JP6195661B2 - 光伝送のための周波数ダイバーシティmimo処理 - Google Patents
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Description
本発明は光通信装置に関し、より詳細には、周波数ダイバーシティ(FD)多入力多出力(MIMO)信号処理を使用する光伝送方式に関するが、これに限定するわけではない。
本項は、本発明の深い理解を促進するのに役立つ可能性のある側面を紹介する。したがって、本項の記述はその観点から読まれるべきであり、何が従来技術であるか、または何が従来技術でないかを認めるものとして理解されるべきではない。
通信企業は、たとえば、高速データサービス、映像サービス、ならびに会社および住宅の広帯域接続の急増により、そのメトロ、リージョナル、およびロングホールの光ネットワークの容量増加を求める継続的な需要に直面している。光ファイバは、データを移送するための極めて大きい固有の容量を有するが、現代の光ネットワークで実現されるスペクトル効率は、依然として改良の余地がかなりある。たとえば、今日使用されている最もスペクトル効率の良い光伝送技術のうちの1つは光直交周波数分割多重(OFDM)であり、これは正確にボーレートの間隔とした変調されたサブキャリアを使用している。しかしながら、光OFDMによってサポートされるものよりも高いスペクトル効率が、将来の容量需要を満たすために求められる可能性が高い。
通信学および電子工学において、「ボーレート」という用語は、シンボル毎秒またはパルス毎秒の単位で表されるデータ転送速度を指す。ボーレートは「変調速度」と呼ばれることもあり、したがって、デジタル変調された信号または伝送路符号を使用して伝送媒体に毎秒加えられる別個のシンボルの変化または信号事象の数である。対応するビットレートは、使用される変調方式またはコンスタレーションでの、ボーレートと1シンボルあたりのビット数との積である。
欧州特許出願第0637880号は、複数のデータストリームを搬送するために単一の光搬送波が複数のデータアクセスノードで連続的に変調される多元アクセスネットワーク通信システムを開示する。米国特許出願公開第2011/0069975号は、コヒーレント光検波器を使用してマルチキャリア光信号のサブバンドが検出される光OFDMシステムを開示する。米国特許出願公開第2013/0243430号は、WDM光信号の各波長が、ペイロードデータに加えて監視チャネルを搬送する光学システムを開示する。米国特許出願公開第2013/0236195号は、たとえば、受信した光信号をコヒーレントで検出し、デジタル化する前に、光領域における所望の信号処理の一部を実施するために、ホスト光受信機で使用され得るフィードフォワードイコライザを開示する。しかしながら、これらの光学システムは、従来の光OFDM伝送方式に相当するスペクトル効率よりも高いスペクトル効率を実現するようには設計されていない。
従来技術の欠陥は、たとえば請求項1に示されるように対処されてもよい。
開示された光伝送システムのいくつかの実施形態は、ボーレートよりも小さいスペクトル間隔とした2つ以上の変調された光搬送波を使用して情報を送信するように構成されている。開示された光伝送システムにおける例示的な光受信機は、対応する光送信機(複数可)において異なる変調された光搬送波上に符号化した個々のデータストリームを光受信機が回復できるようにするために、隣り合う変調された光搬送波同士のスペクトルの重なりによって生じるキャリア間干渉の影響を相殺することを対象にしたFD−MIMO信号処理を実施するように構成された信号等化器を備える。有利には、光伝送システムのいくつかの実施形態は、光OFDM伝送方式によってサポートされるスペクトル効率よりも高いスペクトル効率を実現することが可能であり得る。
いくつかの実施形態では、開示された光伝送システムは、偏波分割多重化された光信号を送信するように構成されていてもよい。
1つの実施形態によれば、第1のフィルタリングされた電気信号および第2のフィルタリングされた電気信号を、受信した変調された光信号に基づいて生成するように構成された光検波器であって、受信した変調された光信号が、(i)選択されたボーレートで、第1のデータストリームを符号化して載せた第1の変調された光搬送波であって、第1の搬送周波数をもつ前記第1の変調された光搬送波、および(ii)選択されたボーレートで、第2のデータストリームを符号化して載せた第2の変調された光搬送波であって、第2の搬送周波数をもつ前記第2の変調された光搬送波を有し、第1と第2の搬送周波数が、選択されたボーレートよりも小さい周波数間隔で互いに隔てられている、光検波器を備える光受信機が提供される。光受信機は、第1のデータストリームおよび第2のデータストリームを回復するために、第1および第2のフィルタリングされた電気信号を処理するように構成された信号プロセッサをさらに備える。
別の実施形態によれば、選択されたボーレートで、第1のデータストリームを符号化して載せた第1の変調された光搬送波を生成するように構成された第1の光送信機であって、前記第1の変調された光搬送波が第1の搬送周波数を有する、第1の光送信機と、選択されたボーレートで、第2のデータストリームを符号化して載せた第2の変調された光搬送波を生成するように構成された第2の光送信機であって、前記第2の変調された光搬送波が第2の搬送周波数を有し、第1と第2の搬送周波数が、選択されたボーレートよりも小さい周波数間隔で互いに隔てられている、第2の光送信機と、光ファイバリンクを介した伝送のために、第1の変調された光搬送波と第2の変調された光搬送波を結合するように構成された光結合器とを備える装置が提供される。
さらに別の実施形態によれば、それぞれの中間周波数を有する各電気キャリア波を生成するようにそれぞれが構成された複数の電気中間周波数生成器であって、隣接する中間周波数の間隔が選択されたボーレートよりも小さい、電気中間周波数生成器と、複数の変調された電気搬送波のそれぞれ1つを生成するために、複数のデータストリームのそれぞれ1つを使用して、選択されたボーレートで各電気キャリア波を変調するようにそれぞれが構成された複数の電気変調器と、変調されたマルチキャリア電気信号を生成するために、複数の変調された電気搬送波を結合するように構成された電気信号結合器と、変調されたマルチキャリア電気信号に基づいて光キャリア波を変調することによって、変調された光信号を生成するように構成された光変調器とを備える光送信機が提供される。
さらに別の実施形態によれば、第1のフィルタリングされた電気信号および第2のフィルタリングされた電気信号を、受信した変調された光信号に基づいて生成するように構成された光検波器であって、受信した変調された光信号が、(i)選択されたボーレートで、第1のデータストリームを符号化して載せた第1の変調された光搬送波であって、第1の搬送周波数をもつ前記第1の変調された光搬送波、および(ii)選択されたボーレートで、第2のデータストリームを符号化して載せた第2の変調された光搬送波であって、第2の搬送周波数をもつ前記第2の変調された光搬送波を有する、光検波器と、第1のフィルタリングされた電気信号を第1の電気ベースバンド信号に変換し、第2のフィルタリングされた電気信号を第2の電気ベースバンド信号に変換し、第1の変調された光搬送波と第2の変調された光搬送波の部分的なスペクトルの重なりによるキャリア間干渉の影響を緩和するために、第1の入力として、第1の電気ベースバンド信号を受信するように構成され、第2の入力として、第2の電気ベースバンド信号を受信するようにさらに構成され、第1の等化された電気信号をその第1の出力として、また第2の等化された電気信号を、その第2の出力として生成するように構成されたMIMO等化処理を、第1および第2の電気ベースバンド信号に施し、第1の等化された電気信号に基づいて第1のデータストリームを回復し、第2の等化された電気信号に基づいて第2のデータストリームを回復するように構成された信号プロセッサとを備える光受信機が提供される。
本発明の種々の実施形態の他の態様、特徴、および利点は、一例として以下の詳細な説明および添付の図面からより完全に明らかとなろう。
図1は、本開示の一実施形態による光伝送システム100の構成図を示す。光伝送システム100は、たとえば以下でさらに説明されるように、周波数ダイバーシティ多入力多出力(FD−MIMO)信号処理を使用するように構成されている。簡単に言えば、光伝送システム100は、(少なくとも)2つのデータストリーム、それぞれdata1とdata2を符号化して載せた(少なくとも)2つの変調された光搬送波を移送するように構成されている。前記変調された光搬送波は、互いに時間および空間に関して重なる光ファイバリンク140を介して並行して送信され、次いで、たとえば以下でさらに説明されるように、光ファイバリンクの出口端で処理されて、データストリームdata1およびdata2を回復する。
光伝送システム100において使用される2つの変調された光搬送波の搬送周波数同士の関係は、式(1)によって記述される:
┃f1−f2┃<R (1)
式中、f1とf2はそれぞれ第1と第2の搬送周波数であり、Rはボーレートである。1つの実施形態において、┃f1−f2┃/Rは約0.9よりも小さく、約0.2よりも大きい。代替実施形態では、┃f1−f2┃/Rは約0.7よりも小さく、約0.4よりも大きい。さらに別の代替実施形態では、┃f1−f2┃/R≒0.6である。例示的な一実施形態では、f1およびf2の値は200THz程度であり、Rの値は10÷100GHz程度である(ただし通常はGボーの単位を使用して示される)。
┃f1−f2┃<R (1)
