JP6133358B2 - 情報ビットを修復する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、通信システム、とくに情報ビットを修復する方法に関する。
通信システムにおける、とくに映像、モバイルデータ、およびクラウドサービスについ
てのトラフィック（ｔｒａｆｆｉｃ）が急速に増加するにつれて、たとえば１６ＱＡＭの
ようなより高いスペクトル効率（ＳＥ）を提供する先進的な変調フォーマットが全体的な
ファイバ容量を増加させて需要を満たすと考えられてきた。
しかしながら、高い変調次数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ）は、実装するため
のペナルティ（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｅｎａｌｔｙ）を増加させ、受信機の
感度を低下させ、結果的により高い光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇ
ｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が要求される。
この高い要求を回避するため、ＷＤＮシステムにおけるＳＥのもう一つのアプローチは
、周波数領域（コヒーレント光学ＯＦＤＭ）あるいは時間領域（ナイキストＷＤＭ）にお
ける隣接チャネルの直交性によって個々のチャネルの間隔を狭めることである。
ＣＯ−ＯＦＤＭ（コヒーレント光学ＯＦＤＭ）は、広い受信機帯域幅を必要とし、かつ
ナイキストＷＤＭよりも高いＡＤコンバーター（ＡＤＣ）サンプリング・レートを必要と
する。
しかしながら、ナイキストＷＤＭは、実用的な実装についてより粗い性能を示す。図１
は、上記２つの技術を示す。コヒーレント検波を備えたナイキストＷＤＭ伝送システムを
実装することが有利であろう。
本発明は、信号を伝送するためにナイキストＷＤＭを利用し、長距離にわたり高いスペ
クトル効率を実現する。
本発明の一つの態様は、ポスト・ディジタル・フィルタおよび最尤系列推定（ＭＬＳＥ）復号化を使用して情報ビットが修復される、受信信号から情報ビットを修復する方法であって、ナイキスト・コヒーレント光受信機においてナイキストＷＤＭ信号またはナイキストＷＤＭ信号よりも高速の信号を受信し、偏波ビームスプリッタ、９０度光ハイブリッド、フォトダイオードおよびアナログ・ディジタル・コンバータ（ＡＤＣ）を使用して、受信された前記信号から複数のディジタルサンプルを生成し、前記ナイキスト・コヒーレント光受信機においてディジタル信号処理（ＤＳＰ）を実行して複数の値を生成し、前記ＤＳＰの信号出力から高周波成分の十分な部分を除去するために前記ポスト・ディジタル・フィルタを適用して、前記フォトダイオードおよび前記ＡＤＣの帯域幅の要求を減少させ、前記複数のディジタルサンプルに最尤系列推定（ＭＬＳＥ）を実施する。
本発明によれば、長距離にわたり高いスペクトル効率を実現できる。
コヒーレント光直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ）およびナイキストＷＤＭを例示する図である。 本発明の実施形態による、コヒーレント検波を備えたナイキストＷＤＭ伝送システムを示す。 本発明の実施形態による、ディジタル信号処理工程を示す。 フィルタ処理前後における信号のスペクトルを示す。 ２５ＧＨｚの光学的間隔にわたる２８Ｇｂａｕｄ ＰＤＭ ＱＰＳＫ信号におけるコヒーレント検波のための１２〜１３ＧＨｚバンド幅ほど小さいＡＤＣを説明する実験検証結果を示す。 本発明の実施形態による、ディジタルフィルタ、ＭＬＳＥ復号、および反転チャネル応答を示す。
本発明の実施形態は、長距離にわたり高スペクトル効率を実現するためにナイキストＷ
ＤＭを使用する。
図２は、本実施形態の送信機および受信機のブロック構成図である。レーザ１０１は連
続的な光波を生成する。レーザ１０１は、広い線幅を有する分布帰還型レーザダイオード
（ＤＦＢ−ＬＤ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｔｙｐｅ ｌａｓｅｒ
ｄｉｏｄｅ）でありうる。１００Ｇｂｉｔ／ｓ ＱＰＳＫには２ＭＨｚよりも小さい線幅
で十分である。しかしながら、２ＭＨｚよりも大きい線幅でも十分である。あるいは、レ
ーザ光源１０１は、高レベルの変調フォーマット信号に対して好適である、細い線幅で低
い位相ノイズを有する調節可能な外部レーザでありうる。
上記光波は、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｅａｍ
