KR20140062426A - 추가 변조 포맷들과 결합된 m-ppm을 사용한 높은 민감도의 광 전송 및 광 수신 - Google Patents

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시앙 리우
토마스 헌팅턴 우드
로버트 윌리엄 트카츠
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알까뗄 루슨트
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Abstract

장치는 전송을 위해 의도된 정보 비트들이 복수의 비트들을 각각 반송하는 심볼들로 맵핑되는 포맷을 사용한 데이터를 전송하고, 복수의 비트들 중 몇몇은 펄스 위치 변조(PPM) 포맷을 통해 인코딩되고 그 나머지 비트들은 각각의 PPM 펄스 상의 추가 변조 포맷을 통해 인코딩된다. PPM 펄스에 대한 추가 변조 포맷은 편광-분할-다중화(PDM) 변조, 위상-시프트 키잉(PSK) 변조, 편광 시프트 키잉(PolSK) 변조, 진폭 변조(AM), 직교-진폭 변조(QAM) 또는 그들의 조합 중 적어도 하나일 수 있다. 하나의 실시예에서, PPM 펄스들의 추가 변조는 편광-분할-다중화 직교-위상-시프트 키잉(PDM-QPSK)을 통해 있다. PDM-QPSK 및 PPM의 독특한 조합된 사용은 PPM 또는 PDM-QPSK 중 하나보다 더 높은 수신기 민감도를 생성한다.

Description

추가 변조 포맷들과 결합된 M-PPM을 사용한 높은 민감도의 광 전송 및 광 수신{OPTICAL TRANSMISSION AND RECEPTION WITH HIGH SENSITIVITY USING M-PPM COMBINED WITH ADDITIONAL MODULATION FORMATS}
본 출원의 주제는 "높은 민감도의 광 검출을 위한 시스템, 방법 및 장치"라는 명칭으로 본원과 같은 날짜에 출원된 미국 특허 출원 제13/041,386호의 출원과 관련되고, 본 출원은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.
본 발명은 광 통신 장비에 관한 것이고, 더 구체적으로, 비배타적으로, 코히어런트 광 전송 시스템들(coherent optical transmission system)에서의 광 변조와 검출에 관한 것이다.
이 섹션은 보다 나은 이해를 용이하게 할 수 있는 양태들을 소개한다. 따라서, 이 섹션의 스테이트먼트들(statement)은 이런 관점에서 판독되고 종래 기술인 것과 종래 기술이 아닌 것에 대한 승인(admission)으로서 생각되지 않는다.
특히 자유-공간 광 통신들에 대한, 광 통신 시스템들의 수신기 민감도를 향상시키려는 연속적인 탐색이 있다. 수신기 민감도를 향상시키는 것 또는 요구되는 신호 ppb(photons per bit)를 감소시키는 것은 향상된 전송 링크 성능을 즉시 초래한다. 수신기 민감도는 변조 포맷(format)과 활용된 검출(detection) 구성에 의해 주로 결정된다. m-PPM(m-ary 펄스-위치-변조)은 높은 수신기 민감도를 향상시키기 위한 확립된 변조 포맷이다. m, 알파벳의 크기는 보통 각각의 심볼이 log2m 비트들을 표현하도록 2 파워(power)이다.
이상적인 광자-계수(photon counting) 수신기들이 사용될 때, m-PPM은 m의 증가와 함께 사논의 한계(Shannon limit)에 접근할 수 있다. 그러나, 광자-계수 수신기들은 현재 제한된 대역폭을 갖고 고속의(>1 Gb/s) 광 전송에 적합하지 않다. 광 증폭된 수신기들이 사용될 때, m-PPM의 이론적 민감도는 이상적인 광자-계수 수신기가 이용될 때보다 더 낮게 된다. 게다가, m-PPM의 큰 m의 사용은 주어진 (슬롯) 변조 속도에 대해 채널 데이터 레이트(channel data rate)를 감소시킨다. 최근에, 직접-검출 바이너리(direct-detection binary) DPSK(차동 위상-시프트 키잉)와 코히어런트-검출 BPSK(바이너리 위상-시프트 키잉)는 높은-민감도와 높은-데이터-레이트 통신을 성취하도록 사용되지만, 그 민감도는 높은-레벨의 m-PPM으로 성취되는 것들만큼 높지 않다.
높은 민감도를 가진 광 변조와 검출에 대한 다양한 실시예들이 여기에 개시되어 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 정보 비트들은 PPM 포맷의 펄스의 위치 설정(positioning)을 통해 그리고 이 펄스들의 편광, 진폭 및 위상 상태들 중 적어도 하나 또는 이 펄스들에 대한 3개의 상태들의 조합을 통해 인코딩(encoded)된다. 다른 실시예들에 따르면, 신호는 코히어런트하게(coherently) 검출되고 신호 사이에 포함된 정보 비트들은 먼저 적어도 하나의 PPM 펄스의 위치를 찾고 이어서 이 펄스들에 의해 전달된(carried) 추가 변조를 디코딩(decoding)함으로써 검색된다(retrieve).
하나의 실시예에서, 펄스/펄스들의 추가 변조는 편광-분할-다중화 직교-위상-시프트 키잉(PDM-QPSK)을 통해 행해지고, 새로운 포맷은 PQ-mPPM(편광-분할-다중화 직교-위상-편이-변조된 m-ary-펄스-위치-변조)으로서 아래에 지칭된다. PQ-mPPM 신호의 코히어런트 검출은 몇몇의 PPM 에러들의 존재가 있음에도 신뢰할 수 있는 신호 수신에 대한 파일럿-어시스트된 단일-캐리어 주파수-분할 동등화(pilot-assisted single-carrier frequency-division equalization; PA-SC-FDE)에 기초할 수 있다. 여기에 제공된 PDM-QPSK와 PPM의 독특한 조합된 사용은 PPM 또는 PDM-QPSK 단독으로 사용할 때보다 더 높은 수신기 민감도를 생성한다. 그것은 또한 PPM과 DPSK, BPSK 또는 QPSK를 단순히 조합하는 것보다 더 높은 민감도를 제공한다.
하나의 실시예에 따르면, 심볼(symbol)에 대한 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌(non-zero) 부분은 펄스 위치 변조(PPM) 포맷에 대응하는 적어도 하나의 슬롯(slot) 위치를 통해 인코딩되고, 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분은 추가 변조 포맷을 통해 적어도 하나의 슬롯 위치 상에 인코딩되고, 신호는 광 변조 수단에 의해 광 캐리어 상에서 심볼을 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분은 펄스 위치 변조(PPM) 포맷에 대응하는 적어도 하나의 슬롯 위치를 통해 인코딩되고, 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분은 적어도 하나의 슬롯 위치에 대한 펄스에 대한 추가 변조 포맷(예를 들어, 편광-분할-다중화 위상-변조된 변조 포맷)을 통해 인코딩되고, 심볼을 포함한 신호는 듀얼-편광 광 변조기를 통해 광 캐리어 상에서 변조된다.
하나의 실시예에서, 예시적인 방법은 데이터 비트들의 스트림(stream)을 심볼에 대한 복수의 비트들로 그룹화(grouping)하는 단계로서, 심볼은 m-PPM(m-ary 펄스 위치 변조) 포맷에 대한 펄스에 대응하는 슬롯 위치를 통해 인코딩된 복수의 비트들의 제 1 log2(m) 비트들(즉, 제 1 영이 아닌 부분) 및 슬롯 위치에 대한 펄스에 대한 편광-분할-다중화 직교 위상-시프트 키잉(PDM-QPSK) 포맷을 통해 인코딩된 복수의 비트들의 남아있는 4 비트들(즉, 제 2 영이 아닌 부분)을 가진 log2(m)+4 비트들을 반송하는(carry), 상기 그룹화 단계를 포함한다. 2개의 편광들은 각각의 심볼에 대해 인코딩될 수 있고, 각각은 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분의 각각의 서브-부분들을 반송한다. 심볼은 대응하는 슬롯 위치들에 위치된 복수의 펄스들을 포함할 수 있다. 또한, 심볼은 m개의 슬롯 위치들을 가질 수 있고, m은 2≤m≤16의 정수 값이다.
추가 변조 포맷은 편광-분할-다중화(PDM) 포맷, 위상-시프트 키잉(PSK) 포맷, 편광 시프트 키잉(PolSK) 변조 포맷, 진폭 변조(AM) 포맷, 직교 진폭 변조(QAM) 포맷 또는 그들의 조합 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어, 추가 변조 포맷은 편광-분할-다중화 직교 위상-시프트 키잉(PDM-QPSK), 편광-분할-다중화 바이너리 위상-시프트 키잉(PDM-BPSK), PDM-3PSK 또는 m>4인, 편광-분할-다중화 m-ary 위상-시프트 키잉(PDM-mPSK) 중 적어도 하나일 수 있다. 위상 변조 외에, 편광-분할 다중화 위상-변조된 변조 포맷의 정의가 각각의 PPM 펄스의 진폭이 예를 들어, n>4인, 편광-분할-다중화 n-포인트 직교-진폭 변조(PDM-nQAM)를 통해서 변조될 수 있는 포맷들을 포함한다는 것이 이해된다.
하나의 실시예에서, 신호는 복수의 심볼들 및 시간 동기화, 주파수 동기화 및 채널 추정(channel estimation) 중 적어도 하나를 용이하게 하기 위한 복수의 파일럿-시퀀스들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 신호는 복수의 심볼들 및 위상 추정을 용이하게 하기 위한 복수의 파일럿 심볼들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 방법은 심볼을 포함하는 인코딩된 신호를 광 변조 수단에 의해 변조에 대한 구동 신호로 변환하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 예시적인 장치는 메모리와; 메모리와 연관된 프로세서로서, 펄스 위치 변조(PPM) 포맷에 대응하는 적어도 하나의 슬롯 위치를 통해 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 인코딩하고, 적어도 하나의 슬롯 위치에 대한 펄스에 대한 추가 변조 포맷을 통해 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 인코딩하도록 구성된 프로세서와; 광 캐리어(optical carrier) 상에서 심볼을 포함한 신호를 변조하기 위한 광 변조 수단을 포함한다.
프로세서는 데이터 비트들의 스트림을 심볼에 대한 복수의 비트들로 그룹화하도록 구성될 수 있고, 상기 심볼은 log2(m)+4 비트들을 반송하고, m-ary 펄스 위치 변조(m-PPM) 포맷에 대한 펄스에 대응하는 슬롯 위치를 통해 복수의 비트들의 제 1 log2(m) 비트들을 인코딩하도록 구성될 수 있고, 제 1 슬롯 위치에 대한 펄스에 대한 추가 변조 포맷(예를 들어, 편광-분할-다중화 직교 위상-시프트 키잉(PDM-QPSK) 포맷)을 통해 복수의 비트들의 남아있는 4 비트들을 인코딩하도록 구성될 수 있다.
