コヒーレント光信号受信機のデータ・パターン依存歪の補正
コヒーレント光信号受信機によって受信された信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正することができるシステム及び方法。大雑把に言って、この歪補正システム及び方法は、受信信号フィールドを既知のデータ・パターンに対応する保存されている歪んだ信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する補正値を選択するものである。この歪補正システム及び方法は、選択した補正値を用いて受信信号を補正するものであり、従ってデータ・パターン依存信号歪の影響を軽減するものである。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は米国特許出願第１２／７１８，１４６（出願日：２０１０年３月５日）号の継続出願であり、ここに引用することにより本明細書に完全に組み込まれたものとする米国仮出願第６１／１５８,８２３（出願日：２００９年３月１０日）の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は光情報伝送に関し、具体的にはコヒーレント光信号受信機のデータ・パターン依存歪の補正に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
信号を用いて離れた場所にデータを送ることができる。例えば、光通信システムにおいては、データを1つ以上の光波長に変調することにより、光ファイバーのような光導波路を通して伝送可能な光変調信号を生成することができる。光通信システムに利用できる変調方式に、光波長の位相又は相転移が1ビット又はそれ以上のビットを符号化したシンボルを表すように光波長の位相を変調することによりデータが伝送される位相偏移変調がある。例えば、２相位相偏移変調（ＢＰＳＫ）方式においては、２つの位相を用いて１シンボル当たり1ビットを表すことができる。直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ）方式においては、４つの位相を用いて1シンボル当たり２ビットの符号化が可能である。その他の位相偏移変調方式には差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式及びゼロ復帰ＤＰＳＫ（ＲＺ−ＤＰＳＫ）方式のような、位相偏移変調方式や差動位相偏移変調方式の変形がある。別の変調フォーマットに、情報が伝送信号の位相及び振幅の両方に変調される直交振幅変調がある。
【０００４】
データを受信するためには信号を検出して復調する必要がある。例えば、位相変調光通信システムにおいては、他の検出方式の受信機と比較して感度の点で有利なコヒーレント光受信機によるコヒーレント検波により光変調信号を検出することができる。このようなシステムにおいては、デジタル信号処理（ＤＳＰ）によって受信信号を処理することによって復調データを得ることができる。受信信号のデジタル信号処理により、処理速度と柔軟性が向上し、受信信号の搬送波位相の推定及び推定搬送波位相に基づくデータの検出を含む、様々な機能を果たすことができる。
しかし、（例えば、送信端末、伝送途上、あるいは受信端末における）信号歪によって信号の検出及び復調後におけるデータの完全性が損なわれる恐れがある。位相変調方式を用いたい光通信システムにおいては、自己位相変調（ＳＰＭ）のような非線形効果によって変調信号に位相歪が生じ、これによりコヒーレント検出性能が大幅に低下し、他の検出方式に対しコヒーレント検出方式が有する受信機感度の優位性が低下する。ＢＰＳＫ信号の品質劣化については、ここに引用することにより、本明細書に完全に組み込まれたものとする非特許文献１に詳細に記載されている。また、位相変調方式を用いた光信号にはシンボル間干渉も生じる。
【０００５】
被変調光信号におけるシンボル間干渉や位相歪のような被変調信号の歪は、データ・パターンやビット・パターンに依存することが多い。図９及び１０は光通信システムにおいて発生する可能性がある、単チャンネル非線形伝播模擬試験に基づく、ビット・パターン依存位相歪を示している。図９は信号点が実軸の上側及び下側に延び位相歪の影響を示す、歪んだＢＰＳＫ信号の信号空間ダイヤグラムである。図１０は様々なビット・パターンに対応する位相歪を示し、位相歪がどのようにビット・パターンに依存しているかを表わしている。
【０００６】
コヒーレント光受信機における非線形歪のようなデータ・パターン依存歪による性能ペナルティを軽減する方法が提案されている。１つの方法は、例えば、ここに引用することにより完全に本明細書に組み込まれたものとする非特許文献２及び非特許文献３に記載されているように、受信信号強度を関数として推定した位相歪に基づいて、非線形位相歪を補正するものである。しかし、この方法は実用的な色分散マップを用いた光通信システムによく見られる伝播中における光信号強度の大幅な変化に対応できない。
【０００７】
もう１つの方法は、例えば、ここに引用することにより完全に本明細書に組み込まれたものとする非特許文献４及び非特許文献５に記載されているように、非線形歪をデジタル誤差逆伝播法によって補正するものである。この誤差逆伝播法は複雑な計算が伴い、１０〜１００Ｇｂ／ｓの光伝送には実用的でない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Yi Cai他、「On Performance of Coherent Phase-Shift-Keying Modulation in 40 Gb/s Long-Haul Optical Fiber Transmission Systems」、光ファイバー通信及びＮＦＯＥＣ、２００６、ペーパー JThB11（２００６年３月）
【非特許文献２】K. Ho 及び J. Kahn「Electronic compensation technique to mitigate nonlinear phase noise」、 光波技術ジャーナル、２２、７７９−７８３（２００４）
【非特許文献３】K. Kikuchi 「Electronic Post-compensation for nonlinear Phase Fluctuations in a 1000-km 20-Gb/s Optical Quadrature Phase-shift Keying Transmission System Using the Digital Coherent Receiver」、 オプティックス・エクスプレス、Ｖｏｌ.１６、Ｎｏ．２、２００７
【非特許文献４】X. Li、 X. Chen、G. Goldfarb、E. Mateo、I. Kim、F. Yaman、及びG. Li、「lectronic post-compensation of WDM transmission impairments using coherent detection and digital signal processing」、オプティックス・エクスプレス、Ｖｏｌ. １６、Ｎｏ．２、ｐｐ．８８０−８８８、２００８年１月２１日
【非特許文献５】E. Ip、 A. P. T. Lau、D. J. Barros、及び J. M. Kahn「Compensation of chromatic dispersion and nonlinearity using simplified digital backpropagation」、 コヒーレント光技術と応用に関するＯＳＡ会議議事録、マサチューセッツ州、ボストン、２００８年７月１３−１６日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記の問題に対処した歪補正システム及び方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの実施の形態によれば、信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正するシステムが提供される。このシステムは、長さを有し、既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び歪んだ信号波形に対応する歪補正値を保存するよう構成された歪補正テーブルを有している。また、このシステムは、歪補正テーブルに保存されている歪んだ信号波形の長さに対応する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを歪補正テーブル内の歪んだ信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、選択した歪補正値を用いて受信信号を補正するよう構成された歪補正器も有している。
【００１１】
別の実施の形態によれば、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）をベースにした受信機が提供される。この受信機は光変調信号の受信、検出、及びデジタル変換により受信信号サンプルを生成するよう構成されたコヒーレント受信機と、既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び歪んだ信号波形に対応する歪補正値を含む歪補正テーブルを保存し、歪補正テーブルに保存されている歪んだ信号波形の長さに対応する長さを有する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを歪補正テーブル内の歪んだ信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪補正テーブル内の歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、選択した歪補正値を用いて受信信号を補正するよう構成されたＤＳＰとを有している。
【００１２】
更に別の実施の形態によれば、信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正する歪補正方法が提供される。この方法は、既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び歪んだ信号波形に対応する歪補正値を含む歪補正テーブルを用意するステップと、光変調信号を受信し、その信号をデジタル電気信号に変換するステップと、デジタル信号処理装置内においてデジタル信号を処理することにより、歪補正テーブルに保存されている歪んだ信号波形の長さに対応する長さを有する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを歪補正テーブル内の歪んだ信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、選択した歪補正値を用いて受信信号を補正するステップとを有している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
前記及びその他の特徴及び効果は、以下の図面を参照し、以下に述べる詳細な説明を読むことによって更に理解することができる。
【図１】本開示に適合するシステムの例示的な実施の形態のブロック図。
【図２】本開示に適合する受信機の例示的な実施の形態のブロック図。
【図３】データ・パターン依存信号歪を補正する歪補正システムを備えた受信機を含む本開示の実施の形態の適合する通信システムのブロック図。
【図４】本開示の実施の形態に適合するデータ・パターン依存信号歪の補正方法を示すフローチャート。
【図５】本開示の実施の形態に適合する歪補正システムの訓練方法を示すフローチャート。
【図６】模擬光システムにおいて、歪補正のためのＭＡＰ検出を行わない各種位相変調方式のＱ値をプロットした図。
【図７】模擬光システムにおいて、歪補正のためのＭＡＰ検出を行う各種位相変調方式のＱ値をプロットした図。
【図８】模擬光システムにおいて、歪補正のためのＭＡＰ検出を行う変調フォーマットと行わない変調フォーマットのチャンネル電力を関数としたＱ値をプロットした図。
【図９】歪んだＢＰＳＫ信号を示す信号空間ダイヤグラム。
【図１０】異なるビット・パターンにおける、ビット・パターン依存位相歪を示す図。