ｓｐｌｉｔｔｅｒ）によって分割され、４位相偏移変調（ＱＰＳＫ：ｑｕａｄｒａｔｕｒ
ｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）によって変調される。
これらの変調光波は、その後、偏光多重ＱＰＳＫ変調信号を実現するため偏波ビーム結
合器（ＰＢＣ）によって重ね合される。
この非リターンゼロ（ＮＲＺ）ＱＰＳＫ変調は、カスケード接続された直列または並列
変調器によって実現されうる。
たとえば８ＰＳＫ、８ＱＡＭ、またはさらに高いレベルの異なる変調フォーマットの変
調器も使用されうる。
そして、積極的なスペクトル成形および多重化を実施するために狭帯域の光学フィルタ
機能を備えた光合波器１０３が使用されて、ナイキスト（シンボルバンド幅＝チャネル間
隔）またはナイキストＷＤＭ信号より高速（シンボルバンド幅＜チャネル間隔）を得る。
この光合波器１０３は、いくつかのチャネルに使用されうる波長選択スイッチ（ＷＳＳ
：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｗｉｔｃｈ）フィルタ、１つのチャネ
ルに使用されうる調節可能な光学フィルタ、ＷＤＭチャネルに使用されうる光インターリ
ーバ（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）、１つのチャネルに使用されうるファ
イバブラッグ回折格子（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）でありうる。伝送リ
ンク１０４は、各々の期間において光増幅器（ＯＡ）およびファイバを含む波長分散（Ｃ
Ｄ：ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を補償できない可能性がある。
上記光増幅器は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：ｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐ
ｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ラマン増幅器などである。光ファイバは、た
とえばＧ．６５２ またはＧ．６５５ファイバなどのどのような種類でもよい。
信号の伝送の後、光分波器１０５はＷＤＭチャネルを逆多重化（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅ
ｘ）し、コヒーレント検波のための経路を決める。
上記光分波器１０５は、いくつかのチャネルに使用されうる（ＷＳＳ：ｗａｖｅｌｅｎ
ｇｔｈ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｗｉｔｃｈ）フィルタ、１つのチャネルに使用されうる
調節可能な光学フィルタ、ＷＤＭチャネルに使用されうる光インターリーバ、１つのチャ
ネルに使用されうるファイバブラッグ回折格子でありうる。
受信機において、ＰＢＳが、偏光分波され到達した伝送信号を備えた９０度光ハイブリ
ッド（ｏｐｔｉｃａｌ ｈｙｂｒｉｄ）１０６に打ち込まれたのち、コヒーレント検波技
術は、局所発振（ＬＯ）信号を採用する。
分散型の信号は、フォトダイオード（ＰＤ）１０７に送信され、アナログ・ディジタル
・コンバータ（ＡＤＣ）１０８でディジタル的にサンプリングされる。
図３に示されるように、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）装置１０９が、その後フロント
エンド１０６および１０７、およびリタイミング１０８を補償し、静的および動的線形損
失を均一にする。
ＤＳＰ装置は、リサンプリング（ｒｅ−ｓａｍｐｌｉｎｇ）およびクロック修復（ｃｌ
ｏｃｋ ｒｅｃｏｖｅｒｙ）、周波数領域および時間領域における線形波長分散補償、適
応性偏光分波用の定包絡線信号用アルゴリズム、残余波長分散（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｈ
ｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を含む。
以下の搬送波回復は、周波数オフセットおよび搬送位相ノイズを補償しうる。
ＣＭＡおよび搬送波位相回復にディジタルフィルタが追加されうる。
ディジタルフィルタは、信号スペクトル中の高周波成分の一部を除去する機能を実行し
、ＡＤＣおよびＰＤのバンド幅の要求を緩和する。