式中、f1とf2はそれぞれ第1と第2の搬送周波数であり、Rはボーレートである。1つの実施形態において、┃f1−f2┃/Rは約0.9よりも小さく、約0.2よりも大きい。代替実施形態では、┃f1−f2┃/Rは約0.7よりも小さく、約0.4よりも大きい。さらに別の代替実施形態では、┃f1−f2┃/R≒0.6である。例示的な一実施形態では、f1およびf2の値は200THz程度であり、Rの値は10÷100GHz程度である(ただし通常はGボーの単位を使用して示される)。
光伝送システム100は、図1に示されるように、光ファイバリンク140の入口端に結合された2つの光送信機(1101および1102を付してある)を有する。光送信機1101は、電気入力ポート1021を介してデータストリームdata1を受信するように構成されている。光送信機1102は、同様に、電気入力ポート1022を介してデータストリームdata2を受信するように構成されている。
光送信機1101はデータストリームdata1をデジタル信号プロセッサ(DSP)1121に印加する。DSP1121はデータストリームdata1を処理して電気デジタル信号1141および1142を生成する。そのような処理としては、限定はしないが、前方誤り訂正(FEC)符号化、コンスタレーションマッピング、電子的分散前置補償、およびパルス整形を挙げることができ、これらは、たとえば当技術分野で知られているように実施される。コンスタレーションマッピングのステップで使用されるコンスタレーションは、たとえば、直角位相振幅変調(QAM)のコンスタレーションまたは4位相偏移変調(QPSK)のコンスタレーションであり得る。
各信号間隔(光シンボルに対応するシンボル期間またはタイムスロットとも呼ばれる)では、信号1141と1142は、データストリームdata1からのデータの各部分に基づいて選択された対応するコンスタレーション点(シンボル)の同相(I)成分と直角位相(Q)成分をそれぞれ表すデジタル値を搬送する。デジタル−アナログ変換器(DAC)1181および1182は、デジタル信号1141と1142をアナログ形態に変換して、電気駆動信号I1とQ1をそれぞれ生成する。次いで、駆動信号I1およびQ1は、光学I−Q変調器1241を駆動するために従来のように使用される。駆動信号I1およびQ1に基づいて、光学I−Q変調器1241は、レーザ源1201から供給された光ビーム1221を変調して、変調された光信号1261を生成する。光ビーム1221は搬送周波数f1を有し、したがって、変調された光信号1261は上述の2つの変調された光搬送波のうちの最初のものである。
光送信機1102は概して光送信機1101に類似しており、(上記と)同様の処理をデータストリームdata2に適用して、変調された光信号1262を生成するように構成されている。具体的には、類似の英数字を付して指定された光送信機1102および1101の要素は類似の機能を有し、ここでは、その機能の説明は光送信機1102に関して繰り返されない。ただし、光送信機1101と1102の間の1つの差は、光送信機1102のレーザ源1202によって生成される光ビーム1222が搬送周波数f2を有することである。したがって、変調された光信号1262は上述の2つの変調された光搬送波のうちの2番目のものである。
ビーム結合器128は、変調された光信号1261と1262を結合して光出力信号130を生成し、光出力信号130は次いで光ファイバリンク140の入口端に印加され、そこを通ってその出口端に移送され、出口端で光信号142として現れる。光信号142は、光信号130と同じ2つの変調された光搬送波を有するが、光ファイバリンク140に生じるノイズならびにさまざまな線形および非線形の歪みならびに損傷によって、さらに影響を受ける。
光伝送システム100は、図1に示されるように、光ファイバリンク140の出口端に結合された光受信機150をさらに有する。光受信機150は、レーザ源1203によって生成された局部発振器信号1223を使用して光信号142を中間周波数電気信号158に変換するように構成された光ヘテロダイン検波器154を備える。1つの実施形態において、局部発振器信号1223は、搬送周波数f1およびf2との以下の関係をもつ光周波数f3を有する:
┃f3−0.5×┃f1−f2┃┃≧2R (2)
式中、Rはボーレートである。光ヘテロダイン検波器154として使用され得る例示的な光ヘテロダイン検波器は、たとえば、米国特許第6,535,289号、同第6,646,746号、および同第7,162,165号に開示されており、これらのすべては、引用によりその全体が本明細書に組み込まれている。
┃f3−0.5×┃f1−f2┃┃≧2R (2)
式中、Rはボーレートである。光ヘテロダイン検波器154として使用され得る例示的な光ヘテロダイン検波器は、たとえば、米国特許第6,535,289号、同第6,646,746号、および同第7,162,165号に開示されており、これらのすべては、引用によりその全体が本明細書に組み込まれている。
図2A−2Cは、本開示の一実施形態による、中間周波数電気信号158(図1)のスペクトルをグラフで示す。具体的には、図2Aは、光送信機1101のみが送信中で、光送信機1102がオフにされているときの中間周波数信号158のスペクトルを示す。図2Bは、光送信機1102のみが送信中で、光送信機1101がオフにされているときの中間周波数信号158のスペクトルを示す。図2Cは、光送信機1101と1102の両方が送信中のときの中間周波数信号158のスペクトルを示す。図2A−2Cに表される測定値は、光伝送システム100の以下の構成に対応する:
R=10GボーでのQPSK変調、
┃f1−f2┃≒6GHz、および
┃f3−0.5×┃f1−f2┃┃≒28GHz。
R=10GボーでのQPSK変調、
┃f1−f2┃≒6GHz、および
┃f3−0.5×┃f1−f2┃┃≒28GHz。
図1に戻ると、光受信機150は、それぞれが中間周波数電気信号158の各複製を受信するように構成されたバンドパスフィルタ1601および1602をさらに備える。バンドパスフィルタ1601は、受信した中間周波数信号158の複製をフィルタリングして、フィルタリングされた電気信号1621を生成する。バンドパスフィルタ1602は同様に、受信した中間周波数信号158の複製をフィルタリングして、フィルタリングされた電気信号1622を生成する。
例示的な一実施形態では、バンドパスフィルタ1601と1602は、異なるそれぞれの通過帯域を有する。たとえば、バンドパスフィルタ1601は、中間周波数fIF1=┃f3−f1┃をほぼ中心とし、およそRの3dB幅を有するスペクトルバンドを通過させるように構成されていてもよい。バンドパスフィルタ1602は同様に、中間周波数fIF2=┃f3−f2┃をほぼ中心とし、およそRの3dB幅を有するスペクトルバンドを通過させるように構成されていてもよい。
1つの実施形態において、バンドパスフィルタ1601と1602は、以下の式(3a)−(3b)によって記述される伝達関数F1(f)とF2(f)をそれぞれ有していてもよい:
F1(f)=F0(f−fIF1) (3a)
F2(f)=F0(f−fIF2) (3b)
式中、fは周波数であり、F0(f)は、ゼロ周波数において最大値を有し、ゼロ周波数に対してほぼ対称な伝達関数である。
F1(f)=F0(f−fIF1) (3a)
F2(f)=F0(f−fIF2) (3b)
式中、fは周波数であり、F0(f)は、ゼロ周波数において最大値を有し、ゼロ周波数に対してほぼ対称な伝達関数である。
アナログ−デジタル変換器(ADC)1681および1682は、フィルタリングされた電気信号1621および1622をデジタル形態に変換し、得られたデジタル電気信号1701および1702を処理のためにDSP172に印加する。DSP172は、FD−MIMO信号処理方法を使用してデジタル電気信号1701および1702を処理し、その例示的な実施形態は図3を参照しながら以下で説明される。前記処理に基づいて、DSP172はデータストリームdata1およびdata2を回復し、回復されたデータストリームを、それぞれ電気出力ポート1761と1762を介して外部の回路に送る。
図3は、本開示の一実施形態による、DSP172(図1)で使用され得る信号処理方法のフローチャートを示す。
ステップ302では、DSP172はデジタル電気信号1701および1702のベースバンドへのダウンコンバートを実行する。デジタル電気信号1701および1702は、フィルタリングされた電気信号1621および1622のデジタル形態であり、これは中間周波数信号であることを想起されたい。デジタル領域において、周波数ダウンコンバートは、たとえば、デジタル電気信号1701および1702を複素数値の形態に変換し、対応する複素数値をexp[−jπ(fIF1+fIF2)t]倍にすることによって実施され得るもので、式中、tは時間である。このように、光ファイバリンク140(図1参照)を介して光送信機150によって受信された2つの変調された光搬送波に対応するスペクトルバンドは、ゼロ周波数について対称な位置に周波数が下方シフトされる。たとえば、fIF1>fIF2の場合、デジタル電気信号1701から導出されるダウンコンバートされた複素数値のデジタル信号は、スペクトルが正の周波数に位置し、デジタル電気信号1702から導出されるダウンコンバートされた複素数値のデジタル信号は、スペクトルが負の周波数に位置する。
ステップ304では、DSP172は、ステップ302で生成された2つのダウンコンバートされた複素数値のデジタル信号のそれぞれについて個別の周波数オフセット補正を実施する。具体的には、正の周波数をもつダウンコンバートされた複素数値のデジタル信号はexp[−jπ┃fIF1−fIF2┃t]倍にされる。負の周波数をもつダウンコンバートされた複素数値のデジタル信号も同様に、exp[jπ┃fIF1−fIF2┃t]倍にされる。ステップ304は、質的には、2つの検出されたベースバンド信号の搬送周波数ダイバーシティを除去するステップと解釈され得る。
