JP7417743B2 - 周波数領域等化方法、等化器、光受信器、及びシステム - Google Patents

Description

本願は、通信分野に、特に、周波数領域等化方法、等化器、光受信器、及びシステムに関係がある。

光通信システムでは、コンポーネントの帯域幅とともに信号伝送レートが増大している。信号伝送レートがある程度まで増大し、コンポーネントの帯域幅が信号ナイキスト帯域幅よりも小さい場合に、帯域幅は制限され、シンボル間干渉（inter-symbol interference，ＩＳＩ）が導入されて、信号品質の劣化を引き起こす。そのため、帯域幅が制限されているために引き起こされるＩＳＩは、デジタル信号処理（digital signal processing，ＤＳＰ）を通じて補償される場合がある。例えば、帯域幅が制限されているために引き起こされるＩＳＩを取り除いて、原信号を回復するために、デジタル等化器が使用される。

伝送容量を改善するために、通信システムは、複数のチャネルを使用することによって信号伝送を実行することがある。例えば、４００Ｇ光通信システムの場合には、８×５０Ｇ又は４×１００Ｇといったマルチチャネル伝送方式が使用されることがある。現在、４００Ｇ強度変調直接検波（intensity-modulation direct-detection，ＩＭＤＤ）システムが商業的に利用可能である。システムは、４つの独立したチャネルを使用することによって、独立した信号の４つのチャネルを別々に伝送する。受信器のＤＳＰでは、４つの独立した時間領域等化器（time domain equalizer，ＴＤＥＱ）が、ＩＳＩによって引き起こされる影響の程度を減らすために、等化を実装するよう付加される。図１は、従来技術に従って時間領域等化を実装するＩＭＤＤシステムのアーキテクチャの図である。図１に示されるように、伝送信号の複数のチャネル（例えば、４つのチャネル）について、信号の各チャネルは、信号発生器１０１、変調器１０２、光伝送ファイバ１０３、光電検出器（photoelectric detector，ＰＤ）１０４、アナログ－デジタルコンバータ（analog-to-digital converter，ＡＤＣ）１０５、及びＴＤＥＱ１０６を通る。信号の各チャネルは、それ自体のＴＤＥＱを使用する。信号のチャネルのＴＤＥＱは、互いから独立している。ＴＤＥＱは、等化された信号を出力する。ＴＤＥＱの動作プロセスは時間領域畳み込み演算である。動作プロセスでの電力消費及び占有リソースは、主に、畳み込み演算でのタップ（Tap）の数によって決定される。その上、タップの数は、帯域幅制限の程度に関係がある。言い換えると、厳しい帯域幅制限の程度は、ＴＤＥＱに必要とされるタップの数が多いことを示す。この場合に、より高い電力消費が必要とされ、より多くのリソースが必要とされる。コスト及びボリュームを制御するために、ＩＭＤＤシステムには、電力消費及びリソースに対する厳しい制限がある。そのため、タップの数は過度に多くなり得ない。しかし、次世代の８００Ｇシステム又はより高いレートを有するシステムの場合に、コンポーネントの帯域幅は厳しく制限され、ＴＤＥＱは、ＩＳＩを許容可能な程度に低減するために比較的に多数のタップを必要とする。４つのＴＤＥＱが多数のタップの畳み込み演算を実装するために使用される場合に、信号の各チャネルは、１つのＴＤＥＱによって等化され、これには全体で高い電力消費及び多数のリソースが必要である。そのため、ＩＭＤＤシステムの要件を満足することは難しい。従って、等化処理が信号に対して実行される場合に、タップの数に起因して引き起こされる電力消費及び占有リソースを如何にして減らすかが、切実に解決される必要がある技術的課題になる。

これを鑑みて、本願は、時間領域等化における過度に多いタップの数により引き起こされる高い電力消費及び過剰な占有リソースの問題を解消するために、周波数領域等化方法、等化器、光受信器、及びシステムを提供する。

第１の態様に従って、本願は、周波数領域等化方法を提供する。方法は、光受信器が第１複素信号を受信することを含み得る。第１複素信号は時間領域信号である。第１複素信号は、相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルに基づき取得され得る。光受信器は、フーリエ変換などの方法で第１複素信号を周波数領域信号に変換し、周波数領域での第１複素信号にタップ係数を乗じて第２複素信号を取得する。タップ係数は、周波数領域での第１複素信号のための信号補償又は補正、例えば、ＩＳＩ補償を実装するために使用される。光受信器は、逆フーリエ変換などの方法で第２複素信号を時間領域信号に変換し、時間領域での第２複素信号を実信号の２つのチャネルに分け、実信号の２つのチャネルを出力する。

本発明のこの実施形態では、ＴＤＥＱでの過度に多いタップの数により引き起こされる電力消費及び占有リソースを削減し、かつ、システム複雑性を軽減するために、デジタル電気信号のいずれか２つのチャネルが、周波数領域等化処理を実装するよう結合されて複素信号の１つのチャネルとなる。

可能な実施において、第１複素信号は実部及び虚部を含み、実部は、相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルのうちの一方からもたらされ、虚部は、相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルのうちの他方からもたらされる。

本発明のこの実施形態では、システムにおける周波数領域等化器の数を減らし、かつ、システム複雑性を軽減するために、デジタル電気信号の２つのチャネルが、等化処理を実装するよう結合されて複素信号の１つのチャネルとなる。

可能な実施において、方法は、デジタル電気信号の少なくとも２つのチャネルを受信し、デジタル電気信号の少なくとも２つのチャネルから相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルをランダムに選択することを更に含む。相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルは、次のように理解され得る：デジタル電気信号の２つのチャネルを運ぶために使用される光信号が、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する。

可能な実施において、方法は、時間領域での第２複素信号又は実信号の２つのチャネルに基づきエラー値を取得することを更に含み、エラー値は、タップ係数を調整するために使用される。例えば、エラー値は、周期的に取得されてよく、あるいは、エラー値は、出力される実信号の２つのチャネルの品質が悪化する場合に取得されてよい。