하나의 실시예에서, 프로세서는 심볼에 대한 하나의 슬롯 위치보다 더 많은 슬롯 위치들에서 펄스들을 인코딩하도록 구성된다. 프로세서는 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분의 각각의 서브-부분을 가진 펄스의 편광들을 인코딩하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 프로세서는 광 변조 수단에 의한 변조를 위해 신호에 대한 프레임(frame)을 생성하도록 구성되고, 프레임은 복수의 심볼들과 복수의 파일럿-시퀀스들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 프로세서는 변조를 위한 신호에 대한 프레임을 생성하도록 구성되고, 프레임은 복수의 심볼들과 복수의 파일럿 심볼들을 포함한다. 광 변조 수단은 편광-다이버시티(polarization-diversity) I/Q 변조기, 듀얼 편광 광 변조기, 위상 변조기, 휘도 변조기(intensity modulator), Mach Zehnder 변조기, 최신의 변조된 레이저 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광 변조 수단은 하나 이상의 상술된 변조기 또는 레이저들의 어레이일 수 있다. 하나의 실시예에서, 장치는 심볼을 포함한 인코딩된 신호를 구동 신호로 변환하기 위한 복수의 디지털-대-아날로그 변환기들(DAC들)을 포함하고, 구동 신호는 광 변조 수단에 의한 변조를 위한 신호이다.
하나의 실시예에 따르면, 추가 변조를 가진 적어도 하나의 펄스 위치 변조(PPM) 펄스를 가진 심볼을 포함한 신호는 듀얼-편광 코히어런트 수신기 프론트-엔드(dual-polarization coherent receiver front-end)를 통해 검출되고; 검출된 신호의 편광 구성 요소들이 리커버링(recover)된다. 리커버링 단계는 편광 구성 요소들의 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스의 슬롯 위치에 기초하여 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 디코딩하는 단계와, 편광 구성 요소들의 적어도 하나의 PPM 펄스에 의해 반송된 추가 변조에 기초하여 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 디코딩하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에 따르면, 검출된 신호는 편광-분할 다중화 펄스 위치 변조(PDM PPM) 신호이고 리커버링 단계는 편광 구성 요소들의 제 1 PPM 펄스의 적어도 하나의 슬롯 위치에 기초하여 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 디코딩하는 단계와, 편광 구성 요소들의 적어도 하나의 PPM 펄스에 의해 반송된 적어도 하나의 위상-변조에 기초하여 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 디코딩하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, PPM 심볼은 복수의 슬롯 위치들의 디지털 편광 구성 요소들의 추가 변조를 가진 PPM 펄스들을 포함하고, 방법은 PPM 펄스들을 가진 복수의 슬롯 위치들에 기초하여 제 1 영이 아닌 부분을 디코딩하는 단계와 각각의 슬롯 위치들에 대한 PPM 펄스들의 추가 변조에 기초하여 제 2 영이 아닌 부분을 디코딩하는 단계를 포함한다. 심볼은 m개의 슬롯 위치들을 갖고, 하나의 실시예에서 2≤m≤16이다.
하나의 실시예에서, 편광 구성 요소들을 리커버링하는 것은 하나 이상의 파일럿-시퀀스들에 의해 어시스트(assisted)된다. 하나의 실시예에서, 검출된 신호는 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스를 가진 복수의 PPM 심볼들 및 하나 이상의 파일럿-시퀀스들의 그룹을 포함한 프레임을 포함한다. 시간 동기화, 주파수 동기화 또는 채널 추정은 검출된 신호에 의해 반송된 하나 이상의 파일럿-시퀀스들에 기초하여 실행될 수 있다.
하나의 실시예에서, 검출된 신호의 편광 구성 요소들을 리커버링하는 것은 적어도 하나의 파일럿-심볼에 의해 어시스트된다. 리커버링 단계는 검출된 신호에 의해 반송된 적어도 하나의 파일럿-심볼에 기초하여 주파수 추정 또는 위상 추정을 실행하는 단계를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 검출된 신호는 추가 변조를 가진 복수의 PPM 심볼들 및 추가 변조를 가진 PPM 심볼들 사이에 분포된 적어도 하나의 파일럿-심볼을 포함한 프레임을 포함한다. 검출된 신호의 편광 구성 요소들을 리커버링하는 단계는 파일럿-어시스트된 단일-캐리어 주파수-분할 균등화(PA-SC-FDE)에 기초될 수 있다.
하나의 실시예에서, 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 디코딩하는 단계는 심볼에 대한 복수의 슬롯 위치들 중 하나 이상의 슬롯들의 제 1 세트를 결정하는 단계로서, 제 1 세트는 심볼에 대한 최대의 에너지를 가진 하나 이상의 슬롯들의 세트인, 상기 결정 단계와, 대응하는 비트 패턴에 제 1 세트를 상관시키는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 PPM 펄스 상에 반송된 추가 변조는 편광-분할-다중화(PDM) 변조, 위상-시프트 키잉(PSK) 변조, 편광 시프트 키잉(PolSK) 변조, 진폭 변조(AM), 직교-진폭 변조(QAM) 또는 그들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 변조 구성의 신호 무리에 대한 비트 패턴과 상관된다. 예를 들어, 적어도 하나의 PPM 펄스에 대한 편광 구성 요소들 각각에 반송된 신호는 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 디코딩하도록 직교 위상-시프트 키잉(QPSK), 바이너리 위상-시프트 키잉(BPSK), m>4인 m-ary 위상-시프트 키잉(mPSK), n>4인 n-포인트 직교-진폭 변조(nQAM) 등 또는 그들의 일부 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 변조 구성의 신호 무리에 대한 비트 패턴과 상관될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 장치는 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스를 가진 펄스 위치 변조(PPM) 심볼을 포함한 신호를 검출하기 위한 듀얼-편광 코히어런트 수신기 프론트-엔드와, 검출된 신호를 디지털 편광 구성 요소들로 변환하기 위한 복수의 아날로그-대-디지털 변환기들(ADC들)과, 디지털 편광 구성 요소들의 적어도 하나의 슬롯 위치에 기초하여 PPM 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 디코딩하고 디지털 편광 구성 요소들의 적어도 하나의 슬롯 위치에 반송된 추가 변조에 기초하여 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 디코딩하기 위한 프로세서를 포함한다.
하나의 실시예에서, 심볼은 복수의 슬롯 위치들의 디지털 편광 구성 요소들의 펄스들을 포함하고, 프로세서는 펄스들을 가진 복수의 슬롯 위치들에 기초하여 제 1 영이 아닌 부분을 디코딩하고 펄스들을 가진 각각의 슬롯 위치들에 대한 펄스들의 편광 구성 요소들에 기초하여 제 2 영이 아닌 부분을 디코딩하도록 구성된다. 심볼은 m개의 슬롯 위치들을 가질 수 있고, 2≤m≤16이다. 검출된 신호는 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스를 가진 복수의 PPM 심볼들 및 하나 이상의 파일럿-시퀀스들의 그룹을 포함한 프레임을 포함할 수 있고, 프로세서는 하나 이상의 파일럿-시퀀스들에 기초하여 시간 동기화, 주파수 동기화 또는 채널 추정을 실행하도록 구성된다.
하나의 실시예에서, 검출된 신호는 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스를 가진 PPM 심볼들 사이에 분포된 파일럿-심볼들 및 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스를 가진 복수의 PPM 심볼들을 포함한 프레임을 포함하고, 프로세서는 파일럿-심볼들에 기초하여 위상 추정 또는 주파수 추정을 실행하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 프로세서는 파일럿-어시스트된 단일-캐리어 주파수-분할 균등화(PA-SC-FDE)를 실행하도록 구성될 수 있다.
하나의 실시예에서, 프로세서는 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스를 가진 PPM 심볼에 대한 복수의 슬롯 위치들의 최대 에너지를 가진 하나 이상의 슬롯들의 제 1 세트를 결정하고 제 1 세트에 대응하는 비트 패턴을 결정하여 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스를 가진 PPM 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 디코딩하도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 프로세서는 편광-분할-다중화(PDM) 변조, 위상-시프트 키잉(PSK) 변조, 편광 시프트 키잉(PolSK) 변조, 진폭 변조(AM), 직교-진폭 변조(QAM) 또는 그들의 조합의 신호 무리에 대한 비트 패턴에 대해 적어도 하나의 슬롯 위치의 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스 상에 반송된 추가 변조를 상관시켜 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스를 가진 PPM 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 디코딩하도록 구성된다.
다양한 실시예들의 다른 양태들, 특징들 및 이점들은 다음의 상세한 설명과 수반된 도면들로부터 예의 방식으로 더 완전히 명백해질 것이다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 광 전송 시스템의 개략도.
도 2는 하나의 실시예에 따라 도 1에 도시된 광 전송 시스템의 전송기에 사용될 수 있는 디지털 신호 프로세서의 작동을 도시한 도면.
도 3은 하나의 실시예에 따라 도 1에 도시된 광 전송 시스템의 전송기에 사용될 수 있는 디지털 신호 프로세서에 대한 예시적인 흐름도.
도 4는 하나의 실시예에 따라 PQ-4PPM 심볼의 심볼 구조를 도시한 도면.
도 5는 하나의 실시예에 따라 PQ-16PPM 신호의 프레임 구조를 도시한 도면.
도 6은 하나의 실시예에 따라 PQ-16PPM 신호의 프레임 구조에 대한 파일럿-심볼 시퀀스들에 대한 예시적인 구조를 도시한 도면.
도 7a 내지 도 7c는 하나의 실시예에 따라 디지털 신호 프로세서(170)(도 1 참조)를 실행하도록 사용될 수 있는 디지털 신호 프로세서(300)의 작동을 도시한 도면들.
도 8은 하나의 실시예에 따라 도 1에 도시된 광 전송 시스템의 수신기에서 사용될 수 있는 디지털 신호 프로세서의 흐름도.
도 1은 하나의 실시예에 따른 광 전송 시스템(100)의 블록도를 도시한다. 시스템(100)은 전송 링크(150)를 통해 연결된 광 전송기(110)와 광 수신기(190)를 갖는다. 하나의 실시예에서, 전송 링크(150)는 자유-공간 광 링크, 예를 들어, 위성과 지상국(도 1에 명확하게 도시되지 않음)을 연결하는 링크이다. 또 다른 실시예에서, 전송 링크(150)는 하나 이상의 광 증폭기들(도 1에 명확히 도시되지 않음)을 가진 증폭된 섬유 링크이다.
