JP5922670B2 - 光信号受信機において硬判定から軟判定の信頼性情報を生成するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示は、光信号データ検出に関し、より具体的には、光信号受信機において硬判定から軟判定の信頼性情報を生成するためのシステムおよび方法に関する。

信頼性が高い光通信システムでは、関連する送信機と受信機との間に発生する信号劣化の影響を最小限にするためのメカニズムを使用する。信号劣化は、様々な要素のために発生し、長い伝送距離および多くの用途で必要とされる多くの光通路数によって悪化する。信号劣化のために、一部の伝送されたデータは、受信機で不正確に解釈される場合がある。データが受け入れ可能な割合を超えて誤解釈されると、システムの効能および実行可能性が失われる場合がある。

順方向誤り修正（ＦＥＣ）は、信号劣化の補正を支援するために使用される１つの技術であり、システムに「マージン改善（ｍａｒｇｉｎ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ）」を提供する。マージン改善により、一般的に、増幅器の間隔を広げ、かつ／またはシステム容量を増加することが可能になる。光波長分割多重（ＷＤＭ）システムでは、たとえば、ＦＥＣ技術を通じて取得されたマージン改善により、各ＷＤＭチャネルのビットレートを増大し、かつ／またはＷＤＭチャネル間の間隔を狭くすることが可能になる。

ＦＥＣでは、一般的に、既知の情報がないデータ誤りの検出および修正を促進するために、伝送されたデータ・ストリームに適切な誤り修正コードを挿入することを含める。誤り修正コードは、データ・ストリームのためにＦＥＣ符号器で生成され、ＦＥＣ復号器を含む受信機に送信される。ＦＥＣ復号器は、誤り修正コードを回復し、受信したデータ・ストリームにおけるいかなる誤りも修正するためにそれらを使用する。

もちろん、ＦＥＣ技術の効果は、伝送されたデータおよび誤り修正コードを正しく検出する光信号受信機の能力によって影響を受ける。受信機の信号検出の改善によって、ビット誤りの修正を提供する際にＦＥＣコードのパフォーマンスが改善することにつながる。受信機の一構成は、たとえば、伝送されたデータを表す論理１および論理０を含む、受信したデータ信号を２進数の電気信号に変換するための判定回路を含む。判定回路は、たとえば、受信したデータ信号を事前に定めた電圧レベル（判定しきい値）と比較するための比較器を含むことができる。受信したデータ信号の電圧レベルが特定のサンプル時間の判定しきい値を上回る場合、比較器は論理値１を出力することができる。しかし、受信したデータ信号の電圧レベルが判定しきい値を下回る場合、比較器は論理０を出力することができる。

判定回路は、このように、受信したデータ・ストリームのデータ・ビット値に関して最初の判定（つまり、硬判定）を行う。本明細書で使用する「硬」判定または検出器は、受信したデータ信号を表す信号が、受信したデータ・ストリームのデータ・ビットまたはシンボル値のそれぞれについて、単一ビットまたはシンボルの出力を作り出すために、単一のしきい値と比較される判定を指している。ＦＥＣ復号器は、硬判定回路によって確立されたデータ・ストリームにおける誤りを検出し修正する。したがって、判定回路の判定しきい値の設定は、最適なシステム・ビット誤り率（ＢＥＲ）を達成するために重要である。

ＦＥＣ復号機能を拡張する方法の１つは、軟判定受信機、または軟判定ＦＥＣ復号器と組み合わせて検出器を使用することである。軟判定方式によると、軟判定検出器は、異なる判定しきい値を用いる複数の判定回路を含む（たとえば、異なるしきい値電圧レベル）。複数の判定回路は、硬判定検出で提供される単一ビット（つまり、１またはゼロ）と比較して、複数ビットの「柔軟（ｓｏｆｔ）」な「信頼性」情報を作り出す。ｎビットの軟判定方式は、２^ｎ−１個の判定しきい値を使用することができる。たとえば、３つの判定しきい値を２ビットの軟判定方式で使用することができ、７つの判定しきい値を３ビットの軟判定方式で使用することができる。複数ビットの軟信頼性情報は、受信したデータの信用レベルを表し、たとえば、ビットが、１である可能性が高かった、１の可能性があった、ゼロの可能性があった、ゼロの可能性が高かったなど、ＦＥＣ復号器に追加情報を提供する。追加の情報によって、より効率的な軟判定ＦＥＣ復号器の使用が可能になり、よりノイズが多くより歪みがあるチャネル状態での運用が可能になる。したがって、本明細書で使用する「軟」判定または検出器は、受信したデータ信号を表す信号が、受信したデータ・ストリームの各データ・ビットまたはシンボル値について、複数ビットの軟信頼性情報に変換される判定を指しており、信頼性情報は、各データ・ビットまたはシンボルの値（たとえば、デジタル「１」または「０」）の信用レベルを示している。

光通信システムにおけるデータ変調形式の選択は、また、信号劣化およびシステム容量に影響を与える。光通信システムで使用できるデータ変調方式の１つは、位相偏移キーイング（ＰＳＫ）であり、光学波長の位相または相転移は、１つまたは複数のビットを符号化するシンボルを表すように、光学波長の位相を変調することによってデータは伝送される。２相偏移キーイング（ＢＰＳＫ）変調方式では、たとえば、シンボルごとに１ビットを表すために２つの位相を使用することができる。四位相偏移キーイング（ＱＰＳＫ）変調方式では、シンボルごとに２ビットを符号化するために４つの位相を使用することができる。