【図１１】マルチプレクサ及びデマルチプレクサにおいてオーバー・フィルタリングを行う本開示に適合するＷＤＭ伝送システムの例示的な実施の形態のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示に適合する歪補正システム及び方法を用いて、コヒーレント光信号受信機が受信した信号のデータ・パターン依存信号歪を補正することができる。大雑把に言うと、この歪補正システム及び方法は、受信信号フィールド（例えば、位相と振幅）を既知のデータ・パターンに対応する保存されている歪んだ信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する補正値を選択するものである。この歪補正システム及び方法は、選択した補正値を用いて受信信号を補正するものであり、従ってデータ・パターン依存信号歪の影響を軽減するものである。
【００１５】
本明細書において、「歪補正」とは、受信信号を修正し受信信号に含まれている歪の少なくとも一部を低減することを意味する。歪補正には、受信信号が歪発生以前の送信信号と実質的に同じになるように歪を除去することが含まれるが、それに限定されるものではなく、本明細書における実施の形態はそれを必要としない。
【００１６】
例示的な実施の形態によれば、本明細書に記載の歪補正システム及び方法を光通信システムに用いて、位相変調された光信号のビット・パターン依存位相歪の影響を軽減することができる。この位相変調された光信号は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫのような位相偏移変調方式、他の高次のｎＰＳＫ方式、あるいはそれらの変形（例えば、ＲＺ−ＤＰＳＫ）方式によって変調されたものであってよい。光通信システムにおいて、ビット・パターン依存信号歪は、自己位相変調（ＳＰＭ）やその他の非線形効果のようなファイバーの非線形効果、シンボル間干渉、あるいはその他の線形歪によって生じる。本明細書に記載の歪補正システム及び方法は、送信信号にデータ・パターン依存信号歪が生じる別の通信システムにも使用することができる。
【００１７】
図１は歪補正システム及び方法を使用することができる本開示に適合するＷＤＭ伝送システム１００の例示的実施の形態の簡略ブロック図である。この伝送システムは、光情報経路１０２を介して、送信端末１０４から1つ以上の遠隔地の受信端末１０６に複数の光チャンネルを伝送する。この例示的なシステム１００は、５,０００ｋｍ以上離間した送信機から受信機にチャンネルを送信するよう構成された長距離海底システムであってよい。例示的な実施の形態では、光システムを例に長距離ＷＤＭ光システムに有効な説明をしているが、本明細書に記載の広い概念は、別の種類の信号を送受信する別の通信システムにおいても実施可能である。
【００１８】
説明を容易にするため、システム１００は２地点間システムを大幅に簡略したものであることは当業者にとって容易に理解できる。例えば、送信端末１０４及び受信端末１０６は、各々が送信及び受信機能を果たすトランシーバーとして構成されていても勿論よい。しかし、説明を容易にするため、本明細書ではそれぞれの端末は送信又は受信機能のみを果たすものとして図示及び説明している。本開示に適合するシステム及び方法は様々なネットワークコンポーネント及びネットワーク構成に組み込むことができるものである。図示の例示的な実施の形態は説明のためのものであって、限定を意味するものではない。
【００１９】
図示の例示的な実施の形態において、複数の送信機ＴＸ１、ＴＸ２、‐‐‐‐‐、ＴＸＮの各々が、それぞれ対応する入力ポート１０８−１、１０８−２、‐‐‐‐‐、１０８Ｎのデータ信号を受信し、受信したデータ信号を対応する波長λ１、λ２、‐‐‐‐‐λＮによって送信する。例えば、ＤＢＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ、ＲＺ−ＤＰＳＫ、ＲＺ−ＤＱＰＳＫのようなＰＳＫ変調フォーマットにより、対応する波長にデータを変調するよう送信機ＴＸ１、ＴＸ２、‐‐‐‐‐、ＴＸＮのうちの1つ以上を構成することができる。勿論、送信機は説明のため大幅に簡略化したものである。各々の送信機は所望の振幅を有し所望の変調方式による対応波長によりデータ信号を送信するよう構成された電気部品及び光部品を有することができることは当業者周知である。
【００２０】
送信波長、即ち送信チャンネルは、複数の経路１１０−１、１１０−２、‐‐‐‐‐、１１０−Ｎの各々によって伝送される。Ｎ個のデータ・チャンネルは、マルチプレクサ又は結合器１１２によって光情報路１０２において統合信号に結合される。光情報路１０２は光ファイバー導波路、光増幅器、光フィルタ、分散補正モジュール、及びその他の能動部品及び受動部品を備えることができる。
【００２１】
統合信号は1つ以上の遠隔受信端末１０６によって受信される。波長λ１、λ２、‐‐‐‐‐λＮの送信チャンネルは、デマルチプレクサ１１４によって対応する受信機ＲＸ１、ＲＸ２、‐‐‐‐‐、ＲＸＮに接続された対応経路１１６−１、１１６−２、‐‐‐‐‐、１１６−Ｎに分離される。送信信号を復調し出力データ信号を対応する出力経路１１８−１、１１８−２、１１８−３、‐‐‐‐‐、１１８−Ｎに出力するよう受信機ＲＸ１、ＲＸ２、‐‐‐‐‐、ＲＸＮのうちの1つ以上を構成することができる。
【００２２】
図２は本開示に適合する例示的な受信機２００の簡略ブロック図である。図示の例示的な実施の形態２００は、経路１１６−Ｎの入力信号を受信するコヒーレント受信機構成２０２及びコヒーレント受信機の出力を処理して経路１１８−Ｎに出力データ信号を出力するデジタル信号処理（ＤＳＰ）回路２０４を有している。ＰＳＫ変調フォーマットに従ってデータが光入力信号の搬送波波長λN に変調されている。コヒーレント受信機２０２は受信光入力信号を1つ以上のデジタル信号に変換し、ＤＳＰ回路２０４の入力として供給する。ＤＳＰ回路２０４は搬送波波長λNに変調されたデータを表すデータをデジタル信号から復調して経路１１８−Ｎに出力データ・ストリームとして出力する。
【００２３】
コヒーレント受信機２０２は様々に構成することができる。図示の例示的な実施の形態の受信機は、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）２０６、第１及び第２の９０度光ハイブリッド２０８、２１０、局部発振器（ＬＯ）２１２、平衡検出器２１４、２１６、２１８、２２０、及びアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２２２、２２４、２２６、２２８を有している。コヒーレント光信号受信機におけるこれらのコンポーネントの動作について以下簡単に説明する。通常、偏向が異なる入力光信号はＰＢＳ２０６によってそれぞれ別の経路に分離される。各々の偏向光は対応する９０度光ハイブリッド２０８、２１０に供給される。各々の９０度光ハイブリッドは対応する入力信号に複素空間における４つの直交状態のＬＯ信号を混合する。次いで、各々の光ハイブリッドは４つの混合信号を２対の平衡検出器２１４、２１６、２１８、２２０に供給する。平衡検出器の出力はＡ／Ｄ変換器２２２、２２４、２２６、２２８によってデジタル信号に変換される。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換器の出力は入力としてＤＳＰ回路２０４に供給される。通常、ＤＳＰは1つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣＳ）及び／又は特定の命令シーケンスを、例えば直接及び／又はソフトウェア命令の制御下において実行される特殊用途プロセッサーによる信号処理が伴う。図示の例示的な実施の形態において、ＤＳＰ回路２０４は前処理機能２３０、歪補正機能２３１、局部発振器（ＬＯ）周波数オフセット追跡機能２３２、搬送波位相推定機能２３４、ビット判定機能２３６、及び光ＰＲＢＳビット誤り率試験機能２３８を有している。これ等の機能はハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの任意の組合せを用いた様々な構成によって実行することができる。それぞれの機能が分離しているよう図示されているが、1つの集積回路又はプロセッサー、あるいは集積回路及び／又はプロセッサーの組合せにより、任意の1つ以上の機能を実行させることができる。また、ＤＳＰ機能を実行する集積回路及び／又はプロセッサーに図示の機能の全部又は一部を分担させることもできる。
ＤＳＰの前処理機能２３０はＤＳＰをベースにしたタイプの異なるコヒーレント検出受信機によって実行される様々な光信号検出機能を有することができる。前処理機能２３０は、例えば、波形リカバリー及び位置合わせ機能、決定論的歪補正機能、クロック・リカバリー機能、同期データ再サンプリング機能、偏光追跡及び偏光モード分散（ＰＭＤ）補正機能を有することができる。歪補正機能２３１は、本明細書に記載の実施の形態に適合する受信信号における受信データ・パターン依存歪を補正するよう構成することができる。任意としてのＬＯ周波数オフセット追跡機能２３２は、受信信号とＬＯ信号との間の周波数オフセットを追跡し補正するよう構成することができる。
【００２５】
通常、ＰＳＫ変調された信号のデータは光搬送波信号の位相に符号化されているため、ＤＳＰをベースとする受信機におけるＰＳＫ変調された信号の復調には搬送波位相の推定及び追跡が伴う。その目的のために搬送波位相推定機能２３４を構成することができると共に、デュアル・ステージ搬送波位相推定機能とすることができる。搬送波位相推定機能による搬送波位相の推定値は、被変調信号における搬送波位相によって表わされるデータ値又はビット値を判定するビット判定機能２３６に供給される。一部の実施の形態において、ビット判定機能２３６は位相歪のようなデータ・パターン依存信号歪の影響を軽減することができる。次に、搬送波周波数λN に変調されたデータを表わすデータは、経路１１８−Ｎに供給される。任意としてのビット誤り率（ＢＥＲ）試験機能２３８を、ＤＳＰ回路２０４の性能を試験するためのトレーニング・シーケンス信号に対しビット誤り率試験を行うよう構成することができる。
【００２６】
図３は受信信号に対し歪補正を行うことにより、信号中のデータ・パターン依存歪の影響を軽減することができる歪補正システム３００を組み込んだ通信システムの簡略図である。歪補正システム３００はコヒーレント受信機２０２に接続されているＤＳＰ回路２０４に実装することができる。簡略化し説明を容易にするため、図示のシステムは１つの波長のみを受信する１台のコヒーレント受信機のみを有している。しかし、このシステムはデマルチプレクサ及び多数の波長を受信する複数の受信機から成るＷＤＭシステムとして構成できることは当然である。別の実施の形態において、歪補正システム３００を別の種類の受信機を備えた別の通信システムに用いることができる。
【００２７】
例示的な実施の形態において、コヒーレント受信機２０２が、送信機、即ち送信端末１０４から送信された光信号の受信、検出、及びデジタル変換を行う。例えば、位相変調光信号を伝送するシステムにおいて、コヒーレント受信機２０２は光信号を受信し、受信光信号の電界を検出し、光信号に含まれているシンボルの位相、即ち光信号に変調されているデータを表わすデジタル受信信号を生成する。前処理機能２３０はデジタル受信信号の前処理を行う。
【００２８】
次に、例えば、搬送波位相推定機能２３４が搬送波位相推定値を求める前に、歪補正システム３００がデジタル受信信号を処理することにより、データ・パターン依存信号歪を補正する。例示的な実施の形態において、歪補正システム３００はサンプルを処理し、受信信号フィールドを保存歪信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪信号波形に対応する補正値を選択し適用する。次に、ビット判定機能２３６が搬送波位相の推定値によって表わされるデータ値（例えば、ビット値）を判定し、データ値又はビット値を含む出力を生成する。このように、歪補正システム３００が歪の少ないデジタル信号を搬送波位相推定機能２３４に与えることにより、搬送波位相の推定値の精度が向上する。
実施の形態において、搬送波位相推定機能２３４は、例えば、ここに引用することにより本明細書に組み込まれたものとする米国仮出願第６１／１５９，０１８号明細書及び米国特許出願第＿＿＿＿＿＿（整理番号ＴＣＭ２５６／ＳＴ−０００２２）号明細書に開示されている、デュアル・ステージの搬送波位相推定を行うことができる。歪補正システム３００は、コヒーレントＰＳＫ又は差動符号化ＰＳＫ（例えば、ＤＣＰＳＫ、ＤＣＢＰＳＫ、ＤＣＱＰＳＫ）システムのような搬送波位相推定を行うシステムに用いることができる。また、歪補正システム３００は、搬送波位相推定を行わないシステム、例えば、コヒーレント差動位相偏移変調（例えば、ＤＰＳＫ、ＤＢＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ、等）を用いるシステムにおける受信信号歪の補正に使用することもできる。
