビットの信頼度情報が“０１”以下で低い場合（“００１”，“０００”，“１００”，“１０１”のいずれかである場合）、該当ビットの信頼度情報又は硬判定符号を変更する。例えば、１段階“１”よりに変更する場合は、“００１”は“０００”に、“０００”は“１００”に、“１００”は“１０１”に、“１０１”は“１１０”に変更する。逆に、１段階“０”よりに変更する場合は、“００１”は“０１０”に、“０００”は“００１”に、“１００”は“０００”に、“１０１”は“１００”に変更する。

直列／並列変換回路１６は、直列の２進符号化データを並列データに変換して低速化し、ブロックターボ復号器１７に出力する。低速化するのはブロックターボ復号器１７の処理スピードが低速ですむためである。なお、伝送速度とブロックターボ復号器１７の処理能力の関係によっては直列／並列変換回路１６が不要の場合も考えられる。図１では、重み付け回路１５から出力された３種類のデータについて並列データに変換する。

ブロックターボ復号器１７は、所定の復号アルゴリズムに従い、誤り訂正を行う。図１では、直列／並列変換回路１６から出力された３種類のデータについて誤り訂正を行い、セレクタ１８に出力する。また、３種類のデータの誤り訂正結果から最も誤り率の低かったものが最適な重み付けであるとして、選択信号をセレクタ１８に出力する。ここで、誤り率は“０”を“１”に訂正した数と“１”を“０”に訂正した数の和から求められ、ある一定時間中の訂正数が少ないほど、誤り率は低いということになる。セレクタ１８は、最も誤り率の低かった復号データを選択し、出力する。

このように、本実施の形態１では、重み付け回路１５で前後の符号を見て軟判定結果の信頼度情報又は硬判定符号を変更する際に、重み付けをしないものから強く重み付けをしたものまで数種類出力し、ブロックターボ復号器１７でそれぞれ誤り訂正を行い、最も誤り率の低かったものを最適な重み付けであるとして、セレクタ１８で選択するように構成したので、伝送路の状態が時間的に変動するような場合でも、精度よく誤り訂正を実施することができる。

なお、本実施の形態１に係る光受信装置は、図２のように直列／並列変換を先に行ってから、重み付け処理をしてもよい。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る光受信装置について図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。

この実施の形態２に係る光受信装置は、光受信信号の識別を複数の識別器により複数の識別しきい値で行う軟判定誤り訂正機能を持つ光受信装置において、重み付けの異なるＦＥＣ演算結果から最適な重み付けを決定することにより、高性能な誤り訂正を行うものである。

図３において、この実施の形態２に係る光受信装置は、伝送路である光ファイバ１１からの光信号を電気信号に変換するフロントエンド（光電気変換手段）１２と、軟判定各識別レベルで識別するマルチレベル識別器（識別手段）１３と、マルチレベル識別器１３の出力をｑビットの２進信号の信頼度情報に変換するバイナリエンコーダ（符号手段）１４と、信頼度情報の書き換えを行う重み付け回路（重み付け手段）１５と、直列／並列変換回路１６と、ｑビットの軟判定復号を実施するブロックターボ復号部（復号手段）１７と、重み付け制御回路（重み付け制御手段）１９とが設けられている。

但し、重み付け回路１５、直列／並列変換回路１６、ブロックターボ復号部１７は、図１では重み付けの異なる数種類のデータを出力するように構成していたが、図３では通常動作用の出力と重み付け制御用の出力の２種類の出力とする。

つぎに、この実施の形態２に係る光受信装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光ファイバ１１、フロントエンド１２、マルチレベル識別器１３、バイナリエンコーダ１４の動作は、上記実施の形態１と同様である。上記の実施の形態１では、重み付け回路１５、直列／並列変換回路１６、ブロックターボ復号部１７は、重み付けの異なる数種類のデータについてそれぞれ処理するように構成していたが、重み付けの異なる種類毎に回路が必要となり、回路規模と消費電力の増大を招く。そのため、この実施の形態２では、通常動作用の回路と、重み付け制御用の２種類の回路で構成し、回路規模と消費電力の増加を抑える。