ステップ306では、DSP172は、MIMO等化処理を施して、ステップ306で生成された信号に存在するキャリア間干渉の影響を緩和する。そのような影響は中間周波数帯でのスペクトルの重なりのせいで存在し、この重なりは、たとえば図2Aおよび図2Bに示されたスペクトルによって示される。そのスペクトルの重なりは、今度は、式(1)で表される搬送周波数の関係および変調された光信号1261と1262の類似のスペクトルの重なりの結果となる。
ステップ306のMIMO等化処理は、質的には、たとえば概ね以下の数学的問題を解くことを対象としているとみなされ得る。変調された光信号1261と1262に対応するデジタルベースバンド信号は、それぞれX1(f)とX2(f)であると想定する。ステップ304で生成された2つのデジタルベースバンド信号をY1(f)およびY2(f)と記す。DSP172で実施されるMIMO等化処理は次いで、(Y1(f)、Y2(f))に基づいて(X1(f)、X2(f))を回復する必要がある。
(X1(f)、X2(f))と(Y1(f)、Y2(f))の間の関係は、光伝送システム100で実施される信号伝搬および処理をたどることによって理解され得る。1つの実施形態において、この関係は、たとえば以下によって表され得る:
式中、aおよびbは、光ファイバリンク140(図1)を介した、それぞれ第1と第2の変調されたキャリアの伝搬を示す複素数であり、F0(f)は、式(3a)−(3b)に関して既に導入され、上で説明されたフィルタ伝達関数である。したがって、(X1(f)、X2(f))を求めるために、DSP172は式(4)に表された2×2行列の逆を求める必要がある。前記逆行列をH−1(f)と記載すれば、元のベースバンド信号は以下の式(5)を用いて計算され得る:
式(4)および(5)は周波数領域におけるMIMO等化処理を示すことに留意されたい。同様に、この処理は、たとえば1つまたは複数のマルチタップ有限インパルス応答(FIR)フィルタを使用して時間領域で実施されることもある。時間領域透過処理の式が公式化されると、適切に構築された費用関数または誤り関数を使用して、ブラインドのMIMO透過処理用にFIRフィルタを適切に構成するための適した(たとえば、最小二乗平均、LMS、または定包絡線基準、CMA)アルゴリズムを動作させることができる。この目的で使用され得る誤り関数の例は、図6を参照しながら以下で説明される。ステップ306のMIMO等化処理で使用され得る例示的なCMA実装は、たとえば、米国特許第8,335,440号、同第7,260,370号、および同第6,993,311号に開示されており、これらのすべては、引用によりその全体が本明細書に組み込まれている。
ステップ308では、ステップ306で生成された等化されたデジタル信号が使用されて、コンスタレーションマッピングのステップ中にDSP1121および1122によって生成された対応する元のコンスタレーションシンボルを推定する。
ステップ310では、ステップ308で生成された推定コンスタレーションシンボルが、有効な(operative)コンスタレーションを使用して対応するデータストリームに変換され、前記データストリームはFEC復号処理を受けて、可能性のある誤りを除去し、データストリームdata1およびdata2を回復する。
図4−7は、偏波分割多重化された(PDM)光信号の送信に適合させるように光伝送システム100(図1)を修正するために使用され得るさまざまな回路/デバイスの構成図を示す。具体的には、図4は、光送信機1101および1102(図1)のそれぞれを置き換えるのに使用され得る光送信機400の構成図を示す。図5は、光ヘテロダイン検波器154(図1)を置き換えるのに使用され得る光ヘテロダイン検波器500の構成図を示す。図6は、DSP172(図1)を置き換えるのに使用され得るDSP600の構成図を示す。図7は、DSP172(図1)またはDSP600(図6)で使用され得るFIRフィルタ700の構成図を示す。
図4は、本開示の一実施形態による、光伝送システム100(図1)で使用され得る光送信機400の構成図を示す。光送信機400は、電気入力ポート102とビーム結合器128(図1参照)を結合したものとして図4に図示されている。例示的な一実施形態では、光送信機400の第1の実例(複製)は、光送信機1101を置き換えるために、電気入力ポート1021とビーム結合器128の間で結合され、光送信機400の第2の実例は、光送信機1102(図1参照)を置き換えるために、電気入力ポート1022とビーム結合器128の間で結合され得る。次いで、光送信機400の第1の実例におけるレーザ源420は、搬送周波数f1をもつ光を発生させるように構成され、光送信機400の第2の実例におけるレーザ源420は、同様に、搬送周波数f2をもつ光を発生させるように構成されている。
光送信機400は、入力データストリームを電気入力ポート102から受信するように構成されたDSP412を有する。DSP412は、受信した入力データストリームを処理して、電気デジタル信号4141−4144を生成する。各信号間隔において、信号4141と4142は、X偏光の光を使用する伝送を意図した、対応するコンスタレーションシンボルのIとQの成分を表すデジタル値をそれぞれ搬送する。信号4143および4144は、同様に、Y偏光の光を使用する伝送を意図した、対応するコンスタレーションシンボルのIとQの成分を表すデジタル値をそれぞれ搬送し、ここでY偏光はX偏光とほぼ直交する。
光送信機400の電気−光(E/O)変換器(フロントエンド回路と呼ばれることもある)416は、デジタル信号4141−4144を変調された光出力信号430に変換する。具体的には、DAC4181と4182は、デジタル信号4141と4142をアナログ形態に変換して、それぞれ駆動信号IXとQXを生成する。次いで、駆動信号IXおよびQXは、I−Q変調器424Xを駆動するために従来のように使用される。駆動信号IXおよびQXに基づいて、I−Q変調器424Xは、レーザ源420によって供給される光のX偏光のビーム422Xを変調し、それによって、変調された光信号426Xを生成する。
DAC4183と4184は、同様に、デジタル信号4143と4144をアナログ形態に変換して、それぞれ駆動信号IYとQYを生成する。駆動信号IYおよびQYに基づいて、I−Q変調器424Yは、レーザ源420によって供給される光のY偏光のビーム422Yを変調し、それによって、変調された光信号426Yを生成する。
偏光ビーム結合器428は変調された光信号426Xと426Yを結合して光出力信号430を生成し、光出力信号430はビーム結合器128(図1)に送られる。
図5は、本開示の一実施形態による、光伝送システム100(図1)で使用され得る光ヘテロダイン検波器500の構成図を示す。図1に示された光ヘテロダイン検波器154と同様に、光ヘテロダイン検波器500は、レーザ1203および光ファイバリンク140(図1参照)の出口端からの光入力を受け取るように構成され得る。光ヘテロダイン検波器500によって生成された中間周波数電気信号558Xと558Yのそれぞれが、中間周波数電気信号158(図1参照)と同様にフィルタリングされ、デジタル化され得る。
光ヘテロダイン検波器500は、光ヘテロダイン検波器154の2つの実例(複製)を備え、この実例は、図5ではそれぞれ154Xと154Yが付されている。偏光ビームスプリッタ5021と5022は、図5に示されるように、X偏光の入力をヘテロダイン検波器154Xに、またY偏光の入力をヘテロダイン検波器154Yに与えるように動作する。具体的には、偏光ビームスプリッタ5021は、(i)光送信機400(図4)または光送信機900(図9)などの遠隔光送信機から受信した変調された光信号のX偏光とY偏光を分離し、(ii)得られる偏光された光信号をヘテロダイン検波器154Xと154Yの各信号ポートに送り込むように構成されている。偏光ビームスプリッタ5022は、同様に、(i)レーザ1203(図1)から受信した局部発振器信号のX偏光とY偏光を分離し、(ii)得られる偏光された局部発振器信号をヘテロダイン検波器154Xと154Yの各局部発振器ポートに送り込むように構成されている。
図6は、本開示の一実施形態による、光伝送システム100(図1)で使用され得るDSP600の構成図を示す。具体的には、DSP600は、光ヘテロダイン検波器500(図5)とともに動作するように設計され、(フィルタリングされた中間周波数の)デジタル電気信号6021−6024を受信するように構成されている。デジタル電気信号6021と6023はX偏光に対応し、信号158(図1参照)からデジタル電気信号1701と1702をそれぞれ生成する処理に使用されるのと同様にして、信号558X(図5)から生成される。デジタル電気信号6022と6024はY偏光に対応し、信号158からデジタル電気信号1701と1702をそれぞれ生成する処理に使用されるのと同様にして、信号558Y(図5)から生成される。
デジタル電気信号6021−6024は、方法300(図3)のステップ302を実施するように構成されたダウンコンバータ610に印加される。例示的な一実施形態では、ダウンコンバータ610は4つの複素数値乗算器を含み(図6に明示的には示されていない)、それぞれ、各複素数値の信号にexp[−jπ(fIF1+fIF2)t]を掛けるように構成されている。得られる複素数値のベースバンド信号は信号6121−6124である。
ベースバンド信号6121−6124は、方法300(図3)のステップ304を実施するように構成された乗算器6161−6164に印加される。具体的には、乗算器6161と6162は、それぞれベースバンド信号6121と6122にexp[−jπ(fIF1−fIF2)t]を掛けるように動作する。得られる周波数オフセット補正された信号は、それぞれ信号6181と6182である。乗算器6163と6164は、同様に、それぞれベースバンド信号6123と6124にexp[jπ(fIF1−fIF2)t]を掛けるように動作する。得られる周波数オフセット補正された信号は、それぞれ信号6183と6184である。
