JP5508444B2 - コヒーレント光信号受信器における２段階搬送波位相推定 - Google Patents

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Description

関連出願の説明
本出願は、２０１０年３月５日に出願された米国特許出願第１２/７１８１２４号の継続出願であり、２００９年３月１０日に出願された米国仮特許出願第６１/１５９０１８号の恩典を特許出願し、２０１０年３月５日に出願された米国特許出願第１２/７１８１７７号の継続出願であり、２００９年３月１０日に出願された米国仮特許出願第６１/１５９０１１号の恩典を主張する。これらの特許出願の明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。
本出願は情報の光伝送に関し、さらに詳しくは、コヒーレント光信号受信器における２段階搬送波位相推定に関する。
信号は離れた場所にデータを伝送するために用いることができる。例えば、光通信システムにおいて、１つ以上の光波長上にデータを変調し、光ファイバのような光導波路を通して伝送することができる変調光信号をつくることができる。光通信システムにおいて用いることができる変調方式の１つに、光波長の位相または位相遷移が１つ以上のビットをエンコードしている符号を表すように光波長の位相を変調することによってデータが送信される、位相偏移変調(ＰＳＫ)がある。様々なＰＳＫ変調フォーマットが周知である。例えば、２進位相偏移変調(ＢＰＳＫ)方式では、１ビット/符号を表すために２つの位相を用いることができる。ＰＳＫフォーマットには差分位相偏移変調(ＤＰＳＫ)フォーマットもある。ＤＰＳＫフォーマットにおいては、信号の強度を一定に保ちながら、１及び０を差分位相遷移によって示すことができる。ＤＰＳＫフォーマットには、ゼロ復帰振幅変調がＤＰＳＫ信号に付与される、ゼロ復帰差分位相偏移変調(ＲＺ-ＤＰＳＫ)、及びチャープ方式ゼロ復帰差分位相偏移変調(ＣＲＺ-ＤＰＳＫ)がある。
ＰＳＫフォーマットには複数のデータビットを一伝送符号上にエンコードすることができる多くの既知の多重レベル変調フォーマットがある。１符号あたり２ビットをエンコードするに有用な多重レベルＰＳＫ変調フォーマットの例には、４位相偏移変調(ＱＰＳＫ)、情報が４つの異なる位相でエンコードされる差動４位相偏移変調(ＤＱＰＳＫ)、及び振幅偏移変調と差動２進位相偏移変調の組合せ(ＡＳＫ-ＤＢＰＳＫ)がある。１符号あたり３ビットをエンコードするに有用な８符号レベルをもつ多重レベル変調フォーマットには、差動８レベル位相偏移変調(Ｄ８ＰＳＫ)及びＡＳＫ-ＤＱＰＳＫがある。４値直交振幅変調と差動４位相偏移変調の組合せ(ＱＡＳＫ-ＤＱＰＳＫ)は１６符号レベル、すなわち１符号あたり４ビットを提供するために用いることができる。別の変調方式は、情報が伝送信号の位相及び振幅のいずれにも変調される、すなわち直交振幅位相変調(ＱＡＭ)である。説明を簡単かつ容易にするため、術語「ＰＳＫ変調フォーマット」は、上述した変調フォーマットのいずれも含むがこれらには限定されない、光信号の位相の少なくとも一部分にデータがエンコードされる、いずれかの変調方式を差す。
ＰＳＫ変調フォーマットを用いて実施されるシステムにおいてデータは光信号の位相に変調されるから、そのようなシステムは信号を復調するためにコヒーレント受信器を備えることができる。そのようなシステムにおいて受信信号を処理して復調データを提供するためにデジタル信号処理(ＤＳＰ)を実施することができる。受信信号のデジタル信号処理は、速度及びフレキシビリティを提供し、受信信号の搬送波位相の推定及び搬送波位相推定値を用いるデータ検波を含む、様々な機能を実施するために用いることができる。ＤＳＰベースコヒーレント受信器において搬送波位相推定を実施する既知の方法では、許容できない性能低下が誘起されるか、あるいは許容できないほど低速の初期トレーニング時間が必要であった。
本開示の一態様にしたがえば、位相偏移変調フォーマットにしたがってデータが変調されている信号を推定するためのシステムが提供され、本システムは、電気信号を受け取り、初搬送波位相推定値を与えるためにフィードフォワード搬送波位相推定機能を実施し、ビットデシジョン機能からのフィードバックに応答して作業搬送波位相推定値を与えるためにデシジョンフィードバック搬送波位相推定機能を実施するように構成されたデジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)を備える。ビットデシジョン機能は、信号上の変調されたデータを表す出力を与えるために作業搬送波位相推定値に応答して信号からデータ値を決定するように構成することができる。
本開示の別の態様にしたがえば、
複数の光信号を光情報路上で送信するための送信端末、及び
複数の光信号の内の少なくとも１つを受信するための光情報路に結合された受信端末、
を備え、
複数の光信号のそれぞれは相異なる対応波長にあり、
光信号の内の少なくとも１つは位相偏移変調(ＰＳＫ)フォーマットにしたがってデータが変調されている位相偏移変調信号であり、
受信端末は、
ＰＳＫ信号を受信し、ＰＳＫ信号を表す少なくとも１つの電気信号を与えるための光信号受信機、及び
電気信号を受け取り、初搬送波位相推定値を与えるためにフィードフォワード搬送波位相推定機能を実施し、ビットデシジョン機能からのフィードバックに応答して作業搬送波位相推定値を与えるためにデシジョンフィードバック搬送波位相推定機能を実施するように構成されたデジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)、
