２重偏光非線形光ファイバ通信のためのクロストークなしの高次元コンスタレーション
【課題】多次元直交コンスタレーションの送信により、ＸＰｏｌＭに起因する時間とともに変化する偏光クロストークを低減する方法。
【解決手段】クロストークなしのコンスタレーションの３つの変形形態：グラスマンコンスタレーション、ユニタリコンスタレーションおよび回転符号が提供される。偏光−時間符号化として適用することにより、グラスマンコンスタレーションおよびユニタリコンスタレーションを用いて、ファイバ非線形性に対処する。回転符号は、ファイバチャネル特性を利用して、性能を改善し、かつ計算の複雑さを軽減する。これらのコンスタレーションの背後にある根底を成す直交性により、受信機は、偏光クロストークが存在しないかのようにコンスタレーションを復号できるようになる。さらに、クロストークキャンセラもチャネル推定器も不要なので、受信機において必要とされる計算の複雑さが著しく軽減される。
【解決手段】クロストークなしのコンスタレーションの３つの変形形態：グラスマンコンスタレーション、ユニタリコンスタレーションおよび回転符号が提供される。偏光−時間符号化として適用することにより、グラスマンコンスタレーションおよびユニタリコンスタレーションを用いて、ファイバ非線形性に対処する。回転符号は、ファイバチャネル特性を利用して、性能を改善し、かつ計算の複雑さを軽減する。これらのコンスタレーションの背後にある根底を成す直交性により、受信機は、偏光クロストークが存在しないかのようにコンスタレーションを復号できるようになる。さらに、クロストークキャンセラもチャネル推定器も不要なので、受信機において必要とされる計算の複雑さが著しく軽減される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は包括的には光通信システムに関し、より詳細には、ファイバ非線形性に起因する偏光解消効果、特に相互偏光変調（ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を防ぐことに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光多重化（ＰＯＬＭＵＸ）を用いる光通信システムでは、或る特定の波長の光チャネルにおいて送信される前に、２つの光信号が互いに直交偏光される。これは、チャネルのデータレートを２倍にする。１００Ｇｂｐｓを超える高速伝送を実現するには、ＰＯＬＭＵＸおよび高密度波長分割多重化（ＤＷＤＭ）がともに必要とされる。
【０００３】
しかしながら、ＤＷＤＭシステム内のＰＯＬＭＵＸ信号の絶えず入れ替わるビット系列によって、結果として生成される偏光は経時的に変化する。この偏光解消効果によって、相互偏光変調（ＸＰｏｌＭ）が生じ、これは基本的には雑音である。ＸＰｏｌＭ劣化は、特にＤＷＤＭ光通信システムの場合に、チャネル間ファイバ非線形性によって引き起こされる。ＸＰｏｌＭに起因して、当初に直交偏光された２重偏光（ＤＰ）信号は、もはやその状態ではなく、受信機において偏光スプリッタによって分離することができない。
【０００４】
ＸＰｏｌＭは、ＤＰコヒーレント光システムのためのビット誤り率または品質係数に著しい性能劣化を引き起こす。この引き起こされた偏光クロストークは、波長分散のために低域通過応答を有し、結果として、数十シンボルの短いコヒーレンス時間が生じる。時間とともに高速に変化するそのような偏光クロストークは、現在の光通信システムの場合には受信機において補償するのが難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大部分の従来の技法は、適応的なチャネル推定を用いるクロストークキャンセレーションを利用して、受信機において、時間とともに変化するＸＰｏｌＭ効果を補償することに焦点を合わせる。しかしながら、性能改善はチャネル推定精度によって制限され、特にＸＰｏｌＭに起因して、チャネルが時間とともに急速に変化することによって、チャネル推定精度は深刻に劣化する。さらに、受信機における非線形補償法は、回路において実現するには、計算が非常に複雑である。