周波数オフセット補正された信号6181−6184は、方法300(図3)のステップ306を実施するように構成された構成可能なFIRフィルタ(図6には個別に図示せず、図7参照)のバンク630に印加される。この特定の実施形態では、バンク630は、たとえば図8に示されているような、相互に接続された同じ長さの16個の構成可能なFIRフィルタを有する。フィルタバンク630によって生成される、得られる等化された信号は信号6341−6344である。
例示的な一実施形態では、フィルタバンク630は、4成分の入力および4成分の出力について公式化された、以下の式(6)によって表される、式(5)の時間領域についての同等なものに対応する信号処理を実施するように構成されている:
式中、x1−x4は、単一のシンボル期間にバンク630によって生成された等化された信号6341−6344の値であり、ベクトル
のそれぞれは、バンク630からの16個の構成可能なFIRフィルタのそれぞれ1つを表し、ベクトル
のそれぞれは、周波数オフセット補正された信号6181−6184のそれぞれ1つからの値の列を表す。ベクトル
および
のそれぞれはN個の成分を有し、Nはバンク630のFIRフィルタにおけるタップの数である。具体的には、ベクトル
のそれぞれは、周波数オフセット補正された信号6181−6184のそれぞれ1つによって最後のN個のシンボル期間に供給される値からなる。ベクトル
のそれぞれは、バンク630(図7も参照)の各FIRフィルタで使用されるフィルタ係数C1−CNからなる。フィルタ係数C1−CNの値は経時的に変更されることがあり、誤り更新信号624に基づいて生成される制御信号628を介してフィルタコントローラ626によって設定される。動作中、バンク630における異なるFIRフィルタは、典型的には、係数C1−CNのうちの異なるそれぞれの組を使用するように構成されている。
1つの実施形態において、誤り更新信号624は、信号6181−6184および6341−6344から誤り推定器640によって導出される誤り推定値に基づいて生成される。誤り推定器640は、16個のそのような誤り推定値を生成するように構成され、推定値のそれぞれは次いで、バンク630における16個のFIRフィルタのそれぞれ1つの係数C1−CNをフィルタコントローラ626が適切に調節できるようにするために使用される。たとえば、PDM−QPSKのコンスタレーションでは、誤り推定器640は、以下のような誤り推定値emn(式中、m=1、2、3、4、n=1、2、3、4)の組を生成するように構成され得る:
emn(k)=(1−|ym(k)|2)ym(k)xn *(k) (7)
式中、kはシンボル期間のカウンタであり、ym(k)はk番目のシンボル期間における信号618mの値であり、xn(k)はk番目のシンボル期間における信号634nの値であり、「*」の記号は複素共役を示す。誤り推定器640とフィルタコントローラ626の間に結合された回路は、以下の誤り推定値emnに基づいて帰納的に更新することによって、平均推定誤りEmnを追跡する:
Emn(k)=Emn(k−1)+μemn(k) (8)
式中、μは誤り重み付け係数である。各シンボル期間において、平均推定誤りEmnは誤り更新信号624を介してフィルタコントローラ626に提供される。次いで、フィルタコントローラ626は、平均推定誤りEmnを使用して、バンク630における16個のFIRフィルタのそれぞれについて適応的に係数C1−CNを選択する。
emn(k)=(1−|ym(k)|2)ym(k)xn *(k) (7)
式中、kはシンボル期間のカウンタであり、ym(k)はk番目のシンボル期間における信号618mの値であり、xn(k)はk番目のシンボル期間における信号634nの値であり、「*」の記号は複素共役を示す。誤り推定器640とフィルタコントローラ626の間に結合された回路は、以下の誤り推定値emnに基づいて帰納的に更新することによって、平均推定誤りEmnを追跡する:
Emn(k)=Emn(k−1)+μemn(k) (8)
式中、μは誤り重み付け係数である。各シンボル期間において、平均推定誤りEmnは誤り更新信号624を介してフィルタコントローラ626に提供される。次いで、フィルタコントローラ626は、平均推定誤りEmnを使用して、バンク630における16個のFIRフィルタのそれぞれについて適応的に係数C1−CNを選択する。
等化された信号6341−6344は、方法300(図3)のステップ308を実施するように構成されたコンスタレーションマッパ650に印加される。1つの実施形態において、コンスタレーションマッパ650は、(i)等化された信号634nによって供給される値と、有効な(operative)コンスタレーションのさまざまなコンスタレーション点との間の距離を計算し、(ii)最も近いコンスタレーション点を、対応する送信されたシンボルの推定値として選択するように構成されていてもよい。推定コンスタレーションシンボルの得られたシーケンスはシーケンス6541−6544である。
シーケンス6541−6544は誤り訂正モジュール660に印加され、可能性のある誤り(存在する場合)を除去するために、そこでFEC復号処理を受ける。誤りが訂正された後、誤り訂正モジュール660は、出力データストリームdata1X、data1Y、data2X、およびdata2Yを生成し、ここで、下付き文字のXおよびYは、光ファイバリンク140(図1)を介して対応するデータストリームが送信されたときに使用された偏光を示す。まとめると、データストリームdata1Xおよびdata1Yはデータストリームdata1(図1参照)のすべてのデータを有する。データストリームdata2Xおよびdata2Yは、同様に、データストリームdata2のすべてのデータを有する。
図7は、本開示の一実施形態による、フィルタバンク630(図6)における16個のFIRフィルタのいずれかまたはそれぞれを実装するために使用され得る有限インパルス応答(FIR)フィルタ700の構成図を示す。
フィルタ700は、入力信号702を受信し、フィルタリングされた出力信号732を生成するように構成されている。フィルタ700は、(i)N−1個の遅延要素7101−710N−1、(ii)N個の乗算器7201−720N、および(iii)加算器730を備えるNタップFIRフィルタである。遅延要素7101−710N−1のそれぞれは、時間遅延τを導入するように構成されており、時間遅延τはその継続時間がシンボル期間に等しい。乗算器7201−720Nのそれぞれは、入力信号702の対応する遅延された複製にそれぞれの複素数値の係数Ciを掛けるように構成され、i=1、2、…、Nである。加算器730は、フィルタリングされた出力信号732を生成するために、乗算器7201−720Nによって生成された出力信号同士を加算するように構成されている。1つの実施形態において、FIRフィルタ700におけるタップの数(N)は、2と12の間であり得る。代替実施形態では、著しく大きい数、たとえば約500のタップが使用されてもよい。
図8は、本開示の一実施形態による、フィルタバンク630(図6)を実装するために使用され得るMIMO等化器800の構成図を示す。具体的には、K=4に対応するMIMO等化器800の一実施形態は、DSP600(図6)におけるフィルタバンク630として動作するように構成され得る。種々の代替実施形態では、パラメータKは、1よりも大きい任意の正の整数になるように選択され得る。
動作中、入力端子IN1−INKのそれぞれは、信号6181−6184(図6)のうちの1つなどのデジタル入力信号を受信する。次いで、出力端子OUT1−OUTKのそれぞれは、信号6341−6344(図6)のうちの1つなどの各出力信号を出力する。hijを付された処理ブロック(i=1、2、…、K、かつj=1、2、…、K)のそれぞれは、フィルタ700(図7)などの各FIRフィルタを表す。フィルタhijごとのフィルタ係数C1−CNは、制御信号バス802を介して、フィルタコントローラ626(図6)などの対応するコントローラによってプログラムされる。既に示したように、異なるフィルタhijにおけるフィルタ係数C1−CNの適切な各組を使用することによって、MIMO等化器800は、キャリア間干渉の悪影響を実質的に相殺することができ、偏波多重分離などの他の有用な動作をいくつか実行できる可能性がある。
図9は、本開示の代替実施形態による、光伝送システム100(図1)で使用され得る光送信機900の構成図を示す。具体的には、光信号130(図1)に代わって、光送信機900によって生成された変調された光信号930が、光ファイバリンク140の入口端に印加され得る。変調された光信号930は、K個の変調された光搬送波を有する。光ファイバリンク140の出口端で受信されると、変調された光信号930は、たとえば、MIMO等化器800(図8)を使用するDSPによって、対応する光受信機において処理され得る。
光送信機900は、それぞれの中間周波数をもつ電気キャリア波を生成するようにそれぞれが構成された中間周波数(IF)生成器9061−906Kを備える。隣接する中間周波数同士の間隔は、ボーレートRよりも小さい。IF生成器9061−906Kによって生成された各電気キャリア波は、次いで、電気変調器9101−910Kのそれぞれ1つにおいて、データストリームdata1−dataKのそれぞれ1つを使用して変調される。得られる変調された電気搬送波9121−912KのそれぞれはボーレートRを有する。
