JP6095699B2 - 修正ビット・インターリーブ符号化変調を含むシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本特許出願は、情報の光伝送に関し、より詳細には、修正ビット・インターリーブ符号化変調（modified bit-interleaved coded modulation）を含むシステムおよび方法に関する。

波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムでは、いくつかの異なる光搬送波の波長が、データを用いて別々に変調され、変調された光信号が生成される。変調された光信号は、集合信号（aggregate signal）に組み合わされ、光伝送経路を経由して受信機まで伝送される。受信機は、データを検出して復調する。

光通信システムで用いることができる１つのタイプの変調として、位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）がある。ＰＳＫの様々なバリエーションに従って、光の波長の位相を変調することによりデータが伝送され、光の波長の位相または位相変位が、１または複数ビットをエンコードしているシンボルを表す。例えば、バイナリ位相シフト・キーイング（ＢＰＳＫ）変調方式では、２つの位相を用いて、１シンボル当たり１ビットを表すことができる。直交位相シフト・キーイング（ＱＰＳＫ）変調方式では、４つの位相を用いて、１シンボル当たり２ビットをエンコードすることができる。これ以外の位相シフト・キーイングのフォーマットには、差分位相シフト・キーイング（ＤＰＳＫ）フォーマットと、ゼロ復帰ＤＰＳＫ（ＲＺ−ＤＰＳＫ）および位相分割多重ＱＰＳＫ（ＰＤＭ−ＱＰＳＫ）などの、ＰＳＫおよびＤＰＳＫフォーマットの変形とが含まれる。

複数のデータ・ビットが単一の送信されたシンボル上でエンコードされるＱＰＳＫなどの変調フォーマットは、一般に、マルチレベル変調フォーマットと称することができる。マルチレベル変調技術は、例えば、伝送速度の向上とチャネル間隔の縮小とを可能にするために用いられてきており、それによって、ＷＤＭシステムにおけるそれぞれのチャネルのスペクトル効率（ＳＥ）を向上させる。スペクトル効率が優れたマルチレベル変調フォーマットの１つとして、直交振幅変調（ＱＡＭ）がある。ＱＡＭ信号では、情報は、例えば１シンボル当たり複数ビットをエンコードするために、位相シフト・キーイングと振幅シフト・キーイングとの組み合わせを用いて、変調される。例えば、１シンボル当たり４ビットをエンコードするためには、１６ＱＡＭ変調フォーマットを用いることができる。（例えば、ＢＰＳＫおよびＱＰＳＫなどの）特定のＰＳＫ変調方式が、（例えば、それぞれが２ＱＡＭおよび４ＱＡＭなどの）ＱＡＭのレベルとして、参照されうる。

光通信システムと関連する問題の１つとして、特に光信号が長距離通信システムにおいて長距離にわたり伝送されるときに、通信されるデータの完全性（integrity）を維持することが挙げられる。伝送経路における多くの異なるソースに起因して累積されたノイズが、信号の劣化を生じさせ、データ・ストリームにおける２進数（すなわち、１と０）を区別する際に困難を生じさせることがありうる。

前方誤り訂正（ＦＥＣ）は、この劣化の補償を助けるために用いられる技術である。ＦＥＣとは、本質的に、送信機において、データ・ストリームに適切な符号を組み入れることである。送信機は、データ・ストリームを受け取り、データ・ストリームのバイナリ情報のシーケンスに何らかの冗長性を導入するＦＥＣエンコーダを用いて、データ・ストリームをエンコードする。受信機は、エンコードされたデータを受信し、誤りを検出して訂正するために、受信したデータにＦＥＣデコーダを通過させる。

また、グレイ写像も、検出の向上を達成するために、適用されてきた。グレイ写像とは、重み付けされていない符号を連続したビットの組のそれぞれに割り当て、隣接する符号語が１つのシンボルだけ異なるようにする、すなわち、隣接する符号語のハミング距離が１になるようにする、既知のプロセスである。例えば、４ビットを表すシンボルでデータが伝送される１６ＱＡＭシステムでは、信号の信号空間ダイアグラムは、隣接する信号空間点によって運ばれる４ビットのグレイ符号化されたパターンが１ビットだけ異なるように、グレイ写像を用いて配列される。グレイ写像とＦＥＣとを組み合わせることにより、信号空間ダイアグラムにおける信号空間点が隣接する点の領域の中に変位する原因となる伝送誤りの訂正を容易にすることができる。

データ変調とＦＥＣ符号化とを組み合わせることへのあるアプローチは、ビット・インターリーブ符号化変調（ＢＩＣＭ）として知られている。ＢＩＣＭ方式では、ＦＥＣ符号化がデータ・ストリームに適用され、次に、ＦＥＣ符号化されたデータ・ストリームがビット・インターリーブされる（すなわち、ビットの順序が並び換えられる）。符号化されインターリーブされたデータ・ストリームは、次に、選択されたデータ変調に従い、グレイ写像を用いて、または、グレイ写像を用いることなく、変調される。ＢＩＣＭのパフォーマンスは、ある場合には、デマッパ（ｄｅ−ｍａｐｐｅｒ）とデコーダとの間で情報を交換し、反復的な復号化（ＩＤ）を実行することにより、更に向上させることが可能である。ＩＤ復号化を伴うＢＩＣＭ方式は、ＢＩＣＭ−ＩＤ方式として知られている。