データが光学波長の相転移で符号化されるＰＳＫ形式は、差動形式（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｆｏｒｍａｔ）として知られている。差動的に符号化されたＰＳＫ形式は、本明細書では、差動位相キーイング（ＤＰＳＫ）、ゼロ復帰ＤＰＳＫ（ＲＺ−ＤＰＳＫ）、差動四位相偏移キーイング（ＤＱＰＳＫ）、など、「差動」（Ｄ）として（たとえば、硬判定または軟判定の検出器での復調において符号化が反転される場合）、または、差動符号化位相偏移キーイング（ＤＣ−ＰＳＫ）、差動符号化四位相偏移キーイング（ＤＣ−ＱＰＳＫ）など、「差動符号化」（ＤＣ）として（判定後の復号の復調の後に符号化が反転される場合）記述される。

位相変調された光通信システムにおいて、受信機は、変調された光信号を検出するために、たとえば、ホモダインまたはヘテロダイン検出などコヒーレント検出を使用するコヒーレント受信機でもよい。受信機に関して本明細書で使用する場合、「コヒーレント」という用語は、受信された信号を復調するための局部発振器（ＬＯ）を含む受信機を指す。デジタル信号処理（ＤＳＰ）は、復調されたデータを提供するために受信された信号を処理するためのそのようなシステムに実装することができる。受信された信号のデジタル信号処理は、速度および柔軟性を提供し、色分散、偏光モード分散など、光伝送経路に関連する非直線性の修正を含む様々な機能を実行するために使用することができる。

ＰＳＫシステムのコヒーレント検出方式は、差動復号（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｄｅｃｏｄｉｎｇ）を用いない絶対位相検出、差動復号を用いる絶対位相検出、および差動位相検出を含む。絶対位相検出は、推定される位相に基づいて受信したデータ・ストリームの各ビットの値に関して、たとえば軟判定など、判定することを含むことができる。差動復号の手法の１つにおいて、対応する硬判定出力（ｈ_ｎおよびｈ_ｎ−１）を提供するために、現在および以前の受信されたシンボル（ｓ_ｎおよびｓ_ｎ−１）に対して硬判定を行うことができ、差動位相は、硬判定間の違いを取ることによって見つけることができる（Δθ＝∠ｈ_ｎ∠ｈ_ｎ−１）。差動位相検出の手法の１つにおいて、差動位相は、受信されたシンボル（ΔＡθ_ｓｏｆｔ＝∠ｓ_ｎ−∠ｓ_ｎ−１）間の違いを取り、次にΔθ_ｓｏｆｔ⇒Δθで硬判定または軟判定を行うことによって見つけることができる。

これらのコヒーレント検出方式のそれぞれには、その利点および欠点がある。たとえば、差動復号を用いない絶対位相検出は、受け入れ可能な受信機感度を提供することができ、その軟判定出力は、続く軟判定順方向誤り修正（ＦＥＣ）において判定信頼性情報として直接的に使用することができる。しかし、差動復号を用いない場合、方式は「サイクルスリップ」に対して耐性がない場合があり（受信機で受信された信号の位相を追跡できない）、この結果、搬送波位相を追跡できなくなる場合がある。差動復号は、絶対位相検出システムがサイクルスリップに耐えられるようにするために使用することができるが、システムの受信機感度を下げる可能性がある。差動復号の他の短所は、受信機が硬判定値だけを出力できるため、続く軟判定ＦＥＣを効果的にサポートしない場合があることである。

絶対位相検出においてサイクルスリップ問題を解決する他の方法は、検出は２ビット間の位相の比較に基づくため、搬送波位相の追跡が必要ない、差動位相検出方式を使用することである。差動位相検出方式は、軟判定を出力し、続く軟判定ＦＥＣをサポートすることができるが、その受信機感度は、他のコヒーレント検出方式より悪い場合がある。硬判定ＦＥＣ方式を用いる差動復号と比較すると、軟判定ＦＥＣを用いる差動位相検出は、軟判定ＦＥＣから符号化において追加的な利益を提供することができる。しかし、すべてでないにしても、追加的な符号化のほとんどが、差動位相検出において受信機感度の損失によって失われる可能性がある。

米国特許第２０１００２３２８０５号 米国特許第２０１００２３２７８８号 米国特許第７，３９８，４５４号 米国特許出願第２００６／０１３６７９８号 米国特許出願第１２／１０８，１５５号

これらおよび他の特徴および利点は、図面とともに、以下の詳細な説明を読むことによって、より一層よく理解されるだろう。

本開示と整合性のあるシステムの代表的な一実施形態を示すブロック図である。 本開示と整合性のある受信機の代表的な一実施形態を示すブロック図である。 本開示と整合性のある受信機のコヒーレント受信機部の代表的な一実施形態を示すブロック図である。 本開示と整合性のある受信機で有用なビット判定機能の代表的な一実施形態を示すブロック図である。 本開示と整合性のあるビット判定機能で有用なシンボル信頼性機能の代表的な一実施形態を示すブロック図である。 本開示と整合性のあるビット判定機能で有用なビット信頼性機能の代表的な一実施形態を示すブロック図である。 本開示と整合性のあるシステム、および指定された入力ＢＥＲを用いる硬判定出力だけを用いる差動復号を含むシステムの入力Ｑ値とビット誤り率（ＢＥＲ）出力を示すプロットである。 本開示と整合性のある代表的な方法を示す構成図である。