変調された電気搬送波9121−912Kは電気信号結合器914において結合され、得られる変調されたマルチキャリア電気信号916が駆動回路918に印加される。駆動回路918は、変調されたマルチキャリア電気信号916を、I−Q変調器924を駆動するのに適した対応する電気駆動信号922に変換するように動作する。変換処理は、たとえば、信号916を増幅し、得られる増幅された信号に適切な直流バイアスを印加することを含み得る。I−Q変調器924は、レーザ源920によって供給される光キャリア波を変調することによって、電気駆動信号922をたとえば約190THzの光周波数範囲にアップコンバートするように動作する。I−Q変調器924によって生成される光出力信号は光信号930である。既に示したように、光信号930はK個の変調された光搬送波を有する。光信号930における変調された光搬送波の間隔は、IF生成器9061−906Kによって生成される電気キャリア波の周波数の間隔とほぼ同じである。
対応する光受信機(たとえば、図1の150)における光ヘテロダイン検波に関して種々の実施形態が前述されてきたが、いくつかの実施形態は、たとえば、図10を参照しながら後述するように、光イントラダイン検波を使用して機能するように構成されることもある。
図10は、本開示の一実施形態による、光ヘテロダイン検波器500(図5)の代わりに使用され得る光イントラダイン検波器1000の構成図を示す。検波器1000は、光ファイバリンク140(図1参照)からPDM光信号を受信するように構成され、このPDM光信号を4つの電気信号1038a−1038dに変換するように動作し、ここで、電気信号1038aと1038bは、受信されたPDM光信号のX偏光のIとQの成分を表し、電気信号1038cと1038dは、受信されたPDM光信号のY偏光のIとQの成分を表す。次いで、信号1038a−1038dのそれぞれは2つの複製に分割されてもよく、複製のそれぞれは、電気信号158(図1)に適用されたものと同様のフィルタリングを受けてもよい。ただし、フィルタリングに変更が1点あり、対応するフィルタが今回はベースバンド内かまたはそれに比較的近い通過帯域を有し、フィルタ160(図1)のような中間周波数範囲内ではない。得られるフィルタリングされた電気信号はデジタルの複素数値に変換され、適切に修正された実施形態のDSP600(図6)において処理されてもよい。修正の1つは、ダウンコンバータ610(図6)が省略されるか、またはバイパスされてよいことであり得る。別の修正は、乗算器6161−6164(図6)が、周波数オフセット補正を実行するために、他の適切な増倍率を適用するように構成されていてもよいことであり得る。
検波器1000は、適切に同調させたレーザ源1203によって生成され得る局部発振器光信号を使用して、偏光ダイバーシティイントラダイン検波方式を実施する。偏光ビームスプリッタ(PBS)1022a−1022bは、光入力信号をそれぞれのX偏光およびY偏光の成分に分解し、これらは1002X、1012X、1002Y、および1012Yを付す。これらの偏光成分は次いで光ハイブリッド1026に送られる。
光ハイブリッド1026において、偏光成分1002X、1012X、1002Y、および1012Yのそれぞれは、たとえば、従来の3dBのパワースプリッタ(図10に明示的には示されていない)を使用して2つの(減衰した)複製に分割される。次いで、移相器1028a−1028bをそれぞれ使用して、約90度(π/2ラジアン)の相対的位相シフトが、成分1012Xの1つの複製および成分1012Yの1つの複製に加えられる。信号1002X、1012X、1002Y、および1012Yのさまざまな複製が、図10に示すように4つの光信号混合器30を使用して互いに光学的に混合され、混合器によって作り出される混合された信号は、8つの光検波器(たとえば、フォトダイオード)1036によって検出される。光検波器1036は、図10に示すように対になって配置され、各光検波器対の出力は、電気信号1038a−1038dの対応する1つである。光検波器1036のこの構成は、ノイズを減らし、DC平衡を良くするのに役立つ差動的な構成である。代替実施形態では、検波器1000は、1つの光信号混合器30につき、対応する光信号をシングルエンド方式で検出するように構成された4つの光検波器1036を有してもよい。
検波器1000で使用するのに適した例示的な光ハイブリッドは、たとえば、米国特許出願公開第2007/0297806号および同第2011/0038631号に記載されており、その両方とも、引用によりその全体が本明細書に組み込まれている。
図1−10を参照しながら上で開示された一実施形態によれば、受信した変調された光信号(たとえば、図1の142)に基づいて、第1のフィルタリングされた電気信号(たとえば、図1の1701)および第2のフィルタリングされた電気信号(たとえば、図1の1702)を生成するように構成された光検波器(たとえば、図1の154と、1601−1602と、1681−1682との組合せ)を備える装置が提供される。受信した変調された光信号は、(i)選択されたボーレート(たとえば、式(1)のR)で、第1のデータストリーム(たとえば、図1のdata1)を符号化して載せた第1の変調された光搬送波(たとえば、図1の1261)であって、第1の搬送周波数(たとえば、式(1)のf1)を有する前記第1の変調された光搬送波、および(ii)選択されたボーレートで、第2のデータストリーム(たとえば、図1のdata2)を符号化して載せた第2の変調された光搬送波(たとえば、図1の1262)であって、第2の搬送周波数(たとえば、式(1)のf2)をもつ前記第2の変調された光搬送波を有し、第1と第2の搬送周波数は、選択されたボーレートよりも小さい周波数間隔で互いに隔てられている。第2のフィルタリングされた電気信号は、第1のフィルタリングされた電気信号とは異なる。装置は、第1のデータストリームと第2のデータストリームを回復するために、第1と第2のフィルタリングされた電気信号を処理するように構成された信号プロセッサ(たとえば、図1の172)をさらに備える。
上記の装置のいくつかの実施形態では、周波数間隔は、選択されたボーレートの約90%よりも小さい。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、周波数間隔は、選択されたボーレートの約80%よりも小さいが、選択されたボーレートの約20%よりも大きい。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、光検波器は、受信した変調された光信号を局部発振器光信号(たとえば、図1の1223)と混合することによって、受信した変調された光信号を第1の中間周波数の電気信号(たとえば、図1の158、図5の558X)に変換するように構成された第1のヘテロダイン検波器(たとえば、図1および図5の154)と、第1のフィルタリングされた電気信号を生成するために、第1の中間周波数の電気信号の第1の複製をフィルタリングするように構成された第1のバンドパスフィルタ(たとえば、図1の1601)と、第2のフィルタリングされた電気信号を生成するために、第1の中間周波数の電気信号の第2の複製をフィルタリングするように構成された第2のバンドパスフィルタ(たとえば、図1の1602)とを備える。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、光検波器は光イントラダイン検波器(たとえば、図10の1000)を備える。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、局部発振器光信号は、周波数間隔の中間から少なくとも2Rだけ離調された第3の搬送周波数(たとえば、式(2)のf3)を有し、ここで、Rは選択されたボーレートである。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、第1のバンドパスフィルタは、第1の中間周波数(たとえば、式(3a)のfIF1)をほぼ中心とする第1のスペクトルバンドを通過させるように構成され、第2のバンドパスフィルタは、第1の中間周波数とは異なる第2の中間周波数(たとえば、式(3b)のfIF2)をほぼ中心とする第2のスペクトルバンドを通過させるように構成されている。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、第1の中間周波数と第2の中間周波数は、選択されたボーレートよりも小さい周波数間隔で互いに隔てられ、第1と第2のスペクトルバンドのそれぞれは、およそ選択されたボーレートの3dB幅を有する。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、光検波器は、受信した変調された光信号を第1の(たとえば、X)偏光成分および第2の(たとえば、Y)偏光成分に分割するように構成された偏光ビームスプリッタ(たとえば、図5の5021)と、第2の偏光成分を局部発振器光信号のそれぞれの(たとえば、図5のY偏光)偏光成分と混合することによって、第2の偏光成分を第2の中間周波数の電気信号(たとえば、図5の558Y)に変換するように構成された第2のヘテロダイン検波器(たとえば、図5の154Y)とをさらに備える。第1のヘテロダイン検波器(たとえば、図5の154X)は、第1の偏光成分を第1の中間周波数の電気信号(たとえば、図5の558X)に変換するように構成されている。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、光検波器は、第3のフィルタリングされた電気信号を生成するために、第2の中間周波数の電気信号の第1の複製をフィルタリングするように構成された第3のバンドパスフィルタ(たとえば、図1の1601の追加の複製)と、第4のフィルタリングされた電気信号を生成するために、第2の中間周波数の電気信号の第2の複製をフィルタリングするように構成された第4のバンドパスフィルタ(たとえば、図1の1602の追加の複製)とをさらに備える。信号プロセッサ(たとえば、図6の600)は、第1のデータストリームおよび第2のデータストリームを回復するために、第3および第4のフィルタリングされた電気信号を処理するようにさらに構成されている。