しかし、グレイ写像を伴うＢＩＣＭのパフォーマンスは限定されうる、ということが発見されている。実際に、グレイ写像を伴わないＢＩＣＭ−ＩＤは、一部のＦＥＣ符号に対して、グレイ写像を伴うＢＩＣＭよりもパフォーマンスが優れており、反復的な復号化を用いると、誤りの確率を消滅させることができる。しかし、それ以外のＦＥＣ符号については、グレイ写像を伴わないＢＩＣＭ−ＩＤは、グレイ写像を伴うＢＩＣＭよりも依然としてパフォーマンスが優れているが、パフォーマンスの向上は反復的な復号化と共に縮小し、本質的に誤りのない復号化は達成されない。

ここで、本発明を、以下の添付の図面を参照して例示することにより、説明する。

本開示によるシステムのある例示的な実施形態のブロック図である。 本開示による送信機のある例示的な実施形態のブロック図である。 本開示によるグレイ写像を用いた１６ＱＡＭ信号の例示的な実施形態の信号空間ダイアグラムである。 本開示による受信機のある例示的な実施形態のブロック図である。 本開示によるＭＡＰ ＳＩＳＯデコーダを含むデマッパのパフォーマンスを図解する、Ｑの入力および出力とビット当たりのＳＮＲとの関係を示すプロットである。 本開示による例示的な修正ＢＩＣＭ−ＩＤ方式のパフォーマンスを図解する、ＢＥＲとＭＡＰ出力Ｑとの関係を示すプロットである。 本開示による例示的な修正ＢＩＣＭ−ＩＤ方式のパフォーマンスを図解する、ＢＥＲとビット当たりのＳＮＲとの関係を示すプロットである。 本開示による方法のある例を図解しているフローチャートである。

一般に、本開示によるシステムは、修正ＢＩＣＭ−ＩＤ方式を実装する。この方式では、符号化されインターリーブされたビットが組み合わされ、第２のＦＥＣ符号を用いて符号化され、変調フォーマットに写像（ｍａｐ）される。ある特に効果的な実施形態では、第２のＦＥＣ符号が単一パリティ検査（ＳＰＣ）であり、この方式は、ＳＰＣ−ＢＩＣＭ−ＩＤと称されうる。そのような実施形態では、入来データ・ストリームが複数のデータ・ストリームにデマルチプレクスされ、デマルチプレクスされたデータ・ストリームは、それぞれが、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）のＦＥＣ符号を用いて符号化され、ビット・インターリーブされている。符号化されビット・インターリーブされたＬＤＰＣデータは、次に、単一パリティ検査（ＳＰＣ）を用いて組み合わされ、次いで符号化され、１つまたは複数のＱＡＭシンボルにグレイ写像される。受信機において反復的なデコード動作が実行されることで、連続的な反復を向上させるビット・エラー・レート（ＢＥＲ）パフォーマンスが達成されうる。

ここで用いられている「ＦＥＣ符号」とは、１または複数ビット（符号と関連するオーバヘッド）がデータの誤りの検出および訂正を助けるためにデータ・ストリームに追加される方式を意味する。ここで用いられている「グレイ・マップ」または「グレイ・マッピング」とは、既知のグレイ写像方式を意味する。この方式によると、ある符号が、連続するビットの組のそれぞれに割り当てられ、隣接する符号語は１つのシンボルだけ異なり、データ・ストリームに追加的なビットを追加することは含まれない（すなわち、グレイ写像はオーバヘッドを有していない）。ここで用いられる「結合された」という用語は、あるシステム要素によって搬送される信号がその「結合された」要素に、それを介して与えられるような、任意の接続、結合、リンクなどを意味する。そのような「結合された」デバイス、または、信号およびデバイスは、必ずしも相互に直接的に接続されていることはなく、そのような信号を操作または修正する可能性がある中間的なコンポーネントまたはデバイスによって、分離されている場合がありうる。

図１は、本開示によるＷＤＮ伝送システム１００のある例示的な実施形態の簡略化されたブロック図である。この伝送システムは、光情報経路１０２を経由して、送信端末１０４から１つまたは複数の遠隔地に配置された受信端末１０６まで、複数の光チャネルを伝送するように機能する。例示的なシステム１００は、送信機から、５，０００ｋｍまたは更に遠くの距離にある受信機まで、チャネルを伝送するように構成された長距離海中システムである場合もありうる。この例示的な実施形態は光システムのコンテキストで説明されており、長距離ＷＤＭ光システムとの関係で有用であるが、ここで論じられている広い概念は、他のタイプの信号を送受信する他の通信システムにおいて実装することも可能である。

説明を容易にするためにシステム１００が極めて簡略化されたポイント・ツー・ポイント・システムとして示されていることは、当業者であれば認識するであろう。例えば、送信端末１０４と受信端末１０６とを共にトランシーバとして構成することにより、それぞれが送信および受信の両方の機能を実行するようにすることはもちろん可能である。しかし、説明を容易にするため、これらの端末は、ここでは、単に送信または受信の一方の機能に関してだけ示され、説明される。本開示によるシステムおよび方法は、広範囲の様々なネットワーク・コンポーネントおよび構成に組み入れることが可能であることが理解されよう。ここで図解されている例示的な実施形態は、単に説明の方法として提供されているのであって、限定の方法として提供されているのではない。