可能な実施において、方法は、エラー値及び周波数領域での第１複素信号に基づきタップ係数を調整することを含む。

本発明のこの実施形態では、より良い周波数領域等化効果は、ＩＳＩにより引き起こされる信号品質の劣化を有効に補償するために、タップ係数の動的な調整を通じて取得され得る。

可能な実施において、相互に独立したデジタル電気信号のいずれか２つのチャネルが、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する光信号の２つのチャネルから取得される。

例えば、送信端では、相互に独立したデジタル電気信号のいずれか２つのチャネルが、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する光信号を使用することによって、変調される。代替的に、受信端では、相互に独立したデジタル電気信号のいずれか２つのチャネルが、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する光信号を復調することを通じて、取得される。デジタル電気信号は互いから独立しているので、周波数領域等化に使用されるタップ係数は比較的に単純であり、それにより計算複雑性は低い。

可能な実施において、光受信器は、第１デジタル信号のチャネルを取得し、フーリエ変換などの方法で第１デジタル信号を周波数領域信号に変換し、周波数領域での第１デジタル信号にタップ係数を乗じて第２デジタル信号を取得する。タップ係数は、周波数領域での第１デジタル信号のための信号補償又は補正、例えば、ＩＳＩ補償を実装するために使用される。光受信器は、逆フーリエ変換などの方法で第２デジタル信号を時間領域信号に変換する。

本発明のこの実施形態では、周波数領域等化は、デジタル電気信号の単一チャネルに対して実行される。これは、システム柔軟性を改善するために、伝送信号の奇数番チャネルのシナリオに適応され得る。

第２の態様に従って、本願は等化器を提供する。等化器は、第１複素信号を取得し、フーリエ変換などの方法で第１複素信号を周波数領域信号に変換するよう構成される時間－周波数変換モジュールであり、第１複素信号は、相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルに基づき取得される時間領域信号であり得る、時間－周波数変換モジュールと、周波数領域での第１複素信号にタップ係数を乗じて第２複素信号を取得するよう構成される乗算器であり、タップ係数は、周波数領域での第１複素信号のための信号補償又は補正、例えば、ＩＳＩ補償を実装するために使用される、乗算器と、逆フーリエ変換などの方法で第２複素信号を時間領域信号に変換し、時間領域での第２複素信号を実信号の２つのチャネルに分け、実信号の２つのチャネルを出力するよう構成される周波数－時間変換モジュールとを含み得る。

本発明のこの実施形態では、ＴＤＥＱでの過度に多いタップの数により引き起こされる電力消費及び占有リソースを削減し、かつ、システム複雑性を軽減するために、デジタル電気信号のいずれか２つのチャネルが、周波数領域等化処理を実装するよう結合されて複素信号の１つのチャネルとなる。

可能な実施において、第１複素信号は実部及び虚部を含み、実部は、相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルのうちの一方からもたらされ、虚部は、相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルのうちの他方からもたらされる。

本発明のこの実施形態では、システムにおける周波数領域等化器の数を減らし、かつ、システム複雑性を軽減するために、デジタル電気信号の２つのチャネルが、等化処理を実装するよう結合されて複素信号の１つのチャネルとなる。

可能な実施において、等化器は、デジタル電気信号の少なくとも２つのチャネルを受信し、デジタル電気信号の少なくとも２つのチャネルから相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルをランダムに選択するよう更に構成される。相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルは、次のように理解され得る：デジタル電気信号の２つのチャネルを運ぶために使用される光信号が、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する。

可能な実施において、等化器は、時間領域での第２複素信号又は実信号の２つのチャネルに基づきエラー値を取得するよう構成されるエラー計算モジュールを更に含み、エラー値は、タップ係数を調整するために使用される。例えば、エラー値は、周期的に取得されてよく、あるいは、エラー値は、出力される実信号の２つのチャネルの品質が悪化する場合に取得されてよい。

可能な実施において、乗算器は、エラー値及び周波数領域での第１複素信号に基づきタップ係数を調整するよう構成される。

本発明のこの実施形態では、より良い周波数領域等化効果は、ＩＳＩにより引き起こされる信号品質の劣化を有効に補償するために、タップ係数の動的な調整を通じて取得され得る。

可能な実施において、相互に独立したデジタル電気信号のいずれか２つのチャネルが、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する光信号の２つのチャネルから取得される。

例えば、送信端では、相互に独立したデジタル電気信号のいずれか２つのチャネルが、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する光信号を使用することによって、変調される。代替的に、受信端では、相互に独立したデジタル電気信号のいずれか２つのチャネルが、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する光信号を復調することを通じて、取得される。デジタル電気信号は互いから独立しているので、周波数領域等化に使用されるタップ係数は比較的に単純であり、それにより計算複雑性は低い。

可能な実施において、時間－周波数変換モジュールは、第１デジタル信号のチャネルを取得し、フーリエ変換などの方法で第１デジタル信号を周波数領域信号に変換するよう構成される。乗算器は、周波数領域での第１デジタル信号にタップ係数を乗じて第２デジタル信号を取得するよう構成される。タップ係数は、周波数領域での第１デジタル信号のための信号補償又は補正、例えば、ＩＳＩ補償を実装するために使用される。周波数－時間変換モジュールは、逆フーリエ変換などの方法で第２デジタル信号を時間領域信号に変換するよう構成される。

本発明のこの実施形態では、周波数領域等化は、システム柔軟性を改善するために、デジタル電気信号の単一チャネルに対して実行される。

第３の態様に従って、本願は光通信システムを提供する。光通信システムは、光送信器と、第２の態様又は第２の態様の可能な実施のいずれか１つでの光受信器とを含む。

本願の更なる他の態様は、読み取り可能な記憶媒体を提供する。読み取り可能な記憶媒体は、命令を記憶している。命令が光トランシーバで実行される場合に、光トランシーバは、上記の態様における方法を実行することを可能にされる。