【０００６】
自己位相変調（ＳＰＭ）のような或る非線形回転は、正確なチャネル推定を用いない場合であっても、２重偏光差動４位相偏移変調（ＤＰ−ＤＱＰＳＫ）のような差動符号化方式によって十分に対処される。しかしながら、ＤＰ−ＤＱＰＳＫは、ＸＰｏｌＭおよび偏光モード分散（ＰＭＤ）に起因する偏光クロストークの存在時に、性能が深刻に劣化するという難点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の実施の形態は、コヒーレント光ファイバ通信ネットワークにおいてＸＰｏｌＭ、相互位相変調（ＸＰＭ）、自己位相変調（ＳＰＭ）の非線形効果およびＰＭＤの線形効果を許容するための方法を提供し、ＤＷＤＭシステムとして、ＰＯＬＭＵＸ信号を有する複数の波長が高密度多重化される。
【０００８】
本方法は、次元拡張コンスタレーション（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）を使用し、そのコンスタレーションは送信機において任意の偏光クロストークを自動的に解消する。そのような自己偏光分離特性は特殊なコンスタレーション設計に由来し、その設計は、ｘ偏光信号およびｙ偏光信号を互いに直交させる。ｘ／ｙ偏光信号のジョイント設計は、クロストークキャンセラもチャネル推定も必要としないので、受信機における計算の複雑さを著しく軽減する。
【０００９】
この発明の実施の形態は、クロストークなしのコンスタレーション設計の３つの変形形態、より具体的には、グラスマンコンスタレーション（Ｇｒａｓｓｍａｎｎ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）、ユニタリコンスタレーション（ｕｎｉｔａｒｙ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）および回転符号を提供する。
【００１０】
グラスマンコンスタレーションおよびユニタリコンスタレーションは、無線通信のための時空間符号化として使用されてきた。この発明は、それらのコンスタレーションを光通信のための偏光−時間符号化として改変し、ＸＰｏｌＭ、ＸＰＭ、ＳＰＭおよびＰＭＤを処理する。回転符号は、光チャネルの固有の特性、すなわち、概ねユニタリ性であることを利用して、性能を改善し、かつ計算の複雑さを軽減する。
【００１１】
受信機では、クロストークなしの多次元コンスタレーションが、クロストークチャネルを推定することなく、一般化尤度比検定（ＧＬＲＴ）プロセスによって復号される。マルチシンボル復号、ユニタリ制約および高次手法によってＧＬＲＴ復号をさらに改善して、時間とともに高速に変化するチャネルに対処する。トレリス符号化変調（ＴＣＭ）、およびクロストークなしの多次元コンスタレーションを一緒に使用することによって、さらなる利得を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の実施の形態によるクロストークなしの多次元コンスタレーションは、高いＳＮＲにおいて、長いファイバ距離にわたり、従来技術のＤＰコンスタレーションに比べて、３ｄＢを超える改善を有する。この発明の方法は、ＸＰｏｌＭ劣化に加えて、ＳＰＭおよびＸＰＭの他の非線形劣化、並びにＰＭＤの線形劣化に対処することができるのに対して、従来技術の方式は対処することはできない。
【００１３】
この発明の方法は、信号品質を改善することによって、ファイバ距離の範囲を広げる。それゆえ、この発明は、ＤＷＤＭおよびＰＯＬＭＵＸを用いる１００Ｇｂｐｓを超えるデータレートを達成する将来の長距離光通信に対して大きな影響を及ぼす。電気通信において、用語「長距離」は、州間通信および国際通信のような長い距離に及ぶ交換回線網に関連する。
【００１４】
本方法は、偏光クロストークキャンセラおよびチャネル推定を必要としない低複雑度受信機プロセスを提供する。
【００１５】