を備え、
ビットデシジョン機能は、ＰＳＫ信号上の変調されたデータを表す出力を与えるために作業搬送波位相推定値に応答して電気信号からデータ値を決定するように構成される、
光通信システムが提供される。
本開示の別の態様にしたがえば、位相偏変調フォーマットにしたがってデータが変調されている光信号を復調するための検波方法が提供され、本方法は、
光信号を表す少なくとも１つの電気信号に光信号を変換するステップ、
光信号に対応する初搬送波位相推定値を与えるためにフィードフォワード搬送波位相推定機能を実施するステップ、
ビットデシジョン機能からのフィードバックに応答して光信号に対応する作業搬送波位相推定値を与えるために初搬送波位相推定値を用いてデシジョンフィードバック搬送波位相推定機能を実施するステップ、及び
光信号上の変調されたデータを表す出力を与えるために作業搬送波位相推定値に応答して電気信号からデータ値を決定するためのビットデシジョン機能を実施するステップ、
を含む。
本開示の別の態様にしたがえば、デジタル信号処理(ＤＳＰ)ベース光信号受信機においてデシジョンフィードバック搬送波位相推定機能をトレーニングする方法が提供され、本方法は、
トレーニングシーケンスが位相偏移変調フォーマットにしたがって変調されている光信号を受信機に送信するステップ、
光信号を表す少なくとも１つの電気信号に光信号を変換するステップ。
光信号に関連付けられる初搬送波位相推定値を与えるためにフィードフォワード搬送波位相推定機能を実施するステップ、
初搬送波位相推定値を用いてトレーニングシーケンスを同期させようとするため、トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能を実施するステップ、
トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能がトレーニングシーケンスを同期させれば、初搬送波位相推定値をデシジョンフィードバック搬送波位相推定機能に与えるステップ、及び
ビットデシジョン機能からのフィードバックに応答して光信号に対応する作業搬送波位相推定値を与えるために初搬送波位相推定値を用いてデシジョンフィードバック搬送波位相推定機能を実施するステップ、
を含む。
添付図面とともに読まれるべき以下の詳細な説明が参照されるべきであり、図面において同様の参照数字は同様の要素を表す。
図１は本開示にしたがうシステムの一実施形態例のブロック図である。 図２は本開示にしたがう受信機の一実施形態例のブロック図である。 図３は本開示にしたがう２段階搬送波位相推定機能を組み込んでいる受信機の一実施形態例のブロック図である。 図４は本開示にしたがう２段階搬送波位相推定機能を組み込んでいる光通信システムの一例のブロック図である。 図５は本開示にしたがう２段階搬送波位相推定プロセスの一例を示すフローチャートである。 図６は本開示にしたがう一実施形態の性能を示す光信号対雑音比(ＯＳＮＲ)に対するＱ因子のプロットを含む。
全般に、本開示にしたがうシステムは２段階搬送波位相推定(ＣＰＥ)を実施する。第１段階において、疑似ランダムビットシーケンス(ＰＲＢＳ)のような、トレーニングシーケンスの初搬送波位相推定を行うためにフィードフォワードＣＰＥが実施される。初搬送波位相推定値はデシジョンフィードバックＣＰＥを実施する第２段階に結合される。トレーニング期間後、デシジョンフィードバックＣＰＥを用いてシステムトラフィックに対する正確なビットデシジョンを達成することができる。
図１は、本開示にしたがうＷＤＭ伝送システム１００の一実施形態例の簡略化したブロック図である。この伝送システムは、一送信端末１０４から１つ以上の遠隔に位置する受信端末１０６に光情報路１０２を通じて複数の光チャネルを送信するようにはたらく。本例示システム１００は５０００ｋｍないしさらに長い距離で送信機から受信機までチャネルを伝送するために構成された長距離海中システムとすることができる。例示実施形態は光システムの文脈において説明され、長距離ＷＤＭ光システムとの関係において有用であるが、本明細書に論じられる広汎なコンセプトは他のタイプの信号を送受する他の通信システムにおいても実施することができる。
当業者であれば、システム１００が説明を容易にするために極めて簡略化された二地点間システムとして示されていることを認めるであろう。例えば、送信端末１０４及び受信端末１０６はいずれも、もちろん、トランシーバとして構成することができる。すなわち、それぞれを送信機能及び受信機能のいずれも実施するように構成することができる。しかし、説明を容易にするため、端末は送信機能または受信機能だけに関して本明細書に示され、説明される。本開示にしたがうシステム及び方法が多様なネットワークコンポーネント及び構成に組み込まれ得ることは当然である。本明細書に図示される実施形態例は限定のためではなく、単に説明のために提供される。
図示される実施形態例において、複数の送信機ＴＸ１,ＴＸ２,…,ＴＸＮのそれぞれは対応する入力ポート１０８-１,１０８-２,…,１０８-Ｎにおいてデータ信号を受け取り、対応する波長λ１,λ２,…,λＮでデータ信号を送信する。送信機ＴＸ１,ＴＸ２,…,ＴＸＮの内の１つ以上は、ＤＢＰＳＫ，ＤＱＰＳＫ，ＲＺ-ＤＰＳＫ，ＲＺ-ＤＱＰＳＫ，等のような、ＰＳＫ変調フォーマットを用いることで、対応波長にデータを変調するように構成することができる。送信機は、もちろん、説明を容易にするために極めて簡略化して示されている。当業者であれば、それぞれの送信機がそれぞれの対応波長において所望の振幅及び変調をもつデータ信号を送信するために構成された電気コンポーネント及び光コンポーネントを備え得ることを認めるであろう。