전송기(100)는 수신기(190)로의 전송을 위해 입력 데이터 스트림(102)을 수신한다. 디지털-신호 프로세서(120)는 디지털 신호들(1221-1224)을 생성하도록 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5를 참조로 하여 아래에 또한 설명된 바와 같이 데이터 스트림(102)을 처리한다. 디지털 신호들(1221-1224)은 구동 신호들(1261-1264)을 생성하도록, 각각 디지털-대-아날로그 변환기들(DAC들)(1241-1244) 내에서 디지털-대-아날로그 변환을 겪는다. 구동 신호들(1261 및 1262)은 x-편광 신호 구성 요소, 예를 들어, Ix 1261 및 Qx 1262에 대응하는 동상(in-phase)(I) 구동 신호 및 직교-위상(Q) 구동 신호이다. 구동 신호들(1263 및 1264)은 y-편광 신호 구성 요소, 예를 들어, Iy 1263 및 Qy 1264에 대응하는 비슷한 동상 구동 신호 및 직교-위상 구동 신호이다.
광 IQ 변조기(140x)는 레이저 소스(laser source; 130)에 의해 생성된 광-캐리어 신호(132x)를 변조하고 변조된 신호(142x)를 생성하도록 구동 신호들(1261 및 1262)을 사용한다. 광 IQ 변조기(140y)는 유사하게 레이저 소스(130)에 의해 생성된 광-캐리어 신호(132y)를 변조하고 변조된 신호(142y)를 생성하도록 구동 신호들(1263 및 1264)을 사용한다. 다른 실시예들에서, 광 변조는 편광-다이버시티 I/Q 변조기, 듀얼 편광 광 변조기, 위상 변조기, 휘도 변조기, Mach Zehnder 변조기, 최신의 변조된 레이저 중 적어도 하나를 포함하는 광 변조 수단에 의해 제공될 수 있다. 광 변조 수단은 구동 신호들에 의해 광 캐리어를 변조하도록 하나 이상의 상술된 변조기 또는 레이저들의 어레이일 수 있다. 또한, 구동 신호들이 광 IQ 변조기들을 구동하기 전에 RF 증폭기들에 의해 또한 증폭될 수 있다는 것을 유념해야한다. 편광 빔 결합기(PBC; 146)는 광 편광-분할-다중화(PDM) 신호(148)를 생성하도록 변조된 신호들(142x 및 142y)을 결합한다.
전송 링크(150)는 수신기(190)로의 전송을 위해 빔 결합기(146)로부터 신호(148)를 수신한다. PDM 신호(18)는 예를 들어 전송 링크(150) 상의 삽입 전에 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)(도 1에 명확히 도시되지 않음)에 의해 또한 증폭될 수 있다. 전송 링크(150)를 통해 전파하는 동안, 신호(148)는 색 분산(CD), 편광 회전 및 편광-모드 분산(PMD)과 같은, 다양한 전송 장애들에 영향을 받고, 광 신호(152)로서 전송 링크의 수신기 엔드(end)에서 나타난다.
수신기(190)는 (ⅰ) S와 R로 라벨이 붙여진 2개의 입력 포트들(input port) 및 (ⅱ) 보완적인 출력 포트들의 4개의 쌍들을 가진 광학-대-전기(O/E) 변환기(160)를 갖는다. 입력 포트(S)는 광 신호(152)를 수신한다. 입력 포트(R)는 광 국부 발진기(optical local oscillator; OLO)(156)에 의해 생성된 광 기준 신호(optical reference signal; 158)를 수신한다. 기준 신호(158)는 신호(152)로서 동일한 광-캐리어 주파수(파장)를 실질적으로 갖는다. 기준 신호(158)는 예를 들어 신호(152)의 캐리어 파장을 실질적으로 추적하도록 파장 가변(tunable) 레이저의 출력 파장을 강제하는(force) 파장-제어 루프(도 1에 명확히 도시되지 않음)에 의해 제어되는 파장 가변 레이저를 사용하여 생성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 광 국부 발진기(156)는 기준 신호(158)의 생성을 가능하게 하도록 서로 적절하게 연결된 파장 가변 레이저 및/또는 비파장 가변(non-tunable) 레이저, 광 주파수 변환기들, 광 변조기들 및 광 필터들의 조합을 포함할 수 있다.
O/E 변환기(160)는 8개의 혼합된 광 신호들(도 1에 명확히 도시되지 않음)을 생성하도록 입력 신호(152)와 기준 신호(158)를 혼합한다. O/E 변환기(160)는 8개의 혼합된 광 신호들을 신호(152)의 2개의 직교 편광 구성 요소들에 대응하는 복잡한 값들을 나타내는 4개의 전기 신호들(1621-1624)로 변환한다. 예를 들어, 전기 신호들(1621 및 1622)은 각각 신호(152)의 x-편광 구성 요소에 대응하는, 아날로그 동상 신호와 아날로그 직교-위상 신호일 수 있다. 전기 신호들(1623 및 1624)은 유사하게 각각 신호(152)의 y-편광 구성 요소에 대응하는, 아날로그 동상 신호와 아날로그 직교-위상 신호일 수 있다.
하나의 실시예에서, O/E 변환기(160)는 그 8개의 출력 포트들에 연결된 4개의 균형 잡힌 광-검출기들을 가진 편광-다이버스 90-도 광 하이브리드(polarization-diverse 90-degree optical hybrid)(PDOH)이다. 다양한 적합한 PDOH들은 예를 들어, 캘리포니아, 프리몬트의 Optoplex사 및 메릴랜드, 실버 스프링의 CeLight사로부터 상업적으로 이용할 수 있다. 시스템(100)의 다양한 실시예들에서 O/E 변환기(160)를 실행하도록 사용될 수 있는 다양한 O/E 변환기들에 관한 추가의 정보는 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2010/0158521호, 미국 특허 출원 Serial No.12/541,548호(2009년 8월 14일에 출원됨) 및 국제 특허 출원 No.PCT/US09/37746호(2009년 3월 20일에 출원됨)에 개시되어 있고, 이것들은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.
대응하는 증폭기(명확하게 도시되지 않음)에서 선택적으로 증폭된, O/E 변환기(160)에 의해 생성된 전기 신호들(1621-1624) 각각은 아날로그-대-디지털 변환기들(ADC들)(1661-1664) 중 대응하는 하나의 변환기에서 디지털 형태로 변환된다. ADC들(1661-1664)에 의해 생성된 디지털 신호들(1681-1684)은 예를 들어, 도 3a 내지 도 3c를 참조로 하여 아래에 또한 설명된 바와 같이, 데이터 스트림들(102 및 104)에 의해 적용된 데이터를 전송기(110)로 리커버링하도록, 디지털 신호 프로세서(170)에 의해 처리된다. 리커버링된 데이터는 출력 신호들(192 및 194) 각각을 통해 수신기(190)로부터 출력된다.
도 2는 하나의 실시예에 따라 디지털 신호 프로세서(120)(도 1 참조)를 실행하도록 사용될 수 있는 디지털 신호 프로세서(200)의 작동을 도시한다. 더 구체적으로, 도 2는 프로세서(200)의 블록도를 도시한다.
프로세서(200)는 디지털 출력 신호들(222I 및 222Q)을 생성하도록 입력 데이터 스트림(202)을 처리한다. 입력 데이터 스트림(202)은 코딩 모듈(204)에 적용되고, 이는 선택적으로 인터리브(interleaved)되고 순방향-에러-정정(FEC) 코딩에 영향을 받는다. 코딩 모듈(204)에 의해 생성된 코딩된 비트 스트림(206)은 무리 심볼들의 대응하는 시퀀스(210)로 변환되는, 무리-맵핑 모듈(constellation-mapping module)(208)에 적용된다. 무리-맵핑 모듈(208)에 의해 사용된 무리는 예를 들어, 도 3을 참조로 하여 아래에 더 설명되는 바와 같은 PQ-mPPM(편광-분할-다중화 직교-위상-시프트-키잉된 m-ary-펄스-위치-변조) 무리일 수 있다. 일반적으로, 정보 비트들은 PPM 포맷의 펄스/펄스들의 위치 설정을 통해 그리고 이 펄스들 중 적어도 하나의 추가 변조를 통해 인코딩된다.
더 구체적으로, 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분은 펄스 위치 변조(PPM) 포맷에 대응하는 적어도 하나의 슬롯 위치를 통해 인코딩되고, 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분은 추가 변조 포맷을 통해 적어도 하나의 슬롯 위치 상에서 인코딩된다.
따라서, 다른 대안적인 무리 맵핑이 실행될 수 있다. 예를 들어, 추가 변조 포맷은 편광-분할-다중화(PDM) 포맷, 위상-시프트 키잉(PSK) 포맷, 편광 시프트 키잉(PolSK) 변조 포맷, 진폭 변조(AM) 포맷, 직교 진폭 변조(QAM) 포맷 또는 그들의 조합 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어, m-ary-펄스-위치-변조는 다중-펄스 M-PPM일 수 있고, 각각의 펄스는 동일한 변조 또는 다른 변조를 반송한다. 하나의 실시예에서, m-ary-펄스-위치-변조는 m개의 슬롯 위치들을 갖고, m은 2≤m≤16의 정수값이다. 다른 실시예들에서, m은 더 클 수 있고, 32, 64 등일 수 있다.
예를 들어, 펄스에 대한 편광-분할-다중화 위상-변조된 변조 포맷은 편광-분할-다중화 직교 위상-시프트 키잉(PDM-QPSK), 편광-분할-다중화 바이너리 위상-시프트 키잉(PDM-BPSK), m>4인, 편광-분할-다중화 m-ary 위상-시프트 키잉(PDM-mPSK)일 수 있다. 위상 변조 외에, 각각의 PPM 펄스의 진폭은 예를 들어, n>4인, 편광-분할-다중화 n-포인트 직교-진폭 변조(PDM-nQAM)를 통해 변조될 수 있다.
심볼 시퀀스(210)는 도 4를 참조로 하여 아래에 더 설명되는 바와 같이 데이터 프레임들의 대응하는 시퀀스(214)로 변환되는, 프레이밍 모듈(framing module; 212)에 적용된다. 프로세서(200)가 DSP(120)(도 1 참조)를 구현하도록 사용될 때, 시퀀스(214)는 2개의 평행한 서브시퀀스들(subsequence), X 편광에 대응하는 하나와 Y 편광에 대응하는 다른 하나로 구성된다. 따라서, 프레이밍 모듈(212)에 의해 생성된 프레임 시퀀스(214)는 출력 신호들(222I 및 222Q)로 변환되는, 펄스-형성 모듈(218)에 적용된다. 따라서, 맵핑된 심볼을 가진 프레임을 포함한 신호는 광 캐리어 상에서 변조된다.
도 3은 디지털 신호 프로세서(120)를 구현하도록 사용될 수 있는 디지털 신호 프로세서에 대한 예시적인 흐름도(300)를 도시한다(도 1 참조). 특히, 예시적인 흐름도에 따라, PQ-mPPM에 따라 인코딩된 심볼들을 포함한 프레임들이 생성된다. 상술된 바와 같이, PPM에 따라 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분 및 편광-분할-다중화 위상-변조된 변조에 따라 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 인코딩하는 다른 무리 맵핑 구성들이 고려된다.