本方法は、コンスタレーションの高い次元が高いことに起因して、高い品質係数を達成する。この発明の方法とともに多次元トレリス符号化変調および誤り訂正符号が用いられるとき、付加的な利得を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１による、ＤＷＤＭおよびＰＯＬＭＵＸを用いるコヒーレント光ファイバ通信の概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１による、グラスマン偏光−時間符号に基づく多次元直交コンスタレーションの概略図である。
【図３】この発明の実施の形態１による、偏光−時間符号化に基づく差動ユニタリコンスタレーションのブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による、２重差動回転符号に基づく多次元直交コンスタレーションの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、ＰＯＬＭＵＸおよびＷＤＭを用いるコヒーレント光ファイバ通信システム１００の好ましい実施の形態を示す。多次元コンスタレーションを得るために、対象となるチャネルにおいて、電気変調器１１０によって、第ｋのシンボルインスタンスにおいてｘ偏光信号Ｓｘ（ｋ）およびｙ偏光信号Ｓｙ（ｋ）が生成される。電気フィルターを通り抜けた後に、ｘ／ｙ偏光信号Ｓｘ（ｋ）およびＳｙ（ｋ）は、信号Ｓｘ（ｋ）およびＳｙ（ｋ）を直交偏光するＰＯＬＭＵＸを用いる電気／光（Ｅ／Ｏ）変調器１２０によって光信号にアップコンバートされる。
【００１８】
アップコンバートされた光信号は、その後、アレイ導波路回折格子デバイス１３０のようなＷＤＭマルチプレクサによって、複数の異なる波長の光１３１を用いて多重化される。ＷＤＭ光信号は光ファイバチャネル１４０の中を伝播し、光ファイバチャネルは、多スパンの複数組のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）１４１、エルビウムドープファイバ増幅器のような光増幅器（ＯＡ）１４２、および分散補償ファイバ（ＤＣＦ）１４３からなる。
【００１９】
受信機では、ＷＤＭ信号が最初にｄｅ−ＷＤＭデバイス１５０によって逆多重化され、対応する受信機（Ｒｘ）回路１５１への異なる波長が分離される。対象となるチャネルの場合、光信号はｄｅ−ＰＯＬＭＵＸを用いる光／電気（Ｏ／Ｅ）変換器１６０によってダウンコンバートされ、第ｋシンボルインスタンスにおいてｘ偏光受信信号Ｒｘ（ｋ）およびｙ偏光受信信号Ｒｙ（ｋ）が得られる。変調器１１０から送信された多次元直交コンスタレーションを復号するために、受信機において、一般化尤度比検定（ＧＬＲＴ）復号１７０によるブラインドプロセスが用いられる。
【００２０】
分散マネージメントファイバの場合、受信信号Ｒｘ（ｋ）およびＲｙ（ｋ）は、以下のような線形クロストーク表現によって十分にモデル化される。
【００２１】
【数１】
【００２２】
ただし、Ａは受信信号の大きさであり、Ｂは自己位相変調（ＳＰＭ）および相互位相変調（ＸＰＭ）によって引き起こされる共通位相回転であり、Ｃはｘ偏光とｙ偏光との間の位相差に対応し、Ｗ（ｋ）はｘ偏光からｙ偏光へのクロストークファクターを表し、［Ｎｘ（ｋ），Ｎｙ（ｋ）］は、第ｋのシンボルにおける２重偏光の場合の相加性雑音である。
【００２３】
ここで、ｊは虚数単位を表し、上付き文字［・］＊は複素共役である。したがって、受信信号ベクトルＲ（ｋ）＝［Ｒｘ（ｋ），Ｒｙ（ｋ）］は、チャネル行列Ｈ（ｋ）、および送信信号ベクトルＳ（ｋ）＝［Ｓｘ（ｋ），Ｓｙ（ｋ）］＋雑音ベクトルＮ（ｋ）＝［Ｎｘ（ｋ），Ｎｙ（ｋ）］によって与えられる。クロストークＷ（ｋ）は、相互偏光変調（ＸＰｏｌＭ）および偏光モード分散（ＰＭＤ）によって引き起こされる。クロストークＷ（ｋ）の共分散は、特にＸＰｏｌＭに起因して、短いコヒーレント時間を有し、ＸＰｏｌＭは、ＷＤＭ干渉チャネルおよびＰＯＬＭＵＸ信号によって引き起こされる。ｘ偏光信号とｙ偏光信号との間のクロストークのために、ＤＰ受信信号はもはや互いに直交しない。