歪補正システム３００は、既知のデータ・パターンに対応する歪信号波形及び対応する歪補正値を保存するための歪補正テーブル３１０を備えている。また、歪補正システム３００は、受信信号フィールドを保存歪信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪信号波形に対応する補正値を選択する歪補正器３２０も備えている。歪補正器３２０は（例えば、シフト・レジスタを用いて）歪補正テーブル３１０に保存歪信号波形の長さに対応する長さを有するシフト・ウィンドウ内の一部の受信デジタル信号を取得することができる。歪補正テーブル３１０は、例えば、ＤＳＰ回路内のメモリ又はＤＳＰ回路に接続されたメモリに保存することができる。歪補正器３２０はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、あるいはその組合せとしてＤＳＰ回路に実装することができる。
【００２９】
例示的な実施の形態において、保存されている信号波形は所定数（Ｎ）のシンボルから成るパターンを含むＮシンボルのセグメントとすることができる（例えば、５ビットのパターンは０００００、００００１、０００１０、―――――を含むことができる）。従って、歪補正テーブル３１０はＮシンボルの長さを有するＮシンボルの信号波形（及び対応する歪補正値）を保存するＮシンボルのテーブルとすることができ、歪補正器３２０はＮシンボルのシフト・ウィンドウを用いてＮシンボルの受信信号フィールドを取得する。また、歪補正テーブル３１０は、Ｎシンボルの波形に対応するデータ・パターン又はビット・パターンによって索引付けすることができる。
【００３０】
Ｎシンボルの受信信号フィールドが歪補正器３２０に供給されると、歪補正器３２０はＮシンボルの受信信号フィールドをテーブル３１０の項目と比較し、最大事後確率（ＭＡＰ）検出アルゴリズムのような類似度計算により、Ｎシンボルの受信信号フィールドに最も近い保存されている歪んだ信号波形を検索する。例えば、歪補正器３２０は、Ｎシンボルの受信信号フィールドと歪補正テーブル３１０に保存されているＮシンボルの歪んだ信号波形とのユークリッド距離を算出し比較することができる。受信信号フィールドに対するユークリッド距離が最小のＮシンボルの保存されている信号波形が最も近いものであると判定される。Ｎシンボルのウィンドウ内における受信信号フィールド（ｒｓ１、ｒｓ２、――――――、ｒｓＮ）とＮシンボルの保存されている波形（ｓｓ１、ｓｓ２、―――――、ｓｓＮ）とのユークリッド距離は以下のようにして算出することができる。
【数１】
【００３１】
別の同様のアルゴリズムを用いて最も近い歪んだ信号波形を判定することもできる。例えば、別の実施の形態によれば、最大相関基準を用いて、最も近い歪んだ信号波形を判定することができる。追跡アルゴリズムを用いて、歪補正テーブルにおける最小ユークリッド距離又は最大相関の検索速度を向上させることができる。更に別の実施の形態によれば、最尤系列推定(ＭＬＳＥ)アルゴリズムを用いて、最も近い歪んだ信号波形を判定することができる。
【００３２】
歪補正器３２０によって、最も近いＮシンボルの保存されている歪んだ信号波形が判定されると、その保存されている信号波形に対応する歪補正値が歪補正テーブル３１０から選択され、受信信号フィールドの歪補正に用いられる。次に、補正された信号が搬送波位相推定機能２３４に（又は搬送波位相推定を行わないシステムにおいては、直接判定機能２３６に）供給される。
実施の形態によれば、歪補正器３２０は受信信号と変調フォーマット又は変調方式に対応する対象位相位置との間の未知の位相オフセット（即ち、搬送波位相における位相オフセット）も補正する。本実施の形態において、受信信号フィールドの位相が所定の刻み幅（又は適応刻み幅）だけ回転される。受信信号フィールドの位相が回転される度に、前記のように、歪補正器３２０が歪補正テーブル３１０を検索して最も近い歪んだ信号波形を取得することができる。歪補正器３２０は、受信信号フィールドの現在の回転位相における最大相似値（例えば、ユークリッド距離）を受信信号フィールドの前回の回転位相におけるものと比較することにより、位相の回転を合計２π行った後に、全体的に見て歪補正テーブルの最も相似な項目を判定することができる。次に、位相回転ステップ全体を考慮して、受信信号フィールドに最も近い歪信号波形に対応する歪補正値が選択され適用される。
【００３３】
歪補正システム３００は、既知のデータ・パターンを表わす歪んだ信号を用いて、歪補正テーブル３１０を生成するシステムの訓練を行うトレーナー３４０を更に有することができる。トレーナー３４０はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組合せとしてＤＳＰ回路に実装することができる。訓練機能を実行する場合、擬似ランダム・ビット・シーケンス（ＰＲＢＳ）のような、予め設定されたトレーニング・シーケンス信号が送信機１０４から送信される。コヒーレント受信機２０２がデータ・パターン依存歪（例えば、光信号の位相歪やシンボル間干渉）により歪んだトレーニング・シーケンス信号の受信、検出、及びデジタル変換を行う。
トレーナー３４０は（例えば、Ｎシンボルのウィンドウ内の）受信したトレーニング・シーケンス信号を取得し、ウィンドウ内のデータ・パターンに基づいて、受信信号波形のＮシンボル・セグメントをデータ・パターン依存セットに分類する。例えば、Ｎビットのデータ・パターンの場合、トレーナー３４０は、各ビット周囲のＮビット・ウィンドウ内のＮビット・パターンに基づいて受信信号波形を分類する。実施の形態において、５ビットのデータ・パターンが０００００ビット・パターンの信号波形が１つのセットに分類され、００００１ビット・パターンの信号波形が１つのセットに分類され、０００１０のビット・パターンの信号波形が１つのセットに分類されるというように信号波形が分類される。次に、トレーナー３４０は、各セット内の波形を平均することにより雑音の影響を軽減し、各平均波形をビット・パターン毎に索引付けした歪補正テーブル３１０としてメモリに保存する。また、保存波形の各々に対し、トレーナー３４０は、歪んだ信号フィールド（即ち、位相及び振幅）と無歪の対応する送信信号フィールドとの差異に基づいて、補正値を算出することができる。従って、歪補正値は歪んだ受信信号に適用することにより、対応する無歪の送信信号により近い補正信号を生成することができる値である。算出した歪補正値は、対応するＮシンボルの歪信号波形と共にテーブル３１０に保存することができる。
トレーナー３４０は、システム運用の初期段階において、前記訓練を行って歪補正テーブル３１０を生成することができる。また、システムの運用中において、トレーナー３４０は予めセットされた非ユーザ・データによる歪補正テーブルの更新及び／又は判定機能２３６の出力及び／又は順方向誤り訂正（ＦＥＣ）データと受信信号フィールドに適応した更新を行うこともできる。歪補正テーブルを更新することにより、伝送システムにおける、偏光モード分散のような変化に適応するためのペナルティを軽減することができる。
【００３４】
一部の実施の形態において、歪補正システム３００が軟判定順方向誤り訂正（ＦＥＣ）により性能を向上させている。ＦＥＣは送信データ・ストリームに適切な誤り訂正コードを挿入して既知の情報がないデータ誤りの検出及び訂正を容易にしている。誤り訂正符号は（例えば、送信機１０４の）データ・ストリームのＦＥＣ符号器で生成される。ＦＥＣの符号化／復号化は、線形及び巡回ハミング符号、巡回ボーズ・チョドーリ・オッケンジェム（ＢＣＨ）符号、畳み込み（ビタビ）符号、巡回ゴーレイ符号及び巡回ファイア符号、及びターボ畳み込み符号（ＴＣＣ）、ターボ積符号（ＴＰＣ）、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号のような特定の新しい符号を含みこれに限定されない様々なＦＥＣ方式により行うことができる。
軟判定ＦＥＣにおいて、信頼度又は信頼性（例えば、ビットが１である可能性が非常に高い、１である可能性がある、０である可能性がある、あるいは０である可能性が非常に高い）を表わす、多数のビットから成る「軟」情報が生成される。この追加「軟」情報により、ＦＥＣの復号化を効率的に行うことができる。軟判定ＦＥＣ例の詳細が、ここに引用することにより本明細書に完全に組み込まれたものとする米国特許第７，３９８，４５４号明細書、米国特許出願公開第２００６／０，１３６，７９８号明細書、及び米国特許出願第１２／１０８，１５５号明細書に開示されている。
【００３５】
軟判定ＦＥＣの復号を行うため、検出システム３００は、判定機能２３６と組み合わせて軟判定ＦＥＣ復号器３５０を備えることができる。判定機能２３６は軟判定データ・ストリームを生成することができ、軟判定ＦＥＣ復号器３５０が軟判定データ・ストリームを受信し、誤り訂正符号を再生し、それを用いて受信データ・ストリームの誤りを訂正する。実施の形態において、判定機能２３６が軟判定データ・ストリームを生成する各判定ビットの信頼度を算出することができる。算出したユークリッド距離、最大相関基準、あるいは受信信号サンプルがどの程度既知のビット・パターンに対応しているかを示すその他の基準に基づいて信頼度を算出することができる。
また、トレーナー３４０がＦＥＣ復号器３５０からのフィードバックに応じて、歪補正テーブル３１０における算出された歪補正値を調整することができ、これによりシステムの性能が更に向上する。例えば、ＦＥＣ復号器３５０が受信したトレーニング・シーケンスのＮシンボル・パターンのビット値の１つを訂正した場合、当該訂正ビットがトレーナー３４０にフィードバックされるビット・パターンの軟情報に反映される。次に、トレーナー３４０が訂正された軟情報を用いて、例えば、歪補正テーブル３１０を更新することにより、当該Ｎシンボル・パターンの歪補正値を修正する。
【００３６】
図４及び５は本開示に適応する方法を示す図である。図４は信号のデータ・パターン依存信号歪を補正する歪補正方法を示している。この歪補正方法は、図１〜３のシステム又はデータ・パターン依存信号歪を有する信号の受信及び検出を行う別のシステムによって実施することができる。この歪補正方法によれば、ステップ４１０において、対応する歪補正値（例えば、訓練を通して生成されたＮシンボルの歪補正テーブル）と共に既知のデータ・パターンに対応する歪んだ信号波形が用意される。更に、この歪補正方法は、ステップ４１２において、（例えば、コヒーレント受信機により）光変調信号を受信し、受信光信号をデジタル電気信号に変換し、ステップ４１４において、保存されている信号波形と同じ長さ（例えば、Ｎシンボルのスライド・ウィンドウ）の一部の受信信号を取得する。更に、ステップ４１６において、一部の受信信号（例えば、Ｎシンボルのスライド・ウィンドウ内）の信号フィールドを歪んだ信号波形と比較し、ステップ４１８において、（例えば、ＭＡＰ検出技術を用いて）受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択する。次に、ステップ４２０において、選択した歪補正値を用いて受信信号を修正する。
【００３７】
図５は信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正するシステムを訓練する訓練方法を示す図である。この訓練方法は、図１〜３のシステム又はデータ・パターン依存信号歪を有する信号の受信及び検出を行う別のシステムによって実施することができる。この訓練方法は、ステップ５１０において、（例えば、コヒーレント受信機により）信号歪を有するトレーニング・シーケンス（例えば、ＰＲＢＳ）を表わす信号を受信し、ステップ５１２において、受信信号をデジタル変換してトレーニング・データ・シーケンスに対応する歪んだ信号波形を生成する。また、この訓練方法は、ステップ５１４において、歪んだ受信信号波形（例えば、Ｎシンボルのセグメント）をデータ・パターン依存セットに分類し、ステップ５１５において、歪んだ信号波形に対応する歪補正値を判定する。更に、この訓練方法は、ステップ５１６において、データ・パターンにより索引付けした歪補正テーブル３１０として、歪補正値と共に受信信号波形を保存する。
【００３８】