図解されている例示的な実施形態では、複数の送信機ＴＸ１、ＴＸ２、・・・、ＴＸＮのそれぞれが、関連する入力ポート１０８−１、１０８−２、・・・、１０８−Ｎにおいてデータ信号を受け取り、関連する波長Ｘ_１、Ｘ_２、・・・、Ｘでデータ信号を送信する。送信機ＴＸ１、ＴＸ２、・・・、ＴＸＮの１つまたは複数を、本開示による修正ＢＩＣＭ−ＩＤ方式を用い、関連する波長においてデータを変調するように、構成することができる。これらの送信機は、もちろん、説明を容易にするために、極めて簡略化された形式で示されている。それぞれの送信機はその関連する波長において所望の振幅と変調とを伴ってデータ信号を送信するように構成された電気的および光学的コンポーネントを含みうることを、当業者であれば認識するであろう。

送信される波長またはチャネルは、それぞれが、複数の経路１１０−１、１１０−２、・・・、１１０−Ｎ上を搬送される。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、光経路１０２で、集合信号に組み入れられる。光情報経路１０２は、光ファイバ導波管と、光増幅器と、光フィルタと、分散補償モジュールと、それ以外の能動および受動コンポーネントとを含みうる。

集合信号は、１つまたは複数の遠隔地にある受信端末１０６において、受け取られうる。デマルチプレクサ１１４が、波長Ｘ１、Ｘ２、・・・、ＸＮ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の上に分離する。受信機ＲＸ１、ＲＸ２、・・・、ＲＸＮの１つまたは複数を、本開示による修正ＢＩＣＭ−ＩＤ方式と関連する反復的なデコード動作を用いて伝送された信号を復調し、関連する出力経路１１８−１、１１８−２、・・・、１１８−Ｎの上に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、本開示によるある例示的な送信機２００の簡略化されたブロック図である。図解されている例示的な実施形態２００は、デマルチプレクサ２０２と、複数の第１のＦＥＣ符号エンコーダ２０４−１、２０４−２、・・・、２０４−ｋと、インターリーバ２０６と、第２のＦＥＣエンコーダ２０８と、グレイ・マッパ２１０と、連続波レーザ２１４の出力を変調して搬送波の波長ＸＮの上に符号化され変調された出力を提供する変調器２１２とを含む。

デマルチプレクサ２０２は、シリアルな入力データ・ストリーム１１８−Ｎを受け取り、その入力データ・ストリーム１１８−Ｎをｋ個の別々のパラレルなデータ・ストリームにデマルチプレクスするという既知の構成をとりうる。すなわち、すべてのキル・ビットは、デマルチプレクサ２０２によって、ｋ番目のデータ経路２０３−１、２０３−２、・・・、２０３−ｋの上に分離される。ｋ個のデータ・ストリームのそれぞれは、第１のＦＥＣ符号エンコーダ２０４−１、２０４−２、・・・、２０４−ｋの関連する１つに結合される。第１のＦＥＣ符号エンコーダ２０４−１、２０４−２、・・・、２０４−ｋは、それぞれを、関連する第１のＦＥＣ符号を用いて、受け取ったデータ・ストリームをエンコードするように構成することができる。

多くのＦＥＣ符号が知られているが、それぞれ、符号がどのようにして生成され結果的にどのようなパフォーマンスを示すかに関係して、異なる性質を備えている。既知である誤り訂正符号の例には、線形および巡回ハミング符号と、巡回Ｂｏｓｅ−Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ−Ｈｏｃｑｕｅｎｇｈｅｍ（ＢＣＨ）符号と、たたみ込み（ビタビ）符号と、巡回ゴーレイおよびファイア符号、ターボたたみ込みおよび積符号（ＴＣＣ、ＴＰＣ）と、低密度パリティ検査符号（ＬＤＰＣ）とが含まれる。第１のＦＥＣ符号エンコーダ２０４−１、２０４−２、・・・、２０４−ｋと、対応するデコーダ４０８−１、４０８−２、・・・、４０８−ｋとにおいて様々な誤り訂正符号を実装するためのハードウエアおよびソフトウエアの構成（図４）は、当業者にとって既知である。

第１のＦＥＣ符号エンコーダ２０４−１、２０４−２、・・・、２０４−ｋのそれぞれのエンコードされた出力は、インターリーバ２０６に結合される。様々なインターリーバの構成が知られている。図解されている実施形態では、インターリーバ２０６は、第１のＦＥＣエンコーダ２０４−１、２０４−２、・・・、２０４−ｋからｋ個の出力符号語を受け取り、第２のＦＥＣ符号エンコーダ２０８に、インターリーブされたｋビットのシリアル出力を提供する。図解されている実施形態では、インターリーバ２０６は第１のＦＥＣ符号エンコーダ２０４−１、２０４−２、・・・、２０４−ｋから出力されるｋビットをインターリーブするのであるが、当業者であれば、本開示によるシステムにおいて、他のインターリーブ動作の構成を実装できることを認識するであろう。例えば、別の実施形態では、インターリーバ２０６を、第１のＦＥＣエンコーダ２０４−１、２０４−２、・・・、２０４−ｋの出力を個別的にインターリーブして、第１のＦＥＣエンコーダ２０４−１、２０４−２、・・・、２０４−ｋのインターリーブされた出力のそれぞれからの１ビットに対して、ｋビットのシリアルな出力を提供するように構成することができる。

第２のＦＥＣ符号エンコーダ２０８は、インターリーバ２０６から、エンコードされインターリーブされた出力を受け取り、それぞれのｋビットを、第２のＦＥＣ符号を用いてエンコードする。第２のＦＥＣ符号は、任意の既知のＦＥＣ符号でかまわない。本開示による修正ＢＩＣＭ−ＩＤ方式において特に有用なＦＥＣ符号の１つとして、既知の単一パリティ検査（ＳＰＣ）符号がある。ＳＰＣ符号は、１つのパリティ・ビットを、それぞれのｋデータ・ビットに加える。パリティ・ビットは、関連するｋデータ・ビットのパリティ（ビット・ストリームにおいてそれが奇数であるか又は偶数であるか）を示している。第２のＦＥＣ符号がＳＰＣ符号である本開示による修正ＢＩＣＭ−ＩＤ方式は、ＳＰＣ−ＢＩＣＭ−ＩＤ方式と称されることがある。