送信波長またはチャネルは複数の送信路１１０-１,１１０-２,…,１１０-Ｎ上でそれぞれ伝えられる。データチャネルは、マルチプレクサまたはコンバイナ１１２によって結合されて、光情報路１０２上の総合信号にされる。光情報路１０２は、光ファイバ導波路、光増幅器、光フィルタ、分散補償モジュール並びにその他の能動コンポーネント及び受動コンポーネントを備えることができる。
総合信号は１つ以上のリモート受信端末１０６で受信することができる。デマルチプレクサ１１４が、波長λ１,λ２,…,λＮで送信されたチャネルを、対応受信機ＲＸ１,ＲＸ２,…,ＲＸＮに結合された対応受信路１１６-１,１１６-２,…,１１６-Ｎ上に分離する。受信機ＲＸ１,ＲＸ２,…,ＲＸＮの内の１つ以上は、送信された信号を復調し、対応出力路１１８-１,１１８-２,１１８-３,…,１１８-Ｎ上に対応出力データ信号を与えるように構成することができる。術語「結合された」は本明細書に用いられるように１つのシステム要素により伝えられる信号が「結合された」要素にそれによって分け与えられる、いずれかの接続、結合、リンク等を指す。そのような「結合された」デバイス、または信号及びデバイスは、相互に直接接続される必要はなく、そのような信号を操作または改変できる中間コンポーネントまたは中間デバイスによって隔てられ得る。
図２は本開示にしたがう受信機２００の一例の簡略なブロック図である。図示される実施形態例２００は、受信路１１６-Ｎ上の入力信号を受け取るように構成されたコヒーレント受信器２０２及び、コヒーレント受信器の出力を処理して出力路１１８-Ｎ上に出力データ信号を供給するための、デジタル信号処理(ＤＳＰ)回路２０４を備える。データはＰＳＫ変調フォーマットにしたがって光入力信号の搬送波長λＮ上に変調されている。コヒーレント受信器２０２が、受信光入力信号をＤＳＰ回路２０４に入力として結合される１つ以上のデジタル信号に変換する。ＤＳＰ回路がデジタル信号からデータを復調して、搬送波長λＮ上に変調されたデータを表す、出力データストリームを出力路１１８-Ｎ上に供給する。
コヒーレント受信器２０２は様々な構成をとることができる。図示される実施形態例において、コヒーレント受信器は、偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ)２０６，第１及び第２の９０°光ハイブリッド２０８，２１０，局部発振器(ＬＯ)２１２，平衡検波器２１４，２１６，２１８，２２０，及びアナログ-デジタル(Ａ/Ｄ)コンバータ２２２，２２４，２２６，２２８を備える。コヒーレント光信号受信器におけるこれらのコンポーネントの動作は以下で簡潔に説明される。全般には、入力光信号の相異なる偏光がＰＢＳ２０６により分離されて個別の経路上に載せられる。それぞれの偏光が対応する９０°光ハイブリッド２０８，２１０に結合される。それぞれの光ハイブリッドが複素体空間において入力信号をＬＯ発振器信号の４つの四辺形状態(quadrilateral states)と混合する。次いで、それぞれの光ハイブリッドは二対の平衡検波器２１４，２１６，２１８，２２０に４つの混合信号を送る。平衡検波器の出力は、Ａ/Ｄコンバータ２２２，２２４，２２６，２２８によってデジタル信号に変換される。
Ａ/Ｄコンバータのデジタル出力はＤＳＰ回路２０４への入力として結合される。一般に、ＤＳＰは、１つ以上の特定用途集積回路(ＡＳＩＣ)及び／または、例えば直接／及びまたはソフトウエア命令の制御下に、特定の命令シーケンスを実施するように構成された専用プロセッサを用いる信号の処理を含む。図示される実施形態例において、ＤＳＰ回路２０４は、前処理機能２３０，必要に応じる光局部発振器(ＬＯ)周波数オフセット補償機能２３２，搬送波位相推定機能２３４，ビットデシジョン機能２３６及び光トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能２３８を備えるとして示される。これらの機能は、ハードウエア、ソフトウエア及び／またはファームウエアのいずれかの組合せを用いる様々な構成に実装することができる。機能は個別に示されているが、機能のいずれか１つ以上を単一の集積回路またはプロセッサにおいて、あるいは集積回路及び／またはプロセッサの組合せにおいて、実施することができる。また、ＤＳＰ機能を実施する集積回路及び／またはプロセッサは、図示される機能の間で全体または一部を共用することもできる。
ＤＳＰの前処理機能２３０には様々なタイプのＤＳＰベースコヒーレント検波受信器に実装される様々な光信号検波機能を含めることができる。前処理機能には、例えば、波形再生及びアライメント機能、決定論的歪補償機能、クロック再生機能、同期化データ再サンプリング機能及び偏光トラッキング／偏光モード分散(ＰＭＤ)補償機能を含めることができる。光ＬＯ周波数オフセット補償機能２３２は受信した信号とＬＯ信号の間の周波数オフセットをトラッキングして補償するように構成することができる。