【００２４】
この発明の１つの構成要素が多次元直交変調器１１０であり、その変調器は、グラスマンコンスタレーション２００、ユニタリコンスタレーション３００、または回転符号４００のいずれかに基づく。図２〜図４を参照されたい。
【００２５】
コンスタレーションのｘ偏光信号とｙ偏光信号との間の根底を成す直交性は、チャネルを推定してクロストークをキャンセルすることなく、自動的に任意のクロストークを解消する。それゆえ、本方法は、受信機において偏光クロストークを補償するデジタル信号処理の計算の複雑さを著しく軽減する。
【００２６】
図２は、グラスマン多様体にわたる信号コンスタレーション設計を示しており、指数投影（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）によって、任意の多次元変調を超球表面に写像する。信号変調は、５つのステップ：デジタルデータバッファリング２１０、非直交多次元変調２２０、指数写像２３０、グラスマン直交多次元変調２４０およびＤＰ信号送信２５０を含む。
【００２７】
ｑを１偏光１シンボルあたりに送信されることになるビット数とし、たとえば、ｑ＝２とする。グラスマンコンスタレーションは次元２×Ｌからなる。ただし、２は２重偏光に対応し、Ｌは時間内のブロック長であり、たとえば、Ｌ＝４である。したがって、１ブロックあたりの全ビット数は２ｑＬになり、グラスマンコンスタレーションの基数は２２ｑＬである。Ｌ個のシンボルにわたるｘ／ｙ偏光２１２のための２ｑＬビットのバッファ２１０が、コンスタレーションインデックスｍ（ｍ＜２２ｑＬ）２１１を生成する。
【００２８】
インデックスｍの場合、非直交多次元コンスタレーションＤｍ２２１が、たとえば、格子変調によって、または単に個々の直交振幅変調（ＱＡＭ）によって生成される。コンスタレーションＤｍの次元２２２が２×（Ｌ−２）になるように設定され、それは２×Ｌの所望の次元よりも小さい。その後、コンスタレーションＤｍは、以下のように、指数投影２３１によってグラスマン多様体に写像される。
【００２９】
【数２】
【００３０】
ただし、Ｉ２は（２×２）次元の恒等行列であり、ｇは符号語距離を制御する定数値であり、［．］Ｈはエルミート転置を表す。指数写像は、デカルト座標コンスタレーション点２３２を、より高次元の超球２３３の表面点に投影する。投影されたグラスマンコンスタレーションＧｍ２４１は、所望の（２×Ｌ）次元２４２からなり、全ての符号語が直交性を有し、より具体的には、ＧｍＧｍＨ＝Ｉ２である。それは、ｘ偏光信号がｙ偏光信号に対して垂直であり、その逆も成り立つことを意味する。第ｋのブロックの場合に、Ｌ個のシンボル［Ｓ（ｋＬ＋１），Ｓ（ｋＬ＋２），．．．，Ｓ（ｋＬ＋Ｌ）］２５１にわたって、ｘ／ｙ偏光信号のための第ｍのコンスタレーションＧｍが順次に送信される。ｇのための固定値、および元の変調Ｄｍを与えられたとすると、第ｍの符号語のコンスタレーションはあらかじめ決定されることに留意されたい。
【００３１】
グラスマンコンスタレーションを復号するために、ＧＬＲＴプロセスは、以下のように、Ｌシンボル受信信号ブロックの部分空間符号語投影にわたって最大の二乗ノルムを探索することによって、符号語直交性に起因して最尤（ＭＬ）性能を与える。
【００３２】
【数３】
【００３３】
ただし、‖・‖はユークリッドノルムを表す。ｘ／ｙ偏光信号は互いに直交するので、ＧＬＲＴプロセスは、偏光クロストークがあっても、送信データのＭＬ推定値を得る。それゆえ、偏光解消ファイバチャネルを得るための、受信機におけるクロストークキャンセレーションおよびチャネル推定は不要である。高次ＧＬＲＴを用いるマルチブロック復号によって、性能が改善される。
【００３４】
ブロック長が無限大まで進むときに、グラスマンコンスタレーションは、達成し得る概ね最大の性能を実現するが、大きな基数の場合に全てのコンスタレーション点を最適にするのは難しくなる。グラスマンコンスタレーションの場合の最大許容ブロック長はＬ＝４であり、その場合、１偏光あたり２ビット／秒を達成するのに、基数は６５０００よりも大きくなる。