ＳＰＣ符号は、ｋｌ（ｋ＋１）という符号レートを有する。例えば、ｋ＝７のとき、ＳＰＣ符号は、１４％のオーバヘッドを有する。２３％のオーバヘッドだけを有するＢＩＣＭまたはＢＩＣＭ−ＩＤを用いるシステムと同じ全体的なオーバヘッドを維持するためには、本開示によるＳＰＣ−ＢＩＣＭ−ＩＤ方式のための第１のＦＥＣ符号のオーバヘッドは、８．９５％を超えることはない。しかし、第１のＦＥＣ符号のオーバヘッドにおけるこの減少が、パフォーマンスに対して、否定的な影響を及ぼすことはない。符号のパフォーマンスは、ＦＥＣのスレショルド（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）によって特徴付けることが可能である。なお、ＦＥＣのスレショルドは、ＦＥＣデコーダの出力のビット・エラー率が例えば１０^４５という予め定められた値よりも小さくなるようなＦＥＣデコーダの入力におけるＱ値として、定義することができる。本開示によるシステムは、例えば反復の後で、第２のＦＥＣ符号を有しておらず第１のＦＥＣ符号におけるオーバヘッドがより高いようにシステムによって達成されるＦＥＣスレショルドよりも低いＦＥＣスレショルドを生じさせることができる。

第２のＦＥＣ符号エンコーダ２０８の出力は、既知のグレイ・マッパ２１０に結合されうる。グレイ・マッパ２１０は、グレイ写像を用いて、データ・ビット（関連するパリティ検査ビットを伴う、ｋデータ・ビット）のそれぞれのｋ＋１を符号化するように構成することができる。グレイ写像されたｋ＋１ビットは、既知の変調器２１２を用いて、連続波レーザ２１４の光搬送波波長の上に変調することができる。エンコードされ写像され変調された変調器の出力は、ＷＤＭシステムにおけるマルチプレクサ１１２（図１）に結合することができる。

変調器２１２は、グレイ・マッパ２１０の出力を、いずれかの既知の変調方法を用いて、搬送波の波長上に変調することができる。本開示によるある実施形態では、変調器は、グレイ写像されたビットのすべてのｋ＋１を、１つまたは複数のＱＡＭシンボルの中に変調することができる。例えば、グレイ写像されたビットのすべてのｋ＋１は、１つの２^ｋ＋１ＱＡＭシンボルまたは２つの２^{（ｋ＋１）／２}ＱＡＭシンボルのいずれかの中に変調されうる。図３は、例えば、１６５ＱＡＭ信号の信号空間ダイアグラム３０２を図解しており、これは、グレイ写像を用いて、第２のＦＥＣエンコーダ２０８から関連する信号空間点へ、それぞれの４ビットを写像したものを図解している。

ＷＤＭシステム１００では、変調器２１２の光出力は、マルチプレクサ１１２に結合されて、光情報チャネル１０２を経由して伝送するため、集合信号の中に、他の送信機の光出力と多重化されうる。受信端末におけるデマルチプレクサ１１４は、集合信号をデマルチプレクスし、デマチプレクスされた光信号は、関連する受信機に結合されうる。受信機は、光信号を復調しデコードして、関連するデータ・ストリーム１１８−Ｎを再生するように構成されている。

図４は、本開示によるある例示的な受信機４００の簡略化されたブロック図である。図解されている例示的な実施形態４００は、検出器４０２と、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４と、デインターリーバ４０６と、複数の第１のＦＥＣ符号デコーダ４０８−１、４０８−２、・・・、４０８−ｋと、マルチプレクサ４１０と、インターリーバ４１１とを含む。

検出器４０２は、搬送波の波長λ_Ｎの上に変調されている光信号を受け取り、その光信号をデジタル電気信号に変換するように構成されうる。ある実施形態では、例えば、検出器４０２は、既知であるコヒーレント受信機構成として、例えば、偏光ダイバーシティ・コヒーレント受信機と、デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路とを提供することができる。ＤＳＰ回路は、このコヒーレント受信機の出力を処理して、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４へのデジタル出力信号を提供することができ、それが、送信機においてグレイ・マッパ２１０の出力信号を再生する。

デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４は、検出器４０２の出力を受け取ることができ、第２のＦＥＣ符号を用いて、データを逆写像し、送信機において生じた変調フォーマットに戻す。示されているように、逆写像は、受信機の出力すなわち図解されている実施形態におけるマルチプレクサ４１０の出力からのアプリオリ（ａ ｐｒｉｏｒｉ）の対数尤度比（ＬＬＲ）フィードバックに応答して、反復的に実行される。デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４は、データ経路２０５の上に逆写像されたデータを提供し、送信機におけるインターリーバ２０６の出力を再生させる。デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４の出力は、デインターリーバ４０６に結合され、このデインターリーバ４０６が、送信機における関連するインターリーバ２０６によって実行されたビット・インターリーブ動作を反転させ、第１のＦＥＣ符号デコーダ４０８−１、４０８−２、・・・、４０８−ｋに、ｋ個の関連する出力を提供する。更に、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４は、外部ＬＬＲ情報を確立し、その外部ＬＬＲ情報を、第１のＦＥＣ符号デコーダ４０８−１、４０８−２、・・・、４０８−ｋが自らへの入力をデコードする際にアプリオリなＬＬＲ情報として用いるために、第１のＦＥＣ符号デコーダ４０８−１、４０８−２、・・・、４０８−ｋに、転送する。