一般に、ＰＳＫ変調信号においてデータは光搬送波信号の位相にエンコードされているから、ＤＳＰベース受信器におけるＰＳＫ変調信号の復調は搬送波位相の推定及びトラッキングを含む。搬送波位相推定機能２３４はこの目的のために備えられ、本開示にしたがう２段階搬送波位相推定機能として構成することができる。搬送波位相推定機能からの搬送波位相推定値は、変調信号における搬送波位相によって表されるデータまたはビット値を決定し、位相歪のようなデータパターン依存信号歪の影響を緩和する、ビットデシジョン機能２３６に結合される。したがって、ビットデシジョン機能の出力は搬送波波長λＮ上の変調されたデータを表すことができ、出力路１１８-Ｎ上の出力に結合することができる。光トレーニングシーケンスエラーレート試験機能２３８は、ＤＳＰ回路２０４の性能を試験するため、トレーニングシーケンス信号にビットエラーレ搬送波位相推定機能の動作をトレーニングするためのトレーニングシーケンスに、ビットエラーレート(ＢＥＲ)試験を実施するように構成することができる。
図３は、本発明にしたがう、２段階搬送波位相推定機能２３４を組み込んでいる受信機３００の一実施形態例の簡略なブロック図である。図示される実施形態例は、ＰＳＫ変調フォーマットにしたがって搬送波波長上にデータが変調されている光信号を受信するためのコヒーレント受信器２０２を備える。受信器２０２の出力は、デシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４に初搬送波位相推定値を与えるためにフィードフォワードＣＰＥ機能３０２に結合させることができる。信号の搬送波位相を推定するためのフィードフォワードＣＰＥ機能は、例えば、コスタスループ機能、平均位相機能、及びＭベキ(Mth power)方式を含む。フィードフォワードＣＰＥにＭベキ方式を用いるコヒーレント受信器の例は、リ-ガグノン(Ly-Gagnon)等，「搬送波位相推定による光４位相偏移変調信号のコヒーレント検波(Coherent Detection of Optical Quadrature Phase-Shift Keying Signals with Carrier Phase Estimation)」，Journal of Lightwave Technology，２００６年１月，第２４巻，第１号，ｐ.１２〜２１、及びアール・ノエ(R. Noe)，「デジタルＩ＆Ｑベースバンド処理によるＰＬＬ自由同期ＱＰＳＫ偏光マルチプレクサ／ダイバーシチ受信器コンセプト(PLL-Free Synchronous QPSK Polarization Multiplexer/Diversity Receiver Concept with Digital I&Q Baseband Processing)」，IEEE Photonics Technology Letters，２００５年４月，第１７巻，第４号，ｐ.８８７〜８８９に説明されている。これらの文献はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。Ｍベキ方式とデシジョンフィードバックＣＰＥ方式のＤＳＰベースコヒーレント受信器における使用に対する説明及び比較が、ヰ・カイ(Yi Cai)及びアレクセイ・エヌ・ピリペツキー(Alexei N. Pilipetskii)，「光コヒーレントデシジョンシステムにおける２つの搬送波位相推定方式の比較(Comparison of Two Carrier Phase Estimation Schemes in Optical Coherent Detection Systems)」，Optical Fiber Communication and the National Fiber Optic Engineers Conference, 2007，２００７年３月，ｐ.１〜３に与えられている。この文献はその全体が本明細書に参照として含まれる。
デシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４の出力はビットデシジョン機能２３６に結合される作業ＣＰＥとすることができる。ビットデシジョン機能２３６は、変調信号内の搬送波位相によって表されるデータまたはビット値を決定し、搬送波波長上に変調されたデータを表す出力を与えるために、作業ＣＰＥを用いることができる。ビットデシジョン機能２３６はデシジョンフィードバックＣＰＥを実施するためにデシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４にフィードバック３０６を与えることができる。動作において、初段フィードフォワードＣＰＥ機能が、デシジョン確度が不十分であるためデシジョンフィードバックＣＰＥ機能を用いるだけでは実用にならない場合に、デシジョンフィードバックＣＰＥ機能の動作を可能にするに十分なデシジョン確度を確立する。
図４は、本開示にしたがう、２段階搬送波位相推定機能２３４ａを組み込んでいる光通信システム４００の一例の簡略なブロック図である。説明を簡単かつ容易にするため、単一波長しか受信しないような単一のコヒーレント受信器２０２だけを備えるシステムが示される。デマルチプレクサ及び複数の波長を受信するための複数の受信器を備えるＷＤＭシステムとしてシステムを構成できることは当然である。