本願の更なる他の態様は、命令を含むプログラム製品を提供する。プログラム製品が光トランシーバで実行される場合に、光トランシーバは、上記の態様における方法を実行することを可能にされる。

本発明の実施形態における技術的解決法について説明するために、以下は、実施形態を説明するために使用される添付の図面について簡単に説明する。

従来技術に従って時間領域等化を実装するＩＭＤＤシステムのアーキテクチャの図である。 本発明の実施形態に従う光伝送システムの略アーキテクチャ図である。 本発明の実施形態に従う等化器の論理構造の概略図である。 本発明の実施形態に従う等化器の信号処理の概略図である。 本発明の実施形態に従う等化器の論理構造の概略図である。 本発明の実施形態に従う光受信器の論理構造の概略図である。 本発明の実施形態に従う周波数領域等化器の複雑性解析の概略図である。 本発明の実施形態に従う周波数領域等化器の性能解析の概略図である。

本発明は、添付の図面及び実施形態を参照して詳細に以下で更に説明される。

図２は、本発明の実施形態に従う光伝送システム２００の略アーキテクチャ図である。図２に示されるように、光伝送システム２００は、送信端にある信号発生器２０１、変調器２０２、及び伝送チャネル２０３と、受信端にある光電検出器（photoelectric detector，ＰＤ）２０４、アナログ－デジタルコンバータ（analog digital converter，ＡＤＣ）２０５、及び等化器２０６とを含み得る。光伝送システム２００は、一方向伝送システムであってよく、あるいは、双方向伝送システムであってもよい。図２は、一方向伝送システムを例として使用することによって、説明される。

送信端では、信号発生器２０１が、送信されるべきデータを生成するよう構成される。送信されるべきデータは、１つ以上のチャネルにあってよい。例えば、送信されるべきデータは、電気信号の４つのチャネルであってよい。電気信号の４つのチャネルは、４つの独立した信号発生器を使用することによって、生成され得る。信号発生器２０１は、送信されるべき電気信号をローカルで生成し得る。代替的に、信号発生器２０１は、外部から電気信号を受信し、受信した電気信号に基づき、送信されるべき電気信号を生成してもよい。外部から受信した電気信号の場合に、送信されるべき電気信号を生成するために、パルス整形が電気信号に対して実行されてもよい。変調器２０２は、強度変調などの方法で、送信されるべきデータを光搬送波に変調し得る。例えば、４つの変調器が、電気信号の４つのチャネルを光搬送波に別々に変調するために使用され得る。言い換えると、光搬送波の各チャネルは、電気信号の１つのチャネルを運ぶ。

伝送チャネル２０３は、光信号を伝送するために使用される１つ以上の光ファイバを含み得る。送信端は、光伝送チャネル２０３を通じて、変調された光搬送波を送信する。光搬送波の４つのチャネルは、異なる光ファイバ、又は同じ光ファイバの異なる波長を通じて、伝送されてよい。

受信端では、ＰＤ２０４はフォトダイオード又はフォトトランジスタであってよい。ＰＤ２０４は、受信した光信号を電気信号に変換するよう構成される。ここでの電気信号は、アナログ電気信号であってよい。例えば、４つのＰＤが、送信端によって送信された光搬送波の４つのチャネルを受信するために使用され得る。ＡＤＣ２０５は、アナログ電気信号をデジタル電気信号に変換し、例えば、デジタル電気信号の４つのチャネルを取得するよう構成される。等化器２０６は、デジタル電気信号の２つのチャネルを結合して複素信号の１つのチャネルとし、結合された複素信号に対して周波数領域等化処理を実行し、等化信号を出力する。等化器２０６は、少なくとも１つの周波数領域等化器（frequency domain equalizer，ＦＤＥＱ）を含み得る。図２に示されるように、２つの等化器はＦＤＥＱであってよい。各ＦＤＥＱの機能は、相互に独立したデジタル信号の２つのチャネルに基づき複素信号のチャネルを取得することを含んでよく、このとき、複素信号は時間領域信号である。相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルは、次のように理解され得る：デジタル電気信号の２つのチャネルを運ぶために使用される光信号が、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する。時間－周波数変換が、時間領域にある取得された複素信号に対して実行される。周波数領域にある複素信号は、タップ係数を乗じられる。タップ係数は、周波数領域にある複素信号のための信号補償、例えば、信号のＩＳＩの補償を実装するために使用される。周波数－時間変換が、タップ係数を乗じた後に取得される複素信号に対して実行される。時間領域にある複素信号は、実信号の２つのチャネルに分けられる。本発明のこの実施形態では、ＴＤＥＱにおける過度に多いタップの数により引き起こされる電力消費及び占有リソースを削減し、かつ、システム複雑性を軽減するために、２つのＦＤＥＱが図１の４つのＴＤＥＱを置換するために使用される。

本発明のこの実施形態は、インコヒーレント光通信システム（図２に示されるＩＭＤＤシステム）に適用されてよく、あるいは、コヒーレント光通信システムに適用されてもよい。インコヒーレント光通信システムでは、ＡＤＣ２０５によって等化器２０６へ入力されるデジタル電気信号：Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４は、相互に独立した（相互に無関係である）シーケンスの４つのチャネルであり得る。ここで、相互に独立（相互に無関係）とは、送信端でのＸ１、Ｘ２、Ｘ３、及びＸ４が、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する光信号の４つのチャネルを使用することによって変調される、ことを示す。代替的に、受信端でのＸ１、Ｘ２、Ｘ３、及びＸ４は、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する光信号の４つのチャネルを復調することを通じて、取得される。コヒーレント光通信システムでは、ＡＤＣ２０５によって等化器２０６へ入力されるデジタル電気信号：ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、及びＹＱは、送信端で、特定の偏波状態又は特定の位相関係を有する光信号の４つのチャネルを使用することによって、変調され得、受信端で、特定の偏波状態又は特定の位相関係を有する光信号の４つのチャネルを復調することを通じて、取得され得る。ここで、Ｘ及びＹは、２つの相互に直交する偏波状態を表し、Ｉは同相信号を表し、Ｑは直交信号を表す。同相信号と直交信号との間の位相差は、９０度である。光通信システムに加えて、本発明のこの実施形態は、電気通信システム、無線通信システム、などに更に適用されてもよい。この実施形態が電気通信システム又は無線通信システムに適用される場合に、ＰＤなどのいくつかの光学コンポーネントは省略されてもよい。