ノイズやクロストークを抑制してナイキストＷＤＭの強化フィルタリング・チャネルに
おける最適検出１１０を実現するため、この追加のディジタルフィルタおよび最尤系列推
定（ＭＬＳＥ：ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｅｓｔｉｍ
ａｔｉｏｎ）が使用される。
要求されたＡＤＣバンド幅は、最適な検出を実現するため縮小される。
図４は、コサイン型フィルタのような通常のＤＳＰ装置の後の反転チャネル応答を有す
る理想的なフィルタの波形を示す。
フォトダイオードのバンド幅の要件も縮減しうる。フィルタ処理されたスペクトルは図
５に示される。
実験結果が図６に示される。十分な性能のためには強いフィルタバンド幅の約半分が必
要であることが分かる。これは、ＤＳＰ装置の後にディジタルフィルタを適用することに
より、処理されたチャネルの高周波成分が除去されるからである。
本発明の方法および装置が単純および複雑なコンピュータを含む機械および装置を使用
して実行されうると理解されなければならない。
さらに、上述したアーキテクチャおよび方法は、一部または全部、機械読取可能な媒体
の形に格納されることができる。
例えば、本発明の動作は機械読取可能な媒体（例えば磁気ディスクまたは光ディスク）
に保存されることができる。そして、それはディスク駆動装置（またはコンピュータ読取
可能の中程度のドライブ）を経てアクセスできる。
あるいは、上述のように動作を実行する論理は、追加的なコンピュータおよび／または
機械読取可能媒体、たとえば離散的なハードウェア構成要素としての大規模集積回路（Ｌ
ＳＩ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電気的に消去可能なプログラム可能な読取
り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）のようなファームウェアにおいて、実装されることができ
る。
ある実施形態の実装は、さらに、ウェブ実装、コンピュータ・ソフトウェアを含む機械
実装の形を取りうる。
本発明の態様が示され、説明されたが、より多くの変更態様が本願明細書において、発
明の概念から逸脱することなく、可能であることは当業者にとって明らかである。したが
って、本発明は、以下の請求項の精神を除いて、制限されることはない。

Claims (6)

  1. ポスト・ディジタル・フィルタおよび最尤系列推定（ＭＬＳＥ）復号化を使用して情報ビットが修復される、受信信号から情報ビットを修復する方法であって、
    ナイキスト・コヒーレント光受信機においてナイキストＷＤＭ信号またはナイキストＷＤＭ信号よりも高速の信号を受信するステップと、
    偏波ビームスプリッタ、９０度光ハイブリッド、フォトダイオードおよびアナログ・ディジタル・コンバータ（ＡＤＣ）を使用して、受信された前記信号から複数のディジタルサンプルを生成するステップと、
    前記ナイキスト・コヒーレント光受信機においてディジタル信号処理（ＤＳＰ）を実行して複数の値を生成するステップと、
    前記ＤＳＰの信号出力から高周波成分の十分な部分を除去するために前記ポスト・ディジタル・フィルタを適用して、前記フォトダイオードおよび前記ＡＤＣの帯域幅の要求を減少させるステップと、
    前記複数のディジタルサンプルに最尤系列推定（ＭＬＳＥ）を実施するステップと、を含む、方法。
  2. 前記ディジタル信号処理を実行するステップは、リサンプリングおよびクロック修復を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記ディジタル信号処理を実行するステップは、時間または周波数領域における線形波長分散補償を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記ディジタル信号処理を実行するステップは、適応性偏光分波用の定包絡線信号用アルゴリズムを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記ディジタル信号処理を実行するステップは、偏波モード分散を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記ディジタル信号処理を実行するステップは、残余波長分散を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
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