本開示と整合性のあるシステムおよび方法は、軟判定ＦＥＣ復号器に提供できる差動復号結果について信頼性値を生成する方法で、差動復号を実行するように構成することができる。信頼性値は、差動復号の前に確立されたシンボルおよび対応する硬判定値に基づくことができる。システムは、このように、硬判定出力だけを提供する硬判定ＦＥＣ復号とは対照的に、軟判定の差動復号を提供する。そのような構成によって、差動復号と軟判定ＦＥＣシステムの組み合わせが可能になり、サイクルスリップに耐えられるようになる。さらに、システムは受け入れ可能な受信機感度を維持することができる。

ここで図１を参照すると、本開示と整合性のある検出システムおよび方法を使用できるＷＤＭ伝送システム１００の代表的な一実施形態を簡略化したブロック図が提供されている。伝送システムは、伝送端末１０４から１つまたは複数の遠隔に位置する受信端末１０６に、光情報経路１０２を通じて複数の光学チャネルを伝送する役目を果たす。代表的なシステム１００は、５，０００ｋｍ以上離れた受信機に送信機からチャネルを伝送するように構成された長距離海底システムでもよい。代表的な実施形態は、光学システムに関して記述されており、長距離ＷＤＭ光学システムに関して有用であるが、本明細書で説明した広い概念は、他のタイプの信号を伝送および受信する他の通信システムで実装することができる。

システム１００は、説明を容易にするために、非常に簡素化されたポイント・ツー・ポイント・システムとして描写されていることを当業者は理解するであろう。たとえば、もちろん、伝送端末１０４および受信端末１０６は両方、送受信装置として構成することができ、それぞれは伝送機能および受信機能の両方を実行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に、端末は、本明細書において、伝送または受信の機能に関してのみ描写および記述されている。本開示と整合性のあるシステムおよび方法は、様々なネットワーク・コンポーネントおよび構成に組み込めることを理解されるだろう。本明細書に図示する代表的な実施形態は、説明のみを目的として提供するものであり、限定を目的とするものではない。

図示する代表的な実施形態では、複数の送信機ＴＸ１、ＴＸ２・・・ＴＸＮのそれぞれは、関連する入力ポート１０８−１、１０８−２・・・１０８−Ｎでデータ信号を受信し、関連する波長λ_１、λ_２・・・λ_Ｎでデータ信号を伝送する。１つまたは複数の送信機ＴＸ１、ＴＸ２・・・ＴＸＮは、ＤＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＤＢＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ、ＲＺ−ＤＰＳＫ、ＲＺ−ＤＱＰＳＫなどのＰＳＫ変調形式を使用して、関連する波長でデータを変調するように構成することができる。説明を容易にするために、送信機は、もちろん、非常に簡素化された形式で示されている。各送信機は、希望する振幅および変調で関連する波長のデータ信号を伝送するために構成された電気および光学コンポーネントを含むことができることを当業者は認識されるだろう。

伝送された波長またはチャネルは、複数の経路１１０−１、１１０−２・・・１１０−Ｎでそれぞれ運ばれる。データ・チャネルは、多重化装置または結合器１１２によって光学通路１０２で集合的な信号へと結合される。光情報チャネル１０２は、光導波路、光増幅器、光学フィルター、分散補正モジュール、ならびに他の能動素子および受動素子を含むことができる。

集合的な信号は、１つまたは複数のリモート受信端末１０６で受信することができる。多重分離装置１１４は、波長λ_１、λ_２・・・λ_Ｎで伝送されたチャネルを関連する受信機ＲＸ１、ＲＸ２・・・ＲＸＮに結合された関連する経路１１６−１、１１６−２・・・１１６−Ｎへと分離する。１つまたは複数の受信機ＲＸ１、ＲＸ２・・・ＲＸＮは、伝送された信号を復調し、関連する出力経路１１８−１、１１８−２、１１８−３、１１８−Ｎで関連する出力データ信号を提供するように構成することができる。

図２は、本開示と整合性のある１つの代表的な受信機ＲＸＮを含む、本開示と整合性のあるシステムを簡略化したブロック図である。説明を簡潔かつ容易にするために、単一の波長のみを受信するための単一の受信機のみを含むシステムが示されている。システムは、多重分離装置および複数の波長を受信するための複数の受信機を含むＷＤＭシステムとして構成することができることを理解されるだろう。他の実施形態では、ＤＳＰ回路２０４は、他のタイプの受信機を用いる他の通信システムで使用することができる。

図示する代表的な実施形態、受信機ＲＸＮは、経路１１６−Ｎで伝送端末１０４から入力信号を受信するためのコヒーレント受信機構成２０２、および経路１１８−Ｎで出力データ信号を提供するために、コヒーレント受信機２０２の出力を処理するためのデジタル信号処理（ＤＳＰ）回路２０４を含む。データは、ＰＳＫ変調形式により光入力信号のキャリア波長λＮで変調される。コヒーレント受信機２０２は、光入力信号を受信し、絶対位相検出を実行し、光信号でシンボルの位相を表すデジタル化されたサンプル、したがって、光信号で変調されたデータを作り出す。次に、ＤＳＰ回路２０４は、サンプルによって表されるデータ値（たとえば、ビット値）を判定するために受信された信号のサンプルを処理することができ、経路１１８−Ｎでデータまたはビット値を表す出力データ・ストリームを提供する。