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、信号プロセッサは、第1の電気ベースバンド信号(たとえば、図6の6181)および第2の電気ベースバンド信号(たとえば、図6の6183)を生成するために、異なる個々の周波数量によって(たとえば、図3のステップ302−304を用いて)、第1のフィルタリングされた電気信号および第2のフィルタリングされた電気信号を個別にダウンコンバートするように構成された電子回路(たとえば、図6の610、6161−6164)と、第1の変調された光搬送波と第2の変調された光搬送波のスペクトルの重なりによるキャリア間干渉の影響を少なくとも部分的に除去するために、第1および第2の電気ベースバンド信号に等化処理(たとえば、式(5)および(6)に対応)を施すように構成されたMIMO等化器(たとえば、図6の630、図8の800)とを備える。信号プロセッサは、前記等化処理の結果、MIMO等化器によって生成された複数の等化された電気信号(たとえば、図6の6341−6344)に基づいて、第1のデータストリームおよび第2のデータストリームを回復するように構成されている。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、MIMO等化器は、複数の構成可能な有限インパルス応答フィルタ(たとえば、図7の700、図8のhij)を備える。信号プロセッサは、前記複数の構成可能な有限インパルス応答フィルタの異なるフィルタを構成するために使用されるそれぞれのフィルタ係数の組(たとえば、図7のC1−CN)を、1つまたは複数の誤り推定値に基づいて適応的に設定するように構成されたフィルタコントローラ(たとえば、図6の626)をさらに備え、前記1つまたは複数の誤り推定値は、第1および第2の電気ベースバンド信号および複数の等化された電気信号に基づいて(たとえば、式(7)−(8)に表されるように)生成される。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、受信した変調された光信号は、選択されたボーレートで、1つまたは複数のそれぞれの追加のデータストリーム(たとえば、…dataK、図9)を符号化して載せた1つまたは複数の追加の変調された(たとえば、図9の900によって生成される)光搬送波をさらに有し、前記1つまたは複数の追加の変調された光搬送波のそれぞれがもつ各搬送周波数は、受信した変調された光における(周波数に関して)最も近い変調された光搬送波がもつ搬送周波数から、選択されたボーレートよりも小さいそれぞれの周波数間隔で隔てられ、光検波器は、受信した変調された光信号に基づいて、1つまたは複数の追加のフィルタリングされた電気信号(たとえば、図8のIN1−INKに対応)を生成するようにさらに構成され、信号プロセッサは、1つまたは複数のそれぞれの追加のデータストリームを回復するために、前記1つまたは複数の追加のフィルタリングされた電気信号を、第1および第2のフィルタリングされた電気信号とともに処理するようにさらに構成されている。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、装置は、光ファイバリンク(たとえば、図1の140)を介して光検波器に光学的に結合され、受信した変調された光信号を光検波器に印加するように構成された光送信機(たとえば、図9の900)をさらに備える。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、光ファイバリンク(たとえば、図1の140)は、シングルモードファイバまたはマルチモードファイバを含む。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、装置は、光ファイバリンク(たとえば、図1の140)の少なくとも一部分をさらに備える。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、光送信機は、それぞれの中間周波数を有する各電気キャリア波を生成するようにそれぞれが構成された複数の電気中間周波数生成器(たとえば、図9の9061−906K)であって、隣接する中間周波数の間隔が選択されたボーレートよりも小さい、電気中間周波数生成器と、複数の変調された電気搬送波(たとえば、図9の9121−912K)のそれぞれ1つを生成するために、第1のデータストリーム、第2のデータストリーム、および1つまたは複数の追加のデータストリームのそれぞれ1つを使用して各電気キャリア波を変調するようにそれぞれが構成された複数の電気変調器(たとえば、図9の9101−910K)と、変調されたマルチキャリア電気信号(たとえば、図9の916)を生成するために、複数の変調された電気搬送波を結合するように構成された電気信号結合器(たとえば、図9の914)と、変調されたマルチキャリア電気信号に基づいて光キャリア波を変調することによって、受信した変調された光信号を生成するように構成された光変調器(たとえば、図9の924)とを備える。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、信号プロセッサは、複数の等化された電気信号のそれぞれを、推定コンスタレーションシンボルの各シーケンス(たとえば、図6の6541−6544)に変換するように構成されたコンスタレーションマッパ(たとえば、図6の650)と、第1のデータストリームおよび第2のデータストリームを回復するために、コンスタレーションマッパによって生成された推定コンスタレーションシンボルのシーケンスに誤り訂正処理を施すように構成された誤り訂正モジュール(たとえば、図6の660)とをさらに備える。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、装置は、光ファイバリンク(たとえば、図1の140)を介して光検波器に光学的に結合され、受信した変調された光信号を光検波器に印加するように構成された1つまたは複数の光送信機(たとえば、図1の1101−1102、図4の400、図9の900)をさらに備える。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、1つまたは複数の光送信機は、第1の変調された光搬送波を生成するように構成された第1の光送信機(たとえば、図1の1101)と、第2の変調された光搬送波を生成するように構成された第2の光送信機(たとえば、図1の1102)とを含む。装置は、受信した変調された光信号を生成するために、第1と第2の変調された光搬送波を結合するように構成された光結合器(たとえば、図1の128)をさらに備える。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、1つまたは複数の光送信機は、それぞれの中間周波数を有する各電気キャリア波を生成するようにそれぞれが構成された複数の電気中間周波数生成器(たとえば、図9の9061−906K)であって、隣接する中間周波数の間隔が選択されたボーレートよりも小さい、電気中間周波数生成器と、複数の変調された電気搬送波(たとえば、図9の9121−912K)のそれぞれ1つを生成するために、第1のデータストリーム、第2のデータストリーム、および1つまたは複数の追加のデータストリームのそれぞれ1つを使用して各電気キャリア波を変調するようにそれぞれが構成された複数の電気変調器(たとえば、図9の9101−910K)と、変調されたマルチキャリア電気信号(たとえば、図9の916)を生成するために、複数の変調された電気搬送波を結合するように構成された電気信号結合器(たとえば、図9の914)と、変調されたマルチキャリア電気信号に基づいて光キャリア波を変調することによって、受信した変調された光信号を生成するように構成された光変調器(たとえば、図9の924)とを備える。
図1−10を参照しながら上で開示された別の実施形態によれば、選択されたボーレート(たとえば、式(1)のR)で、第1のデータストリーム(たとえば、図1のdata1)を符号化して載せた第1の変調された光搬送波(たとえば、図1の1261)を生成するように構成された第1の光送信機(たとえば、図1の1101)であって、前記第1の変調された光搬送波が第1の搬送周波数(たとえば、式(1)のf1)を有する、第1の光送信機と、選択されたボーレートで、第2のデータストリーム(たとえば、図1のdata2)を符号化して載せた第2の変調された光搬送波(たとえば、図1の1262)を生成するように構成された第2の光送信機(たとえば、図1の1102)であって、前記第2の変調された光搬送波が第2の搬送周波数(たとえば、式(1)のf2)を有し、第1と第2の搬送周波数が、選択されたボーレートよりも小さい周波数間隔で互いに隔てられている、第2の光送信機と、光ファイバリンク(たとえば、図1の140)を介した伝送のために、第1の変調された光搬送波と第2の変調された光搬送波を結合するように構成された光結合器(たとえば、図1の128)とを備える装置が提供される。
上記の装置のいくつかの実施形態では、周波数間隔は、選択されたボーレートの約90%よりも小さい。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、周波数間隔は、選択されたボーレートの約80%よりも小さいが、選択されたボーレートの約20%よりも大きい。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、第1のデータストリームは、第1のサブストリーム(たとえば、図6のdata1X)および第2のサブストリーム(たとえば、図6のdata1Y)を含み、第1の光送信機(たとえば、図4の400)は、第1の変調された光搬送波の第1の(たとえば、X)偏光に第1のサブストリームを符号化し、第1の変調された光搬送波の第2の(たとえば、Y)偏光に第2のサブストリームを符号化するように構成され、前記第2の偏光は第1の偏光とほぼ(たとえば、10度差以内)直交している。