重み付け回路１５では、重み付け制御回路１９からのタイミング信号に従い、一定時間ごとにバイナリエンコーダ１４からのデータの重み付けを変化させて出力する。

直列／並列変換回路１６は、重み付け制御用の回路も通常動作用の回路と同様の直列／並列変換を行う。

ブロックターボ復号部１７は、通常動作用の回路も重み付け制御用の回路も所定の復号アルゴリズムに従い、誤り訂正を行う。重み付け制御用の回路の誤り訂正結果は、重み付け回路１５、重み付け制御回路１９とタイミングを合わせた一定時間ごとに区切り、それぞれの誤り訂正結果から最も誤り率の低かったものが最適な重み付けであるとして、重み付け制御回路１９に出力する。

重み付け制御回路１９は、重み付け回路１５の重み付け制御用の回路に対してタイミング信号を生成しつつ、ブロックターボ復号部１７からの誤り訂正結果から最も誤り率の低かったものが最適な重み付けであるとして、重み付け回路１５の通常動作用の回路に出力し、重み付け回路１５の通常動作用の回路は、重み付け制御回路１９から出力された重み付けで、重み付けを行う。

このように、本実施の形態２では、重み付け回路１５で前後の符号を見て軟判定結果の信頼度情報又は硬判定符号を変更する際に、通常動作用の回路と重み付け制御用の回路の２種類用意し、重み付け制御用の回路は、一定時間ごとに重み付けを変化させて処理するように構成したので、伝送路の状態が時間的に変動するような場合でも、精度よく誤り訂正を実施することができ、かつ、回路規模と消費電力の増加を抑えることができる。

なお、本実施の形態２に係る光受信装置は、直列／並列変換を先に行ってから、重み付け処理をしてもよい。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る光受信装置について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態３に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。

この実施の形態３に係る光受信装置は、光受信信号の識別を複数の識別器により複数の識別しきい値で行う軟判定誤り訂正機能を持つ光受信装置において、重み付けの異なるＦＥＣ演算結果から最適な重み付けを決定することにより、高性能な誤り訂正を行うものである。

図４において、この実施の形態３に係る光受信装置は、伝送路である光ファイバ１１からの光信号を電気信号に変換するフロントエンド（光電気変換手段）１２と、軟判定各識別レベルで識別するマルチレベル識別器（識別手段）１３と、マルチレベル識別器１３の出力をｑビットの２進信号の信頼度情報に変換するバイナリエンコーダ（符号手段）１４と、信頼度情報の書き換えを行う重み付け回路（重み付け手段）１５と、直列／並列変換回路１６と、ｑビットの軟判定復号を実施するブロックターボ復号部（復号手段）１７と、重み付け制御回路（重み付け制御手段）１９とが設けられている。

光ファイバ１１、フロントエンド１２、マルチレベル識別器１３、バイナリエンコーダ１４、重み付け回路１５、直列／並列変換回路１６、ブロックターボ復号部１７、重み付け制御回路１９は、上記の実施の形態２と同様の構成である。但し、重み付け回路１５、直列／並列変換回路１６、ブロックターボ復号部１７は、上記実施の形態２では、通常動作用の出力と重み付け制御用の出力の２種類のデータを出力するように構成していたが、この実施の形態３では、１種類とする。

つぎに、この実施の形態３に係る光受信装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光ファイバ１１、フロントエンド１２、マルチレベル識別器１３、バイナリエンコーダ１４、重み付け制御回路１９の動作は、上記の実施の形態２と同様である。上記の実施の形態２では、重み付け回路１５、直列／並列変換回路１６、ブロックターボ復号部１７は、通常動作用の回路と、重み付け制御用の回路の２種類の回路で構成していたが、それぞれの回路が必要となり、回路規模と消費電力の増大を招く。伝送路の状態が時間的に変動しない箇所に適用する場合は、回路規模と消費電力の無駄となってしまう。そのため、この実施の形態３では、通常動作用の回路と、重み付け制御用の回路の２種類の回路を共有し、回路規模と消費電力の増加を抑える。