コヒーレント受信機２０２は、光入力信号でデータを変調するのに使用される変調形式に依存する構成を取ることができる。たとえば、図３は、たとえば、キャリア波長λ_Ｎで偏波多重化（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ）されたＤＣ−ＱＰＳＫ入力光信号を受信するのに有用な１つの代表的なコヒーレント受信機構成２０２ａを示している。図示する代表的な実施形態では、受信機２０２ａは、偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）３０６、第１および第２の９０度光ハイブリッド３０８、３１０、局部発振器（ＬＯ）３１２、平衡検波器３１４、３１６、３１８、３２０、およびアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３２２、３２４、３２６、３２８を含む。一般的に、入力光信号の異なる偏光は、ＰＢＳ３０６によって個別の経路へと分離される。各偏光は、関連する９０度光ハイブリッド３０８および３１０に提供される。各光ハイブリッドは、その入力信号を複素体空間（ｃｏｍｐｌｅｘ−ｆｉｅｌｄ ｓｐａｃｅ）でＬＯ発振器信号の４つの四角形の状態と組み合わせる。次に、各光ハイブリッドは、平衡検波器３１４、３１６、３１８、３２０の二対に４つの組み合わせられた信号を送る。平衡検波器の出力は、Ａ／Ｄ変換器３２２、３２４、３２６、３２８によってデジタル信号に変換される。

たとえば、Ａ／Ｄ変換器３２２、３２４、３２６、および３２８からのコヒーレント受信機のデジタル出力は、ＤＳＰ回路２０４に入力として提供される。一般的に、ＤＳＰは、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣＳ）、および／または、たとえば、直接的かつ／またはソフトウェア命令の制御下で特定の命令シーケンスを実行するように構成された専用プロセッサを使用する信号の処理を伴う。図示する代表的な実施形態では、ＤＳＰ回路２０４は、前処理機能２０６、ビット判定機能２０８、軟判定ＦＥＣ復号器機能２１０を含むものとして示されている。前処理機能２０６は、コヒーレント受信機２０２のデジタル出力を受信し、前処理されたデジタル化されたシンボル出力ｓ１、ｓ２・・・ｓ_ｎの連続するストリームを提供するためにそれらを処理し、それぞれは光信号のシンボルの関連する１つの位相、したがって光信号で変調されたデータを表している。ビット判定機能は、前処理機能のシンボル出力ｓ１、ｓ２・・・ｓ_ｎを受信し、シンボル出力およびそれらの対応する硬判定を使用して、差動復号を実行し、経路１１６−Ｎで受信された光信号で符号化された各ビットの値を表す軟信頼性情報を提供する。軟信頼性情報は、経路１１８Ｎで復号されたデータを提供する軟判定ＦＥＣ復号器機能に直接的に提供することができる。

前処理機能２０６、ビット判定機能２０８、および軟判定復号器機能２１０は、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの任意の組み合わせを使用して、様々な構成で実装することができる。機能は別々に示されているが、機能の任意の１つまたは複数は、単一の集積回路もしくプロセッサ、または集積回路および／またはプロセッサの組み合わせで実行できることを理解されるだろう。また、ＤＳＰ機能を実装する集積回路および／またはプロセッサは、全体的または一部分的に、図示する機能で共有することができる。

一実施形態では、ＤＳＰ回路２０４の前処理機能２０６は、ＤＳＰベースのコヒーレント検出受信機に実装された光信号検出機能を含むことができる。前処理機能２０６は、たとえば、波形回復および整列機能、判定性歪み補償機能、クロック回復機能、同期データ・リサンプリング機能、偏光トラッキングおよび偏光モード分散（ＰＭＤ）補償機能、局部発振器（ＬＯ）周波数オフセット・トラッキング機能、および／または搬送波位相推定機能を含むことができる。たとえば、ＬＯ周波数オフセット・トラッキング機能は、その教示が参照によって本明細書に組み込まれている、米国特許第２０１００２３２８０５号に記載されているように構成することができる。搬送波位相推定機能は、その教示が参照によって本明細書に組み込まれている、米国特許第２０１００２３２７８８号に記載されているように構成することができる。

図４は、本開示と整合性のあるビット判定機能２０８の代表的な一実施形態を示すブロック図である。たとえばＤＣ−ＭＰＳＫ変調形式など、差動符号化変調形式では、前処理機能２０６のシンボル出力ｓ１、ｓ２・・・ｓ_ｎは、コヒーレント受信機２０２によって実行される絶対位相検出の結果を表すため、ビット判定機能２０８の出力で提供される軟信頼性情報を直接的に表していない。シンボル出力ｓ１、ｓ２・・・ｓ_ｎは、このように、軟判定と考えることができる。一般的に、本開示と整合性のあるビット判定機能２０８は、軟判定シンボル出力ｓ１、ｓ２・・・ｓ_ｎを受信し、差動復号を実行し、それぞれシンボル出力ｓ１、ｓ２・・・ｓ_ｎおよびそれらの対応する硬判定、つまりｈ１、ｈ２・・・ｈ_ｎに応じて、差動復号結果について判定信頼性値を生成する。差動復号結果の信頼性値は、軟判定ＦＥＣ復号器機能２１０に直接的に提供することができる。

図示する実施形態では、ビット判定機能２０８は、時間ｎで受信されるシンボルの絶対位相検出の結果を表す、シンボル出力ｓ_ｎを受信する。それぞれ関連する硬判定機能４００、４０２において、遅延Ｄによって示すように、各シンボルｓ_ｎおよび続くシンボルｓ_ｎ−１に対して硬判定が行われる。硬判定機能４００、４０２はそれぞれ、硬判定出力を提供するためにその入力シンボルを単一のしきい値と比較する。特に、シンボルｓ_ｎに関連する硬判定ｈ_ｎを作り出すために、硬判定機能４００は、入力シンボルｓ_ｎを単一のしきい値と比較する。シンボルｓ_ｎー１に関連する硬判定ｈ_ｎ−１を作り出すために、硬判定機能４０２は、入力シンボルｓ_ｎー１を単一のしきい値と比較する。