도 3을 다시 참조하면, 단계 310에서, 진입하는 비트들은 심볼당 log2(m)+4 비트들을 가진 PQ-mPPM에 대해 맵핑된다. 즉, 진입하는 비트들은 PQ-mPPM 심볼들에 관한 인코딩에 대해 log2(m)+4 비트들의 세트들로 그룹화된다.
단계 320에서, 심볼의 제 1 log2(m) 비트들은 m-PPM을 통해 인코딩된다. 단계 330에서, 심볼의 남아있는 4 비트들은 PPM 펄스 상의 PDM-QPSK를 통해 인코딩된다. 단계 340에서, 상기 프로세싱(310 내지 330)은 PQ-mPPM 심볼들을 가진 프레임을 형성하도록 반복된다.
단계 350에서, 파일럿-심볼들의 세트는 위상 추정(PE) 목적들을 위해 프레임 내부에서 분포된다. 단계 360에서, 파일럿-시퀀스들은 동기화 및 채널 추정(CE) 목적들을 위해 프레임의 초기에 삽입된다.
단계 370에서, 모든 상기 프로세싱(310 내지 360)은 다음의 프레임을 처리하도록 반복된다.
도 4는 하나의 실시예에 따라 PQ-4PPM 심볼의 심볼 구조를 도시한다. 입력 데이터 시퀀스(예를 들어, 010111001001110001101100...)는 PQ-4PPM 심볼들로 변환될 비트들의 세트들로 먼저 그룹화된다. 진입하는 비트들이 PQ-mPPM 심볼들에 관한 인코딩에 대해 log2(m)+4 비트들의 세트들로 그룹화되기 때문에, 입력 데이터 시퀀스는 복수의 비트들로 그룹화되고, 각각의 복수의 비트들은 PQ-4PPM 심볼들로서 인코딩에 대해 6(즉, =log24+4) 비트들을 포함한다. 따라서, 데이터 스트림은 도 4에 도시된 바와 같이, 심볼 1, 심볼 2, 심볼 3, 심볼 4 등에 대해 제 1 복수의 비트들, 제 2 복수의 비트들, 제 3 복수의 비트들, 제 4 복수의 비트들(예를 들어, 010111, 001001, 110001, 101100,...)로 분할된다.
각각의 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분, 심볼에 대한 비트들의 log2(m) 부분은 m-PPM에 따라 인코딩된다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 심볼의 제 1 2(=log24) 비트들은 각각 00, 01, 10 및 11로 표현되는 그 슬롯 위치들 1, 2, 3 및 4를 가진 4-PPM 펄스 상에서 인코딩된다. 각각의 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분은 슬롯 위치에서 인코딩된 펄스에 대한 편광-분할-다중화 위상-변조된 변조 구성에 따라 인코딩된다. 예를 들어, 인코딩될 심볼에 대한 복수의 비트들의 남아있는 비트들(4 비트들의 경우에) 때문에, 각각의 심볼에 대한 다음의 2 비트들은 QPSK를 통해 펄스의 x-편광 구성 요소 상에서 인코딩될 수 있고 각각의 심볼에 대한 최종 2 비트들은 QPSK를 통해 펄스의 y-편광 구성 요소 상에서 인코딩될 수 있다. 그레이 코딩(gray coding)은 위상 상태들 π/4, 3π/4, 5π/4 및 7π/4이 각각 00, 01, 11 및 10을 표현하도록 QPSK에 적용될 수 있다.
따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 복수의 비트들(010111)은 도시된 PQ-4PPM 심볼들의 심볼 1로서 인코딩되어야한다. 제 1 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분(01)은 PPM을 따라 인코딩된다. 따라서, 펄스는 슬롯 위치 #2에 삽입되어야한다. 제 1 복수의 비트들(010111)의 제 2 영이 아닌 부분(0111)은 결정된 슬롯 위치에서 편광 분할 다중화 위상 변조된 변조 포맷 펄스에 따라 인코딩된다. 인코딩될 펄스가 편광 분할 다중화되어야하기 때문에, 각각의 편광은 제 1 복수의 비트들(010111)의 제 2 영이 아닌 부분(0111)의 서브-부분을 반송할 수 있다. 예를 들어, 제 1 복수의 비트들(010111)의 제 2 영이 아닌 부분(0111)의 제 1 서브-부분(01)은 x-편광에서 인코딩될 수 있고 제 1 복수의 비트들(010111)의 제 2 영이 아닌 부분(0111)의 제 2 서브-부분(11)은 y-편광에서 인코딩될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 비트들(010111)은 슬롯 위치의 PPM 펄스의 편광 상태들 및 위상 및 PPM에 따라 인코딩된다.
유사하게, 도 4에 도시된 PQ-4PPM 심볼들의 심볼 2로서 인코딩에 대한 제 2 복수의 비트들(001001)은 제 2 복수의 비트들(001001)의 제 2 영이 아닌 부분(1001)의 제 1 서브-부분(10)을 나타내는 펄스의 x 편광 및 제 2 복수의 비트들(001001)의 제 2 영이 아닌 부분(1001)의 제 2 서브-부분(01)을 나타내는 펄스의 y 편광을 가진 제 2 복수의 비트들(001001)의 제 1 영이 아닌 부분(00)을 나타내도록 슬롯 위치 #1로의 PPM 펄스의 삽입에 의해 인코딩될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 PQ-4PPM 심볼들의 심볼 3으로서 인코딩에 대한 제 3 복수의 비트들(110001)은 제 2 복수의 비트들(110001)의 제 2 영이 아닌 부분(0001)의 제 1 서브-부분(00)을 나타내는 펄스의 x 편광 및 제 2 복수의 비트들(110001)의 제 2 영이 아닌 부분(0001)의 제 2 서브-부분(01)을 나타내는 펄스의 y 편광을 가진 제 2 복수의 비트들(110001)의 제 1 영이 아닌 부분(11)을 나타내도록 슬롯 위치 #4로의 PPM 펄스의 삽입에 의해 인코딩될 수 있다.
다중-펄스 PPM은 전송기의 처리량(또는 데이터 레이트)을 향상시키도록 적용될 수 있다는 것을 유념해야한다. 다중-펄스 PPM에서, 광 펄스들은 각각의 PPM 심볼의 복수의 시간 슬롯들에 전송된다. 1-펄스 m-PPM에 대해, 각각의 심볼의 펄스 패턴들의 수는 m이고, log2(m) 비트들이 심볼당 전송될 수 있다. 다중-펄스 m-PPM에 대해, 각각의 심볼의 펄스 패턴들의 수는 m*(m-1)/2이고, log2(m*(m-1)/2) 비트들이 심볼당 전송될 수 있다. m=16에 대해, 2-펄스 16-PPM은 1-펄스 16-PPM에 의해 반송되는 것보다 73% 높은, 심볼 당 log2(16*15/2)=6.9 비트들을 반송한다. 데이터 레이트는 잡음에 대한 감소된 불활성태(immunity) 또는 감소된 수신기 민감도의 비용에서 증가한다는 것을 유념해야한다. PPM 심볼당 2개 이상의 펄스들을 사용하는 것은 또한 감소된 수신기 민감도에서 PPM에 의해 반송된 데이터 레이트를 증가시킨다. 다중-펄스 PPM에 관한 더 상세한 설명은 H. Sugiyama와 K. Nosu가 쓴 Lightwave Technology 저널, vol. 7, pp. 465-472(1989)의 "MPPM: 광 PPM에서의 대역-이용 효율(band-utilization efficiency)을 향상시키기 위한 방법"에서 찾을 수 있고, 본 글은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.
도 5는 하나의 예시적인 실시예에 따라 PQ-16PPM 프레임의 프레임 구조를 도시한다. 프레임 시퀀스(214)의 대표적인 프레임(230)은 복수의 파일럿-심볼 블록들(Tn) 및 복수의 위상 추정 블록들(Bn)을 포함한다. 예를 들어, 프레임(230)은 (ⅰ) 파일럿-심볼 블록들(T1, T2, T3) 및 (ⅱ) 페이로드-심볼 블록들(payload-symbol block)(B1, B2,..., B100)을 갖는다. 파일럿-심볼 블록과 위상 추정 블록 사이의 하나의 중요한 차이점은 파일럿-심볼 블록은 주기적 전치 부호(cyclic prefix)(CP, 또한 때때로 더 일반적으로 보호 구간으로 대체됨)를 갖고 반면에 위상 추정 블록은 그렇지 않다. 파일럿-심볼 블록들의 주기적 전치 부호들의 사용은 수신기, 예를 들어, 수신기(190)(도 1 참조)에서 실행된 동기화 절차와 채널-추정 절차가 색 분산(CD) 및/또는 편광 모드 분산(PMD)과 같은, 전송 장애들의 존재에서 탄탄하도록 돕는다. 위상 추정 블록들에서의 주기적 전치 부호들의 비사용은 전송 오버헤드(overhead)를 최소화하여 따라서 비교적 높은 페이로드-데이터 처리량을 성취하도록 돕는다. CP-없는(CP-free) 위상 추정 블록들에 적용된 채널-보상 절차들은 파일럿-심볼 블록들로부터 얻은 채널 정보에 의존하고 도 7a 내지 도 7c를 참조로 하여 아래에 더 상세히 설명되어 있다.
심볼 레벨에서, 하나의 PQ-16PPM 심볼은 16개의 슬롯들을 필요로 할 것이고 하나의 슬롯 위치에서 PDM-QPSK 펄스를 가질 것이다. 슬롯 위치 및 슬롯 위치에서 변조된 펄스의 각각의 편광의 위상 변조는 전송되는 것이 바람직한 데이터에 기초한다. n 번째 위상 추정 블록(Bn)은 첨부된 파일럿 심볼(P)에 의해 후속된 10개의 PQ-16PPM 심볼들(S= 편광 분할 다중화 위상-변조된 변조 포맷)을 포장하여 생성된다. 오직 하나의 시간 슬롯을 차지하는, 파일럿 심볼은 위상 추정(PE)을 돕도록 삽입될 수 있다. 대표적인 프레임(230)은 3개의 파일럿-심볼 블록들(T1, T2, T3)과 100개의 위상 추정 블록들(B1, B2, ..., B100)로부터 형성된다.
이 파일럿들의 사용은 1% 미만의 무시해도 될 정도의 레이트 오버헤드(148/16000)를 초래한다. 동기화와 CE에 대해 사용된 파일럿들 때문에 전력 손실은 0.2 dB(~48/16000=0.3%의 전력 낭비 때문에)이고, PE에 대한 전력 손실은 0.4 dB(1/160=0.625%의 전력 낭비 때문에)이다. 이러한 파일럿 심볼들의 사용은 극히 낮은 PPB에서 신뢰할 수 있는 신호 수신을 돕는다.