第１のＦＥＣ符号デコーダ４０８−１、４０８−２、・・・、４０８−ｋは、それぞれを、受け取ったデータ・ストリームを、第１のＦＥＣ符号とデマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４から受け取った外部ＬＬＲ情報とを用いて、デコードするように構成することができる。第１のＦＥＣ符号デコーダ４０８−１、４０８−２、・・・、４０８−ｋのそれぞれのｋ個のデコードされた出力は、既知のマルチプレクサ４１０に結合される。マルチプレクサ４１０は、ｋ個の逆写像され、デインターリーブされ、且つデコードされたビット・ストリーム４０９−１、４０９−２、・・・、４０９−ｋを多重化して、受信機のシリアルなデジタル出力１１８−Ｎを生成する。

出力１１８−Ｎは、インターリーバ４１１を経由して、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４にフィードバックされ、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４が自らへの入力をデコードするときに用いられるアプリオリなＬＬＲ情報を提供する。インターリーバ４１１は、本質的に、デインターリーバ４０６によって実行されるデインターリーブ動作を反転する。

本開示による修正ＢＩＣＭ−ＩＤ方式は、様々な構成で提供することが可能であることを、当業者であれば認識するであろう。本開示によるある実施形態では、第１のＦＥＣ符号は７％のオーバヘッドＬＤＰＣ符号であり、第２のＦＥＣ符号はＳＰＣ符号であり、データ変調はＱＡＭフォーマットを用いて実行されうる。その実施形態では、データ・ストリームの数ｋが７である場合には、符号化されインターリーブされた情報である７ビットと、パリティ・ビットである１ビットとが、第２のＦＥＣ符号エンコーダ２０８の出力においてグループ化され、８ビットのベクトルＣ＝（Ｃ（０），Ｃ（１），・・・，Ｃ（７））になる。ベクトルＣは、グレイ・マッパ２１０によるグレイ写像により、２つの１６ＱＡＭシンボルｓ（１）およびｓ（２）に符号化され、これらは、変調器２１２によって、光搬送波λ_Ｎの上に変調される。１６ＱＡＭシンボルは、２^ｋ個の対が存在しうる。

受信機では、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４が、受信した１対のシンボルｒ１およびｒ２と、受信機の出力からの対応する次の（１）に示すアプリオリ・ビットＬＬＲとを、処理する。
ｉ＝０からｋについて、Ｌ_ａ（Ｃ（ｉ））＝ｌｏｇ（Ｐ（Ｃ（ｉ）＝０））−ｌｏｇ（Ｐ（Ｃ（ｉ）＝１））・・・（１）
そして、外部ＬＬＲが、次のように計算される。

ここで、Ｃ_０およびＣ_１は、８ビットのベクトルを表し、ｉ∈｛０，１，０・・・，ｋ−１｝であるｉの位置のビット値はそれぞれ０または１であり、ｊ＝０，１，・・・，ｋであるｊに対して、Ｃ_{ｂ∈｛１，０｝}（ｊ）∈｛０，１｝である。１ビット当たりの与えられた信号対雑音比（ＳＮＲ）に対して、ノイズσ^２の分散が計算され、２つのシンボルの対数尤度は次のように計算される。

次に、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４からの外部ＬＬＲ情報は、第１のＦＥＣ符号デコーダ４０８−１、４０８−２、・・・、４０８−ｋに転送され、デコード動作を行う目的で必要とされるアプリオリな情報として、用いられる。

Ｃ（ｉ）のビット値に関する判断が、Ｌ_ｅ（Ｃ（ｉ））に従って４０４でなされる場合には、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４は、２シンボルの最大アポステリオリ（ａ ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ）（ＭＡＰ）の検出器を含むと称されうる。図５には、Ｃ（ｉ）に関するアプリオリな情報がまだ入手できないデコード動作の第１の反復において、ｉ∈｛０，１，・・・，ｋ｝に対してＬａ（Ｃ（ｉ））＝０であるときの異なるＳＮＲでの、２つのシンボルのＭＡＰソフト入力ソフト出力（ＳＩＳＯ）デコーダによるＱの改善を示すプロット５０２、５０４が含まれている。プロット５０２は、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４の出力におけるＳＮＲ／ビットとＱ値との関係に関するプロットであり、プロット５０４は、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４の入力におけるＳＮＲ／ビットとＱ値との関係に関するプロットである。Ｃ（ｉ）に関するアプリオリな情報が受信機の出力からまだ入手可能でない第１の反復では、上述した方程式（２）は、次のようになる。
Ｌ_ａ（Ｃ（ｉ））＝ｍａｘ（ｌｏｇ（Ｐ（ｒ_１，ｒ_２｜Ｃ_０）））−ｍａｘ（ｌｏｇ（Ｐ（ｒ_１，ｒ_２｜Ｃ_１）））・・・（４）
この第１の反復では、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４のＭＡＰ検出器は、受け取った１対のシンボル（ｒ_１，ｒ_２）からの最小のユークリッド距離を有する１対のシンボルを選択して、ｋ情報ビットに復調する。