重み付け回路１５では、まず重み付け制御回路１９からのタイミング信号に従い、一定時間ごとにバイナリエンコーダ１４からのデータの重み付けを変化させて出力する。

直列／並列変換回路１６は、直列／並列変換を行う。

ブロックターボ復号部１７は、所定の復号アルゴリズムに従い、誤り訂正を行う。誤り訂正結果は、重み付け回路１５、重み付け制御回路１９とタイミングを合わせた一定時間ごとに区切り、それぞれの誤り訂正結果から最も誤り率の低かったものが最適な重み付けであるとして、重み付け制御回路１９に出力する。

重み付け制御回路１９は、重み付け回路１５に対してタイミング信号を生成しつつ、ブロックターボ復号部１７からの誤り訂正結果から最も誤り率の低かったものが最適な重み付けであるとして、重み付け回路１５に出力し、重み付け回路１５は、重み付け制御回路１９から出力された重み付けに重み付けを固定して動作を続ける。

このように、本実施の形態３では、重み付け回路１５で前後の符号を見て軟判定結果の信頼度情報又は硬判定符号を変更する際に、まず一定時間ごとに重み付けを変化させて最適な重み付けを決定してから動作するように構成したので、伝送路の状態が時間的に変動しない箇所に適用する場合に、精度よく誤り訂正を実施することができ、かつ回路規模と消費電力の増加を抑えることができる。

なお、本実施の形態３に係る光受信装置は、図５のように直列／並列変換を先に行ってから、重み付け処理をしてもよい。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る光受信装置について図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態４に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。

この実施の形態４に係る光受信装置は、光受信信号の識別を複数の識別器により複数の識別しきい値で行う軟判定誤り訂正機能を持つ光受信装置において、ＦＥＣ演算結果からパターン依存性の強弱を判定し、最適なしきい値配置を決定することにより、高性能な誤り訂正を行うものである。

図６において、この実施の形態４に係る光受信装置は、伝送路である光ファイバ１１からの光信号を電気信号に変換するフロントエンド（光電気変換手段）１２と、軟判定各識別レベルで識別するマルチレベル識別器（識別手段）１３と、マルチレベル識別器１３の出力をｑビットの２進信号の信頼度情報に変換するバイナリエンコーダ（符号手段）１４と、直列／並列変換回路１６と、ｑビットの軟判定復号を実施するブロックターボ復号部（復号手段）１７と、しきい値制御回路（しきい値制御手段）２０とが設けられている。

光ファイバ１１、フロントエンド１２、マルチレベル識別器１３、バイナリエンコーダ１４、直列／並列変換回路１６、ブロックターボ復号部１７は、上記の実施の形態３と同様の構成である。但し、マルチレベル識別器１３は、しきい値制御回路２０からしきい値制御が出来るように構成する。

つぎに、この実施の形態４に係る光受信装置の動作について図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態４に係る光受信装置における波形の一例としきい値配置を説明するための図である。

光ファイバ１１、フロントエンド１２、バイナリエンコーダ１４、直列／並列変換回路１６、ブロックターボ復号部１７の動作は、上記の実施の形態３と同様である。上記の実施の形態３では、重み付け回路１５が必要であり、この分だけ回路規模と消費電力の増大を招く。そのため、この実施の形態４では、重み付け回路１５を不要とし、回路規模と消費電力の増加を抑える。

しきい値制御回路２０では、ブロックターボ復号部１７から誤り訂正結果を入力し、パターン依存性の強弱を判断する。パターン依存性が強いときは、ビットエラーも多く発生することから、誤り率が小さいときはパターン依存性が弱いと判断し、誤り率が大きいときはパターン依存性が強いと判断する。

パターン依存性の強弱による波形の一例は、図７のように表される。図７（ａ）のようにパターン依存性が弱いときは、しきい値間隔設定を広げることにより、信頼度情報がバランスよく分布される。図７（ｂ）のようにパターン依存性が強いときは、しきい値間隔設定を狭めることにより、信頼度情報がバランスよく分布される。しきい値制御回路２０で判断したパターン依存性の強弱により、マルチレベル識別器１３のしきい値を設定する。