파일럿 시퀀스들(T1, T2 및 T3)은 프레임 동기화와 채널 추정(CE)을 용이하게 하도록 사용된다. 어떠한 보호 구간(GI)도 비록 GI가 정확한 CE를 보장하도록 파일럿 시퀀스들을 위해 사용될지라도, 오버헤드를 최소화하도록 페이로드 심볼들을 위해 사용되지 않는다. 중첩-및-합산 기술(overlap-and-add technique)은 채널 보상 프로세스 동안 사용될 수 있다. 높은 민감도를 성취하도록 종종 사용되는, 편광 필터링(PF)과 매칭된 광 필터링은 편광 역다중화와 균등화에 대한 파일럿-어시스트된 단일-캐리어 주파수-영역 균등화(PA-SC-FDE)의 사용 때문에, 사용되지 못 한다. PA-SC-FDE는 블라인드 이퀄라이저(blind equalizer)의 수렴(convergence)이 PPM 위치들이 부정확하게 식별될 때 손상될 수 있기 때문에 (파일럿들의 사용 없이) 블라인드 균등화보다 바람직하다.
CP-없는 위상 추정 블록들(도 5의 Bn)에 적용된 채널-보상 절차들은 파일럿-심볼 블록들(T2 및 T3)로부터 얻은 채널 정보에 의존하고 도 7a 내지 도 7c를 참조로 하여 아래에 더 상세히 설명되어 있다.
파일럿-심볼 블록(T1)은 주파수 추정과 프레임 동기화에서, 수신기, 예를 들어, 수신기(190)(도 1 참조)를 돕도록 설계된다. 예시적인 파일럿-심볼 블록(T1)은 2개의 직교 편광 구성 요소들을 갖고, 각각은 (ⅰ) 주기적 전치 부호(CP)와 (ⅱ) 2N의 심볼들(즉, n=1, 2,..., 2N)을 가진 심볼 시퀀스(E(n))를 포함하고, 제 1 N개의 심볼들을 가진 스트링(string)은 최종 N개의 심볼들을 가진 스트링과 동일하다. 2개의 동일한 절반들(halves)을 가짐으로써, 심볼 시퀀스(E(n))는 프레임의 시작점을 찾고 캐리어 신호들(132)과 참조 신호(158) 사이의 주파수 오프셋(offset)을 찾도록 자기상관(autocorrelation)에 대해 용이하게 사용될 수 있다. 자기상관-기반의 동기화를 실행하도록 사용될 수 있는 적합한 방법들은 예를 들어, IEEE Transactions on Communications에서 출판된, "Robust Frequency and Timming Synchronization for OFDM"의 제목을 가진 T.M Schmidl와 D.C. Cox에 의한 논문, Vol. 45, No 12, 1997, 12월, pp.1613-1621에 설명되어 있고, 본 논문은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.
하나의 실시예에서, X-편광(예를 들어, 변조된 신호(142X)에 의해 표현됨, 도 1 참조)에 대응하는 파일럿-심볼 블록(T1x)은 Y-편광(예를 들어, 변조된 신호(142Y)에 의해 표현됨, 도 1 참조)에 대응하는 파일럿-심볼 블록(T1y)과 동일하다. 하나의 대안적인 실시예에서, T1에 대한 X-편광과 Y-편광은 상이한 각각의 파일럿-심볼 블록들을 사용할 수 있다.
도 6은 QP-16PPM에 대한 프레임 구조에 대한 파일럿-심볼 시퀀스들의 예시적인 구조를 도시한다. 도시한 파일럿 심볼들의 시퀀스들은 파일럿 심볼 시퀀스들(T2 및 T3)의 파일럿 심볼들이다. X-편광에 대응하는 파일럿-심볼 블록들(T2x 및 T3x)이 Y-편광에 대응하는 파일럿-심볼 블록들(T2y 및 T3y)과 상이할 수 있다는 것을 유념해야한다. 파일럿-심볼 블록들(T2 및 T3)은 채널 추정과 채널 보상에 있어서, 수신기, 예를 들어, 수신기(190)(도 1 참조)를 돕도록 설계된다.
파일럿-심볼 블록(T1)과 유사하게, 각각의 파일럿-심볼 블록(T2 및 T3)은 각각의 (사전에 공지된) 심볼들의 바디 시퀀스(body sequence)(KS)에 프리펜드된(prepended) 주기적 전치 부호(CP)를 갖는다. 주기적 전치 부호(CP)는 각각의 T2 및 T3 파일럿-데이터가 부분적으로 주기적인 시퀀스를 설정하게 하는, 바디 시퀀스(KS)의 끝 부분으로부터 몇몇의 심볼들을 취함으로써 구성된다. 주기적 전치 부호(CP)의 길이(L)는 채널, 예를 들어, 도 1의 섬유 링크(150)의 임펄스 응답의 예상 기간보다 더 길도록 선택된다. 프레임 시퀀스(214)의 파일럿-심볼 블록들의 이 특성은 확장된 수신기가 CD 및 PMD의 효과들 때문에 섬유 링크에 의해 부과된 내부-블록 혼선을 완화시키는 방식으로 수신된 신호(예를 들어, 신호(152), 도 1 참조)의 파일럿-심볼 블록들을 처리하는 것을 가능하게 한다.
파일럿-심볼 블록들(T2 및 T3)에 대응하는 바디 시퀀스들(KS)은 하나의 실시예에서 동일한 길이를 갖는다. 대표적인 구현에서, 각각의 바디 시퀀스(KS)는 길이 2N의 특정한 다상 시퀀스이고, 시간 영역에서 모든 영이 아닌 심볼들의 진폭들은 다른 위상들을 갖고, 동일한 진폭이 아니며, N은 양의 정수이다. 시퀀스의 이 유형을 사용하는 하나의 목적은 수신기가 관심있는 전체 주파수 범위에 걸쳐, 채널-응답 함수(channel-response function; H)를 정확하고 균일하게 조사(probe)하는 것을 가능하게 하는 것이다. 채널-응답 함수(H)는 주파수-의존적인 2×2 매트릭스일 수 있고 매트릭스의 요소들은 전송기(예를 들어, 전송기(110), 도 1 참조)의 프론트 엔드, 섬유 링크(예를 들어, 섬유 링크(150), 도 1 참조) 및 수신기(예를 들어, 수신기(190), 도 1 참조)의 프론트 엔드의 조합된 신호-전송 특성들을 설명하는 주파수의 복잡한 함수들이다.
X 편광에 대응하는 파일럿-심볼 블록들(T2x 및 T3x)이 Y 편광에 각각 대응하는, 파일럿-심볼 블록들(T2y 및 T3y)과 동기화된다. 파일럿-심볼 블록들(T2 및 T3)의 이 특성은 X 편광에 대응하는 각각의 심볼 블록이 Y 편광에 대응하는 상대 심볼 블록과 동기화되는 것에 따라, 데이터 프레임(230)의 더 일반적인 특성의 명시(manifestation)이다. 이와 같이, X 편광에 대응하는 파일럿-심볼 블록들(T2x 및 T3x)은 Y 편광에 대응하는 파일럿-심볼 블록(T2y 및 T3y)과 동기화된다. 유사하게, X 편광에 대응하는 각각의 위상 추정 블록(Bn)은 Y 편광에 대응하는 파일럿-심볼 블록(Bn)과 동기화된다(도 5 참조).
도 2를 다시 참조하면, 프레이밍 모듈(212)에 의해 생성된 프레임 시퀀스(214)는 출력 신호들(222I 및 222Q)로 변환되는, 펄스-형성 모듈(218)에 적용된다. 펄스-형성 모듈(218)에서 실행되는 펄스 형성은 대응하는 아날로그 신호로 변환한 후에, 광-캐리어 신호(132X 또는 132Y)(도 1 참조)와 같은, 광-캐리어 신호를 변조하도록 광 변조기에 적용될 수 있는, 디지털 파형을 생성하는 프로세스이고, 따라서 결과로 초래된 변조된 광 신호는 프레임 시퀀스(214)의 다양한 블록들에 대응하는 심볼들로 변조된다. 하나의 구성에서, 오버샘플링(oversampling)은 예를 들어, 출력 신호들(222I 및 222Q)에 대해 일 회 또는 수 회 각각의 신호 샘플을 복제함으로써, 적용될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 디지털 신호 프로세서(170)(도 1 참조)를 구현하도록 사용될 수 있는 디지털 신호 프로세서(300)의 작동을 도시한다. 더 구체적으로, 도 7a 및 도 7b는 프로세서(300)의 블록도들을 도시한다. 도 7c는 프로세서(300)의 FDCCE(주파수-영역-채널-보상/균등화) 서브-모듈(352)에서 구현되는 프로세싱을 도시한다. 프로세서(300)가 프로세서(170)로서 사용될 때, 입력 신호들(3021-3024)은 신호들(1681-1684)에 각각 대응하고(도 1 참조), 출력 신호들(332x 및 332y)은 출력 신호들(192 및 194)에 각각 대응한다(도 1 참조).
EDC(전자 분산 보상) 모듈들(310)은 섬유 링크(150)에 의해 입력 신호(152) 상에 부과된 색 분산의 해로운 영향들을 경감시키는 디지털 신호 프로세싱을 실행한다. 특히, EDC 모듈(310x)은 PDOH(160)(도 1 참조)의 제 1 편광 주축(예를 들어, x 축)에 대응하는 입력 신호들(3021-3022)을 처리한다. 유사하게, EDC 모듈(310y)은 PDOH(160)의 제 2 편광 주축(예를 들어, y 축)에 대응하는 입력 신호들(3023-3024)을 처리한다. 전송기에서 사용된 X 편광 및 Y 편광이 PDOH(160)의 편광 주축들(즉, x 축 및 y 축)과 정렬할 수 있거나 또는 정렬할 수 없다는 것을 유념해야한다. EDC 모듈(310)을 구현하도록 사용될 수 있는 다양한 EDC 모듈들은 예를 들어, 미국 특허 No. 7,570,889호, No. 7,532,820호 및 No. 7,382,984호에 개시되어 있고, 본 출원은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.
EDC 모듈들(310x 및 310y)에 의해 생성된 분산-보상된 신호들(3121-3124)은 전송을 위해 전송기에 적용된 원래의 데이터 스트림들, 예를 들어, 도 1의 데이터 스트림들(102 및 104)을 리커버링하도록, 예를 들어, 도 7b 내지 도 7c를 참조로 하여 아래에 더 설명된 바와 같이, 이러한 신호들을 처리하는 파일럿-어시스트된 주파수-분할-균등화 및 디코딩(PA-FDED) 모듈(320)에 적용된다. 더 구체적으로, PA-FDED 모듈(320)은 신호(152)의 제 1 독립 변조된 구성 요소(예를 들어, 구성 요소(142X), 도 1 참조)에 대응하는 데이터를 반송하는, 데이터 스트림(332x)을 생성하고, 유사하게 신호(152)의 제 2 독립 변조된 구성 요소(예를 들어, 구성 요소(142Y), 도 1 참조)에 대응하는 데이터를 반송하는, 데이터 스트림(332y)을 생성한다.