【００３５】
図３に示されるように、基数を小さくする代替の手法として、この発明の実施の形態１は、ユニタリコンスタレーションを十分に利用する方法３００を提供し、そのコンスタレーションによれば、（２×２）次元変調の場合に差動符号化できるようになる。ユニタリコンスタレーションの一例として、ユニタリ符号セット
【数４】
３１１の第ｍの符号語Ｕｍ３１２が、以下の形によって与えられる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
ただし、Ｍは基数であり、｛ｋ１，ｋ２，ｋ３｝は最適化されることになる定数である。１偏光あたり２ビット／秒を達成するために、基数はＭ＝２５６となり、この数はグラスマンコンスタレーションよりも著しく小さく、計算の複雑さも軽減される。その場合、ユークリッド距離を最大にする最適な整数は、｛ｋ１，ｋ２，ｋ３｝＝｛１０４，１４，０｝である。光ファイバチャネルは非選択的であるので、ユークリッド距離は、積距離よりも重要である。全ての符号語Ｕｍはユニタリであり、すなわち、ＵｍＵｍＨ＝ＵｍＨＵｍ＝Ｉ２であることに留意されたい。
【００３８】
ユニタリ差動符号化を利用する送信機では、デジタルデータバッファ３２０は、２シンボルあたり４ｑビットから、符号語インデックスｍ（ｍ＜Ｍ）を生成する。ユニタリ変調器３３０は、符号セット３１０から、第ｍの符号語Ｕｍを選択する。ｘ／ｙ偏光信号は、ブロック単位（ｂｌｏｃｋ−ｗｉｓｅ）の差動符号化３４０によって得られ、その場合、ＤＰ信号送信ブロック［Ｓ（２ｋ），Ｓ（２ｋ＋１）］が、遅延したバージョン３４２および符号語Ｕｍの行列乗算３４１によって差動符号化される。それゆえ、結果として生成されるｘ偏光信号は、ｙ偏光信号と直交する。それは、複数のユニタリブロックが或る種のグラスマンコンスタレーションになることを意味する。それゆえ、差動符号化されたユニタリコンスタレーションは、ＧＬＲＴプロセスおよび差動復号によって復号される。
【００３９】
グラスマンコンスタレーションおよびユニタリコンスタレーションは、無線チャネルおよび光チャネルの両方に適用可能である。しかしながら、光ファイバチャネルは、無線通信チャネルと区別される固有の特性を有し、具体的には、実用的な光ファイバシステムでは偏光依存損失（ＰＤＬ）が低いので、光チャネルＨ（ｋ）はユニタリに近い。この発明の実施の形態１は、性能を改善するために、光チャネルが概ねユニタリ性であることを利用するさらに別の方法を提供する。
【００４０】
図４は、２重差動回転符号と呼ばれる、クロストークなしの多次元変調のための符号化および復号のブロック図を示しており、２重差動回転符号は光ファイバチャネルのユニタリ性を利用する。送信機４１０において、２次元変調信号Ｐ（ｋ）４２１が最初に、要素単位で差動符号化され（４２０）、すなわち、ｘ／ｙ偏光信号が従来通りに独立して符号化される。その後、差動符号化されたベクトルＶ（ｋ）４２５を、ベクトル単位で差動符号化して（４３０）、送信ＤＰ信号Ｓ（ｋ）４３５を得る。要素単位の差動符号化４２０の場合、要素単位乗算器４２３を用いて、信号Ｐ（ｋ）を、遅延４２２を有するベクトルＶ（ｋ）と乗算して、差動符号化された信号Ｖ（ｋ）４２５を得る。ベクトル単位の差動符号化４３０の場合、信号Ｖ（ｋ）は回転行列Ｑｓ４３２と乗算され（４３１）、その行列は、送信ＤＰ信号Ｓ（ｋ）の遅延したバージョン４３４を供給することによって（ｂｙ ｆｅｅｄｉｎｇ）、回転演算部（ｒｏｔａｔｏｒ）４３３において生成される。その回転行列は以下のように与えられる。
【００４１】
【数６】
【００４２】
この式は、０以外の任意の信号Ｓ（ｋ）の場合にユニタリ行列になり、すなわち、ＱｓＱｓＨ＝ＱｓＨＱｓ＝Ｉ２である。ＡｅｊＢのスカラ項を除いて、クロストーク光チャネルＨ（ｋ）も同じ種類のそのようなユニタリ回転行列であることに留意されたい。