図1−10を参照しながら上で開示されたさらに別の実施形態によれば、それぞれの中間周波数を有する各電気キャリア波を生成するようにそれぞれが構成された複数の電気中間周波数生成器(たとえば、図9の9061−906K)であって、隣接する中間周波数の間隔が選択されたボーレート(たとえば、式(1)のR)よりも小さい、電気中間周波数生成器と、複数の変調された電気搬送波(たとえば、図9の9121−912K)のそれぞれ1つを生成するために、複数のデータストリーム(たとえば、図9のdata1−dataK)のそれぞれ1つを使用して、選択されたボーレートで各電気キャリア波を変調するようにそれぞれが構成された複数の電気変調器(たとえば、図9の9101−910K)と、変調されたマルチキャリア電気信号(たとえば、図9の916)を生成するために、複数の変調された電気搬送波を結合するように構成された電気信号結合器(たとえば、図9の914)と、変調されたマルチキャリア電気信号に基づいて光キャリア波を変調することによって、変調された光信号(たとえば、図9の930)を生成するように構成された光変調器(たとえば、図9の924)とを備える装置が提供される。
いくつかの実施形態では、上記のFD−MIMO処理は、光伝送システム100に使用される2つの変調された光搬送波の搬送周波数間の関係が以下の式(9)で記述されるとき、比較的強いキャリア間干渉を示す伝送方式に適応され得る:
R<┃f1−f2┃<5R (9)
対応する実施形態は、第1のフィルタリングされた電気信号および第2のフィルタリングされた電気信号を、受信した変調された光信号に基づいて生成するように構成された光検波器(たとえば、図1の154と、1601−1602と、1681−1682と、図5の500ならびに信号558Xおよび558Yをフィルタリングするように構成された対応するフィルタ、または図10の1000および信号1038a−1038dをフィルタリングするように構成された対応するフィルタとの組合せ)であって、受信した変調された光信号が、(i)選択されたボーレートで、第1のデータストリームを符号化して載せた第1の変調された光搬送波であって、第1の搬送周波数をもつ前記第1の変調された光搬送波、および(ii)選択されたボーレートで、第2のデータストリームを符号化して載せた第2の変調された光搬送波であって、第2の搬送周波数をもつ前記第2の変調された光搬送波を有する、光検波器を備える装置を提供する。装置は、(i)第1のフィルタリングされた電気信号を第1の電気ベースバンド信号に変換し、(ii)第2のフィルタリングされた電気信号を第2の電気ベースバンド信号に変換し、(iii)第1の変調された光搬送波と第2の変調された光搬送波の部分的なスペクトルの重なりによるキャリア間干渉の影響を緩和するために、第1の入力として、第1の電気ベースバンド信号(たとえば、図6の618の1つ)を受信するように構成され、第2の入力として、第2の電気ベースバンド信号(たとえば、図6の618の別の1つ)を受信するようにさらに構成され、第1の等化された電気信号(たとえば、図6の634の1つ)をその第1の出力として、また第2の等化された電気信号(たとえば、図6の634の別の1つ)をその第2の出力として生成するように構成されたMIMO等化処理を(たとえば、図6の630を用いて)第1および第2の電気ベースバンド信号に施し、(iv)第1の等化された電気信号に基づいて第1のデータストリームを回復し、(v)第2の等化された電気信号に基づいて第2のデータストリームを回復するように構成された信号プロセッサ(たとえば、図6の600)をさらに備える。
R<┃f1−f2┃<5R (9)
対応する実施形態は、第1のフィルタリングされた電気信号および第2のフィルタリングされた電気信号を、受信した変調された光信号に基づいて生成するように構成された光検波器(たとえば、図1の154と、1601−1602と、1681−1682と、図5の500ならびに信号558Xおよび558Yをフィルタリングするように構成された対応するフィルタ、または図10の1000および信号1038a−1038dをフィルタリングするように構成された対応するフィルタとの組合せ)であって、受信した変調された光信号が、(i)選択されたボーレートで、第1のデータストリームを符号化して載せた第1の変調された光搬送波であって、第1の搬送周波数をもつ前記第1の変調された光搬送波、および(ii)選択されたボーレートで、第2のデータストリームを符号化して載せた第2の変調された光搬送波であって、第2の搬送周波数をもつ前記第2の変調された光搬送波を有する、光検波器を備える装置を提供する。装置は、(i)第1のフィルタリングされた電気信号を第1の電気ベースバンド信号に変換し、(ii)第2のフィルタリングされた電気信号を第2の電気ベースバンド信号に変換し、(iii)第1の変調された光搬送波と第2の変調された光搬送波の部分的なスペクトルの重なりによるキャリア間干渉の影響を緩和するために、第1の入力として、第1の電気ベースバンド信号(たとえば、図6の618の1つ)を受信するように構成され、第2の入力として、第2の電気ベースバンド信号(たとえば、図6の618の別の1つ)を受信するようにさらに構成され、第1の等化された電気信号(たとえば、図6の634の1つ)をその第1の出力として、また第2の等化された電気信号(たとえば、図6の634の別の1つ)をその第2の出力として生成するように構成されたMIMO等化処理を(たとえば、図6の630を用いて)第1および第2の電気ベースバンド信号に施し、(iv)第1の等化された電気信号に基づいて第1のデータストリームを回復し、(v)第2の等化された電気信号に基づいて第2のデータストリームを回復するように構成された信号プロセッサ(たとえば、図6の600)をさらに備える。
上記の装置のいくつかの実施形態では、信号プロセッサは、複数の構成可能な有限インパルス応答フィルタ(たとえば、図7の700、図8の800)を備える。信号プロセッサは、前記複数の構成可能な有限インパルス応答フィルタの異なるフィルタを構成するために使用されるそれぞれのフィルタ係数の組を、1つまたは複数の誤り推定値に基づいて適応的にプログラムするように構成された電子フィルタコントローラ(たとえば、図6の626)をさらに備え、前記1つまたは複数の誤り推定値は、第1および第2の電気ベースバンド信号ならびに第1および第2の等化された電気信号に基づいて生成される。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、第1と第2の搬送周波数は、選択されたボーレートよりも大きい周波数間隔で互いに隔てられている。
上記の装置のうちの任意のもののいくつかの実施形態では、第1と第2の搬送周波数は、3Rよりも小さい周波数間隔で互いに隔てられており、ここで、Rは選択されたボーレートである。
本発明は例示的な実施形態に関連して説明されてきたが、この説明は限定的な意味に解釈されることは意図されていない。説明された実施形態のさまざまな修正形態だけでなく、本発明が関係する分野の当業者には明らかな本発明の他の実施形態も、添付の特許請求の範囲に表されるような本発明の原理および範囲の中にあると考えられる。
明示的に別段の定めがある場合を除き、各数値および範囲は、「約」または「およそ」という語が数値または範囲の値の前に付いているように、近似として解釈されるべきである。
本発明の性質を説明するために記載および図示された部品の細部、材料、および配置のさまざまな変更が、添付の特許請求の範囲に表されるような本発明の範囲から逸脱することなく当業者によってなされ得ることがさらに理解されよう。
特許請求の範囲における図の番号および/または図の参照符号の使用は、特許請求の範囲の解釈を容易にするために、クレームされる主題の1つまたは複数の可能な実施形態を特定することが意図されている。そのような使用は、必ずしもそれらの請求項の範囲を対応する図面に示された実施形態に限定するものとして解釈されるべきではない。
以下の方法の請求項における要素は、それが存在する場合、対応する符号の付いた特定の順序で記載されるが、請求項の記載がそれらの要素の一部または全部を実施するための特定の順序を特に示唆していない場合は、それらの要素は必ずしもその特定の順序で実施されることに限定されることは意図されていない。
本明細書において「1つの実施形態」または「一実施形態」への言及は、その実施形態とともに記載される特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれ得ることを意味する。本明細書のさまざまな場所に「1つの実施形態では」という語句が現れることは、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すわけではなく、別個または代替の実施形態が必ずしも他の実施形態と相互排他的であるわけでもない。同じことが「実装」という用語にも当てはまる。
また、この説明の目的のために、「結合する(couple)」、「結合している(coupling)」、「結合された(coupled)」、「接続する(connect)」、「接続している(connecting)」、または「接続された(connected)」という用語は、エネルギーが2つ以上の要素間で移送可能で、また、必須ではないが、1つまたは複数の追加の要素の介在が企図される、当技術分野で知られているかまたは今後開発される方法を指す。逆に、「直接的に結合された」、「直接的に接続された」などの用語は、そのような追加の要素がないことを示唆する。