도 7b는 하나의 실시예에 따라 PA-FDED 모듈(320)의 블록도를 도시한다. PA-FDED 모듈(320)은 그 입력으로서, 분산-보상된 신호들(3121-3124)을 수신하는 동기화 서브-모듈(340)을 갖는다. 동기화 서브-모듈(340)은 각각의 프레임(230)(또한 도 5 참조)의 시작을 결정하도록 파일럿-심볼 블록(T1)(T1x 및 T1y)의 상술된 특성들에 의존한다. 하나의 구성에서, 동기화 서브-모듈(340)은 방정식 (1)에 의해 규정된 자기상관 함수를 계산한다:
Figure pct00001
여기서,
Figure pct00002
심볼은 복소 켤레 행렬을 의미하고;
Figure pct00003
은 복소수 값이고 복소수의 실수 부분은 신호(3121)에 의해 제공된 신호 샘플이고 복소수의 허수 부분은 신호(3122)에 의해 제공된 대응하는 신호 샘플이고;
Figure pct00004
은 복소수 값이고 복소수의 실수 부분은 신호(3123)에 의해 제공된 신호 샘플이고 복소수의 허수 부분은 신호(3124)에 의해 제공된 대응하는 신호 샘플이다. 파일럿-심볼 블록(T1)(T1x 및 T1y)의 심볼 시퀀스(E(n))가 길이(N)의 2개의 동일한 부분들을 갖기 때문에, 함수(P(n))의 절대값은 심볼 시퀀스(E(n))의 제 1 심볼과 일시적으로 정렬하고, 이와 같이, 대응하는 프레임(230)의 시간 위치를 결정하도록 사용될 수 있는 명백한 최대값을 갖는다.
동기화 서브-모듈(340)로부터 하류에 위치되는 FE(주파수-추정/보상) 서브-모듈(344)은 입력 신호(152)의 캐리어-주파수와 참조 신호(158)(도 1 참조)의 주파수 사이의 부조화의 전자 추정과 보상을 실행한다. 하나의 실시예에서, FE 서브-모듈(344)은 P(n max )의 위상을 결정하고 여기서 n max 는 동기화 서브-모듈(340)에 의해 결정된 함수(P(n))(방정식 (1) 참조)의 절대값의 최대값에 대응하는 시간 슬롯이다. 따라서 FE 서브-모듈(344)은 신호들(152 및 158) 사이의 주파수 오프셋을 계산하도록 P(n max )의 위상을 사용한다. 주파수 오프셋이 0이라면, P(n max )는 실수 부분이고 그 위상은 0이다. 주파수 오프셋이 0이 아니라면, P(n max )는 복소수이고 그 위상은 주파수 오프셋과 파일럿-심볼 블록(T1)의 기간과 직접 연관된다. 주파수 오프셋이 시간에 걸쳐 변할 수 있기 때문에, FE 서브-모듈(344)은 각각의 수신된 프레임(230)에 대해 주파수-오프셋 계산을 실행한다.
주파수 오프셋이 결정된 후에, FE 서브-모듈(344)은 2π 곱하기 주파수 오프셋과 동일한 위상 시프트와 동기화 서브-모듈(340)에 의해 결정된 프레임의 시작과 신호 샘플 사이에 경과한 시간을 각각의 신호 샘플에 적용하여 주파수-부조화 보상을 실행한다. FE 서브-모듈(344)로서 기능하도록 구성될 수 있는 다양한 FE 모듈들은 예를 들어, 미국 특허 No. 7,747,177호 및 미국 특허 출원 공개 No. 2008/0152361호에 개시되어 있고, 이 특허들은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.
CE(채널-추정) 서브-모듈(348)은 방정식 (2)에 의해 주어진 2×2 존즈 행렬(Jones matrix)로서 주파수 영역에 표현될 수 있는, 채널-응답 함수(H)를 결정하도록 파일럿-심볼 블록들(T2(T2x 및 T2y) 및 T3(T3x 및 T3y))에 대응하는 신호 샘플들을 사용한다:
Figure pct00005
더 구체적으로, 바디 시퀀스들(KS1, KS2, KS3 및 KS4)의 선험적 지식(priori knowledge)을 사용함으로써, CE 서브-모듈(348)은 채널-응답 함수(H)를 구성하여 이 바디 시퀀스들에 대한 채널-응답 함수의 적용이 그것들을 공지된 이러한 바디 시퀀스들에 대응하는 수신된 신호 샘플들로 변형하도록 한다. 각각의 채널-응답 함수(H)는 수신기가 시간-의존적인 채널들을 적절하게 추적하는 것을 가능하게 하는, 각각의 프레임(230)에 대해 CE 서브-모듈(348)에 의해 계산될 수 있다는 것을 유념해야한다.
도 7c는 FDCCE(주파수-영역 채널-보상/균등화) 서브-모듈(352)에서 구현되는 예시적인 프로세싱을 또한 도시한다. 더 구체적으로, 도시된 프로세싱은 단일 전송된 프레임의 페이로드(예를 들어, X 편광 및 Y 편광 둘 다에 대응하는 데이터를 가진 프레임(230)의 위상 추정 블록(Bn)의 페이로드-심볼 블록들(Sx), 도 5 참조)에 대응하는 신호 샘플들을 다루고, 이와 같이, 채널-추정 서브-모듈(348)에 의해 결정된 채널-응답 함수(H)를 사용한다. 각각의 신규한 프레임의 프로세싱을 위해, FDCCE 서브-모듈(352)은 CE 서브-모듈(348)에 의해 결정되고 CE 서브-모듈(348)로부터 수신된 대응하는 신규한 채널-응답 함수(H)를 사용한다.
이미 위에서 명시된 바와 같이, 프레임(230)의 위상 추정 블록들(Bn)의 심볼들은 주기적 전치 부호들을 갖지 않는다. 결과적으로, IBI(inter-block interference)는 수신기에서 발생한다. IBI의 역효과들을 경감시키도록, FDCCE 서브-모듈(352)은 아래에 더 설명되고 도 7c를 참조로 하는 바와 같이, 수신된 프레임의 페이로드에 대응하는 주파수-정정된 신호 샘플들의 시퀀스(366)로부터의 2N개의 연속적인 신호 샘플들을 가진 슬라이딩 윈도우(sliding window; 368)로 오버랩 FDCCE 프로세싱을 실행할 수 있다. 시퀀스(366)는 2개의 평행한 서브-시퀀스들, 즉, 신호들(3121-3122)에 대응하는 시퀀스(366x)와 신호들(3123-3124)에 대응하는 시퀀스(366y)(또한 도 7a 및 도 7b 참조)로 구성된다. 시퀀스(366x)의 신호 샘플들이 신호(142X)에 의해 반송된 심볼들로부터 그리고 신호(142Y)에 의해 반송된 심볼들로부터(도 1 참조) 기여한다는 것을 유념해야한다. 시퀀스(366y)의 신호 샘플들이 유사하게 신호(142X)에 의해 반송된 심볼들로부터 그리고 신호(142Y)에 의해 반송된 심볼들로부터(도 1 참조) 기여한다.
슬라이딩 윈도우(368)의 i 번째 위치에 대해, FDCCE 서브-모듈(352)은: (ⅰ) 윈도우 내부에 위치하고 시퀀스(366x)에 속하는 2N개의 신호 샘플들의 블록(370ix)에 대해 FFT(fast Fourier transform)(372ix)와 (ⅱ) 윈도우 내부에 위치하고 시퀀스(366y)에 속하는 2N개의 신호 샘플들의 블록(370iy)에 대해 FFT(372iy)를 적용한다. FFT 작동(372ix)은 블록(370ix)을 2N개의 주파수 구성 요소들의 대응하는 블록(374ix)으로 변환한다. FFT 작동(372iy)은 유사하게 블록(370iy)을 2N개의 주파수 구성 요소들의 대응하는 블록(374iy)으로 변환한다.
블록들(374ix 및 374iy)은 이 블록들을 블록들(378ix 및 378iy)로 변환하는, FDE(주파수-영역-균등화) 절차(376i)를 받기 쉽다. 블록들(374i)과 유사하게, 블록들(378ix 및 378iy)의 각각은 2N개의 주파수 구성 요소들을 갖는다. FDE 절차(376i)는 채널-추정 서브-모듈(348)에 의해 결정된 채널-응답 함수(H)(방정식 (2) 참조)로부터 FDCCE 서브-모듈(352)에 의해 유도되는, 역 채널-응답 함수(H-1)의 적용을 포함한다. 채널-응답 함수(H)가 일반적으로 비대각 형태(즉, b(f)≠0 및 c(f)≠0)를 갖기 때문에, FDE 절차(376i)는 블록들(378ix 및 378iy)에 대한 대응하는 주파수 구성 요소들을 생성하도록 블록들(374ix 및 374iy)로부터 주파수 구성 요소들을 혼합한다. FFT 작동들(372i)은 (ⅰ) 블록(374ix)이 블록(370iy)으로부터 임의의 신호 샘플들의 사용 없이 블록(370ix) 상에서 단독으로 작동하여 생성되고 (ⅱ) 블록(374iy)이 블록(370ix)으로부터 임의의 신호 샘플들의 사용 없이 블록(370iy) 상에서 단독으로 작동하여 생성되기 때문에 이 특징을 갖지 못한다는 것을 유념해야한다.
블록들(378ix 및 378iy)은 역 FFT(IFFT) 작동들(380ix 및 380iy)을 각각 받기 쉽다. IFFT 작동(380ix)은 블록(378ix)을 블록(382ix)을 형성하는, 2N개의 시간-영역 신호 샘플들로 변환한다. IFFT 작동(380iy)은 유사하게 블록(378iy)을 블록(382iy)을 형성하는, 2N개의 시간-영역 신호 샘플들로 변환한다. FFT 작동들(372i)과 유사하게, IFFT 작동들(380i)은 x 블록과 y 블록을 혼합하지 않는다.