図示される例示実施形態は、動作モードにおいてユーザデータ４０４を、またトレーニングモードにおいてトレーニングシーケンス４０６，例えばＰＲＢＳを、選択的に送信するように構成された送信器４０２を備える。送信機の出力は光伝送路１０２を通じてコヒーレント受信器２０２に結合される。受信器２０２の出力は本開示にしたがう２段階搬送波位相推定機能２３４ａに結合させることができる。２段階搬送波位相推定機能２３４ａはフィードフォワードＣＰＥ機能３０２及びデシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４を備える。フィードフォワードＣＰＥ機能３０２からの初ＣＰＥ値出力の確率を補助するために、トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能２３８をフィードフォワードＣＰＥ機能に結合することができる。
トレーニングモードにおいては、トレーニングシーケンスが送信機４０２によって送信され、フィードフォワードＣＰＥ機能３０２に結合される。フィードフォワードＣＰＥ機能３０２で確立されたＣＰＥ値は、トレーニングシーケンスがＣＰＥ値を用いて同期され得るか否かを決定するためにＣＰＥ値を適用することができる、トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能２３８に結合させ得る。例えば、一実施形態において、フィードフォワードＣＰＥ機能からのいかなる位相アンビギュイティも、トレーニングシーケンス信号のサンプルにともなう可能な位相回転値により回転させ、トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能２３８を用いてトレーニングシーケンス同期を得ようとすることによって、排除することができる。フィードフォワードＣＰＥ機能３０２は、トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能２３８がフィードフォワードＣＰＥ機能からのＣＰＥ値を用いてトレーニングシーケンスを同期できるまでは、デシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４に初ＣＰＥを与えることができない。
フィードフォワードＣＰＥ機能３０２からの初ＣＰＥ値は、デシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４に結合される。デシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４からの出力はビットデシジョン機能２３６に結合される作業ＣＰＥ値とすることができる。ビットデシジョン機能２３６は、変調信号内の搬送波位相によって表されるデータまたはビット値を決定するために作業ＣＰＥ値を用いることができ、搬送波波長上に変調されたデータを表す出力を与えることができる。ビットデシジョン機能２３６は、デシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４を実施するためにデシジョンフィードバックＣＰＥ機能にフィードバック３０６を与えることもできる。必要に応じて、デシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４からフィードフォワードＣＰＥ機能３０２にフィードバック４０８を与えることによって、反復トレーニングを達成することができる。
送信機からのトレーニングシーケンス４０６，フィードフォワードＣＰＥ機能３０２及びデシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４の組合せにより、高速で、実用的であり、正確な、搬送波位相推定が可能になる。トレーニングシーケンスは、フィードフォワードＣＰＥ機能から生じるいかなる位相アンビギュイティも迅速に排除し、フィードフォワードＣＰＥ機能の動作のための差分コーディングの必要及び対応する性能劣化を排除する。フィードフォワードＣＰＥ機能によって確立される初ＣＰＥ値は、デシジョン確度が不十分であるためデシジョンフィードバックＣＰＥ機能を用いるだけでは実用にならない場合に、デシジョンフィードバックＣＰＥ機能の動作を可能にするに十分なデシジョン確度を確立する。
トレーニングモードが完了すると、システムは、送信機４０２が伝送路上にユーザデータ４０４を送信できる動作モードに入ることができる。動作モードにおいては、コヒーレント受信器２０２の出力をデシジョンフィードバックＣＰＥ機能３０４に結合させることができ、フィードフォワードＣＰＥ機能３０２はバイパスさせることができる。
図５は本開示にしたがう２段階ＣＰＥプロセス５００の一例のフローチャートである。様々な実施形態を説明するために本明細書に用いられるフローチャートは特定のステップシーケンスを含む。しかし、そのようなステップシーケンスは本明細書に説明される全般的機能がどのように実施され得るかの一例を提供するに過ぎないことは当然であり得る。さらに、それぞれのステップシーケンスは、そうではないことが示されない限り、提示された順序で実行される必要はない。
また、図示される実施形態例はフィードフォワードＣＰＥ機能としてＭベキ方式を利用する。一般に、Ｍベキ方式は、Ｍ進ＰＳＫフォーマット信号(ＢＰＳＫに対してＭ＝２，ＱＰＳＫに対してＭ＝４，等)の現符号の位相を、その信号サンプルが第Ｍベキに対応する近隣のＮ個の符号にわたって平均をとることによって推定する。しかし、本開示にしたがうシステムまたは方法がいずれか特定のフィードフォワードＣＰＥ機能に限定されないことは当然である。