図３は、本発明の実施形態に従う等化器の論理構造の概略図である。図３の等化器は、図２のネットワークシナリオ、つまり、図２の等化器２０６に適用されてもよい。図２の光伝送システムでは、デジタル電気信号：Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、及びＸ４の４つのチャネルが、受信端でのＡＤＣの後に取得される。デジタル電気信号の４つのチャネルは、相互に独立したシーケンスであり得る。相互に独立したデジタル電気信号の複数のチャネルは、次のように理解され得る：デジタル電気信号の複数のチャネルを運ぶために使用される光信号が、ランダム偏波状態又はランダム位相を有している。図３に示されるように、等化器３００は、デジタル電気信号のいずれか２つのチャネルを結合して複素信号の１つのチャネルとし、次いで周波数領域等化処理を実行する。従って、等化器３００は２つのＦＤＥＱを含む。各ＦＤＥＱは、フーリエ変換（Fourier transform，ＦＦＴ）モジュール（又は時間－周波数変換モジュールと呼ばれる）３０１、乗算器Ｗ１／Ｗ２ ３０２、及び逆フーリエ変換（inverse Fourier transform，ＩＦＦＴ）モジュール（又は周波数－時間変換モジュールと呼ばれる）３０３を含んでよく、更には、エラー計算モジュール３０４を含んでもよい。

ＦＦＴモジュール３０１は、入力されたデジタル電気信号の２つのチャネルを結合して複素信号の１つのチャネルとする。入力されたデジタル電気信号の２つのチャネルは実信号である。デジタル信号の一方のチャネルは、複素信号の実部として使用されてよく、デジタル信号の他方のチャネルは、複素信号の虚部として使用されてよい。例えば、実信号：Ｘ１及びＸ２の２つのチャネルは、複素信号Ｘ１＋ｊＸ２の１つのチャネルに結合され、実信号：Ｘ３及びＸ４の２つのチャネルは、Ｘ３＋ｊＸ４に結合される。信号Ｘ１／Ｘ３のシーケンスが｛ａ０，ａ１，ａ２，・・・，ａｎ｝であり、信号Ｘ２／Ｘ４のシーケンスが｛ｂ０，ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｎ｝である場合に、Ｘ１及びＸ２は、複素信号Ｘ１＋ｊＸ２の１つのチャネルに結合され、Ｘ３及びＸ４は、複素信号Ｘ３＋ｊＸ４の１つのチャネルに結合される。Ｘ１＋ｊＸ２又はＸ３＋ｊＸ４のシーケンスは、｛ａ０＋ｂ０ｊ，ａ１＋ｂ１ｊ＋ａ２＋ｂ２ｊ，・・・，ａｎ＋ｂｎｊ｝である。具体的に、受信した実信号の２つのチャネルは、同じキャッシュキューに置かれてよい。実信号の２つのチャネルが複素信号の１つのチャネルに結合される、と見なされる。結合された複素信号は時間領域信号である。例えば、複素信号Ｘ１＋ｊＸ２又はＸ３＋ｊＸ４のシーケンス｛ａ０＋ｂ０ｊ，ａ１＋ｂ１ｊ＋ａ２＋ｂ２ｊ，・・・，ａｎ＋ｂｎｊ｝は、ＦＦＴの後に｛Ａ０＋Ｂ０ｊ，Ａ１＋Ｂ１ｊ，Ａ２＋Ｂ２ｊ，・・・，Ａｎ＋Ｂｎｊ｝に変換される。言い換えると、時間領域にある複素信号は、ＦＦＴの後に、周波数領域にある複素信号に変化する。ここで、Ｘ１及びＸ３は異なるシーケンスであってもよく、Ｘ２及びＸ４は異なるシーケンスであってもよく、Ｘ１＋ｊＸ２及びＸ３＋ｊＸ４は異なるシーケンスであってもよい。説明を簡単にするために、同じシーケンスシンボルが記載のために使用される。

乗算器Ｗ１ ３０２は、タップ係数Ｗ１を有する。ここで、Ｗ１は複素ベクトルであってよい。ここで、Ｗ１は、Ｘ１＋ｊＸ２に対応する周波数領域複素信号を乗じられる。乗算器Ｗ２ ３０２は、タップ係数Ｗ２を有する。ここで、Ｗ２は複素ベクトルであってよい。ここで、Ｗ２は、Ｘ３＋ｊＸ４に対応する周波数領域複素信号を乗じられる。乗算器Ｗ１／Ｗ２ ３０２のタップ係数は初期値を有する。例えば、初期値は１にセットされる。乗算器Ｗ１／Ｗ２ ３０２がエラー計算モジュール３０４からエラー値を取得した後、タップ係数は調整され得る。タップ係数は、周波数領域でＦＦＴモジュール３０１によって出力された複素信号のための信号補正又は補償を実装するために、ＦＦＴモジュール３０１によって出力された周波数領域複素信号に乗じるために使用される。例えば、補償は、狭帯域、散乱、又は非理想的なクロックサンプリングなどのダメージにより引き起こされるＩＳＩに対して実装されてよい。