再び図３を参照すると、Ｃの中で１に等しいビットの総数は（ＳＰＣ符号のパリティ・ビットによって示されているように）奇数であるという制約を追加することによって、ｓ（１）が図３においてＡのラベルが付されている状態にある場合には、ｓ（２）は図３においてＢのラベルが付されている状態の１つだけにあるということを、われわれは理解することができる。例えば、ｓ（１）＝１１１１である場合には、ｓ（２）は、｛００１０，１１１０，０１１１，１０１１，０００１，１１０１，０１００，１０００｝という可能性がある値の内の１つだけをとることができる。そして、その値は、

という最小のユークリッド距離を有している。これは、ｓ（２）が最小のユークリッド距離がｄ_ｍｉｍである１６個の可能性のある状態の内のいずれかでありうる、制約のない場合と対照的である。

この実施形態では、デマッパの２シンボルのＭＡＰデコーダと第２のＦＥＣデコーダ４０４とは、パリティ・ビットが不変であるために、偶数のビット・エラーをデコードできない。しかし、この例ではＬＤＰＣデコーダとして構成されている第１のＦＥＣ符号デコーダ４０８−１、４０８−２、・・・、４０８−ｋは、はるかに長い相関長を有しており、同じ８ビットのベクトルからのビット・エラーは並び換えられて、ｋ個のＬＤＰＣデコーダの間に配分される。また、第１の反復の後での、ＬＤＰＣデコーダから、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４におけるＭＡＰデコーダへのアプリオリなＬＬＲフィードバックは、ＭＡＰ検出器を改善するのに役立ち、従って、デマッパおよび第２のＦＥＣデコーダ４０４におけるＭＡＰ検出器からＬＤＰＣデコーダに送られる外部的なＬＬＲの信頼性を向上させる。

第１のＦＥＣ符号として７％のＬＤＰＣ符号を用いる上述したＳＰＣ−ＢＩＣＭ−ＩＤの実施形態のパフォーマンスが、図６および７と共に図解されている。図６には、受信機の出力におけるビット・エラー・レート（ＢＥＲ）である測定されたプロット６０２、６０４、６０６、６０８および６１０が、（ＬＤＰＣデコーダの入力に結合されている）ＭＡＰデコーダの出力におけるＱ（ｄＢ）との関係で含まれている。それぞれのプロット６０２、６０４、６０６、６０８および６１０は、受信機におけるデコード動作の異なる反復と関連している。図解されているプロットは、本開示による修正ＢＩＣＭ−ＩＤ方式によると、反復的なデコード動作およびデマッピング動作により、改善されたＦＥＣスレショルドが得られることを示している。プロット６０２に図解されている第１の反復では、７％のオーバヘッドのＬＤＰＣデコーダは、約７．８ｄＢのスレショルドを有する。プロット６１０に図解されている第５の反復の後では、ＦＥＣスレショルドは、デコーダ入力（ＭＡＰ出力）における６．５ｄＢまで低下する。

図７には、受信機の出力におけるビット・エラー・レート（ＢＥＲ）である測定されたプロット７０２、７０４、７０６、７０８および７１０が、受信機の入力におけるＳＮＲ／ビット（ｄＢ）との関係で含まれている。それぞれのプロット７０２、７０４、７０６、７０８および７１０は、受信機におけるデコード動作の異なる反復と関連している。比較してみると、プロット７１２は、２３％のオーバヘッドとグレイ写像による１６ＱＡＭとを有するＬＤＰＣのＦＥＣ符号を用いる従来型のＢＩＣＭ方式と関連している。図解されているプロットは、本開示による修正ＢＩＣＭ−ＩＤ方式によると、従来型のＢＩＣＭ方式と比較して、改善されたＦＥＣスレショルドが生成されることを示している。プロット７１２によって図解されているように、従来型のＢＩＣＭ方式の場合のＦＥＣスレショルドは７ｄＢを超えている。プロット７０２に図解されている第１の反復では、本開示によるＳＰＣ−ＢＩＣＭ−ＩＤ方式のスレショルドは７ｄＢよりも下にあり、ＦＥＣスレショルドは、プロット７１０に図解されている第５の反復の後のあたりでは、６．５ｄＢより低い値まで低下する。

図８は、本開示による方法８００を図解するフローチャートである。動作８０２は、第１の前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号を用いて複数のデータ・ストリームのそれぞれをエンコードして、複数の第１のＦＥＣ符号でエンコードされたデータ・ストリームを提供するステップを含む。第１のＦＥＣ符号でエンコードされたデータ・ストリームは、インターリーブされ（８０４）、少なくとも１つのインターリーブされた出力を提供する。インターリーブされた出力は、第２のＦＥＣ符号を用いてエンコードされ（８０６）、第２のＦＥＣ符号でエンコードされたデータ・ストリームが提供される。光信号が変調され（８０８）、第２のＦＥＣ符号でエンコードされたデータ・ストリームを表す変調された出力信号が提供される。

図８はある実施形態による様々な動作を図解しているが、他の実施形態では図８に示されているすべての動作が必ずしも必要ではない、ということを理解すべきである。実際には、本開示の他の実施形態では、図８に示されている動作および／またはここに記載されている他の動作を、どの図面にも特に示されていないが依然として本開示と整合的な態様で組み合わせることが可能である、ということが、ここで十分に考慮されている。従って、ある図面において厳密には示されていない特徴および／または動作に関する請求項は、本開示の範囲およびコンテキストに属するものであると見なされる。