図６〜８は、送信信号中のデータ・パターン依存歪を軽減するシステム及び方法の模擬システムにおける効果を示す図である。図６及び７は模擬システムにおけるループ数を関数とするＱ値を示している。図示のように、歪補正のためのＭＡＰ検出を行わない模擬システム（図６）と比較して、歪補正のためのＭＡＰ検出を行う模擬システム（図７）のＱ値の方が高い。図８は歪補正のためのＭＡＰ検出を行う位相偏移変調方式及びＭＡＰ検出を行わない位相偏移変調方式のチャンネル電力を関数としたＱ値を示す図である。
図１１において、歪補正システムを用いて、１００Ｇｂ／ｓの高スペクトル効率のＷＤＭ伝送システム１１００における送信信号中のデータ・パターン依存歪を軽減することもできる。本実施の形態において、２５ギガボーの２偏波ＱＰＳＫチャンネルを２５ＧＨｚのＷＤＭスペーシングで送信することによって、４００％のスペクトル効率を達成することができる。本実施の形態のＷＤＭ伝送システム１１００によれば、チャンネルを結合して光伝送路１０２に統合ＷＤＭ光信号を送出する際、信号送信端末１１０４がＷＤＭチャンネル（即ち、波長λ１、λ２―――――、λＮ）のオーバー・フィルタリング（例えば、従来のＷＤＭマルチプレクサより２０％増のフィルタリング）を行うことができる。送信端末１１０４において、ＷＤＭチャンネルが、マルチプレクサ１１１２内において、光インタリーブ・フィルタ１１２２によりフィルタ処理され、方向性結合器１１２４によって結合される。同様に、ＷＤＭチャンネルは、受信端末１１０６において、方向性結合器１１２６と光インタリーブ・フィルタ１１２８との組合せを含むデマルチプレクサ１１１４によって多重分離される。
マルチプレクサ１１１２及びデマルチプレクサ１１１４における狭帯域フィルタ形状により光データ・チャンネルのスペクトル幅が狭くなり強いシンボル間干渉（ＩＳＩ）が誘発される。チャンネル内ＩＳＩはデータ・パターンに大きく依存しているため、前記歪補正システム及び方法の実施の形態を用いることにより、ＩＳＩに起因するペナルティを効果的に低減することができる。
従って、前記歪補正システム及び方法の実施の形態により、データ・パターン依存信号歪を軽減し、光通信システムのような通信システムの性能を向上させることができる。
本発明の原理について説明してきたが、本説明は当業者にとって単なる例示に過ぎず本発明の範囲を限定すると解釈されるものではない。本明細書に図示及び説明した例示的な実施の形態の他に、本発明の範囲において別の実施の形態も可能である。当業者による改良及び置換は本発明の範囲に含まれると解釈されるものであって、本発明の範囲は以下のクレームによってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１００ ＷＤＭ伝送システム
１０２ 光情報路
１０４ 送信端末
１０６ 受信端末
１０８ 入力ポート
１１０ 経路
１１２／１１１２ マルチプレクサ／結合器
１１４１１１４ デマルチプレクサ
１１６ 経路
１１８ 出力経路
１１２２／１１２８ 光インタリーブ・フィルタ
１１２４／１１２６ 方向性結合器
ＴＸ 送信機
ＲＸ 受信機
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は米国特許出願第１２／７１８，１４６（出願日：２０１０年３月５日）号の継続出願であり、ここに引用することにより本明細書に完全に組み込まれたものとする米国仮出願第６１／１５８,８２３（出願日：２００９年３月１０日）の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は光情報伝送に関し、具体的にはコヒーレント光信号受信機のデータ・パターン依存歪の補正に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
信号を用いて離れた場所にデータを送ることができる。例えば、光通信システムにおいては、データを1つ以上の光波長に変調することにより、光ファイバーのような光導波路を通して伝送可能な光変調信号を生成することができる。光通信システムに利用できる変調方式に、光波長の位相又は相転移が1ビット又はそれ以上のビットを符号化したシンボルを表すように光波長の位相を変調することによりデータが伝送される位相偏移変調がある。例えば、２相位相偏移変調（ＢＰＳＫ）方式においては、２つの位相を用いて１シンボル当たり1ビットを表すことができる。直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ）方式においては、４つの位相を用いて1シンボル当たり２ビットの符号化が可能である。その他の位相偏移変調方式には差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式及びゼロ復帰ＤＰＳＫ（ＲＺ−ＤＰＳＫ）方式のような、位相偏移変調方式や差動位相偏移変調方式の変形がある。別の変調フォーマットに、情報が伝送信号の位相及び振幅の両方に変調される直交振幅変調がある。
【０００４】
データを受信するためには信号を検出して復調する必要がある。例えば、位相変調光通信システムにおいては、他の検出方式の受信機と比較して感度の点で有利なコヒーレント光受信機によるコヒーレント検波により光変調信号を検出することができる。このようなシステムにおいては、デジタル信号処理（ＤＳＰ）によって受信信号を処理することによって復調データを得ることができる。受信信号のデジタル信号処理により、処理速度と柔軟性が向上し、受信信号の搬送波位相の推定及び推定搬送波位相に基づくデータの検出を含む、様々な機能を果たすことができる。
しかし、（例えば、送信端末、伝送途上、あるいは受信端末における）信号歪によって信号の検出及び復調後におけるデータの完全性が損なわれる恐れがある。位相変調方式を用いたい光通信システムにおいては、自己位相変調（ＳＰＭ）のような非線形効果によって変調信号に位相歪が生じ、これによりコヒーレント検出性能が大幅に低下し、他の検出方式に対しコヒーレント検出方式が有する受信機感度の優位性が低下する。ＢＰＳＫ信号の品質劣化については、ここに引用することにより、本明細書に完全に組み込まれたものとする非特許文献１に詳細に記載されている。また、位相変調方式を用いた光信号にはシンボル間干渉も生じる。
【０００５】
被変調光信号におけるシンボル間干渉や位相歪のような被変調信号の歪は、データ・パターンやビット・パターンに依存することが多い。図９及び１０は光通信システムにおいて発生する可能性がある、単チャンネル非線形伝播模擬試験に基づく、ビット・パターン依存位相歪を示している。図９は信号点が実軸の上側及び下側に延び位相歪の影響を示す、歪んだＢＰＳＫ信号の信号空間ダイヤグラムである。図１０は様々なビット・パターンに対応する位相歪を示し、位相歪がどのようにビット・パターンに依存しているかを表わしている。
【０００６】
コヒーレント光受信機における非線形歪のようなデータ・パターン依存歪による性能ペナルティを軽減する方法が提案されている。１つの方法は、例えば、ここに引用することにより完全に本明細書に組み込まれたものとする非特許文献２及び非特許文献３に記載されているように、受信信号強度を関数として推定した位相歪に基づいて、非線形位相歪を補正するものである。しかし、この方法は実用的な色分散マップを用いた光通信システムによく見られる伝播中における光信号強度の大幅な変化に対応できない。
【０００７】
もう１つの方法は、例えば、ここに引用することにより完全に本明細書に組み込まれたものとする非特許文献４及び非特許文献５に記載されているように、非線形歪をデジタル誤差逆伝播法によって補正するものである。この誤差逆伝播法は複雑な計算が伴い、１０〜１００Ｇｂ／ｓの光伝送には実用的でない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Yi Cai他、「On Performance of Coherent Phase-Shift-Keying Modulation in 40 Gb/s Long-Haul Optical Fiber Transmission Systems」、光ファイバー通信及びＮＦＯＥＣ、２００６、ペーパー JThB11（２００６年３月）
【非特許文献２】K. Ho 及び J. Kahn「Electronic compensation technique to mitigate nonlinear phase noise」、 光波技術ジャーナル、２２、７７９−７８３（２００４）
【非特許文献３】K. Kikuchi 「Electronic Post-compensation for nonlinear Phase Fluctuations in a 1000-km 20-Gb/s Optical Quadrature Phase-shift Keying Transmission System Using the Digital Coherent Receiver」、 オプティックス・エクスプレス、Ｖｏｌ.１６、Ｎｏ．２、２００７
【非特許文献４】X. Li、 X. Chen、G. Goldfarb、E. Mateo、I. Kim、F. Yaman、及びG. Li、「lectronic post-compensation of WDM transmission impairments using coherent detection and digital signal processing」、オプティックス・エクスプレス、Ｖｏｌ. １６、Ｎｏ．２、ｐｐ．８８０−８８８、２００８年１月２１日
【非特許文献５】E. Ip、 A. P. T. Lau、D. J. Barros、及び J. M. Kahn「Compensation of chromatic dispersion and nonlinearity using simplified digital backpropagation」、 コヒーレント光技術と応用に関するＯＳＡ会議議事録、マサチューセッツ州、ボストン、２００８年７月１３−１６日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記の問題に対処した歪補正システム及び方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの実施の形態によれば、信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正するシステムが提供される。このシステムは、長さを有し、既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び歪んだ信号波形に対応する歪補正値を保存するよう構成された歪補正テーブルを有している。また、このシステムは、歪補正テーブルに保存されている歪んだ信号波形の長さに対応する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを歪補正テーブル内の歪んだ信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、選択した歪補正値を用いて受信信号を補正するよう構成された歪補正器も有している。
【００１１】
別の実施の形態によれば、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）をベースにした受信機が提供される。この受信機は光変調信号の受信、検出、及びデジタル変換により受信信号サンプルを生成するよう構成されたコヒーレント受信機と、既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び歪んだ信号波形に対応する歪補正値を含む歪補正テーブルを保存し、歪補正テーブルに保存されている歪んだ信号波形の長さに対応する長さを有する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを歪補正テーブル内の歪んだ信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪補正テーブル内の歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、選択した歪補正値を用いて受信信号を補正するよう構成されたＤＳＰとを有している。
【００１２】