このように、本実施の形態４では、重み付けは変更せず、ＦＥＣ演算結果からパターン依存性の強弱を判定し、最適なしきい値配置を決定するように構成したので、重み付け回路が不要で、回路規模と消費電力の増加を抑えることができる。

なお、この発明に係る光受信装置は、高速・大容量データを長距離伝送する海底ケーブルシステムのようなディジタル光伝送システムへの適用に有用であるが、用途はこれに限られるものではない。例えばＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）といった光ディスクを記録媒体に用いた外部記憶装置等にも適用可能である。

また、この発明に係る光受信装置は、軟判定を用いる方式であれば、復号アルゴリズムとして、ブロックターボを用いるものに限るものではない。

この発明の実施の形態１に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る光受信装置の別の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３に係る光受信装置の別の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態４に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態４に係る光受信装置における波形の一例としきい値配置を説明するための図である。

符号の説明

１１光ファイバ、１２フロントエンド、１３マルチレベル識別器、１４バイナリエンコーダ、１５重み付け回路、１６直列／並列変換回路、１７ブロックターボ復号部、１８セレクタ、１９重み付け制御回路、２０しきい値制御回路。

Claims

軟判定誤り訂正機能を持つ光受信装置であって、
伝送路からの光信号を電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記電気信号を複数の識別しきい値に基づいて識別し、識別結果を出力する識別手段と、
前記識別結果に対応した硬判定識別信号及び前記硬判定識別信号の信頼度を示す信頼度情報を出力する符号手段と、
前記硬判定識別信号及び信頼度情報を変更する際に、重み付けの異なる複数種類のデータを出力する重み付け手段と、
前記重み付け手段からの複数種類の出力データについて所定の復号アルゴリズムに従いそれぞれ誤り訂正を行い、複数種類の出力データの誤り訂正結果から最も誤り率の低かったデータを最適な重み付けであるとして出力する復号手段と
を備えたことを特徴とする光受信装置。
軟判定誤り訂正機能を持つ光受信装置であって、
伝送路からの光信号を電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記電気信号を複数の識別しきい値に基づいて識別し、識別結果を出力する識別手段と、
前記識別結果に対応した硬判定識別信号及び前記硬判定識別信号の信頼度を示す信頼度情報を出力する符号手段と、
前記硬判定識別信号及び信頼度情報を変更する際に、通常動作用と重み付け制御用の２種類のデータを出力する重み付け手段と、
前記重み付け手段からの２種類の出力データについて所定の復号アルゴリズムに従いそれぞれ誤り訂正を行い、前記重み付け制御用の出力データの所定時間毎の誤り訂正結果から最も誤り率の低かったデータを最適な重み付けであるとして出力する復号手段と、
所定のタイミング信号を出力するとともに、前記復号手段からの最も誤り率の低かった最適重み付けを出力する重み付け制御手段とを備え、
前記重み付け手段は、前記通常動作用のデータについては前記最適重み付けで重み付けを行うとともに、前記重み付け制御用のデータについては前記所定のタイミング信号に従い一定時間毎に重み付けを変化させて出力する
ことを特徴とする光受信装置。
軟判定誤り訂正機能を持つ光受信装置であって、
伝送路からの光信号を電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記電気信号を複数の識別しきい値に基づいて識別し、識別結果を出力する識別手段と、
前記識別結果に対応した硬判定識別信号及び前記硬判定識別信号の信頼度を示す信頼度情報を出力する符号手段と、
前記硬判定識別信号及び信頼度情報を変更する際に、まず所定のタイミング信号に従い一定時間毎に重み付けを変化させてデータを出力する重み付け手段と、
前記重み付け手段からの出力データについて所定の復号アルゴリズムに従いそれぞれ誤り訂正を行い、前記出力データの所定時間毎の誤り訂正結果から最も誤り率の低かったデータを最適な重み付けであるとして出力する復号手段と、
まず前記所定のタイミング信号を出力し、前記復号手段からの最も誤り率の低かった最適重み付けを出力する重み付け制御手段とを備え、
前記重み付け手段は、前記最適重み付けが出力されると、前記最適重み付けで重み付けを行ってデータを出力する
ことを特徴とする光受信装置。