블록(382ix)은 블록의 최초 부분으로부터 N e 개의 신호 샘플들을 제거하고 블록의 밑부분으로부터 N e 개의 신호 샘플들을 제거하도록 절단되고(truncate), N e 는 IBI에 의해 영향을 받은 신호 샘플들이 절단되도록 선택된 사전 결정된 수이다. 2N-2N e 개의 신호 샘플들을 가진 블록(382ix)의 남아있는 부분은 FDCCE 서브-모듈(352)로부터 PA-FDED 모듈(320)의 하류의 서브-모듈들로 출력되는 균등화된 신호 샘플들의 시퀀스(384x)를 형성하도록 사용된다. 블록(382iy)은 유사하게 블록의 최초 부분으로부터 N e 개의 신호 샘플들을 제거하고 블록의 밑부분으로부터 N e 개의 신호 샘플들을 제거하도록 절단된다. 2N-2N e 개의 신호 샘플들을 가진 블록(382iy)의 남아있는 부분은 FDCCE 서브-모듈(352)로부터 PA-FDED 모듈(320)의 하류의 서브-모듈들로 또한 출력되는 균등화된 신호 샘플들의 시퀀스(384y)를 형성하도록 사용된다.
슬라이딩 윈도우(368)는 (i+1) 번째 위치로 2N-2N e 개의 신호 샘플들에 의해 시퀀스들(366x 및 366y)을 아래로 이동하고, i 번째 위치에 대해 상술되는 프로세싱은 도 6c에 나타낸 바와 같이 (i+1) 번째 위치에 대해 반복된다. 2N-2N e 개의 신호 샘플들에 의한 슬라이딩 윈도우(368)의 이동들 및 대응하는 프로세싱은 X-편광 및 Y-편광에 대해 대응하는 프레임(230)의 모든 페이로드 심볼들이 제거될 때까지 반복된다.
하나의 구성에서, N e =L/2 및 2N-2N e =N DS 이고, 여기서 L은 파일럿-심볼 블록들(T2 및 T3)(도 2c 참조)의 주기적 전치 부호(CP)의 길이이고, N DS 는 프레임(230)의 심볼 블록(S)의 길이이다(도 5 참조). 이 구성에서, 슬라이딩 윈도우(368)의 i 번째 위치에서 실행된 프로세싱은 프레임(230)의 페이로드-심볼 블록(Si)의 모든 심볼들을 리커버링한다(도 5 참조). 프레임(DS1)의 제 1 페이로드 심볼 블록의 심볼들을 리커버링하도록, 슬라이딩 윈도우(368)가 위치되어 윈도우 내부의 제 1 N e 개의 신호 샘플들이 동일한 프레임의 파일럿-심볼 블록(T3)에 속한다. 프레임(DSn)의 최종 페이로드-심볼 블록의 심볼들을 리커버링하도록, 슬라이딩 윈도우(368)가 위치되어 윈도우 내부의 최종 N e 개의 신호 샘플들이 다음 프레임의 파일럿-심볼 블록(T1)에 속한다.
상술된 바와 같이, CE 서브-모듈(348)은 채널-추정을 실행할 수 있고 FDCCE 서브-모듈(352)은 프로세싱 시간 및/또는 전력을 유리하게 절약하는 조합된, 얽힌, 비순차적인 방식으로 FDCCE 서브-모듈(352)이 채널-응답 보상 및 편광-역다중화 절차들을 적용하는 것을 가능하게 하는 방식으로 편광-분할-다중화 신호들에 대한 블록-오버랩 프로세싱을 실행할 수 있다는 것을 유념해야한다.
도 6b를 다시 참조하면, FDCCE 서브-모듈(352)에 의해 생성된 균등화된 시퀀스들(384x 및 384y)은 위상-추정/위상-정정(PE/PC) 서브-모듈(356)에 적용된다. PE/PC 서브-모듈(356)은 입력 신호(152)와 참조 신호(158)(도 1 참조) 사이의 천천히 변하는 위상 이동들을 정정하거나 또는 보상하는 디지털 프로세싱을 실행하고, 이어서 무리 디맵핑(constellation demapping) 및 디코딩에 대한 균등화된 시퀀스들(384x 및 384y)에서 신호 샘플들의 위상을 추정한다. PE/PC 서브-모듈(356)을 구현하도록 사용될 수 있는 다양한 프로세싱 모듈들이 예를 들어, 상기에서 언급된 미국 특허 출원 공보 No.2008/0152361호 및 또한 미국 특허 No. 7,688,918호 및 미국 특허 출원 공보 No. 2008/0075472호에 개시되어 있고, 이들은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.
디맵핑 서브-모듈(360)은 PE/PC 서브-모듈(356)에 의해 얻은 위상 추정들과 균등화된 시퀀스들(384x 및 384y)을 무리 심볼들의 대응하는 시퀀스들로 변환하는 무리 맵(constellation map)을 사용한다. 이어서 디맵핑 서브-모듈(360)은 각각의 무리 심볼을 비트들의 대응하는 세트로 변환하도록 디코딩하고, 이에 따라 균등화된 시퀀스들(384x 및 384y)에 대응하는, 비트 스트림들(362x 및 362y)을 각각 생성한다. 에러들이 없을 때, 비트 스트림(362x)은 비트 스트림(206X)의 복사본이고, 비트 스트림(362y)은 비트 스트림(206Y)의 복사본이다(또한 도 2a 참조). 디코딩한 에러들이 존재할 때, 비트 스트림(362)은 대응하는 비트 스트림(206)과 다소 상이할 수 있다.
FEC(순방향 에러 정정) 서브-모듈(364)은 모듈들(204)을 코딩함으로써 대응하는 비트 스트림들(206)로 진입하였던 데이터 리던던시들(redundancy)을 사용하여, 비트 스트림들(362x 및 362y)에서 에러 정정을 실행한다(도 2a 참조). 결과로 초래된 에러-정정된 비트 스트림들은 신호들(332x 및 332y)을 통해 출력된다. FEC 서브-모듈(364)의 사용에 적합한 많은 FEC 방법들은 기술 분야에 공지되어 있다. 경판정 디코딩(hard-decision decoding)과 연판정 디코딩(soft-decision decoding) 모두는 FEC 서브-모듈(364)의 다양한 실시예들에서 구현될 수 있다. 이러한 방법들의 몇몇의 대표적인 예들은 예를 들어, 미국 특허 No. 7,734,191호, No. 7,574,146호, No. 7,424,651호, No. 7,212,741호 및 No. 6,683,855호에 개시되어 있고, 이것들은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.
도 8은 하나의 예시적인 실시예에 따라 디지털 신호 프로세서(170)(도 1 참조)를 구현하도록 사용될 수 있는 디지털 신호 프로세서(300)에 대한 예시적인 흐름도(800)를 도시한다. 특히, 예시적인 흐름도에 따라, PQ-mPPM에 따라 인코딩된 심볼들을 포함한 프레임들은 검출된 신호로부터 리커버링된다. 더 구체적으로, 검출된 PQ-mPPM 신호의 편광 구성 요소들은 편광 구성 요소들의 적어도 하나의 PPM 펄스의 슬롯 위치에 기초하여 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 디코딩하고, 편광 구성 요소들의 적어도 하나의 PPM 펄스에 의해 반송된 위상-변조에 기초하여 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 디코딩함으로써 디지털 방식으로 리커버링한다. 전송기와 관련하여 상술된 바와 같이, 다른 편광-분할 다중화 위상-변조하는 변조 포맷들은, 다른 단일의 또는 다중-펄스 m-펄스 위치 변조 구성들에 더하여 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 이용될 수 있다.
이 수신 프로세스는 듀얼-편광 코히어런트 수신기 프론트-엔드를 통해 추가 변조를 가진 적어도 하나의 펄스 위치 변조(PPM) 펄스를 가진 심볼을 포함한 신호를 검출하고 추가 변조를 가진 적어도 하나의 펄스 위치 변조(PPM) 펄스를 가진 심볼을 포함한 검출된 신호의 편광 구성 요소들을 리커버링할 때 일반화될 수 있다. 그 실시예에서, 리커버링 단계는 편광 구성 요소들의 추가 변조를 가진 적어도 하나의 PPM 펄스의 슬롯 위치에 기초하여 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 디코딩하는 단계와, 편광 구성 요소들의 적어도 하나의 PPM 펄스에 의해 반송된 추가 변조에 기초하여 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 디코딩하는 단계를 포함한다.
도 7을 다시 참조하면, 단계 710에서 시간/주파수 동기화는 그 파일럿-시퀀스들을 사용하여 하나의 프레임에서 실행된다. 단계 720에서, 채널 추정과 보상은 파일럿 시퀀스들을 사용하여 실행된다.
단계 730에서, 각각의 PQ-mPPM 심볼에 대해, 가장 높은 에너지를 포함하는 슬롯 또는 복수의 슬롯들이 결정된다. 단계 740에서, m-PPM 인코딩에 의해 반송된 비트들은 가장 높은 에너지를 포함하는 슬롯 또는 복수의 슬롯들에 기초하여 리커버링된다.
단계 750에서, 위상 추정과 보상은 파일럿 심볼들을 사용하여 실행된다. 단계 760에서, PDM-QPSK에 의해 반송된 남아있는 비트들은 펄스를 포함하는 적어도 하나의 슬롯의 펄스/펄스들에 기초하여 리커버링된다. 단계 760에서, 모든 상기 프로세싱(710-750)은 다음의 프레임을 처리하기 위한 것이다.
본 발명이 예시적인 실시예들을 참조로 하여 설명되는 동안, 이 설명은 제한된 의미로 해석되도록 의도되지 않는다. 본 발명의 다양한 실시예들이 편광-분할-다중화(PDM) 신호들을 참조로 하여 설명될지라도, 본 발명은 너무 제한되지 않고 PDM이 아닌 신호들을 처리하는 데 유사하게 적용될 수 있다. 설명된 실시예들의 다양한 수정들뿐만 아니라, 본 발명이 적용되는 기술 분야의 숙련자들에게 명백한, 본 발명의 다른 실시예들은 다음의 청구항들에서 표현된 바와 같이 본 발명의 원리와 범주 내에 있도록 간주된다.
용어 "단일-캐리어"는 광 OFDM 전송 시스템과 함께 여기에 개시된 광 전송 시스템의 실시예들을 대조하도록 이 설명에서 사용되는 기술 분야의 용어이다. 이 용어는 본 발명의 실시예들이 WDM 기술과 양립될 수 없다는 것을 의미하도록 해석되어서는 안 된다. 기술 분야의 숙련자는 여기에 개시된 특정한 신호 프로세싱 기술들이 WDM 멀티플렉스(multiplex)의 다른 캐리어 주파수들(파장들)의 각각에 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
실시예들은 단일 집적 회로 상의 가능한 구현을 포함한, 회로-기반 프로세스들로서 구현될 수 있다.
달리 명확하게 언급되지 않는다면, 각각의 절대값과 범위는 만약 단어 "약(about)" 또는 "대략(approximately)"이 값 또는 범위의 앞에 있다면 근접한 것으로서 해석되어야한다.
본 발명의 특징을 설명하도록 설명되고 도시되는 부분들의 상세 설명들, 재료들 및 배열들에서의 다양한 변화들이 다음의 청구항들에서 표현된 바와 같이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 기술 분야의 숙련자들에 의해 행해질 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다.