図５の例示実施形態では、ステップ５０２において信号及び局部発信(ＬＯ)信号がＭベキＣＰＥ機能に結合される。初めに、ステップ５０４においてＭ重位相アンビギュイティ(例えばＣＰＥＭ)をもつＣＰＥ値をＭベキＣＰＥ機能が確立する。Ｍ進ＰＳＫフォーマットに対しては、Ｍベキ方式によってＣＰＥ値が確立された後、信号サンプルの信号空間を(例えば、０,２π/Ｍ,４π/Ｍ,６π/Ｍ,…)回転させて、位相アンビギュティを排除することができる。正しい位相回転値を決定するため、トレーニングシーケンスを用いることができ、全ての可能なＭアンビギュイティ値を、トレーニングシーケンス同期が達成されるまで、(例えば試験機能２３８を用いて)トレーニングシーケンスビットエラーレート試験に用いることができる。
図示される実施形態におけるトレーニングプロセス例にしたがえば、ステップ５０６においてカウンタｉが‘０’に初期化され、ステップ５１０においてトレーニングシーケンス信号サンプルに対して位相回転が実施され、ステップ５０８において同期を決定するためにトレーニングシーケンスビットエラーレート試験(ＢＥＲＴ)が実施される。トレーニングシーケンスは、ステップ５１２においてトレーニングシーケンスが同期されるかまたは回転回数が可能なアンビギュティ値の数(Ｍ)に等しく(例えばｉ＝Ｍに)なるまで、試験を続けることができる。トレーニングシーケンスにおいて同期が達成されると、[ＭベキＣＰＥ＋同期を可能にした位相回転値](例えば、ＣＰＥ＝ＣＰＥＭ＋ｉ・２π/Ｍ)が最善の初ＣＰＥ値と見なされる。ステップ５１４においてこの初ＣＰＥ値がデシジョンフィードバックＣＰＥ機能に渡され、ステップ５１６においてデシジョンフィードバック機能がビットデシジョンフィードバックに基づいてビットデシジョン機能に作業ＣＰＥ値を与える。図示される実施形態例はｉ・２π/Ｍの位相回転を示すが、それぞれの位相回転の大きさは用途が異なれば異なることがあり、限定ではない。
デシジョンフィードバックＣＰＥ機能から得られた作業ＣＰＥ値は、反復トレーニングループを確立するためにＭベキＣＰＥ機能に送り返すことができる。ＭベキＣＰＥトレーニング機能とデシジョンフィードバックＣＰＥ機能の間の反復回数は、用途が異なれば異なることがある。満足できるＣＰＥ値が確立されると、２段階ＣＰＥはトレーニングモードを脱けて、例えばデシジョンフィードバックＣＰＥ機能だけを用いて、ユーザデータを処理することができる。
図６は、本開示にしたがう２段階ＣＰＥ機能を備えるコヒーレント受信器を用いるＷＤＭバックトゥバック雑音付加実験における本開示にしたがうシステムの性能を示す、光信号対雑音比に対するＱ因子のプロット６０２，６０４，６０６を含む。プロット６０２及び６０４に示されるように、上述した２段階トレーニングの後、動作モードにおいてデシジョンフィードバックＣＰＥ機能だけで、Ｍベキ方式だけの使用に優る、改善された性能が得られる。しかし、上述したように、Ｍベキ方式のようなフィードフォワード方式の使用により、デシジョン確度が不十分なためにデシジョンフィードバック機能だけの使用が実用にならない場合に、高速で正確なデシジョンフィードバックＣＰＥ機能が可能になる。例えば、図示されるようにプロット６０８において、本開示にしたがう２段階ＣＰＥ機能を用いて優れたＱ性能を達成することができる。
本発明の原理を本明細書に説明したが、本説明が例としてなされたに過ぎず、本発明の範囲の限定としてなされたものではないことが当業者には当然であろう。本明細書に示され、説明された例示実施形態に加えて、他の実施形態が本発明の範囲内で考えられる。当業者による改変及び置換は、添付される特許請求の範囲による以外には限定されない、本発明の範囲内にあると見なされる。
１００ ＷＤＭ伝送システム
１０２ 光情報路
１０４ 送信端末
１０６ 受信端末
１０８ 入力ポート
１１０ 送信路
１１２ マルチプレクサ
１１４ デマルチプレクサ
１１６ 受信路
１１８ 出力路
２００ 受信機
２０２ コヒーレント受信器
２０４ デジタル信号処理(ＤＳＰ)回路
２０６ 偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ)
２０８，２１０ ９０°光ハイブリッド
２１２ 局部発振器(ＬＯ)
２１４，２１６，２１８，２２０ 平衡検波器
２２２，２２４，２２６，２２８ アナログ-デジタル(Ａ/Ｄ)コンバータ
２３０ 前処理機能
２３２ 光局部発振器(ＬＯ)周波数オフセットトラッキング機能
２３４，２３４ａ 搬送波位相推定機能
２３６ ビットデシジョン機能
２３８ 光ＰＲＢＳエラーレート機能
３００ 受信器
３０２ フィードフォワードＣＰＥ機能
３０４ デシジョンフィードバックＣＰＥ機能
３０６，４０８ フィードバック
４００ 光通信システム
４０２ 送信機
４０４ ユーザデータ
４０６ トレーニングシーケンス

Claims (22)

  1. 位相偏移変調フォーマットにしたがってデータが変調されている光信号の位相を推定するためのシステムにおいて、前記システムが、
    前記光信号を受信し、前記光信号を表す少なくとも１つの電気信号を与える、光信号受信機、及び
    前記電気信号を受け取り、初搬送波位相推定値を与えるためにフィードフォワード搬送波位相推定機能を実施し、ビットデシジョン機能からのフィードバックに応答して作業搬送波位相推定値を与えるために前記初搬送波位相推定値を用いてデシジョンフィードバック搬送波位相推定機能を実施するように構成された、デジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)、
    を備え、
    前記ビットデシジョン機能が、前記光信号上に変調された前記データを表す出力を与えるために前記作業搬送波位相推定値に応答して前記電気信号からデータ値を決定するように構成される、