更に別の実施の形態によれば、信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正する歪補正方法が提供される。この方法は、既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び歪んだ信号波形に対応する歪補正値を含む歪補正テーブルを用意するステップと、光変調信号を受信し、その信号をデジタル電気信号に変換するステップと、デジタル信号処理装置内においてデジタル信号を処理することにより、歪補正テーブルに保存されている歪んだ信号波形の長さに対応する長さを有する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを歪補正テーブル内の歪んだ信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、選択した歪補正値を用いて受信信号を補正するステップとを有している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
前記及びその他の特徴及び効果は、以下の図面を参照し、以下に述べる詳細な説明を読むことによって更に理解することができる。
【図１】本開示に適合するシステムの例示的な実施の形態のブロック図。
【図２】本開示に適合する受信機の例示的な実施の形態のブロック図。
【図３】データ・パターン依存信号歪を補正する歪補正システムを備えた受信機を含む本開示の実施の形態の適合する通信システムのブロック図。
【図４】本開示の実施の形態に適合するデータ・パターン依存信号歪の補正方法を示すフローチャート。
【図５】本開示の実施の形態に適合する歪補正システムの訓練方法を示すフローチャート。
【図６】模擬光システムにおいて、歪補正のためのＭＡＰ検出を行わない各種位相変調方式のＱ値をプロットした図。
【図７】模擬光システムにおいて、歪補正のためのＭＡＰ検出を行う各種位相変調方式のＱ値をプロットした図。
【図８】模擬光システムにおいて、歪補正のためのＭＡＰ検出を行う変調フォーマットと行わない変調フォーマットのチャンネル電力を関数としたＱ値をプロットした図。
【図９】歪んだＢＰＳＫ信号を示す信号空間ダイヤグラム。
【図１０】異なるビット・パターンにおける、ビット・パターン依存位相歪を示す図。
【図１１】マルチプレクサ及びデマルチプレクサにおいてオーバー・フィルタリングを行う本開示に適合するＷＤＭ伝送システムの例示的な実施の形態のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示に適合する歪補正システム及び方法を用いて、コヒーレント光信号受信機が受信した信号のデータ・パターン依存信号歪を補正することができる。大雑把に言うと、この歪補正システム及び方法は、受信信号フィールド（例えば、位相と振幅）を既知のデータ・パターンに対応する保存されている歪んだ信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する補正値を選択するものである。この歪補正システム及び方法は、選択した補正値を用いて受信信号を補正するものであり、従ってデータ・パターン依存信号歪の影響を軽減するものである。
【００１５】
本明細書において、「歪補正」とは、受信信号を修正し受信信号に含まれている歪の少なくとも一部を低減することを意味する。歪補正には、受信信号が歪発生以前の送信信号と実質的に同じになるように歪を除去することが含まれるが、それに限定されるものではなく、本明細書における実施の形態はそれを必要としない。
【００１６】
例示的な実施の形態によれば、本明細書に記載の歪補正システム及び方法を光通信システムに用いて、位相変調された光信号のビット・パターン依存位相歪の影響を軽減することができる。この位相変調された光信号は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫのような位相偏移変調方式、他の高次のｎＰＳＫ方式、あるいはそれらの変形（例えば、ＲＺ−ＤＰＳＫ）方式によって変調されたものであってよい。光通信システムにおいて、ビット・パターン依存信号歪は、自己位相変調（ＳＰＭ）やその他の非線形効果のようなファイバーの非線形効果、シンボル間干渉、あるいはその他の線形歪によって生じる。本明細書に記載の歪補正システム及び方法は、送信信号にデータ・パターン依存信号歪が生じる別の通信システムにも使用することができる。
【００１７】
図１は歪補正システム及び方法を使用することができる本開示に適合するＷＤＭ伝送システム１００の例示的実施の形態の簡略ブロック図である。この伝送システムは、光情報経路１０２を介して、送信端末１０４から1つ以上の遠隔地の受信端末１０６に複数の光チャンネルを伝送する。この例示的なシステム１００は、５,０００ｋｍ以上離間した送信機から受信機にチャンネルを送信するよう構成された長距離海底システムであってよい。例示的な実施の形態では、光システムを例に長距離ＷＤＭ光システムに有効な説明をしているが、本明細書に記載の広い概念は、別の種類の信号を送受信する別の通信システムにおいても実施可能である。
【００１８】
説明を容易にするため、システム１００は２地点間システムを大幅に簡略したものであることは当業者にとって容易に理解できる。例えば、送信端末１０４及び受信端末１０６は、各々が送信及び受信機能を果たすトランシーバーとして構成されていても勿論よい。しかし、説明を容易にするため、本明細書ではそれぞれの端末は送信又は受信機能のみを果たすものとして図示及び説明している。本開示に適合するシステム及び方法は様々なネットワークコンポーネント及びネットワーク構成に組み込むことができるものである。図示の例示的な実施の形態は説明のためのものであって、限定を意味するものではない。
【００１９】
図示の例示的な実施の形態において、複数の送信機ＴＸ１、ＴＸ２、‐‐‐‐‐、ＴＸＮの各々が、それぞれ対応する入力ポート１０８−１、１０８−２、‐‐‐‐‐、１０８Ｎのデータ信号を受信し、受信したデータ信号を対応する波長λ１、λ２、‐‐‐‐‐λＮによって送信する。例えば、ＤＢＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ、ＲＺ−ＤＰＳＫ、ＲＺ−ＤＱＰＳＫのようなＰＳＫ変調フォーマットにより、対応する波長にデータを変調するよう送信機ＴＸ１、ＴＸ２、‐‐‐‐‐、ＴＸＮのうちの1つ以上を構成することができる。勿論、送信機は説明のため大幅に簡略化したものである。各々の送信機は所望の振幅を有し所望の変調方式による対応波長によりデータ信号を送信するよう構成された電気部品及び光部品を有することができることは当業者周知である。
【００２０】
送信波長、即ち送信チャンネルは、複数の経路１１０−１、１１０−２、‐‐‐‐‐、１１０−Ｎの各々によって伝送される。Ｎ個のデータ・チャンネルは、マルチプレクサ又は結合器１１２によって光情報路１０２において統合信号に結合される。光情報路１０２は光ファイバー導波路、光増幅器、光フィルタ、分散補正モジュール、及びその他の能動部品及び受動部品を備えることができる。
【００２１】
統合信号は1つ以上の遠隔受信端末１０６によって受信される。波長λ１、λ２、‐‐‐‐‐λＮの送信チャンネルは、デマルチプレクサ１１４によって対応する受信機ＲＸ１、ＲＸ２、‐‐‐‐‐、ＲＸＮに接続された対応経路１１６−１、１１６−２、‐‐‐‐‐、１１６−Ｎに分離される。送信信号を復調し出力データ信号を対応する出力経路１１８−１、１１８−２、１１８−３、‐‐‐‐‐、１１８−Ｎに出力するよう受信機ＲＸ１、ＲＸ２、‐‐‐‐‐、ＲＸＮのうちの1つ以上を構成することができる。
【００２２】
図２は本開示に適合する例示的な受信機２００の簡略ブロック図である。図示の例示的な実施の形態２００は、経路１１６−Ｎの入力信号を受信するコヒーレント受信機構成２０２及びコヒーレント受信機の出力を処理して経路１１８−Ｎに出力データ信号を出力するデジタル信号処理（ＤＳＰ）回路２０４を有している。ＰＳＫ変調フォーマットに従ってデータが光入力信号の搬送波波長λN に変調されている。コヒーレント受信機２０２は受信光入力信号を1つ以上のデジタル信号に変換し、ＤＳＰ回路２０４の入力として供給する。ＤＳＰ回路２０４は搬送波波長λNに変調されたデータを表すデータをデジタル信号から復調して経路１１８−Ｎに出力データ・ストリームとして出力する。
【００２３】
コヒーレント受信機２０２は様々に構成することができる。図示の例示的な実施の形態の受信機は、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）２０６、第１及び第２の９０度光ハイブリッド２０８、２１０、局部発振器（ＬＯ）２１２、平衡検出器２１４、２１６、２１８、２２０、及びアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２２２、２２４、２２６、２２８を有している。コヒーレント光信号受信機におけるこれらのコンポーネントの動作について以下簡単に説明する。通常、偏向が異なる入力光信号はＰＢＳ２０６によってそれぞれ別の経路に分離される。各々の偏向光は対応する９０度光ハイブリッド２０８、２１０に供給される。各々の９０度光ハイブリッドは対応する入力信号に複素空間における４つの直交状態のＬＯ信号を混合する。次いで、各々の光ハイブリッドは４つの混合信号を２対の平衡検出器２１４、２１６、２１８、２２０に供給する。平衡検出器の出力はＡ／Ｄ変換器２２２、２２４、２２６、２２８によってデジタル信号に変換される。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換器の出力は入力としてＤＳＰ回路２０４に供給される。通常、ＤＳＰは1つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣＳ）及び／又は特定の命令シーケンスを、例えば直接及び／又はソフトウェア命令の制御下において実行される特殊用途プロセッサーによる信号処理が伴う。図示の例示的な実施の形態において、ＤＳＰ回路２０４は前処理機能２３０、歪補正機能２３１、局部発振器（ＬＯ）周波数オフセット追跡機能２３２、搬送波位相推定機能２３４、ビット判定機能２３６、及び光ＰＲＢＳビット誤り率試験機能２３８を有している。これ等の機能はハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの任意の組合せを用いた様々な構成によって実行することができる。それぞれの機能が分離しているよう図示されているが、1つの集積回路又はプロセッサー、あるいは集積回路及び／又はプロセッサーの組合せにより、任意の1つ以上の機能を実行させることができる。また、ＤＳＰ機能を実行する集積回路及び／又はプロセッサーに図示の機能の全部又は一部を分担させることもできる。
ＤＳＰの前処理機能２３０はＤＳＰをベースにしたタイプの異なるコヒーレント検出受信機によって実行される様々な光信号検出機能を有することができる。前処理機能２３０は、例えば、波形リカバリー及び位置合わせ機能、決定論的歪補正機能、クロック・リカバリー機能、同期データ再サンプリング機能、偏光追跡及び偏光モード分散（ＰＭＤ）補正機能を有することができる。歪補正機能２３１は、本明細書に記載の実施の形態に適合する受信信号における受信データ・パターン依存歪を補正するよう構成することができる。任意としてのＬＯ周波数オフセット追跡機能２３２は、受信信号とＬＯ信号との間の周波数オフセットを追跡し補正するよう構成することができる。
【００２５】
通常、ＰＳＫ変調された信号のデータは光搬送波信号の位相に符号化されているため、ＤＳＰをベースとする受信機におけるＰＳＫ変調された信号の復調には搬送波位相の推定及び追跡が伴う。その目的のために搬送波位相推定機能２３４を構成することができると共に、デュアル・ステージ搬送波位相推定機能とすることができる。搬送波位相推定機能による搬送波位相の推定値は、被変調信号における搬送波位相によって表わされるデータ値又はビット値を判定するビット判定機能２３６に供給される。一部の実施の形態において、ビット判定機能２３６は位相歪のようなデータ・パターン依存信号歪の影響を軽減することができる。次に、搬送波周波数λN に変調されたデータを表わすデータは、経路１１８−Ｎに供給される。任意としてのビット誤り率（ＢＥＲ）試験機能２３８を、ＤＳＰ回路２０４の性能を試験するためのトレーニング・シーケンス信号に対しビット誤り率試験を行うよう構成することができる。
【００２６】