【００４３】
２重差動回転符号によって、その受信機は、強い偏光クロストークが存在する場合であっても差動形式でデータを復号できるようになるのに対して、従来の偏光による差動変調はクロストークを許容しない。受信機側４６０では、受信したＤＰ信号Ｒ（ｋ）をベクトル単位で差動復号して（４７０）、中間データＶ’（ｋ）４７６が得られ、さらに要素単位で差動復号して（４８０）、所望のデータの推定値Ｐ’（ｋ）４８１が得られる。
【００４４】
ベクトル単位の差動復号４７０の場合、受信信号Ｒ（ｋ）が回転行列ＱＲ４７３と乗算され、その行列は、以下のように、受信信号の遅延バージョン４７５を与えられるときに、回転演算部４７４によって生成される。その回転行列は、以下のように与えられる。
【００４５】
【数７】
【００４６】
回転行列はユニタリであるので、ベクトル単位の差動復号４７０中に雑音は改善されない。差動復号されたデータＶ’（ｋ）は以下のように与えられる。
【００４７】
【数８】
【００４８】
ただし、｛Ａ１，Ａ２｝はＡｅｊＢに依存するスカラ値であり、Ｎ’（ｋ）は残留雑音である。上記の式は、チャネルＨ（ｋ）がスケーリングされたユニタリ行列に近いので、任意の偏光クロストークが差動回転によって自動的に解消されることを意味する。
【００４９】
未知のスカラ値｛Ａ１，Ａ２｝を処理するために、自らの遅延バージョン４８３の要素単位の除算４８２を用いて、中間データＶ’（ｋ）４７６に対する要素単位の差動復号４８０を実行して、最終的な復号されたデータＰ’（ｋ）４８１を得る。回転符号は光チャネル特性の付加的な知識を利用するので、回転符号は一般的にグラスマンコンスタレーションおよびユニタリコンスタレーションより優れている。
【００５０】
クロストークなしの多次元コンスタレーションは、低密度パリティ検査符号および多次元トレリス符号化変調のような、さらに別の誤り訂正符号を導入して、符号化利得を達成することによってさらに改善される。
【００５１】
この発明の実施の形態１によるクロストークなしの多次元コンスタレーションは、高いＳＮＲにおいて、長いファイバ距離にわたり、従来技術のＤＰコンスタレーションに比べて、３ｄＢを超える改善を有する。この発明の方法は、ＸＰｏｌＭ劣化に加えて、ＳＰＭおよびＸＰＭの他の非線形劣化、並びにＰＭＤの線形劣化に対処することができるのに対して、従来技術の方式は対処することはできない。
【００５２】
この発明の方法は、信号品質を改善することによって、ファイバ距離の範囲を広げる。それゆえ、この発明は、ＤＷＤＭおよびＰＯＬＭＵＸを用いる１００Ｇｂｐｓを超えるデータレートを達成する将来の長距離光通信に対して大きな影響を及ぼす。電気通信において、用語「長距離」は、州間通信および国際通信のような長い距離に及ぶ交換回線網に関連する。
【００５３】
本方法は、偏光クロストークキャンセラおよびチャネル推定を必要としない低複雑度受信機プロセスを提供する。
【００５４】
本方法は、コンスタレーションの高い次元が高いことに起因して、高い品質係数を達成する。この発明の方法とともに多次元トレリス符号化変調および誤り訂正符号が用いられるとき、付加的な利得を得ることができる。
【技術分野】
【０００１】
この発明は包括的には光通信システムに関し、より詳細には、ファイバ非線形性に起因する偏光解消効果、特に相互偏光変調（ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を防ぐことに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光多重化（ＰＯＬＭＵＸ）を用いる光通信システムでは、或る特定の波長の光チャネルにおいて送信される前に、２つの光信号が互いに直交偏光される。これは、チャネルのデータレートを２倍にする。１００Ｇｂｐｓを超える高速伝送を実現するには、ＰＯＬＭＵＸおよび高密度波長分割多重化（ＤＷＤＭ）がともに必要とされる。
【０００３】