    ことを特徴とするシステム。
  2. 前記フィードフォワード搬送波位相推定機能がＭベキ(Mth power)方式を用いることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 前記光信号が前記システムのトレーニングモードにおいてトレーニングシーケンスを含み、前記ＤＳＰがトレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能を実施するように構成され、前記トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能が前記フィードフォワード搬送波位相推定機能により与えられる搬送波位相推定値を用いて前記トレーニングシーケンスの同期をとるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  4. 前記トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能において前記トレーニングシーケンスが同期された後に限り前記初搬送波位相推定値を与えるように、前記フィードフォワード搬送波位相推定機能が構成されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
  5. 前記トレーニングシーケンスが疑似ランダムビットシーケンスを含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
  6. 前記初搬送波位相推定値が前記デシジョンフィードバック搬送波位相推定機能に与えられた後に動作モードに入るように前記システムが構成され、前記光信号がユーザデータを含み、前記フィードフォワード搬送波位相推定機能をバイパスすることによって前記動作モード中に前記電気信号が前記デシジョンフィードバック搬送波位相推定機能に与えられるように前記ＤＳＰが構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  7. 光通信システムにおいて、
    光情報路を通じて、それぞれが異なる対応波長にある、複数の光信号を送信するための送信端末であって、前記光信号の内の少なくとも１つは位相偏移変調(ＰＳＫ)フォーマットにしたがってデータが変調されている位相偏移変調信号である送信端末、及び
    前記複数の光信号の内の少なくとも１つを受信するための前記光情報路に結合された受信端末、
    を備え、前記受信端末が、
    前記ＰＳＫ信号を受信し、前記ＰＳＫ信号を表す少なくとも１つの電気信号を与える、光信号受信機、及び
    前記電気信号を受け取り、初搬送波位相推定値を与えるように構成されたフィードフォワード搬送波位相推定機能を実施し、ビットデシジョン機能からのフィードバックに応答して作業搬送波位相推定値を与えるために前記初搬送波位相推定値を用いてデシジョンフィードバック搬送波位相推定機能を実施するように構成された、デジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)、
    を備え、
    前記ビットデシジョン機能が、前記ＰＳＫ信号上に変調された前記データを表す出力を与えるために前記作業搬送波位相推定値に応答して前記電気信号からデータ値を決定するように構成される、
    ことを特徴とするシステム。
  8. 前記フィードフォワード搬送波位相推定機能がＭベキ(Mth power)方式を用いることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  9. 前記ＰＳＫ信号が前記システムのトレーニングモードにおいてトレーニングシーケンスを含み、前記ＤＳＰがトレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能を実施するように構成され、前記トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能が前記フィードフォワード搬送波位相推定機能により与えられる搬送波位相推定値を用いて前記トレーニングシーケンスの同期をとるように構成されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  10. 前記トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能において前記トレーニングシーケンスが同期された後に限り前記初搬送波位相推定値を与えるように、前記フィードフォワード搬送波位相推定機能が構成されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  11. 前記トレーニングシーケンスが疑似ランダムビットシーケンスを含むことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  12. 前記初搬送波位相推定値が前記デシジョンフィードバック搬送波位相推定機能に与えられた後に動作モードに入るように前記システムが構成され、前記ＰＳＫ信号がユーザデータを含み、前記フィードフォワード搬送波位相推定機能をバイパスすることによって前記動作モード中に前記電気信号が前記デシジョンフィードバック搬送波位相推定機能に与えられるように前記ＤＳＰが構成されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  13. 位相偏移変調フォーマットにしたがってデータが変調されている光信号を復調するための検波方法において、前記方法が、