청구항들 내의 도면 번호들 및/또는 도면 참조 라벨들(label)의 사용은 청구항들의 이해를 용이하게 하도록 청구된 주제의 하나 이상의 가능한 실시예들을 식별하도록 의도된다. 이러한 사용은 대응하는 도면들에 도시된 실시예들에 대해 이러한 청구항들의 범주를 반드시 제한하는 것으로서 해석되지 않는다.
다음 방법의 청구항들의 요소들이 만약에 대응하는 라벨링(labeling)으로 특정한 시퀀스로 언급될지라도, 달리 청구항 설명들이 몇몇의 또는 모든 이러한 요소들을 구현하기 위한 특정한 시퀀스를 의미하지 않는다면, 이러한 요소들은 그 특정한 시퀀스에 구현되기 위해 제한되도록 반드시 의도되지 않는다.
여기서 "하나의 실시예(one embodiment)" 또는 "하나의 실시예(an embodiment)"에 대한 참조는 실시예와 관련되어 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있다는 것을 의미한다. 상세 설명의 다양한 위치들에서 구 "하나의 실시예에서(in one embodiment)"의 출현은 동일한 실시예에 대해 반드시 모두 언급하는 것은 아니고 또는 분리되어 있지 않고 또는 대안적인 실시예들은 다른 실시예들에 반드시 상호간에 배타적이다. 동일한 것은 용어 "구현"에 적용된다.
또한 이 설명의 목적들을 위해, 용어들 "연결하다(couple)", "연결하는(coupling)", "연결된(coupled)", "연결하다(connect)", "연결하는(connecting)" 또는 "연결된(connected)"은 기술 분야에 공지된 임의의 방식 또는 에너지가 2개 이상의 요소들 사이에 이동될 수 있고, 하나 이상의 추가의 요소들의 삽입이 비록 요구되지 않을지라도, 고려되어 추후에 개발된 임의의 방식을 언급한다. 대조적으로, 용어들 "직접 연결된(directly coupled)", "직접 연결된(directly connected)" 등은 이러한 추가의 요소들의 부재를 의미한다.
이 출원의 청구항들에 의해 다루어지는 실시예들은 (1) 이 출원에 의해 가능하고 (2) 법에 명시된 주제에 대응하는 실시예들로 제한된다. 불가능한 실시예들 및 법에 명시되지 않은 주제에 대응하는 실시예들은 청구항들의 범주 내에 형식상 있음에도 불구하고 명백히 포기된다(disclaim).
설명 및 도면들은 단지 본 발명의 원리들을 설명한다. 따라서, 기술분야의 숙련자들이 비록 여기에 명백히 도시되어 있지 않고 설명되어 있지 않더라도, 본 발명의 원리들을 포함하고 발명의 정신 및 범주 내에 포함되는 다양한 배열들을 고안할 수 있을 것임이 이해될 것이다. 게다가, 여기에 언급된 모든 예들은 기술 분야의 발전에 대해 발명자(들)에 의해 기여된 콘셉트들 및 본 발명의 원리들을 이해하는 데에 있어 독자들을 돕는 교육학의 목적들로만으로 분명히 주로 의도되고, 이러한 특별히 언급된 예들 및 조건들에 대한 제한 없이 해석된다. 게다가, 본 발명의 원리들, 양태들 및 실시예들뿐만 아니라 본 발명의 특정한 예들을 여기서 언급하는 모든 스테이트먼트들(statement)은 본 발명의 등가물들을 포함하도록 의도된다.
"프로세서들"로서 라벨링된 어떤 기능의 블록들을 포함한, 도면들에 도시된 다양한 요소들의 기능들은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어의 사용을 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 기능들은 단일 전용 프로세서에 의해, 단일 공유 프로세서에 의해 또는 복수의 개인 프로세서들에 의해 제공될 수 있고, 그것들 중 몇몇은 공유될 수 있다. 게다가, 용어 "프로세서" 또는 "제어기"의 명백한 사용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 지칭하도록 해석되어서는 안 되고, 제한 없이, 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, ASIC(application specific integrated circuit), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 소프트웨어를 저장하기 위한 ROM(read only memory), RAM(random access memory) 및 비휘발성 저장 장치를 내재하여 포함할 수 있다. 다른 하드웨어, 종래의 및/또는 주문용 하드웨어가 또한 포함될 수 있다. 유사하게, 도면들에 도시된 임의의 스위치들은 오직 개념적인 것이다. 그 기능은 프로그램 로직(logic)의 작동을 통해, 전용 로직을 통해, 프로그램 제어 및 전용 로직의 상호작용을 통해 실행될 수 있고, 또는 심지어 수동으로, 특정한 기술이 문맥으로부터 더 명확하게 이해되는 바와 같이 사업시행자에 의해 선택가능하다.
여기서 임의의 블록도들이 본 발명의 원리들을 구현하는 예시적인 회로의 개념도들을 나타내고 있다는 것을 기술분야의 숙련자들은 이해해야한다. 유사하게, 흐름 차트들, 흐름도들, 상태 천이도들, 유사 코드(pseudo code) 등이 이러한 컴퓨터 또는 프로세서가 명확히 도시되었든지 간에, 컴퓨터 판독 가능 매체에 실질적으로 나타내질 수 있고 따라서 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 다양한 프로세스들을 제시한다는 것이 이해될 것이다.

Claims (10)

  1. 프로세서에 의해, 펄스 위치 변조(pulse position modulation; PPM) 포맷에 대응하는 적어도 하나의 슬롯(slot) 위치를 통해 심볼(symbol)에 대한 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌(non-zero) 부분을 인코딩(encoding)하는 단계와;
    상기 프로세서에 의해, 추가 변조 포맷을 통해 상기 적어도 하나의 슬롯 위치 상의 상기 심볼에 대한 상기 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 인코딩하는 단계와;
    광 변조 수단에 의해 광 캐리어 상에서 상기 심볼을 포함한 신호를 변조(modulating)하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    데이터 비트들의 스트림(stream)을 상기 심볼에 대한 상기 복수의 비트들로 그룹화(grouping)하는 단계로서, 상기 심볼은 log2(m)+4 비트들을 반송하는(carry), 상기 그룹화 단계를 추가로 포함하고,
    상기 복수의 비트들의 상기 제 1 영이 아닌 부분을 인코딩하는 단계는 m-PPM(m-ary pulse position modulation) 포맷에 대한 펄스에 대응하는 제 1 슬롯 위치를 통해 복수의 비트들의 제 1 log2(m) 비트들을 인코딩하고,
    상기 복수의 비트들의 상기 제 2 영이 아닌 부분을 인코딩하는 단계는 상기 제 1 슬롯 위치에 대한 펄스에 대한 편광-분할-다중화 직교 위상-시프트 키잉(PDM-QPSK) 포맷을 통해 상기 복수의 비트들의 남아있는 4 비트들을 인코딩하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 추가 변조 포맷은 2개의 편광들을 인코딩하고, 각각의 편광은 상기 복수의 비트들의 상기 제 2 영이 아닌 부분의 각각의 서브-부분(sub-portion)으로 인코딩되는, 방법.
  4. 펄스 위치 변조(PPM) 포맷에 대응하는 적어도 하나의 슬롯 위치를 통해 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 인코딩하고, 상기 적어도 하나의 슬롯 위치에 대한 펄스에 대한 추가 변조 포맷을 통해 상기 심볼에 대한 상기 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 인코딩하도록 구성된 프로세서와;
    광 캐리어(optical carrier) 상에서 상기 심볼을 포함한 신호를 변조하기 위한 광 변조 수단을 포함하는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는:
    데이터 비트들의 스트림을 상기 심볼에 대한 상기 복수의 비트들로 그룹화하도록 구성되고, 상기 심볼은 log2(m)+4 비트들을 반송하고;
    m-ary 펄스 위치 변조(m-PPM)에 대한 펄스에 대응하는 제 1 슬롯 위치를 통해 상기 복수의 비트들의 제 1 log2(m) 비트들을 인코딩하도록 구성되고;
    상기 제 1 슬롯 위치에 대한 펄스에 대한 편광-분할-다중화 직교 위상-시프트 키잉(PDM-QPSK) 포맷을 통해 상기 복수의 비트들의 남아있는 4 비트들을 인코딩하도록 구성되는, 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 심볼의 하나의 슬롯 위치보다 더 많은 위치에서 펄스들을 인코딩하도록 구성되는, 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수의 비트들의 상기 제 2 영이 아닌 부분의 각각의 서브-부분으로 펄스의 편광들을 인코딩하도록 구성되는, 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 광 변조 수단에 의한 변조를 위해 신호에 대한 프레임(frame)을 생성하도록 구성되고, 상기 프레임은 복수의 심볼들과 복수의 파일럿-시퀀스들(pilot-sequence)을 포함하는, 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 심볼을 포함한 인코딩된 신호를 구동 신호로 변환하기 위한 복수의 디지털-대-아날로그 변환기들(DAC들)로서, 상기 구동 신호는 상기 광 변조 수단에 의한 변조를 위한 신호인, 상기 복수의 디지털-대-아날로그 변환기들(DAC들)을 추가로 포함하는, 장치.
  10. 전송기 및 수신기를 포함하는 시스템에 있어서,
    상기 전송기는:
    펄스 위치 변조(PPM) 포맷에 대응하는 적어도 하나의 슬롯 위치를 통해 심볼에 대한 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 인코딩하고 상기 적어도 하나의 슬롯 위치에 대한 펄스에 대한 추가 변조 포맷을 통해 상기 심볼에 대한 상기 복수의 비트들의 제 2 영이 아닌 부분을 인코딩하도록 구성된 프로세서와;
    캐리어 상에서 상기 심볼을 포함한 신호를 변조하기 위한 광 변조 수단을 포함하고,
    상기 수신기는:
    추가 변조를 하는 펄스 위치 변조(PPM) 신호를 검출하기 위한 듀얼-편광 코히어런트 수신기 프론트-엔드(dual-polarization coherent receiver front-end)와;
    상기 추가 변조를 한 검출된 PPM 신호를 디지털 편광 구성 요소들로 변환하기 위한 복수의 아날로그-대-디지털 변환기들(ADC들)과;
    상기 디지털 편광 구성 요소들의 적어도 하나의 슬롯 위치에 기초하여 심볼에 의해 반송된 복수의 비트들의 제 1 영이 아닌 부분을 디코딩하고 상기 디지털 편광 구성 요소들의 상기 적어도 하나의 슬롯 위치에 반송된 추가 변조에 기초하여 상기 심볼에 의해 반송된 상기 복수의 비트들의 상기 제 2 영이 아닌 부분을 디코딩하기 위한 프로세서를 포함하는, 시스템.
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