硬判定に続いて、各シンボルｓ_ｎ、ｓ_ｎ−１からその対応する硬判定ｈ_ｎ、ｈ_ｎ−１へのユークリッド距離は、それぞれ合計機能４０４、４０６で得ることができる。特に、シンボルｓ_ｎに関連するユークリッド距離ｄ_ｎは、硬判定機能４０４においてｄ_ｎ＝｜ｓ_ｎ−ｈ_ｎ｜として取られ、シンボルｓ_ｎ−１に関連するユークリッド距離ｄ_ｎ−１は、硬判定機能４０６においてｄ_ｎ−１＝｜ｓ_ｎ−１−ｈ_ｎ−１して取られる。比較器機能４０８は、ｍｉｎ（ｄ_ｎ，ｄ_ｎ−１）を判定し（つまり、最短ユークリッド距離）、差動復号に使用される信頼性情報を生成するためにｍｉｎ（ｄ_ｎ，ｄ_ｎ−１）を使用する。

最短ユークリッド距離ｍｉｎ（ｄ_ｎ，ｄ_ｎ−１）の使用によって、次の信頼度計算において５０％の減少が可能になり、これにより処理時間および複雑性が減る。一般的に、最短ユークリッド距離の使用は、その対応する硬判定に対してより小さなユークリッド距離を用いるシンボルが、正確な絶対位相を用いるシンボルであると想定している。そのような判定を行っても、誤った差動符号化の判定には結びつかない。なぜなら、最終的には、２つのシンボルが最終判定を行うために使用され、差動復号の結果を制御するのは、２つの連続するシンボル間の位相差であり、その１つの絶対位相ではないからである。

各シンボルの軟信頼性情報（つまりシンボル信頼性）は、次に、ｓ_ｎ、ｓ_ｎ−１、ｈ_ｎ、ｈ_ｎ−１、およびｍｉｎ（ｄ_ｎ，ｄ_ｎ−１）に応じて、かつ差動符号化マッピング・ルールに基づいて、シンボル信頼性機能４１０を使用して計算される。差動符号化マッピング・ルールは、用途に対して選択された、差動的に符号化された変調形式に依存している。ＤＣ−ＭＰＳＫ変調形式の差動符号化マッピング・ルール／ルックアップ・テーブルの一例は、以下の表１に示されている。

次に、シンボル信頼性機能４１０によって提供される軟判定信頼性情報は、各ビットに対して軟判定信頼性を作り出す、ビット信頼性機能４１２に提供される。次に、各ビットの信頼性情報は、復号のために軟判定ＦＥＣ復号器機能２１０（図２）に提供される。

一実施形態では、シンボル信頼性機能４１０は、ユークリッド距離、対数尤度比（ＬＬＲ）、または他の手法を使用して、各シンボルｓ１、ｓ２・・・ｓ_ｎの軟信頼性情報を生成することができる。図５は、本開示と整合性のあるシンボル信頼性機能４１０においてＬＬＲによって制限されたシンボル信頼性情報を生成する１つの方法を図解的に示している。図示するように、差動符号化ルールまたはルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）を前提として、第１（ＬＵＴ１）および第２（ＬＵＴ２）のルックアップ・テーブルを確立することができる。第１（ＬＵＴ１）および第２（ＬＵＴ２）のルックアップ・テーブルは、所与のシンボルに関連する位相（Δθ）の変化に対して補足的な値を持っている場合がある。

図示するように、比較器機能４１０の結果に基づいて、ｄ_ｎ＞ｄ_ｎ−１の場合、第１の相関機能５０２は、シンボル信頼性λ（ｈ_１）を提供するために第１のルックアップ・テーブルＬＵＴ１に基づいて、ｓ_ｎとｈ_ｎ−１との間の相関を判定することができる。ｄ_ｎ≦ｄ_ｎ−１の場合、第２の相関機能５０４は、シンボル信頼性λ（ｈ_１）を提供するために第２のルックアップ・テーブルＬＵＴ２に基づいて、ｓ_ｎ−１とｈ_ｎとの間の相関を判定することができる。たとえば、一実施形態では、シンボルＬＬＲは以下のように計算することができる。

一実施形態では、ビット信頼性機能４１２は、ユークリッド距離、対数尤度比（ＬＬＲ）、または他の手法を使用して、シンボル信頼性情報λ（ｈ_１）から各ビットの軟信頼性情報を生成することができる。図６は、本開示と整合性のあるビット信頼性機能４１２のＬＬＲによって制限されるビット信頼性情報を生成する１つの方法を図解的に示している。図６では、ビットｃ_ｊ＝｛０，１｝のＬＬＲは、ｈ_ｉ＝ｃ_０ｃ_１・・・ｃ_ｍ−１として規定された各シンボルｈ_ｉおよびｍ＝ｌｏｇ_２（Ｍ）を用いるシンボルＬＬＲλ（ｈ_ｉ）から計算され、Ｍは、ＤＣ−ＭＰＳＫの変調形式レベルである。一実施形態では、ビットＬＬＲλ（ｃ_ｊ）は、以下のように計算することができる。