図３は受信信号に対し歪補正を行うことにより、信号中のデータ・パターン依存歪の影響を軽減することができる歪補正システム３００を組み込んだ通信システムの簡略図である。歪補正システム３００はコヒーレント受信機２０２に接続されているＤＳＰ回路２０４に実装することができる。簡略化し説明を容易にするため、図示のシステムは１つの波長のみを受信する１台のコヒーレント受信機のみを有している。しかし、このシステムはデマルチプレクサ及び多数の波長を受信する複数の受信機から成るＷＤＭシステムとして構成できることは当然である。別の実施の形態において、歪補正システム３００を別の種類の受信機を備えた別の通信システムに用いることができる。
【００２７】
例示的な実施の形態において、コヒーレント受信機２０２が、送信機、即ち送信端末１０４から送信された光信号の受信、検出、及びデジタル変換を行う。例えば、位相変調光信号を伝送するシステムにおいて、コヒーレント受信機２０２は光信号を受信し、受信光信号の電界を検出し、光信号に含まれているシンボルの位相、即ち光信号に変調されているデータを表わすデジタル受信信号を生成する。前処理機能２３０はデジタル受信信号の前処理を行う。
【００２８】
次に、例えば、搬送波位相推定機能２３４が搬送波位相推定値を求める前に、歪補正システム３００がデジタル受信信号を処理することにより、データ・パターン依存信号歪を補正する。例示的な実施の形態において、歪補正システム３００はサンプルを処理し、受信信号フィールドを保存歪信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪信号波形に対応する補正値を選択し適用する。次に、ビット判定機能２３６が搬送波位相の推定値によって表わされるデータ値（例えば、ビット値）を判定し、データ値又はビット値を含む出力を生成する。このように、歪補正システム３００が歪の少ないデジタル信号を搬送波位相推定機能２３４に与えることにより、搬送波位相の推定値の精度が向上する。
実施の形態において、搬送波位相推定機能２３４は、例えば、ここに引用することにより本明細書に組み込まれたものとする米国仮出願第６１／１５９，０１８号明細書及び米国特許出願第＿＿＿＿＿＿（整理番号ＴＣＭ２５６／ＳＴ−０００２２）号明細書に開示されている、デュアル・ステージの搬送波位相推定を行うことができる。歪補正システム３００は、コヒーレントＰＳＫ又は差動符号化ＰＳＫ（例えば、ＤＣＰＳＫ、ＤＣＢＰＳＫ、ＤＣＱＰＳＫ）システムのような搬送波位相推定を行うシステムに用いることができる。また、歪補正システム３００は、搬送波位相推定を行わないシステム、例えば、コヒーレント差動位相偏移変調（例えば、ＤＰＳＫ、ＤＢＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ、等）を用いるシステムにおける受信信号歪の補正に使用することもできる。
歪補正システム３００は、既知のデータ・パターンに対応する歪信号波形及び対応する歪補正値を保存するための歪補正テーブル３１０を備えている。また、歪補正システム３００は、受信信号フィールドを保存歪信号波形と比較し、受信信号フィールドに最も近い歪信号波形に対応する補正値を選択する歪補正器３２０も備えている。歪補正器３２０は（例えば、シフト・レジスタを用いて）歪補正テーブル３１０に保存歪信号波形の長さに対応する長さを有するシフト・ウィンドウ内の一部の受信デジタル信号を取得することができる。歪補正テーブル３１０は、例えば、ＤＳＰ回路内のメモリ又はＤＳＰ回路に接続されたメモリに保存することができる。歪補正器３２０はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、あるいはその組合せとしてＤＳＰ回路に実装することができる。
【００２９】
例示的な実施の形態において、保存されている信号波形は所定数（Ｎ）のシンボルから成るパターンを含むＮシンボルのセグメントとすることができる（例えば、５ビットのパターンは０００００、００００１、０００１０、―――――を含むことができる）。従って、歪補正テーブル３１０はＮシンボルの長さを有するＮシンボルの信号波形（及び対応する歪補正値）を保存するＮシンボルのテーブルとすることができ、歪補正器３２０はＮシンボルのシフト・ウィンドウを用いてＮシンボルの受信信号フィールドを取得する。また、歪補正テーブル３１０は、Ｎシンボルの波形に対応するデータ・パターン又はビット・パターンによって索引付けすることができる。
【００３０】
Ｎシンボルの受信信号フィールドが歪補正器３２０に供給されると、歪補正器３２０はＮシンボルの受信信号フィールドをテーブル３１０の項目と比較し、最大事後確率（ＭＡＰ）検出アルゴリズムのような類似度計算により、Ｎシンボルの受信信号フィールドに最も近い保存されている歪んだ信号波形を検索する。例えば、歪補正器３２０は、Ｎシンボルの受信信号フィールドと歪補正テーブル３１０に保存されているＮシンボルの歪んだ信号波形とのユークリッド距離を算出し比較することができる。受信信号フィールドに対するユークリッド距離が最小のＮシンボルの保存されている信号波形が最も近いものであると判定される。Ｎシンボルのウィンドウ内における受信信号フィールド（ｒｓ１、ｒｓ２、――――――、ｒｓＮ）とＮシンボルの保存されている波形（ｓｓ１、ｓｓ２、―――――、ｓｓＮ）とのユークリッド距離は以下のようにして算出することができる。
【数１】
【００３１】
別の同様のアルゴリズムを用いて最も近い歪んだ信号波形を判定することもできる。例えば、別の実施の形態によれば、最大相関基準を用いて、最も近い歪んだ信号波形を判定することができる。追跡アルゴリズムを用いて、歪補正テーブルにおける最小ユークリッド距離又は最大相関の検索速度を向上させることができる。更に別の実施の形態によれば、最尤系列推定(ＭＬＳＥ)アルゴリズムを用いて、最も近い歪んだ信号波形を判定することができる。
【００３２】
歪補正器３２０によって、最も近いＮシンボルの保存されている歪んだ信号波形が判定されると、その保存されている信号波形に対応する歪補正値が歪補正テーブル３１０から選択され、受信信号フィールドの歪補正に用いられる。次に、補正された信号が搬送波位相推定機能２３４に（又は搬送波位相推定を行わないシステムにおいては、直接判定機能２３６に）供給される。
実施の形態によれば、歪補正器３２０は受信信号と変調フォーマット又は変調方式に対応する対象位相位置との間の未知の位相オフセット（即ち、搬送波位相における位相オフセット）も補正する。本実施の形態において、受信信号フィールドの位相が所定の刻み幅（又は適応刻み幅）だけ回転される。受信信号フィールドの位相が回転される度に、前記のように、歪補正器３２０が歪補正テーブル３１０を検索して最も近い歪んだ信号波形を取得することができる。歪補正器３２０は、受信信号フィールドの現在の回転位相における最大相似値（例えば、ユークリッド距離）を受信信号フィールドの前回の回転位相におけるものと比較することにより、位相の回転を合計２π行った後に、全体的に見て歪補正テーブルの最も相似な項目を判定することができる。次に、位相回転ステップ全体を考慮して、受信信号フィールドに最も近い歪信号波形に対応する歪補正値が選択され適用される。
【００３３】
歪補正システム３００は、既知のデータ・パターンを表わす歪んだ信号を用いて、歪補正テーブル３１０を生成するシステムの訓練を行うトレーナー３４０を更に有することができる。トレーナー３４０はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組合せとしてＤＳＰ回路に実装することができる。訓練機能を実行する場合、擬似ランダム・ビット・シーケンス（ＰＲＢＳ）のような、予め設定されたトレーニング・シーケンス信号が送信機１０４から送信される。コヒーレント受信機２０２がデータ・パターン依存歪（例えば、光信号の位相歪やシンボル間干渉）により歪んだトレーニング・シーケンス信号の受信、検出、及びデジタル変換を行う。
トレーナー３４０は（例えば、Ｎシンボルのウィンドウ内の）受信したトレーニング・シーケンス信号を取得し、ウィンドウ内のデータ・パターンに基づいて、受信信号波形のＮシンボル・セグメントをデータ・パターン依存セットに分類する。例えば、Ｎビットのデータ・パターンの場合、トレーナー３４０は、各ビット周囲のＮビット・ウィンドウ内のＮビット・パターンに基づいて受信信号波形を分類する。実施の形態において、５ビットのデータ・パターンが０００００ビット・パターンの信号波形が１つのセットに分類され、００００１ビット・パターンの信号波形が１つのセットに分類され、０００１０のビット・パターンの信号波形が１つのセットに分類されるというように信号波形が分類される。次に、トレーナー３４０は、各セット内の波形を平均することにより雑音の影響を軽減し、各平均波形をビット・パターン毎に索引付けした歪補正テーブル３１０としてメモリに保存する。また、保存波形の各々に対し、トレーナー３４０は、歪んだ信号フィールド（即ち、位相及び振幅）と無歪の対応する送信信号フィールドとの差異に基づいて、補正値を算出することができる。従って、歪補正値は歪んだ受信信号に適用することにより、対応する無歪の送信信号により近い補正信号を生成することができる値である。算出した歪補正値は、対応するＮシンボルの歪信号波形と共にテーブル３１０に保存することができる。
トレーナー３４０は、システム運用の初期段階において、前記訓練を行って歪補正テーブル３１０を生成することができる。また、システムの運用中において、トレーナー３４０は予めセットされた非ユーザ・データによる歪補正テーブルの更新及び／又は判定機能２３６の出力及び／又は順方向誤り訂正（ＦＥＣ）データと受信信号フィールドに適応した更新を行うこともできる。歪補正テーブルを更新することにより、伝送システムにおける、偏光モード分散のような変化に適応するためのペナルティを軽減することができる。
【００３４】
一部の実施の形態において、歪補正システム３００が軟判定順方向誤り訂正（ＦＥＣ）により性能を向上させている。ＦＥＣは送信データ・ストリームに適切な誤り訂正コードを挿入して既知の情報がないデータ誤りの検出及び訂正を容易にしている。誤り訂正符号は（例えば、送信機１０４の）データ・ストリームのＦＥＣ符号器で生成される。ＦＥＣの符号化／復号化は、線形及び巡回ハミング符号、巡回ボーズ・チョドーリ・オッケンジェム（ＢＣＨ）符号、畳み込み（ビタビ）符号、巡回ゴーレイ符号及び巡回ファイア符号、及びターボ畳み込み符号（ＴＣＣ）、ターボ積符号（ＴＰＣ）、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号のような特定の新しい符号を含みこれに限定されない様々なＦＥＣ方式により行うことができる。
軟判定ＦＥＣにおいて、信頼度又は信頼性（例えば、ビットが１である可能性が非常に高い、１である可能性がある、０である可能性がある、あるいは０である可能性が非常に高い）を表わす、多数のビットから成る「軟」情報が生成される。この追加「軟」情報により、ＦＥＣの復号化を効率的に行うことができる。軟判定ＦＥＣ例の詳細が、ここに引用することにより本明細書に完全に組み込まれたものとする米国特許第７，３９８，４５４号明細書、米国特許出願公開第２００６／０，１３６，７９８号明細書、及び米国特許出願第１２／１０８，１５５号明細書に開示されている。
【００３５】
軟判定ＦＥＣの復号を行うため、検出システム３００は、判定機能２３６と組み合わせて軟判定ＦＥＣ復号器３５０を備えることができる。判定機能２３６は軟判定データ・ストリームを生成することができ、軟判定ＦＥＣ復号器３５０が軟判定データ・ストリームを受信し、誤り訂正符号を再生し、それを用いて受信データ・ストリームの誤りを訂正する。実施の形態において、判定機能２３６が軟判定データ・ストリームを生成する各判定ビットの信頼度を算出することができる。算出したユークリッド距離、最大相関基準、あるいは受信信号サンプルがどの程度既知のビット・パターンに対応しているかを示すその他の基準に基づいて信頼度を算出することができる。
また、トレーナー３４０がＦＥＣ復号器３５０からのフィードバックに応じて、歪補正テーブル３１０における算出された歪補正値を調整することができ、これによりシステムの性能が更に向上する。例えば、ＦＥＣ復号器３５０が受信したトレーニング・シーケンスのＮシンボル・パターンのビット値の１つを訂正した場合、当該訂正ビットがトレーナー３４０にフィードバックされるビット・パターンの軟情報に反映される。次に、トレーナー３４０が訂正された軟情報を用いて、例えば、歪補正テーブル３１０を更新することにより、当該Ｎシンボル・パターンの歪補正値を修正する。
【００３６】