説明および図は本発明の原理を示すにすぎない。したがって、本明細書には明示的な説明も図示もないが、本発明の原理を具現化し、かつ本発明の趣旨および範囲に含まれるさまざまな配置を当業者は考案できることが認識されよう。さらに、本明細書に記載されるあらゆる例は、本発明者(ら)が当技術分野の発展に貢献させた本発明の原理および概念についての読者の理解を助ける教示目的のものでしかないことが主として明白に意図され、そのような具体的に記載される例および条件には限定されないと解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびにその具体的な例を記載する本明細書におけるあらゆる記述は、その均等物を包含することが意図されている。
「プロセッサ」および「コントローラ」と記載された任意の機能ブロックを含む、図に示された種々の要素の機能は、専用のハードウェアだけでなく、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアを適切なソフトウェアと連携して使用することによって実現され得る。プロセッサによって実現されるとき、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共用プロセッサ、または一部が共用であり得る複数の個々のプロセッサによって実現されてもよい。さらに、「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、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアのみを指すものとして解釈されるべきではなく、限定はしないが、デジタル信号プロセッサ(DSP)ハードウェア、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)、ソフトウェアを記憶するための読み取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、および不揮発性記憶装置を暗黙的に含み得る。従来および/またはカスタムの他のハードウェアも含まれ得る。同様に、図に示された任意のスイッチは概念的なものでしかない。それらの機能は、プログラム論理の動作によって、専用論理によって、プログラム制御と専用論理の相互作用によって、または手動によって行われてもよく、特定の技術は、より具体的には文脈から理解されるように、実施者によって選択可能である。
本明細書における任意の構成図は、本発明の原理を具現化する例示の回路構成の概念図を表すことが当業者によって理解されるはずである。同様に、フローチャート、流れ図、状態遷移図、擬似コードなどはいずれも、コンピュータ可読媒体の中に実質的に表され、したがって、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にかかわらず、そのようなコンピュータまたはプロセッサによって実行され得る種々の処理を表すことが理解されよう。
Claims (9)
- 受信した変調された光信号を局部発振器光信号と混合することによって、受信した変調された光信号を第1の中間周波数の電気信号に変換するように構成された第1のヘテロダイン検波器であって、受信した変調された光信号が、(i)選択されたボーレートで、第1のデータストリームを符号化して載せた第1の変調された光搬送波であって、第1の搬送周波数をもつ前記第1の変調された光搬送波、および(ii)選択されたボーレートで、第2のデータストリームを符号化して載せた第2の変調された光搬送波であって、第1の搬送周波数とは異なる第2の搬送周波数をもつ前記第2の変調された光搬送波を有する、第1のヘテロダイン検波器と、
第1の中間周波数の電気信号の第1のスペクトルバンドを通過させることによって、第1のフィルタリングされた電気信号を生成するように構成された第1のバンドパスフィルタであって、前記第1のスペクトルバンドが第1の中間周波数をほぼ中心とする、第1のバンドパスフィルタと、
第1の中間周波数の電気信号の第2のスペクトルバンドを通過させることによって第2のフィルタリングされた電気信号を生成するように構成された第2のバンドパスフィルタであって、第1と第2の中間周波数の間の周波数差の絶対値が、選択されたボーレートよりも小さくなるように、前記第2のスペクトルバンドが、第1の中間周波数とは異なる第2の中間周波数をほぼ中心とする、第2のバンドパスフィルタと、
第1のフィルタリングされた電気信号に対応する第1のデジタルベースバンド信号および第2のフィルタリングされた電気信号に対応する第2のデジタルベースバンド信号に等化処理を施すことによって、複数の等化された電気信号を生成するように構成された電子MIMO等化器と
を備え、
複数の等化された電気信号に基づいて第1のデータストリームおよび第2のデータストリームを回復するように構成された、装置。 - 周波数差が、選択されたボーレートの約90%よりも小さいが、選択されたボーレートの約10%よりも大きい、請求項1に記載の装置。
- 第1の搬送周波数と第2の搬送周波数が周波数差だけ互いに異なり、
第1および第2のスペクトルバンドのそれぞれがほぼボーレートの3dB幅を有するように、第1と第2のバンドパスフィルタが、それぞれ第1と第2のスペクトルバンドを整形するように構成されている、請求項1に記載の装置。 - 受信した変調された光信号を第1の偏光成分と第2の偏光成分に分割するように構成された偏光ビームスプリッタと、
第2の偏光成分を局部発振器光信号のそれぞれの偏光成分と混合することによって、第2の偏光成分を第2の中間周波数の電気信号に変換するように構成された第2のヘテロダイン検波器と
をさらに備え、
第1のヘテロダイン検波器が、第1の偏光成分を第1の中間周波数の電気信号に変換するように構成され、
装置が、
第2の中間周波数の電気信号の第1のスペクトルバンドを通過させることによって、第3のフィルタリングされた電気信号を生成するように構成された第3のバンドパスフィルタと、
第2の中間周波数の電気信号の第2のスペクトルバンドを通過させることによって、第4のフィルタリングされた電気信号を生成するように構成された第4のバンドパスフィルタと
をさらに備え、
電子MIMO等化器が、第3のフィルタリングされた電気信号に対応する第3のデジタルベースバンド信号および第4のフィルタリングされた電気信号に対応する第4のデジタルベースバンド信号に等化処理を施すことによって、複数の等化された電気信号を生成するようにさらに構成され、
装置が、第1のデータストリームおよび第2のデータストリームを回復するために、第3および第4のフィルタリングされた電気信号を処理するようにさらに構成された、請求項1に記載の装置。 - 第1のデジタルベースバンド信号および第2のデジタルベースバンド信号を生成するために、異なるそれぞれの周波数量によって、第1のフィルタリングされた電気信号および第2のフィルタリングされた電気信号を個別にダウンコンバートするように構成された電子回路をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 電子MIMO等化器が、複数の構成可能な有限インパルス応答フィルタを備え、
装置が、前記複数の構成可能な有限インパルス応答フィルタの異なるフィルタを構成するために使用されるそれぞれのフィルタ係数の組を、1つまたは複数の誤り推定値に基づいて適応的にプログラムするように構成されたフィルタコントローラであって、前記1つまたは複数の誤り推定値が、第1および第2のデジタルベースバンド信号および複数の等化された電気信号に基づいて生成される、フィルタコントローラをさらに備える、請求項5に記載の装置。 - 受信した変調された光信号が、選択されたボーレートで、1つまたは複数のそれぞれの追加のデータストリームを符号化して載せた1つまたは複数の追加の変調された光搬送波をさらに有し、
前記1つまたは複数の追加の変調された光搬送波のそれぞれがもつ各搬送周波数が、受信した変調された光における最も近い変調された光搬送波の搬送周波数から、選択されたボーレートよりも小さいそれぞれの周波数間隔で隔てられており、
装置が、第1の中間周波数の電気信号の1つまたは複数の追加のスペクトルバンドを通過させることによって、1つまたは複数の追加のフィルタリングされた電気信号を生成するように構成された1つまたは複数の追加のバンドパスフィルタをさらに備え、
装置が、1つまたは複数のそれぞれの追加のデータストリームを回復するために、前記1つまたは複数の追加のフィルタリングされた電気信号を、第1および第2のフィルタリングされた電気信号とともに処理するようにさらに構成されている、請求項5に記載の装置。 - 光ファイバリンクを介して第1のヘテロダイン検波器に光学的に結合され、受信した変調された光信号を第1のヘテロダイン検波器に印加するように構成された光送信機をさらに備え、光送信機が、
それぞれの中間周波数を有する各電気キャリア波を生成するようにそれぞれが構成された複数の電気中間周波数生成器であって、隣接する中間周波数の間隔が選択されたボーレートよりも小さい、電気中間周波数生成器と、
複数の変調された電気搬送波のそれぞれ1つを生成するために、第1のデータストリーム、第2のデータストリーム、および1つまたは複数の追加のデータストリームのそれぞれ1つを使用して各電気キャリア波を変調するようにそれぞれが構成された複数の電気変調器と、
変調されたマルチキャリア電気信号を生成するために、複数の変調された電気搬送波を結合するように構成された電気信号結合器と、
変調されたマルチキャリア電気信号を使用して光キャリア波を変調することによって、受信した変調された光信号を生成するように構成された光変調器と
を備える、請求項7に記載の装置。 - 第1の変調された光搬送波を生成するように構成された第1の光送信機と、
第2の変調された光搬送波を生成するように構成された第2の光送信機と、
受信した変調された光信号を生成するために、第1と第2の変調された光搬送波を結合するように構成された光結合器と
をさらに備え、
第1と第2の搬送周波数が、周波数差だけ互いに隔てられている、請求項1に記載の装置。
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