しかしながら、ＤＷＤＭシステム内のＰＯＬＭＵＸ信号の絶えず入れ替わるビット系列によって、結果として生成される偏光は経時的に変化する。この偏光解消効果によって、相互偏光変調（ＸＰｏｌＭ）が生じ、これは基本的には雑音である。ＸＰｏｌＭ劣化は、特にＤＷＤＭ光通信システムの場合に、チャネル間ファイバ非線形性によって引き起こされる。ＸＰｏｌＭに起因して、当初に直交偏光された２重偏光（ＤＰ）信号は、もはやその状態ではなく、受信機において偏光スプリッタによって分離することができない。
【０００４】
ＸＰｏｌＭは、ＤＰコヒーレント光システムのためのビット誤り率または品質係数に著しい性能劣化を引き起こす。この引き起こされた偏光クロストークは、波長分散のために低域通過応答を有し、結果として、数十シンボルの短いコヒーレンス時間が生じる。時間とともに高速に変化するそのような偏光クロストークは、現在の光通信システムの場合には受信機において補償するのが難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大部分の従来の技法は、適応的なチャネル推定を用いるクロストークキャンセレーションを利用して、受信機において、時間とともに変化するＸＰｏｌＭ効果を補償することに焦点を合わせる。しかしながら、性能改善はチャネル推定精度によって制限され、特にＸＰｏｌＭに起因して、チャネルが時間とともに急速に変化することによって、チャネル推定精度は深刻に劣化する。さらに、受信機における非線形補償法は、回路において実現するには、計算が非常に複雑である。
【０００６】
自己位相変調（ＳＰＭ）のような或る非線形回転は、正確なチャネル推定を用いない場合であっても、２重偏光差動４位相偏移変調（ＤＰ−ＤＱＰＳＫ）のような差動符号化方式によって十分に対処される。しかしながら、ＤＰ−ＤＱＰＳＫは、ＸＰｏｌＭおよび偏光モード分散（ＰＭＤ）に起因する偏光クロストークの存在時に、性能が深刻に劣化するという難点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の実施の形態は、コヒーレント光ファイバ通信ネットワークにおいてＸＰｏｌＭ、相互位相変調（ＸＰＭ）、自己位相変調（ＳＰＭ）の非線形効果およびＰＭＤの線形効果を許容するための方法を提供し、ＤＷＤＭシステムとして、ＰＯＬＭＵＸ信号を有する複数の波長が高密度多重化される。
【０００８】
本方法は、次元拡張コンスタレーション（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）を使用し、そのコンスタレーションは送信機において任意の偏光クロストークを自動的に解消する。そのような自己偏光分離特性は特殊なコンスタレーション設計に由来し、その設計は、ｘ偏光信号およびｙ偏光信号を互いに直交させる。ｘ／ｙ偏光信号のジョイント設計は、クロストークキャンセラもチャネル推定も必要としないので、受信機における計算の複雑さを著しく軽減する。
【０００９】
この発明の実施の形態は、クロストークなしのコンスタレーション設計の３つの変形形態、より具体的には、グラスマンコンスタレーション（Ｇｒａｓｓｍａｎｎ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）、ユニタリコンスタレーション（ｕｎｉｔａｒｙ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）および回転符号を提供する。
【００１０】
グラスマンコンスタレーションおよびユニタリコンスタレーションは、無線通信のための時空間符号化として使用されてきた。この発明は、それらのコンスタレーションを光通信のための偏光−時間符号化として改変し、ＸＰｏｌＭ、ＸＰＭ、ＳＰＭおよびＰＭＤを処理する。回転符号は、光チャネルの固有の特性、すなわち、概ねユニタリ性であることを利用して、性能を改善し、かつ計算の複雑さを軽減する。
【００１１】