ビットＬＬＲＳλ（ｃ_ｊ）は、受信したデータの信用レベルまたは信頼性を表す複数ビットの軟信頼性情報を提供する（たとえば、ビットは、１である可能性が高い、１の可能性がある、ゼロの可能性がある、ゼロの可能性が最も高い）。この軟信頼性情報は、軟判定ＦＥＣ復号器機能２１０に提供することができる。ＦＥＣは、既知の情報がないデータ誤りの検出および修正を促進するために、伝送されたデータ・ストリームに適切な誤り修正コードを挿入することを伴う。誤り修正コードは、データ・ストリームに対してＦＥＣ符号器（たとえば、送信機１０４）で生成される。ＦＥＣ符号化／復号化は、線形および巡回のハミング・コード、巡回的なボーズ・チャウドゥーリー・ホッケンガム（ＢＣＨ）コード、畳み込み（ビタビ）コード（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ（Ｖｉｔｅｒｂｉ）ｃｏｄｅ）、巡回的なゴーレイおよびファイヤ・コード、ならびにターボ畳み込みコード（ＴＣＣ：Ｔｕｒｂｏ ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ ｃｏｄｅ）およびターボ・プロダクト・コード（ＴＰＣ：Ｔｕｒｂｏ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｄｅ）および低濃度パリティ・チェック（ＬＤＰＣ）コードなど、より新しいコードを含むが、これらに限定されない、ＦＥＣ方式により実装することができる。

一般的に、軟判定ＦＥＣ復号器機能２１０は、ビット判定機能２０８から軟信頼性情報データ・ストリームを受信し、ＦＥＣ誤り修正コードを回復し、受信したデータ・ストリームでいかなる誤りも修正するためにそれらを使用し、復号されたデータ・ストリーム１１８−Ｎを提供する。軟判定ＦＥＣの例は、そのすべてが参照により本明細書に完全に組み込まれている、米国特許第７，３９８，４５４号、米国特許出願第２００６／０１３６７９８号、および米国特許出願第１２／１０８，１５５号に、より詳しく開示されている。

付加白色ガウス雑音を用いるＤＣ−ＱＰＳＫ変調形式によりシンボルが符号化される、本開示と整合性のあるシステムおよび方法の一実施形態では、以下に表２および表３にそれぞれ記述するように、シンボル信頼性機能４１０のＬＵＴ１およびＬＵＴ２（図５）を規定することができる。

図５を参照すると、そのような実施形態では、ｄ_ｎ＞ｄ_ｎ−１の場合、λ（ｈ_ｉ）は次のように計算することができる。
ここで、Δθは表２のＬＵＴ１に基づき、ｄ_ｎ≦ｄ_ｎ−１の場合、λ（ｈ_ｉ）は次のように計算することができる。
ここで、Δθは表３のＬＵＴ２に基づき、δ^２は、付加白色ガウス雑音の分散（分布の幅の測定）である。

そのような実施形態のビットＬＬＲＳλ（ｃ_ｊ）は次のように計算することができる。
λ（ｃ_０＝０）＝ｌｏｇ（ｅｘｐ（λ（００））＋ｅｘｐ（λ（０１）））
λ（ｃ_０＝１）＝ｌｏｇ（ｅｘｐ（λ（１０））＋ｅｘｐ（λ（１１））） （５）
λ（ｃ_１＝０）＝ｌｏｇ（ｅｘｐ（λ（００））＋ｅｘｐ（λ（１０）））
λ（ｃ_１＝１）＝ｌｏｇ（ｅｘｐ（λ（０１））＋ｅｘｐ（λ（１１）））

図７は、出力ビット誤り率（ＢＥＲ_ｏｕｔ）に対する入力Ｑ値（Ｑ_ｉｎ）のプロット７０２、７０４を含み、プロット７０６において示す通りの入力ビット誤り率でのＤＣ−ＱＰＳＫ信号を使用し、符号化率０．８１のＬＤＰＣ ＦＥＣコードを使用する、本開示と整合性のあるシミュレーションされたシステムのパフォーマンスを示している。プロット７０４は、ＤＣ−ＱＰＳＫ信号から軟判定信頼性情報を生成するシステムのＢＥＲ_ｏｕｔに対するＱ_ｉｎを示し、本開示と整合性のある軟判定ＦＥＣ復号器に軟信頼性情報を提供する。プロット７０２は、ＤＣ−ＱＰＳＫ信号の硬判定復号のみを実行するシステムのＢＥＲ_ｏｕｔに対するＱ_ｉｎＢＥＲ_ｏｕｔを示している。図示するように、本開示と整合性のあるシステムおよび方法は、硬判定の差異復号検出器と比べて、約１．３ｄＢの改善を達成することができる。

図８は、本開示と整合性のある代表的な方法を示す構成図である。図示する構成図は、特定のステップの順序を含むものとして示され、記述することができる。しかし、ステップの順序は、本明細書に記述した一般的な機能をどのように実装できるかの例を提供するためだけのものであることを理解されるだろう。特に記述しない限り、提示された順序でステップを実行する必要はない。

図８に示すように、本開示と整合性のあるＰＳＫ変調形式により、そこで変調された複数のシンボルを持つ光信号を復号する方法において、シンボルの位相を表す電気出力を生成することができる（８１０）。次に、シンボルの位相を表すシンボル出力は、電気出力から生成することができる（８１２）。シンボルのそれぞれに関係する対応する硬判定出力を提供するために、シンボル出力のそれぞれに関連する硬判定を行うことができる（８１４）。シンボルのそれぞれに関連するシンボル信頼性情報は、シンボルおよびシンボルのそれぞれに関連する硬判定出力に応じて生成することができる（８１６）。次に、光信号で符号化されたデータの各ビットのデータ値の信頼性を示すビット信頼性情報は、シンボル信頼性情報に対応して生成することができる（８１８）。