図４及び５は本開示に適応する方法を示す図である。図４は信号のデータ・パターン依存信号歪を補正する歪補正方法を示している。この歪補正方法は、図１〜３のシステム又はデータ・パターン依存信号歪を有する信号の受信及び検出を行う別のシステムによって実施することができる。この歪補正方法によれば、ステップ４１０において、対応する歪補正値（例えば、訓練を通して生成されたＮシンボルの歪補正テーブル）と共に既知のデータ・パターンに対応する歪んだ信号波形が用意される。更に、この歪補正方法は、ステップ４１２において、（例えば、コヒーレント受信機により）光変調信号を受信し、受信光信号をデジタル電気信号に変換し、ステップ４１４において、保存されている信号波形と同じ長さ（例えば、Ｎシンボルのスライド・ウィンドウ）の一部の受信信号を取得する。更に、ステップ４１６において、一部の受信信号（例えば、Ｎシンボルのスライド・ウィンドウ内）の信号フィールドを歪んだ信号波形と比較し、ステップ４１８において、（例えば、ＭＡＰ検出技術を用いて）受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択する。次に、ステップ４２０において、選択した歪補正値を用いて受信信号を修正する。
【００３７】
図５は信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正するシステムを訓練する訓練方法を示す図である。この訓練方法は、図１〜３のシステム又はデータ・パターン依存信号歪を有する信号の受信及び検出を行う別のシステムによって実施することができる。この訓練方法は、ステップ５１０において、（例えば、コヒーレント受信機により）信号歪を有するトレーニング・シーケンス（例えば、ＰＲＢＳ）を表わす信号を受信し、ステップ５１２において、受信信号をデジタル変換してトレーニング・データ・シーケンスに対応する歪んだ信号波形を生成する。また、この訓練方法は、ステップ５１４において、歪んだ受信信号波形（例えば、Ｎシンボルのセグメント）をデータ・パターン依存セットに分類し、ステップ５１５において、歪んだ信号波形に対応する歪補正値を判定する。更に、この訓練方法は、ステップ５１６において、データ・パターンにより索引付けした歪補正テーブル３１０として、歪補正値と共に受信信号波形を保存する。
【００３８】
図６〜８は、送信信号中のデータ・パターン依存歪を軽減するシステム及び方法の模擬システムにおける効果を示す図である。図６及び７は模擬システムにおけるループ数を関数とするＱ値を示している。図示のように、歪補正のためのＭＡＰ検出を行わない模擬システム（図６）と比較して、歪補正のためのＭＡＰ検出を行う模擬システム（図７）のＱ値の方が高い。図８は歪補正のためのＭＡＰ検出を行う位相偏移変調方式及びＭＡＰ検出を行わない位相偏移変調方式のチャンネル電力を関数としたＱ値を示す図である。
図１１において、歪補正システムを用いて、１００Ｇｂ／ｓの高スペクトル効率のＷＤＭ伝送システム１１００における送信信号中のデータ・パターン依存歪を軽減することもできる。本実施の形態において、２５ギガボーの２偏波ＱＰＳＫチャンネルを２５ＧＨｚのＷＤＭスペーシングで送信することによって、４００％のスペクトル効率を達成することができる。本実施の形態のＷＤＭ伝送システム１１００によれば、チャンネルを結合して光伝送路１０２に統合ＷＤＭ光信号を送出する際、信号送信端末１１０４がＷＤＭチャンネル（即ち、波長λ１、λ２―――――、λＮ）のオーバー・フィルタリング（例えば、従来のＷＤＭマルチプレクサより２０％増のフィルタリング）を行うことができる。送信端末１１０４において、ＷＤＭチャンネルが、マルチプレクサ１１１２内において、光インタリーブ・フィルタ１１２２によりフィルタ処理され、方向性結合器１１２４によって結合される。同様に、ＷＤＭチャンネルは、受信端末１１０６において、方向性結合器１１２６と光インタリーブ・フィルタ１１２８との組合せを含むデマルチプレクサ１１１４によって多重分離される。
マルチプレクサ１１１２及びデマルチプレクサ１１１４における狭帯域フィルタ形状により光データ・チャンネルのスペクトル幅が狭くなり強いシンボル間干渉（ＩＳＩ）が誘発される。チャンネル内ＩＳＩはデータ・パターンに大きく依存しているため、前記歪補正システム及び方法の実施の形態を用いることにより、ＩＳＩに起因するペナルティを効果的に低減することができる。
従って、前記歪補正システム及び方法の実施の形態により、データ・パターン依存信号歪を軽減し、光通信システムのような通信システムの性能を向上させることができる。
本発明の原理について説明してきたが、本説明は当業者にとって単なる例示に過ぎず本発明の範囲を限定すると解釈されるものではない。本明細書に図示及び説明した例示的な実施の形態の他に、本発明の範囲において別の実施の形態も可能である。当業者による改良及び置換は本発明の範囲に含まれると解釈されるものであって、本発明の範囲は以下のクレームによってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１００ ＷＤＭ伝送システム
１０２ 光情報路
１０４ 送信端末
１０６ 受信端末
１０８ 入力ポート
１１０ 経路
１１２／１１１２ マルチプレクサ／結合器
１１４１１１４ デマルチプレクサ
１１６ 経路
１１８ 出力経路
１１２２／１１２８ 光インタリーブ・フィルタ
１１２４／１１２６ 方向性結合器
ＴＸ 送信機
ＲＸ 受信機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正するシステムであって、
長さを有し、既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を保存するよう構成された歪補正テーブルと、
前記歪補正テーブルに保存されている前記歪んだ信号波形の前記長さに対応する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、該選択した歪補正値を用いて前記受信信号を補正するよう構成された歪補正器と、
を有して成ることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記歪補正テーブルとして保存される前記歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を生成するよう構成されたトレーナーを更に有して成ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記トレーナーが、トレーニング・データ・シーケンスに対応する信号を受信し、前記トレーニング・データ・シーケンスのデータ・パターンに基づき、受信信号波形をデータ・パターン依存セットに分類し、前記受信信号波形に対応する歪補正値を算出し、前記受信信号波形を前記歪補正値と共に前記データ・パターンの索引付き歪補正テーブルとして保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記歪補正テーブルが、所定の数（Ｎ）のシンボルを含む、Ｎシンボルの歪んだ信号波形を保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記歪補正器が、最大事後確率（ＭＡＰ）検出を用いて前記受信信号フィールドを前記保存されている歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形を判定するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記歪補正器が、前記受信信号フィールドを前記保存されている歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドと前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形とのユークリッド距離を算出し、前記保存されている歪んだ信号波形のうち前記ユークリッド距離が最小の信号波形に対応する歪補正値を選択することにより、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形を判定するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記受信信号が、位相偏移変調によってデータが変調された光変調信号を変換した電気信号であり、該電気信号が前記光変調信号におけるシンボルの位相を表わしていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記補正された受信信号に応じて、搬送波位相推定値を算出するよう構成された搬送波位相推定機能、及び前記搬送波推定値に応じて前記電気信号からデータ値を判定し、前記光信号に変調された前記データを表わす出力を生成するよう構成された判定機能を更に有して成ることを特徴とする請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記判定機能から軟判定データ・ストリームを受信し、該データ・ストリームによって表わされる符号化データを復号して復号化データを生成する軟判定順方向誤り訂正（ＦＥＣ）復号器を更に有して成ることを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）をベースにした受信機であって、
光変調信号の受信、検出、及びデジタル変換により受信信号サンプルを含む電気信号を生成するよう構成されたコヒーレント受信機と、
既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を含む歪補正テーブルを保存し、該テーブルに保存されている前記歪んだ信号波形の長さに対応する長さを有する一部の受信信号取得し、受信信号フィールドを前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い前記歪補正テーブル内の歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、該選択した歪補正値を用いて前記受信信号を補正するよう構成されたＤＳＰと、
を有して成ることを特徴とする受信機。
【請求項１１】
前記光変調信号が位相偏移変調によって変調されたものであり、前記電気信号が前記光変調信号におけるシンボルの位相を表わすものであることを特徴とする請求項１０記載のＤＳＰをベースにした受信機。
【請求項１２】
前記歪補正テーブルが、所定の数（Ｎ）のシンボルを含む、Ｎシンボルの歪んだ信号波形を保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１０記載のＤＳＰをベースにした受信機。
【請求項１３】
前記ＤＳＰが、トレーニング・データ・シーケンスに対応する信号を受信し、前記トレーニング・データ・シーケンスのデータ・パターンに基づき、受信信号波形をデータ・パターン依存セットに分類し、前記受信信号波形に対応する歪補正値を算出し、前記受信信号波形を前記歪補正値と共に前記データ・パターンの索引付き歪補正テーブルとして保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１０記載のＤＳＰをベースにした受信機。
【請求項１４】
前記ＤＳＰが、前記補正された受信信号に応じて搬送波位相推定値を算出する搬送波位相推定機能、及び前記搬送波推定値に応じて前記電気信号からデータ値を判定し、前記光信号に変調された前記データを表わす出力を生成する判定機能を実行するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１１記載のＤＳＰをベースにした受信機。
【請求項１５】
前記判定機能から軟判定データ・ストリームを受信し、該データ・ストリームによって表わされる符号化データを復号して復号化データを生成する軟判定順方向誤り訂正（ＦＥＣ）復号器を更に有して成ることを特徴とする請求項１４記載のＤＳＰをベースにした受信機。
【請求項１６】
信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正する歪補正方法であって、
既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を含む歪補正テーブルを用意するステップと、
光変調信号を受信し、該信号をデジタル電気信号に変換するステップと、