    前記光信号を表す少なくとも１つの電気信号に前記光信号を変換するステップ、
    前記光信号に対応する初搬送波位相推定値を与えるためにフィードフォワード搬送波位相推定機能を実施するステップ、
    ビットデシジョン機能からのフィードバックに応答して前記光信号に対応する作業搬送波位相推定値を与えるために前記初搬送波位相推定値を用いてデシジョンフィードバック搬送波位相推定機能を実施するステップ、及び
    前記光信号上の変調された前記データを表す出力を与えるために前記作業搬送波位相推定値に応答して前記電気信号からデータ値を決定するためのビットデシジョン機能を実施するステップ、
    を含むことを特徴とする方法。
  14. 前記フィードフォワード搬送波位相推定機能がＭベキ(Mth power)方式を用いることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 前記システムのトレーニングモードにおいて前記光信号がトレーニングシーケンスを含み、前記方法が、前記フィードフォワード搬送波位相推定機能により与えられる搬送波位相推定値を用いて前記トレーニングシーケンスの同期を計るためにトレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能を実施するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  16. 前記フィードフォワード搬送波位相推定機能を実施する前記ステップが、前記トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能を用いて前記トレーニングシーケンスが同期された後に限り前記初搬送波位相推定値を与えるステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 前記トレーニングシーケンスが疑似ランダムビットシーケンスを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  18. 前記方法が、前記初搬送波位相推定値が前記デシジョンフィードバック搬送波位相推定機能に与えられた後に動作モードに入るステップを含み、前記光信号がユーザデータを含み、前記方法が、前記フィードフォワード搬送波位相推定機能をバイパスすることによって前記動作モード中に前記電気信号が前記デシジョンフィードバック搬送波位相推定機能に与えられるステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  19. デジタル信号処理(ＤＳＰ)ベース光信号受信機においてデシジョンフィードバック搬送波位相推定機能をトレーニングするための方法において、前記方法が、
    トレーニングシーケンスが位相偏移変調フォーマットにしたがって変調されている光信号を前記受信機に送信するステップ、
    前記光信号を表す少なくとも１つの電気信号に前記光信号を変換するステップ、
    前記光信号に対応する初搬送波位相推定値を与えるためにフィードフォワード搬送波位相推定機能を実施するステップ、
    前記初搬送波位相推定値を用いて前記トレーニングシーケンスを同期させようとするためにトレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能を実施するステップ、
    前記トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能が前記トレーニングシーケンスを同期させれば、前記初搬送波位相推定値を前記デシジョンフィードバック搬送波位相推定機能に与えるステップ、及び
    ビットデシジョン機能からのフィードバックに応答して前記光信号に対応する作業搬送波位相推定値を与えるために前記初搬送波位相推定値を用いて前記デシジョンフィードバック搬送波位相推定機能を実施するステップ、
    を含むことを特徴とする方法。
  20. 前記フィードフォワード搬送波位相推定機能が前記初搬送波位相推定値を与えるためにＭベキ(Mth power)方式を用いることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. 前記トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能を実施する前記ステップが、同期が達成されるまで、複数の可能な位相回転値を用いて試験シーケンス信号サンプルを回転させるステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  22. 前記フィードフォワード搬送波位相推定機能がＭベキ(Mth power)搬送波位相推定値を与えるためにＭベキ方式を用い、前記トレーニングシーケンスビットエラーレート試験機能を実施する前記ステップが、同期が達成されるまで、複数の可能な位相回転値を用いて試験シーケンス信号サンプルを回転させるステップを含み、前記初搬送波位相推定値が、[前記Ｍベキ搬送波位相＋同期がおこった位相回転値]を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
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