したがって、軟判定ＦＥＣ復号のために信頼性情報を生成するコヒーレント検出を用いるＰＳＫ変調された光信号を受信するためのシステムおよび方法が提供される。差動復号の前に、受信された差動的に符号化された信号から軟情報を抽出することは、絶対位相コヒーレント検出と同様に実行されるが、サイクルスリップに対して耐性がある。

一実施形態によると、位相偏移キーイング（ＰＳＫ）変調形式により光信号へと変調される複数のシンボルのそれぞれの位相を表す電気出力を受信し、シンボルのそれぞれに関連する対応する硬判定出力を提供するために、シンボルの位相を表すシンボル出力を生成し、シンボル出力のそれぞれに関連する硬判定を行うように構成されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む光信号受信機が提供される。ＤＳＰは、シンボルおよびシンボルに関連する硬判定出力に応じてシンボルのそれぞれに関連するシンボル信頼性情報を生成するためのシンボル信頼性機能と、シンボル信頼性情報に応答して光信号で符号化されたデータの各ビットのデータ値の信頼性を示すビット信頼性情報を生成するためのビット信頼性機能とを含むことができる。

他の実施形態によると、シンボルのそれぞれでデータの複数のビットを符号化する位相偏移キーイング（ＰＳＫ）変調形式により、そこで変調された複数のシンボルを持つ光信号を受信するように構成されたコヒーレント受信機であって、シンボルの位相を表す電気出力を提供するように構成されたコヒーレント受信機と、電気出力を受信し、シンボルの位相を表すシンボル出力を生成するように構成され、シンボルのそれぞれに関連する対応する硬判定出力を提供するために、シンボル出力のそれぞれに関連する硬判定を行うデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）であって、シンボルの第１からシンボルの第１に関連する硬判定の第１への第１のユークリッド距離を判定し、シンボルの第２からシンボルの第２に関連する硬判定の第２への第２のユークリッド距離を判定するようにさらに構成されているＤＳＰとを含む光信号受信機が提供される。ＤＳＰは、第１のユークリッド距離が第２のユークリッド距離を上回る場合に、第１のシンボルと、第１のルックアップ・テーブルに基づいて循環した第２の硬判定との間の相関に応じて、および第１のユークリッド距離が第２のユークリッド距離を下回る場合、第２のシンボルと、第２のルックアップ・テーブルに基づいて循環した第１の硬判定との間の相関に応じて、シンボルのそれぞれに関連するシンボル信頼性情報を生成するためのシンボル信頼性機能と、シンボル信頼性情報に応答して光信号で符号化されたデータのビットのそれぞれのデータ値の信頼性を示すビット信頼性情報を生成するためのビット信頼性機能とを含むことができる。受信機は、また、ビット信頼性情報を受信して、データを表す出力を提供するための軟判定順方向誤り修正（ＦＥＣ）復号器を含むことができる。

他の実施形態によると、ＰＳＫ変調形式により、そこで変調された複数のシンボルを持つ光信号を復号するための方法が提供され、この方法は、シンボルの位相を表す電気出力を生成するステップと、電気出力からのシンボルの位相を表すシンボル出力を生成するステップと、シンボルのそれぞれに関連する対応する硬判定出力を提供するために、シンボル出力のそれぞれに関連する硬判定を行うステップと、シンボルおよびシンボルのそれぞれに関連する硬判定出力に応じて、シンボルのそれぞれに関連するシンボル信頼性情報を生成するステップと、シンボル信頼性情報に応答して光信号で符号化されたデータの各ビットのデータ値の信頼性を示すビット信頼性情報を生成するステップとを含む。

本発明の原理について本明細書に記述されているが、この記述は例示のみを目的とするものであって、本発明の範囲を限定するものではないことを当業者は理解されるであろう。本明細書に示し記述した代表的な実施形態に加えて、他の実施形態は本発明の範囲内にあると考えられる。当業者による変更および置き換えは、本発明の範囲内にあると考えられ、以下に示す特許請求の範囲による場合を除き限定されるものではない。

Claims (15)