デジタル信号処理装置内において、前記デジタル信号を処理することにより、前記歪補正テーブルに保存されている前記歪んだ信号波形の長さに対応する長さを有する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、該選択した歪補正値を用いて、前記受信信号を修正して歪を補正するステップと、
を有して成ることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記歪補正テーブルが、所定の数（Ｎ）のシンボルを含む、Ｎシンボルの歪んだ信号波形を保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記受信信号フィールドを前記保存されている歪んだ信号波形と比較するステップが、前記受信信号フィールドと前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形とのユークリッド距離の算出を含み、前記歪補正値を選択するステップが、前記保存されている歪んだ信号波形のうち前記ユークリッド距離が最小の信号波形に対応する歪補正値の選択を含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記デジタル信号を更に処理し、前記受信信号フィールドの位相を回転させ、前記受信信号フィールドの多数の回転させた位相を前記歪んだ信号波形と比較し、前記回転させた位相の各々を考慮して前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記光変調信号が、シンボル・レート約２５ギガボーの２偏波ＱＰＳＫチャンネルを約２５ＧＨｚのＷＤＭスペーシングで変調された波長分割多重（ＷＤＭ）信号から多重分離されたものであって、データを約１００Ｇｂ／ｓで伝送するものであることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１】
信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正するシステムであって、
長さを有し、既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を保存するよう構成された歪補正テーブルと、
前記歪補正テーブルに保存されている前記歪んだ信号波形の前記長さに対応する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、該選択した歪補正値を用いて前記受信信号を補正するよう構成された歪補正器と、
を有して成ることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記歪補正テーブルとして保存される前記歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を生成するよう構成されたトレーナーを更に有して成ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記トレーナーが、トレーニング・データ・シーケンスに対応する信号を受信し、前記トレーニング・データ・シーケンスのデータ・パターンに基づき、受信信号波形をデータ・パターン依存セットに分類し、前記受信信号波形に対応する歪補正値を算出し、前記受信信号波形を前記歪補正値と共に前記データ・パターンの索引付き歪補正テーブルとして保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記歪補正テーブルが、所定の数（Ｎ）のシンボルを含む、Ｎシンボルの歪んだ信号波形を保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記歪補正器が、最大事後確率（ＭＡＰ）検出を用いて前記受信信号フィールドを前記保存されている歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形を判定するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記歪補正器が、前記受信信号フィールドを前記保存されている歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドと前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形とのユークリッド距離を算出し、前記保存されている歪んだ信号波形のうち前記ユークリッド距離が最小の信号波形に対応する歪補正値を選択することにより、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形を判定するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記受信信号が、位相偏移変調によってデータが変調された光変調信号を変換した電気信号であり、該電気信号が前記光変調信号におけるシンボルの位相を表わしていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記補正された受信信号に応じて、搬送波位相推定値を算出するよう構成された搬送波位相推定機能、及び前記搬送波推定値に応じて前記電気信号からデータ値を判定し、前記光信号に変調された前記データを表わす出力を生成するよう構成された判定機能を更に有して成ることを特徴とする請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記判定機能から軟判定データ・ストリームを受信し、該データ・ストリームによって表わされる符号化データを復号して復号化データを生成する軟判定順方向誤り訂正（ＦＥＣ）復号器を更に有して成ることを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）をベースにした受信機であって、
光変調信号の受信、検出、及びデジタル変換により受信信号サンプルを含む電気信号を生成するよう構成されたコヒーレント受信機と、
既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を含む歪補正テーブルを保存し、該テーブルに保存されている前記歪んだ信号波形の長さに対応する長さを有する一部の受信信号取得し、受信信号フィールドを前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い前記歪補正テーブル内の歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、該選択した歪補正値を用いて前記受信信号を補正するよう構成されたＤＳＰと、
を有して成ることを特徴とする受信機。
【請求項１１】
前記光変調信号が位相偏移変調によって変調されたものであり、前記電気信号が前記光変調信号におけるシンボルの位相を表わすものであることを特徴とする請求項１０記載のＤＳＰをベースにした受信機。
【請求項１２】
前記歪補正テーブルが、所定の数（Ｎ）のシンボルを含む、Ｎシンボルの歪んだ信号波形を保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１０記載のＤＳＰをベースにした受信機。
【請求項１３】
前記ＤＳＰが、トレーニング・データ・シーケンスに対応する信号を受信し、前記トレーニング・データ・シーケンスのデータ・パターンに基づき、受信信号波形をデータ・パターン依存セットに分類し、前記受信信号波形に対応する歪補正値を算出し、前記受信信号波形を前記歪補正値と共に前記データ・パターンの索引付き歪補正テーブルとして保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１０記載のＤＳＰをベースにした受信機。
【請求項１４】
前記ＤＳＰが、前記補正された受信信号に応じて搬送波位相推定値を算出する搬送波位相推定機能、及び前記搬送波推定値に応じて前記電気信号からデータ値を判定し、前記光信号に変調された前記データを表わす出力を生成する判定機能を実行するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１１記載のＤＳＰをベースにした受信機。
【請求項１５】
前記判定機能から軟判定データ・ストリームを受信し、該データ・ストリームによって表わされる符号化データを復号して復号化データを生成する軟判定順方向誤り訂正（ＦＥＣ）復号器を更に有して成ることを特徴とする請求項１４記載のＤＳＰをベースにした受信機。
【請求項１６】
信号中のデータ・パターン依存信号歪を補正する歪補正方法であって、
既知のデータ・パターンに対応する複数の歪んだ信号波形及び該信号波形に対応する歪補正値を含む歪補正テーブルを用意するステップと、
光変調信号を受信し、該信号をデジタル電気信号に変換するステップと、
デジタル信号処理装置内において、前記デジタル信号を処理することにより、前記歪補正テーブルに保存されている前記歪んだ信号波形の長さに対応する長さを有する一部の受信信号を取得し、受信信号フィールドを前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形と比較し、前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択し、該選択した歪補正値を用いて、前記受信信号を修正して歪を補正するステップと、
を有して成ることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記歪補正テーブルが、所定の数（Ｎ）のシンボルを含む、Ｎシンボルの歪んだ信号波形を保存するよう構成されて成ることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記受信信号フィールドを前記保存されている歪んだ信号波形と比較するステップが、前記受信信号フィールドと前記歪補正テーブル内の前記歪んだ信号波形とのユークリッド距離の算出を含み、前記歪補正値を選択するステップが、前記保存されている歪んだ信号波形のうち前記ユークリッド距離が最小の信号波形に対応する歪補正値の選択を含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記デジタル信号を更に処理し、前記受信信号フィールドの位相を回転させ、前記受信信号フィールドの多数の回転させた位相を前記歪んだ信号波形と比較し、前記回転させた位相の各々を考慮して前記受信信号フィールドに最も近い歪んだ信号波形に対応する歪補正値を選択することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記光変調信号が、シンボル・レート約２５ギガボーの２偏波ＱＰＳＫチャンネルを約２５ＧＨｚのＷＤＭスペーシングで変調された波長分割多重（ＷＤＭ）信号から多重分離されたものであって、データを約１００Ｇｂ／ｓで伝送するものであることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１２−５２０６１３（Ｐ２０１２−５２０６１３Ａ）
【公表日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５４１０４（Ｐ２０１１−５５４１０４）
【出願日】平成２２年３月８日（２０１０．３．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２６５１１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０４７８３
【国際公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（５０２１０１１８０）タイコ エレクトロニクス サブシー コミュニケーションズ エルエルシー (48)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月８日（２０１０．３．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２６５１１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０４７８３
【国際公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（５０２１０１１８０）タイコ エレクトロニクス サブシー コミュニケーションズ エルエルシー (48)
【Ｆターム（参考）】
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