図４は、本発明の実施形態に従う等化器の信号処理の概略図である。図４に示されるように、複素信号Ｘ１＋ｊＸ２又はＸ３＋ｊＸ４のシーケンス｛ａ０＋ｂ０ｊ，ａ１＋ｂ１ｊ＋ａ２＋ｂ２ｊ，・・・，ａｎ＋ｂｎｊ｝は、ＦＦＴの後に、周波数領域にある複素信号｛Ａ０＋Ｂ０ｊ，Ａ１＋Ｂ１ｊ，Ａ２＋Ｂ２ｊ，・・・，Ａｎ＋Ｂｎｊ｝のシーケンスに変換される。タップ係数Ｗ１／Ｗ２のシーケンスは、｛Ｃ０＋Ｄ０ｊ，Ｃ１＋Ｄ１ｊ，Ｃ２＋Ｄ２ｊ，・・・，Ｃｎ＋Ｄｎｊ｝であってよい。タップ係数Ｗ１／Ｗ２のシーケンスは、シーケンス｛Ｅ０＋Ｆ０ｊ，Ｅ１＋Ｆ１ｊ，Ｅ２＋Ｆ２ｊ，・・・，Ｅｎ＋Ｆｎｊ｝を取得するように、ＦＦＴモジュール３０１によって出力されたシーケンスを乗じられる。例えば、Ａ０＋Ｂ０ｊは、Ａ０＊Ｃ０＋Ａ０＊Ｄ０ｊ＋Ｂ０＊Ｃ０ｊ－Ｂ０＊Ｄ０、つまり、Ｅ０＋Ｆ０ｊを取得するようＣ０＋Ｄ０ｊを乗じられ、Ａ１＋Ｂ１ｊは、Ａ１＊Ｃ１＋Ａ１＊Ｄ１ｊ＋Ｂ１＊Ｃ１ｊ－Ｂ１＊Ｄ１、つまり、Ｅ１＋Ｆ１ｊを取得するようＣ１＋Ｄ１ｊを乗じられ、・・・、Ａｎ＋Ｂｎｊは、Ａｎ＊Ｃｎ＋Ａｎ＊Ｄｎｊ＋Ｂｎ＊Ｃｎｊ－Ｂｎ＊Ｄｎ、つまり、Ｅｎ＋Ｆｎｊを取得するようＣｎ＋Ｄｎｊを乗じられる。タップ係数Ｗ１及びＷ２は異なるシーケンスであってもよい。説明を簡単にするために、同じシーケンスシンボルが記載のために使用される。

ＩＦＦＴモジュール３０３は、乗算器Ｗ１ ３０２によって出力された周波数領域信号｛Ｅ０＋Ｆ０ｊ，Ｅ１＋Ｆ１ｊ，Ｅ２＋Ｆ２ｊ，・・・，Ｅｎ＋Ｆｎｊ｝を時間領域信号Ｙ１＋ｊＹ２に変換し、あるいは、乗算器Ｗ２ ３０２によって出力された周波数領域信号｛Ｅ０＋Ｆ０ｊ，Ｅ１＋Ｆ１ｊ，Ｅ２＋Ｆ２ｊ，・・・，Ｅｎ＋Ｆｎｊ｝を時間領域信号Ｙ３＋Ｙ４ｊに変換する。時間領域信号Ｙ１＋ｊＹ２又はＹ３＋Ｙ４ｊのシーケンスは、｛ｅ０＋ｊｆ０，ｅ１＋ｊｆ１，ｅ２＋ｊｆ２，・・・，ｅｎ＋ｊｆｎ｝を含む。次いで、時間領域信号Ｙ１＋ｊＹ２及びＹ３＋Ｙ４ｊについて、出力信号Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、及びＹ４の４つのチャネルを取得するように、実部が虚部から分離される。ここで、Ｙ１＋ｊＹ２及びＹ３＋Ｙ４ｊは異なるシーケンスであってもよい。説明を簡単にするために、同じシーケンスシンボルが記載のために使用される。

エラー計算モジュール３０４は、ＩＦＦＴモジュール３０３によって出力された時間領域信号Ｙ１＋ｊＹ２又はＹ３＋Ｙ４ｊに基づきエラー計算を実行してよく、あるいは、実部が虚部から分離された後に得られる時間領域信号Ｙ１及びＹ２、又はＹ３及びＹ４に基づきエラー計算を実行してもよい。エラー計算モジュール３０４は、タップ係数調整のために、計算されたエラー値を乗算器Ｗ１／Ｗ２ ３０２へフィードバックする。計算されたエラー値が周波数領域信号である場合には、エラー計算モジュール３０４は、計算されたエラー値を、タップ係数調整のために乗算器Ｗ１／Ｗ２ ３０２へ直接にフィードバックしてよい。計算されたエラー値が時間領域信号である場合には、エラー計算モジュール３０４は、エラー値を周波数領域信号に変換し、タップ係数調整のために周波数領域信号を乗算器Ｗ１／Ｗ２ ３０２へフィードバックし得る。エラー計算モジュール３０４は、乗算器Ｗ１／Ｗ２ ３０２のタップ係数を周期的に調整しても、又はエラー計算モジュール３０４によって計算されたエラー値が閾値よりも大きい場合にタップ係数を調整してもよい。

エラー計算モジュール３０４によって計算されたエラー値ｅｒｒｏｒは、次の式：ｅｒｒｏｒ＝ｅｒｒ＿ｉ＋ｊ・ｅｒｒ＿ｑを使用することによって示され得る。ここで、ｅｒｒ＿ｉ及びｅｒｒ＿ｑは、夫々、Ｙ１＋ｊＹ２の実信号：Ｙ１及びＹ２の２つのチャネルのエラー、又はＹ３＋Ｙ４ｊの実信号：Ｙ３及びＹ４の２つのチャネルのエラーである。エラー値ｅｒｒｏｒは、実際の信号と理想の信号との間の誤差を示す。エラー計算モジュール３０４は、ブラインド計算方式、又はシーケンストレーニング方式を使用してよい。例えば、Ｙ１＋ｊＹ２のエラー計算が、説明のための例として使用される。

ＣＭＡアルゴリズムが使用される：ｅｒｒ＿ｉ＝（｜Ｙ１｜＾２－Ｒ１）・Ｙ１及びｅｒｒ＿ｑ＝（｜Ｙ２｜＾２－Ｒ２）・Ｙ２、ここで、Ｒ１及びＲ２は、夫々、信号：Ｙ１及びＹ２のチャネルの平均モジュラス値である。