本開示のある態様によると、システムが提供される。このシステムは、関連する入力信号を第１のＦＥＣ符号を用いてエンコードし、関連する第１のＦＥＣ符号でエンコードされた出力を提供するようにそれぞれが構成されている、複数の第１の前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号エンコーダと、複数の第１のＦＥＣ符号エンコーダの少なくとも１つに結合されており、複数の第１のＦＥＣ符号エンコーダの少なくとも１つの関連する第１のＦＥＣ符号でエンコードされた出力の少なくとも一部を含むインターリーブされた出力を提供するように構成されている、インターリーバと、インターリーバに結合されており、インターリーブされた出力を第２のＦＥＣコードを用いてエンコードし、第２のＦＥＣ符号でエンコードされた出力を提供するように構成されている、第２のＦＥＣ符号エンコーダと、第２のＦＥＣ符号エンコーダに結合されており、第２のＦＥＣ符号でエンコードされた出力に応答して光信号を変調して、変調された出力信号を提供するように構成されている、変調器と、を含む。

本開示の別の態様によると、光信号受信機が提供される。この光信号受信機は、第１および第２のＦＥＣ符号を用いてエンコードされインターリーブされた信号を受け取り、第２のＦＥＣ符号を用いて信号をデコードして、第２のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号を提供するように構成されている、第２の前方誤り訂正（ＦＥＣ）デコーダと、第２のＦＥＣデコーダに結合されており、第２のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号に応答して複数のデインターリーブされた出力を提供するように構成されている、デインターリーバと、デインターリーブされた出力の内の関連する１つを受け取り、関連する第１のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号を提供するようにそれぞれが構成されている、複数の第１のＦＥＣ符号デコーダと、を含む。

本開示の別の態様によると、方法が提供される。この方法は、第１の前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号を用いて複数のデータ・ストリームのそれぞれをエンコードして、複数の第１のＦＥＣ符号でエンコードされたデータ・ストリームを提供するステップと、第１のＦＥＣ符号でエンコードされたデータ・ストリームをインターリーブして、少なくとも１つのインターリーブされた出力を提供するステップと、インターリーブされた出力を第２のＦＥＣ符号を用いてエンコードして、第２のＦＥＣ符号でエンコードされたデータ・ストリームを提供するステップと、光信号を変調して、第２のＦＥＣ符号でエンコードされたデータ・ストリームを表す変調された出力信号を提供するステップと、を含む。

本出願に記載されている方法の実施形態は、プロセッサおよび／または他のプログラマブル・デバイスを用いて、実装することができる。その目的のために、本出願に記載されている方法は、１つまたは複数のプロセッサによって実行されるとこの方法を実行する命令がその上に記憶された有形的なコンピュータ可読記憶媒体において、実装されうる。よって、例えば、送信機および／または受信機は、本出願に記載されている動作を実行する命令が（例えば、ファームウエアまたはソフトウエアとして）記憶された記憶媒体（図示せず）を含みうる。この記憶媒体には、任意のタイプの有形的な媒体を含まれうる。任意のタイプの有形的な媒体とは、例えば、フロッピ・ディスク（登録商標）、光ディスク、コンパクト・ディスク（登録商標）リード・オンリ・メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクト・ディスク・リライタブル（ＣＤ−ＲＷ）、および磁気光ディスクを含む、任意のタイプのディスクである。また、任意のタイプの有形的な媒体には、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、ダイナミックおよびスタティックＲＡＭなどのランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、消去可能なプログラマブル・リード・オンリ・メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブル・リード・オンリ・メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ、磁気または光カードなどの半導体デバイスも含まれる。更に、電子的な命令を記憶するのに適した任意のタイプの媒体も含まれる。

本出願におけるどのブロック図も、本開示の原理を具体化する例示的な回路の概念図を表していることは、当業者であれば理解するはずである。同様に、どのフローチャート、フローダイアグラム、状態遷移図、擬似コードなども、実質的にコンピュータ可読媒体において表現され、コンピュータまたはプロセッサが明示的に示されているかどうかとは関係なく、コンピュータまたはプロセッサによってそのように実行される様々なプロセスを表していることが理解されよう。ソフトウエア・モジュールは、または、単に、ソフトウエアであることが含意されているモジュールは、本出願では、プロセス・ステップおよび／もしくはテキストとしての記載の実行を示すフローチャート要素またはそれ以外の要素の任意の組み合わせとして、表すことができる。そのようなモジュールは、明示的にまたは非明示的に示されているハードウエアによる実行が可能である。

任意の機能ブロックを含めて、図面に示されている様々な要素の機能は、適切なソフトウエアと関連してソフトウエアを実行することができるハードウエアだけではなく、専用のハードウエアの使用を通じて提供される場合もある。プロセッサによって提供されるときには、これらの機能は、単独の専用プロセッサ、単独の共用プロセッサ、または、その中のいくつかが共用される場合もありうる複数の個別のプロセッサによって、提供することができる。更に、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウエアを実行することができるハードウエアだけを排他的に指すように解釈されるべきではなく、限定を意味しないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウエア、ネットワーク・プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウエアを記憶するリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性ストレージも、明示的にではないが、含みうる。従来型および／またはカスタムなど、それ以外のハードウエアもまた含まれうる。

本出願におけるいずれかの実施形態で用いられている「回路」とは、例えば、単独でまたはいずれかの組み合わせとして、ハードワイヤード回路、プログラマブル回路、ステートマシン回路、および／またはプログラマブル回路によって実行される命令を記憶するファームウエアを含みうる。少なくとも１つの実施形態では、送信機および受信機は、１つまたは複数の集積回路を含みうる。「集積回路」とは、例えば、限定を意味しないが半導体集積回路チップなどの、デジタル、アナログもしくは混合信号半導体デバイス、および／またはマイクロエレクトロニクス・デバイスでありうる。