1. 位相偏移キーイング（ＰＳＫ）変調形式により光信号へと変調される複数のシンボルのそれぞれの位相を表す電気出力を受信し、前記シンボルのそれぞれに関連する対応する硬判定出力を提供するために、前記シンボルの位相を表すシンボル出力を生成し、前記シンボルのそれぞれに関連する硬判定を行うように構成されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
   を含む光信号受信機であって、
   前記ＤＳＰは、
   前記シンボルおよび前記シンボルに関連する前記硬判定出力に応じて前記シンボルのそれぞれに関連するシンボル信頼性情報を生成するためのシンボル信頼性機能と、
   前記シンボル信頼性情報に応答して前記光信号で符号化されたデータの各ビットのデータ値の信頼性を示すビット信頼性情報を生成するためのビット信頼性機能と
   を含み、
   前記シンボル信頼性機能は、前記シンボルの第１から前記シンボルの第１に関連する前記硬判定の第１への第１のユークリッド距離を判定し、前記シンボルの第２から前記シンボルの第２に関連する前記硬判定の第２への第２のユークリッド距離を判定するように構成され、
   前記シンボル信頼性情報は、前記第１のユークリッド距離が前記第２のユークリッド距離を上回る場合に、前記第１のシンボルと、第１のルックアップ・テーブルに基づいて循環した前記第２の硬判定との間の相関の関数であり、前記第１のユークリッド距離が前記第２のユークリッド距離を下回る場合に、前記第２のシンボルと、第２のルックアップ・テーブルに基づいて循環した前記第１の硬判定との間の相関の関数である光信号受信機。
2. 前記光信号を受信し、前記電気出力を生成するように構成されたコヒーレント受信機をさらに含む、請求項１に記載の光信号受信機。
3. 前記ビット信頼性情報を受信し、前記データを表す出力を提供するための軟判定順方向誤り修正（ＦＥＣ）復号器をさらに含む、請求項１に記載の光信号受信機。
4. 前記シンボル信頼性情報は、前記第１および第２のユークリッド距離の関数である、請求項１に記載の光信号受信機。
5. 前記シンボル信頼性情報は、前記第１および第２のユークリッド距離、前記第１および第２のシンボル、ならびに前記第１および第２の硬判定の関数である、請求項１に記載の光信号受信機。
6. 前記シンボル信頼性情報は、対数尤度比（ＬＬＲ）を使用して生成される、請求項１に記載の光信号受信機。
7. 前記ビット信頼性情報は、対数尤度比（ＬＬＲ）を使用して生成される、請求項１に記載の光信号受信機。
8. 前記シンボルのそれぞれでデータの複数のビットを符号化する位相偏移キーイング（ＰＳＫ）変調形式により、そこで変調された複数のシンボルを持つ光信号を受信するように構成されたコヒーレント受信機であって、前記コヒーレント受信機は、前記シンボルの位相を表す電気出力を提供するように構成されたコヒーレント受信機と、
   前記電気出力を受信し、前記シンボルのそれぞれに関連する対応する硬判定出力を提供するために、シンボルの位相を表すシンボル出力を生成し、前記シンボルのそれぞれに関連する硬判定を行うように構成されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）であって、前記ＤＳＰは、前記シンボルの第１から前記シンボルの前記第１に関連する前記硬判定の第１への第１のユークリッド距離を判定し、前記シンボルの第２から前記シンボルの前記第２に関連する前記硬判定の第２への第２のユークリッド距離を判定するようにさらに構成されたＤＳＰであって、
   前記第１のユークリッド距離が前記第２のユークリッド距離を上回る場合に、前記第１のシンボルと、第１のルックアップ・テーブルに基づいて循環した前記第２の硬判定との間の相関に応じて、および前記第１のユークリッド距離が前記第２のユークリッド距離を下回る場合に、前記第２のシンボルと、第２のルックアップ・テーブルに基づいて循環した前記第１の硬判定との間の相関に応じて、前記シンボルのそれぞれに関連するシンボル信頼性情報を生成するためのシンボル信頼性機能と、
   前記シンボル信頼性情報に応答して前記光信号で符号化されたデータの前記ビットのそれぞれのデータ値の信頼性を示すビット信頼性情報を生成するためのビット信頼性機能と
   を含むＤＳＰと、
   前記ビット信頼性情報を受信し、前記データを表す出力を提供するための軟判定順方向誤り修正（ＦＥＣ）復号器と
   を含む光信号受信機。
9. ＰＳＫ変調形式により、そこで変調された複数のシンボルを持つ光信号を復号するための方法であって、
   前記シンボルの位相を表す電気出力を生成するステップと、
   前記電気出力からシンボルの位相を表すシンボル出力を生成するステップと、
   前記シンボルのそれぞれに関連する対応する硬判定出力を提供するために、前記シンボル出力のそれぞれに関連する硬判定を行うステップと
   前記シンボルおよび前記シンボルのそれぞれに関連する前記硬判定出力に応じて、前記シンボルのそれぞれに関連するシンボル信頼性情報を生成するステップと、
   前記シンボル信頼性情報に応答して前記光信号で符号化されたデータの各ビットのデータ値の信頼性を示すビット信頼性情報を生成するステップと
   を含み、
   前記シンボル信頼性情報の生成は、
   前記シンボルの第１から前記シンボルの第１に関連する前記硬判定の第１への第１のユークリッド距離を判定するステップと、
   前記シンボルの第２から前記シンボルの第２に関連する前記硬判定の第２への第２のユークリッド距離を判定するステップと
   を含み、
   前記シンボル信頼性情報は、前記第１のユークリッド距離が前記第２のユークリッド距離を上回る場合に、前記第１のシンボルと、第１のルックアップ・テーブルに基づいて循環した前記第２の硬判定との間の相関に応じて生成され、前記第１のユークリッド距離が前記第２のユークリッド距離を下回る場合に、前記第２のシンボルと、第２のルックアップ・テーブルに基づいて循環した前記第１の硬判定との間の相関に応じて生成される方法。
10. 前記電気出力は、コヒーレント受信機によって生成される、請求項９に記載の方法。
11. 前記データを表す出力を提供するように構成された軟判定順方向誤り修正（ＦＥＣ）復号器で前記ビット信頼性情報を受信するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記シンボル信頼性情報は、前記第１および第２のユークリッド距離に応じて生成される、請求項９に記載の方法。
13. 前記シンボル信頼性情報は、前記第１および第２のユークリッド距離、前記第１および第２のシンボル、ならびに前記第１および第２の硬判定に応じて生成される、請求項９に記載の方法。
14. 前記シンボル信頼性情報は、対数尤度比（ＬＬＲ）を使用して生成される、請求項９に記載の方法。
15. 前記ビット信頼性情報は、対数尤度比（ＬＬＲ）を使用して生成される、請求項９に記載の方法。