ＭＭＡアルゴリズムが使用される：ｅｒｒ＿ｉ＝（｜Ｙ１｜＾２－Ｒ１ｍ）・Ｙ１及びｅｒｒ＿ｑ＝（｜Ｙ２｜＾２－Ｒ２ｍ）・Ｙ２、ここで、Ｒ１ｍ及びＲ２ｍは、夫々、信号Ｙ１及びＹ２のチャネルに対応するモジュラス値である。

ＬＭＳアルゴリズムが使用される：ｅｒｒ＿ｉ＝Ｙ１－Ｄｅ（Ｙ１）及びｅｒｒ＿ｑ＝Ｙ２－Ｄｅ（Ｙ２）、ここで、Ｄｅ（Ｙ１）及びＤｅ（Ｙ２）は、夫々、信号：Ｙ１及びＹ２のチャネルの判定値又は対応するトレーニングシーケンス値である。

乗算器Ｗ１／Ｗ２ ３０２がエラー計算モジュール３０４によって生成されたエラー値ｅｒｒｏｒを受け取った後、タップ係数は、次の式：

Ｗ’＝Ｗ－ｍｕ＊ｅｒｒｏｒ＊ｃｏｎｊ（Ｘｉｎ）

に従って、調整され得る。

ここで、Ｗ’は、調整後のタップ係数Ｗ１又はＷ２であってよく、Ｗは、調整前のタップ係数Ｗ１又はＷ２であってよく、ｍｕは、要求に応じてセットされ得る調整ステップであり、Ｘｉｎは、乗算器Ｗ１／Ｗ２への信号入力であり、ｃｏｎｊ（Ｘｉｎ）は、Ｘｉｎに対して実行される共役演算である。ここで、Ｘｉｎは、キャッシュされた入力信号であり、エラー値ｅｒｒｏｒの計算中に使用される時間領域信号Ｙ１＋ｊＹ２又はＹ３＋Ｙ４ｊの同じモーメントに対応する信号である。例えば、ＸｉｎがＡ０＋Ｂ０ｊである場合に、時間領域信号ｅ０＋ｊｆ０が、エラー値ｅｒｒｏｒを計算するために使用される。

乗算器Ｗ１のタップ係数は、時間領域信号の他方のチャネルＹ３＋Ｙ４ｊと無関係である乗算器Ｗ１によって処理された時間領域信号Ｙ１＋ｊＹ２に基づき調整され得る。同様に、乗算器Ｗ２のタップ係数は、時間領域信号の他方のチャネルＹ１＋ｊＹ２と無関係である乗算器Ｗ２によって処理された時間領域信号Ｙ３＋Ｙ４ｊに基づき調整され得る。より良い周波数領域等化効果は、ＩＳＩにより引き起こされる信号品質の劣化を有効に補償するために、タップ係数の動的な調整を通じて取得され得る。

本発明のこの実施形態の技術的解決法では、デジタル電気信号（実信号）のいずれか２つのチャネルが、複素信号の１つのチャネルに結合され得る。言い換えると、信号の２チャネルごとに１つのＦＤＥＱに対応し、必要とされるＦＤＥＱの数はＴＤＥＱの半分になるので、ＴＤＥＱにおける過度に多いタップの数により引き起こされる電力消費及び占有リソースは削減され、システム複雑性は軽減される。

本発明のこの実施形態における等化器は、伝送信号の複数のチャネルの如何なる通信システムにも適用されてよい。言い換えると、通信システムは、伝送信号の少なくとも２つのチャネルを含み得る。信号のチャネルの数は偶数であってよく、あるいは、奇数であってもよい。伝送信号のチャネルの数がＮであり、Ｎが偶数である場合に、等化器は、Ｎ／２個のＦＤＥＱを含み得る。伝送信号のチャネルの数がＮであり、Ｎが奇数である場合に、等化器は、（Ｎ－１）／２個のＦＤＥＱを含み得る。

図３に示される等化器は、伝送信号の偶数個（４つ）のチャネルの例である。信号の偶数個のチャネルのうちの各２つが信号の１つのチャネルに結合される場合に、等化器は２つのＦＤＥＱを含む。等化器が伝送信号の２つのチャネルの通信システムに適用される場合に、等化器は図３の１つのＦＤＥＱを含む。偶数個のチャネルの他の場合はこの場合と同様である。詳細はここで説明されない。

図５は、本発明の実施形態に従う等化器の論理構造の概略図である。図５に示される等化器は、伝送信号の奇数個のチャネルの例である。信号のいずれか２つのチャネル：Ｘ１及びＸ２は、図３に示されるＦＦＴ、タップ係数乗算、及びＩＦＦＴなどの周波数領域等化処理のために、信号の１つのチャネルに結合されてよい。時間領域等化処理又は周波数領域等化処理が、信号の残り１つのチャネルＸ３に対して実行される。Ｘ１及びＸ２の周波数領域等化については、図３に対応する実施形態における説明を参照されたい。Ｘ３については、時間領域等化が、図１に示されるＴＤＥＱを使用することによって実装されてよい。周波数領域等化がＸ３に対して実装される場合には、Ｘ３の実シーケンスがＦＦＴモジュール５０１へ直接に入力され、周波数領域で乗算器Ｗ２ ５０２のタップ係数を乗じられ、ＩＦＦＴモジュール５０３により時間領域信号に変換される。時間領域信号は直接に出力される。言い換えると、周波数領域等化は、結合及び分割なしで信号の単一チャネルに対して直接に実行される。