Claims (12)

1. それぞれ（２０４）が、関連する入力信号を第１のＦＥＣ符号を用いてエンコードし、関連する第１のＦＥＣ符号でエンコードされた出力を提供するように構成されている、複数の第１の前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号エンコーダ（２０４−１、・・・、２０４−ｋ）と、
   前記複数の第１のＦＥＣ符号エンコーダの少なくとも１つ（２０４）に結合されており、前記複数の第１のＦＥＣ符号エンコーダ（２０４−１、・・・、２０４−ｋ）の前記少なくとも１つの前記関連する第１のＦＥＣ符号でエンコードされた出力の少なくとも一部を含むインターリーブされた出力を提供するように構成されている、インターリーバ（２０６）と、
   前記インターリーバ（２０６、４１１）に結合されており、前記インターリーブされた（８０４）出力を第２のＦＥＣコードを用いてエンコードし、第２のＦＥＣ符号でエンコードされた出力を提供するように構成されている、第２のＦＥＣ符号エンコーダ（２０８）と、
   前記第２のＦＥＣ符号エンコーダ（２０８）に結合されており、前記第２のＦＥＣ符号でエンコードされた出力に応答して光信号を変調して、変調された出力信号を提供するように構成されている、変調器（２１２）と、
   前記変調された出力信号を表す信号を受け取り、前記第２のＦＥＣ符号を用いて前記信号をデコードして、第２のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号を提供するように構成された第２のＦＥＣ符号デコーダ（４０４）と、
   前記第２のＦＥＣ符号デコーダ（４０４）に結合されており、前記第２のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号に応答して複数のデインターリーブされた出力を提供するように構成されたデインターリーバ（４０６）と、
   前記デインターリーブされた出力の関連する１つを受け取り、関連する第１のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号を提供するようにそれぞれが構成されている、複数の第１のＦＥＣ符号デコーダ（４０８−１、・・・、４０８−ｋ）と、
   前記第１のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号のそれぞれを受け取り、前記第１のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号をシリアルな出力データ・ストリームに多重化するように構成されたマルチプレクサ（４１０）と、
   前記出力データ・ストリームをインターリーブして、前記第２のＦＥＣ符号デコーダ（４０４）にフィードバックを提供するように構成されたインターリーバ（４１１）と、
   を備える、システム。
2. 前記第２のＦＥＣ符号が単一パリティ検査（ＳＰＣ）符号を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１のＦＥＣ符号が低密度パリティ検査符号（ＬＤＰＣ）を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記変調された出力信号が直交振幅変調（ＱＡＭ）フォーマットを有する、請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１のＦＥＣ符号が低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号を含み、前記第２のＦＥＣ符号が単一パリティ検査（ＳＰＣ）符号を含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記第２のＦＥＣ符号エンコーダ（２０８）に結合されており、前記第２のＦＥＣ符号でエンコードされた出力をグレイ符号を用いて写像するように構成されているグレイ・マッパ（２１０）を更に備える、請求項１に記載のシステム。
7. シリアルな入力データ・ストリームを受け取り、前記シリアルな入力データ・ストリームを複数のデマルチプレクスされたデータ・ストリームにデマルチプレクスするように構成されたデマルチプレクサ（２０２）を更に備え、前記デマルチプレクスされたデータ・ストリームのそれぞれは、前記関連する入力信号として、前記第１のＦＥＣ符号エンコーダ（２０４−１、・・・、２０４ｋ）の内の関連する１つに結合される、請求項１に記載のシステム。
8. 前記インターリーバ（２０６）が複数の前記第１のＦＥＣ符号エンコーダ（２０４−１、・・・、２０４ｋ）のそれぞれに結合されており、前記インターリーブされた出力は前記関連する第１のＦＥＣ符号でエンコードされた出力のそれぞれの少なくとも一部を含む、請求項１に記載のシステム。
9. 第１のＦＥＣ符号および第２のＦＥＣ符号を用いてエンコードされインターリーブされた信号を受け取り、前記第２のＦＥＣ符号を用いて前記信号をデコードして、第２のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号を提供するように構成されている、第２の前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号デコーダ（４０４）と、
   前記第２のＦＥＣ符号デコーダ（４０４）に結合されており、前記第２のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号に応答して複数のデインターリーブされた出力を提供するように構成されている、デインターリーバ（４０６）と、
   前記デインターリーブされた出力の内の関連する１つを受け取り、関連する第１のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号を提供するようにそれぞれが構成されている、複数の第１のＦＥＣ符号デコーダ（４０８−１、・・・、４０８−ｋ）と、
   前記第１のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号のそれぞれを受け取り、前記第１のＦＥＣ符号でデコードされた出力信号をシリアルな出力データ・ストリームに多重化するように構成されたマルチプレクサ（４１０）と、
   前記出力データ・ストリームをインターリーブして、前記第２のＦＥＣ符号デコーダ（４０４）にフィードバックを提供するように構成されたインターリーバ（４１１）と、
   を備える、光信号受信機（４００）。
10. 前記第２のＦＥＣ符号が単一パリティ検査（ＳＰＣ）符号を含む、請求項９に記載の受信機。
11. 前記第１のＦＥＣ符号が低密度パリティ検査符号（ＬＤＰＣ）を含む、請求項９に記載の受信機。
12. 前記第１のＦＥＣ符号が低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号を含み、前記第２のＦＥＣ符号が単一パリティ検査（ＳＰＣ）符号を含む、請求項９に記載の受信機。

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