図６は、本発明の実施形態に従う光受信器の論理構造の概略図である。図６に示されるように、光受信器６００は、ＰＤ６０１、ＡＤＣ６０２、及びデジタル信号プロセッサ（digital signal processor，ＤＳＰ）６０３を含む。ＰＤ２０４と同様に、ＰＤ６０１は、受信した光信号を電気信号に変換する。ＡＤＣ２０５と同様に、ＡＤＣ６０２は、アナログ電気信号をデジタル電気信号に変換する。増幅器（図示せず）が、ＰＤ６０１とＡＤＣ６０２との間に更に含まれてもよい。増幅器は電気増幅器であり、トランスインピーダンス増幅器（trans-impedance amplifier，ＴＩＡ）及び自動利得制御（automatic gain control，ＡＧＣ）を使用することによって実装されてよい。増幅器は、ＰＤ６０１によって出力された電気信号のレベルをＡＤＣ６０２の動作範囲に調整するよう構成される。ＤＳＰ６０３は、等化器、例えば、図２の等化器２０６、図３の等化器３００、及び図５の等化器５００を含んでよい。等化器は、ＡＤＣ６０２からデジタル電気信号を受信し、デジタル電気信号に対して等化処理を実行するよう構成される。その上、ＤＳＰ６０３は、クロック回復及びシーケンス検出などの機能を更に含んでもよい。ＤＳＰに基づき実装されることに加えて、等化器は、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit，ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array，ＦＰＧＡ）、などに基づいて更に実装されてもよい。等化器の具体的な機能については、上記の実施形態を参照されたい。詳細は、ここで再び説明されない。

本発明のこの実施形態では、ＴＤＥＱが多数のタップを必要とする場合に、ＦＤＥＱを使用することによって等化処理を実行する複雑性はＴＤＥＱのそれよりも低い。２００Ｇ信号伝送の４つのチャネルが例として使用される。時間領域等化は、時間領域畳み込み演算を実行するために４つの独立したＴＤＥＱを必要とする。周波数領域等化は、周波数領域乗算演算を実行するために２つのＦＤＥＱを必要とする。ＴＤＥＱの複雑性は、必要とされる加算器又は乗算器の数に基づいて、ＦＤＥＱのそれと比較され得る。

４つのＴＤＥＱの乗算器の数は、Ｎ＊Ｌ＊４である。

２つのＦＤＥＱの乗算器の数は、２（Ｎ＋Ｏｌｐ）＊ｌｏｇ２（Ｎ＋Ｏｌｐ）＊２＋２Ｎ＊ｌｏｇ２（Ｎ）＊２＋（Ｎ）＊４＊２である。

４つのＴＤＥＱの加算器の数は、Ｎ×（Ｌ－１）×４である。

２つのＦＤＥＱの加算器の数は、２（Ｎ＋Ｏｌｐ）×ｌｏｇ２（Ｎ＋Ｏｌｐ）×２＋２Ｎ×ｌｏｇ２（Ｎ）×２＋（Ｎ＋Ｏｌｐ）×２×２である。

ここで、Ｎはデータブロック長であり、Ｌは、ＴＤＥＱにおけるタップの最適な数であり、Ｏｌｐは、ＦＤＥＱにおけるＦＦＴのオーバーラップ長である。複素計算中、ＴＤＥＱにおけるタップの数は、ＦＤＥＱにおけるオーバーラップ長に相当する。

図７は、本発明の実施形態に従うＦＤＥＱの複雑性解析の概略図である。図７に示されるように、Ｎ＝４００及びＯｌｐ＝Ｌと仮定される。図中、傾きが大きい方の実線は、４つのＴＤＥＱに必要とされる乗算器の数とＬ又はオーバーラップとの間の関係を表し、傾きが大きい方の破線は、４つのＴＤＥＱに必要とされる加算器の数とＬ又はオーバーラップとの間の関係を表す。図中、傾きが小さい方の実線は、２つのＦＤＥＱに必要とされる乗算器の数とＬ又はオーバーラップとの間の関係を表し、傾きが小さい方の破線は、２つのＦＤＥＱに必要とされる加算器の数とＬ又はオーバーラップとの間の関係を表す。タップの数Ｌ又はオーバーラップが２０以上である場合に、２つのＦＤＥＱの複雑性は４つのＴＤＥＱの複雑性よりも低いことが分かる。コンポーネントの帯域幅は８００Ｇシステムで厳しく制限されるので、ＴＤＥＱに必要とされるタップの数は２０よりもはるかに多い。

図８は、本発明の実施形態に従うＦＤＥＱの性能解析の概略図である。例えば、図８では、１１２ＧＢ－ＰＡＭ４信号の４つのチャネルがシミュレートされている。独立したＴＤＥＱの４つのチャネルの等化効果が、ＦＤＥＱの２つのチャネルの等化効果と比較される。図８に示されるように、２つの曲線は、最尤系列推定（maximum likelihood sequence estimation，ＭＬＳＥ）なしで受光電力（received optical power，ＲＯＰ）とともに変化する４つのＴＤＥＱのビットエラー率（bit error rate，ＢＥＲ）及び２つのＦＤＥＱのビットエラー率の変化曲線である。２つの曲線は近似的に一致する。残り２つの曲線は、ＭＬＳＥありでＲＯＰとともに変化する４つのＴＤＥＱのＢＥＲ及び２つのＦＤＥＱのＢＥＲの変化曲線である。２つの曲線は近似的に一致する。ＦＤＥＱによって達成される性能は、ＴＤＥＱによって達成される性能とおおよそ同じであるが、ＦＤＥＱのシステム複雑性は、ＴＤＥＱのそれよりもずっと低いことが分かる。

上記の実施形態の全部又は一部は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせによって実装されてよい。ソフトウェアが実施形態を実装するために使用される場合に、実施形態の全部又は一部はプログラム製品の形で実装されてよい。プログラム製品は１つ以上の命令を含む。プログラム命令が光トランシーバでロード及び実行される場合に、本発明の実施形態に従うプロシージャ又は機能が全て又は部分的に生成される。光受信器は光学モジュールであってよい。光受信器は、光受信機能を有してよく、あるいは、光送信機能及び光受信機能の両方を有してもよい。命令は、読み取り可能な記憶媒体に記憶されても、あるいは、１つのデバイスの読み取り可能な記憶媒体から他のデバイスの読み取り可能な記憶媒体へ伝送されてもよい。読み取り可能な記憶媒体は、光トランシーバによってアクセス可能な任意の使用可能な媒体、又は１つ以上の使用可能な媒体を組み込むデータ記憶デバイス、例えば、サーバ若しくはデータセンタであってよい。使用可能な媒体は、磁気媒体（例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、又は磁気テープ）、光学媒体（例えば、ＤＶＤ）、半導体媒体（例えば、ソリッドステートドライブSolid State Disk（ＳＳＤ））、などであってよい。

上記の説明は、本発明の具体的な実施にすぎず、本発明の保護範囲を制限する意図はない。本発明で開示されている技術範囲内で当業者が容易に考え付く如何なる変形又は置換も、本発明の保護範囲内に入るべきである。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うべきである。

本願は、２０１９年１２月２０日付けで中国国家知識産権局に出願された、発明の名称が「FREQUENCY DOMAIN EQUALIZATION METHOD, EQUALIZER, OPTICAL RECEIVER, AND SYSTEM」である中国特許出願第２０１９１１３２４４６１．３号の優先権を主張するものであり、先の中国出願は、その全文を参照により本願に援用される。

Claims (12)

1. 周波数領域等化方法であって、
   第１複素信号を取得することであり、前記第１複素信号は時間領域信号であり、前記第１複素信号は、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する光信号の２つのチャネルから取得された相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルに基づき取得される、ことと、
   前記第１複素信号を周波数領域信号に変換し、周波数領域での前記第１複素信号にタップ係数を乗じて第２複素信号を取得することであり、前記タップ係数は、周波数領域での前記第１複素信号のための信号補償を実装するために使用される、ことと、
   前記第２複素信号を時間領域信号に変換し、時間領域での前記第２複素信号を実信号の２つのチャネルに分け、前記実信号の２つのチャネルを出力することと、
   時間領域での前記第２複素信号又は前記実信号の２つのチャネルに基づきエラー値を取得し、前記エラー値及び周波数領域での前記第１複素信号に基づき前記タップ係数を調整することと
   を有する方法。
2. 前記第１複素信号は実部及び虚部を有し、前記実部は、前記相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルのうちの一方からもたらされ、前記虚部は、前記相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルのうちの他方からもたらされる、
   請求項１に記載の方法。
3. 当該方法は、
   デジタル電気信号の少なくとも２つのチャネルを受信し、前記デジタル電気信号の少なくとも２つのチャネルから前記相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルをランダムに選択することを更に有する、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記タップ係数は、次の式：
   Ｗ’＝Ｗ－ｍｕ＊ｅｒｒｏｒ＊ｃｏｎｊ（Ｘｉｎ）
   に従って、調整され、
   Ｗ’は、前記調整後のタップ係数であり、Ｗは、前記調整前のタップ係数であり、ｍｕは、調整ステップであり、Ｘｉｎは、周波数領域での前記第１複素信号であり、ｃｏｎｊ（Ｘｉｎ）は、Ｘｉｎに対して実行される共役演算である、
   請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の方法。
5. 第１複素信号を取得し、前記第１複素信号を周波数領域信号に変換するよう構成される時間－周波数変換モジュールであり、前記第１複素信号は時間領域信号であり、前記第１複素信号は、ランダム偏波状態又はランダム位相を有する光信号の２つのチャネルから取得された相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルに基づき取得される、前記時間－周波数変換モジュールと、
   周波数領域での前記第１複素信号にタップ係数を乗じて第２複素信号を取得するよう構成される乗算器であり、前記タップ係数は、周波数領域での前記第１複素信号のための信号補償を実装するために使用される、前記乗算器と、
   前記第２複素信号を時間領域信号に変換し、時間領域での前記第２複素信号を実信号の２つのチャネルに分け、前記実信号の２つのチャネルを出力するよう構成される周波数－時間変換モジュールと、
   時間領域での前記第２複素信号又は前記実信号の２つのチャネルに基づきエラー値を取得するよう構成されるエラー計算モジュールと
   を有し、
   前記乗算器は、前記エラー値及び周波数領域での前記第１複素信号に基づき前記タップ係数を調整するよう構成される、
   等化器。
6. 前記第１複素信号は実部及び虚部を有し、前記実部は、前記相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルのうちの一方からもたらされ、前記虚部は、前記相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルのうちの他方からもたらされる、
   請求項５に記載の等化器。
7. 当該等化器は、
   デジタル電気信号の少なくとも２つのチャネルを受信し、前記デジタル電気信号の少なくとも２つのチャネルから前記相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルをランダムに選択するよう更に構成される、
   請求項５又は６に記載の等化器。
8. 前記タップ係数は、次の式：
   Ｗ’＝Ｗ－ｍｕ＊ｅｒｒｏｒ＊ｃｏｎｊ（Ｘｉｎ）
   に従って、調整され、
   Ｗ’は、前記調整後のタップ係数であり、Ｗは、前記調整前のタップ係数であり、ｍｕは、調整ステップであり、Ｘｉｎは、周波数領域での前記第１複素信号であり、ｃｏｎｊ（Ｘｉｎ）は、Ｘｉｎに対して実行される共役演算である、
   請求項５乃至７のうちいずれか一項に記載の等化器。
9. 光電検出器、アナログ－デジタルコンバータ、及びデジタル信号プロセッサを有し、
   前記光電検出器は、光信号を受信し、前記光信号をアナログ電気信号に変換するよう構成され、
   前記アナログ－デジタルコンバータは、前記アナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するよう構成され、前記デジタル電気信号は、相互に独立したデジタル電気信号の２つのチャネルを有し、
   前記デジタル信号プロセッサは、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の方法を実行するよう構成される、
   光受信器。
10. 光送信器と、請求項９に記載の光受信器とを有する光通信システム。
11. 命令を有し、
    前記命令が光受信器で実行される場合に、前記光受信器が請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の方法を実行することを可能にされる、読み取り可能な記憶媒体。
12. 命令を有するプログラムであって、
    当該プログラムが光受信器で実行される場合に、前記光受信器が請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の方法を実行することを可能にされる、プログラム。

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