受信機では、クロストークなしの多次元コンスタレーションが、クロストークチャネルを推定することなく、一般化尤度比検定（ＧＬＲＴ）プロセスによって復号される。マルチシンボル復号、ユニタリ制約および高次手法によってＧＬＲＴ復号をさらに改善して、時間とともに高速に変化するチャネルに対処する。トレリス符号化変調（ＴＣＭ）、およびクロストークなしの多次元コンスタレーションを一緒に使用することによって、さらなる利得を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の実施の形態によるクロストークなしの多次元コンスタレーションは、高いＳＮＲにおいて、長いファイバ距離にわたり、従来技術のＤＰコンスタレーションに比べて、３ｄＢを超える改善を有する。この発明の方法は、ＸＰｏｌＭ劣化に加えて、ＳＰＭおよびＸＰＭの他の非線形劣化、並びにＰＭＤの線形劣化に対処することができるのに対して、従来技術の方式は対処することはできない。
【００１３】
この発明の方法は、信号品質を改善することによって、ファイバ距離の範囲を広げる。それゆえ、この発明は、ＤＷＤＭおよびＰＯＬＭＵＸを用いる１００Ｇｂｐｓを超えるデータレートを達成する将来の長距離光通信に対して大きな影響を及ぼす。電気通信において、用語「長距離」は、州間通信および国際通信のような長い距離に及ぶ交換回線網に関連する。
【００１４】
本方法は、偏光クロストークキャンセラおよびチャネル推定を必要としない低複雑度受信機プロセスを提供する。
【００１５】
本方法は、コンスタレーションの高い次元が高いことに起因して、高い品質係数を達成する。この発明の方法とともに多次元トレリス符号化変調および誤り訂正符号が用いられるとき、付加的な利得を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１による、ＤＷＤＭおよびＰＯＬＭＵＸを用いるコヒーレント光ファイバ通信の概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１による、グラスマン偏光−時間符号に基づく多次元直交コンスタレーションの概略図である。
【図３】この発明の実施の形態１による、偏光−時間符号化に基づく差動ユニタリコンスタレーションのブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による、２重差動回転符号に基づく多次元直交コンスタレーションの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、ＰＯＬＭＵＸおよびＷＤＭを用いるコヒーレント光ファイバ通信システム１００の好ましい実施の形態を示す。多次元コンスタレーションを得るために、対象となるチャネルにおいて、電気変調器１１０によって、第ｋのシンボルインスタンスにおいてｘ偏光信号Ｓｘ（ｋ）およびｙ偏光信号Ｓｙ（ｋ）が生成される。電気フィルターを通り抜けた後に、ｘ／ｙ偏光信号Ｓｘ（ｋ）およびＳｙ（ｋ）は、信号Ｓｘ（ｋ）およびＳｙ（ｋ）を直交偏光するＰＯＬＭＵＸを用いる電気／光（Ｅ／Ｏ）変調器１２０によって光信号にアップコンバートされる。
【００１８】
アップコンバートされた光信号は、その後、アレイ導波路回折格子デバイス１３０のようなＷＤＭマルチプレクサによって、複数の異なる波長の光１３１を用いて多重化される。ＷＤＭ光信号は光ファイバチャネル１４０の中を伝播し、光ファイバチャネルは、多スパンの複数組のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）１４１、エルビウムドープファイバ増幅器のような光増幅器（ＯＡ）１４２、および分散補償ファイバ（ＤＣＦ）１４３からなる。
【００１９】
受信機では、ＷＤＭ信号が最初にｄｅ−ＷＤＭデバイス１５０によって逆多重化され、対応する受信機（Ｒｘ）回路１５１への異なる波長が分離される。対象となるチャネルの場合、光信号はｄｅ−ＰＯＬＭＵＸを用いる光／電気（Ｏ／Ｅ）変換器１６０によってダウンコンバートされ、第ｋシンボルインスタンスにおいてｘ偏光受信信号Ｒｘ（ｋ）およびｙ偏光受信信号Ｒｙ（ｋ）が得られる。変調器１１０から送信された多次元直交コンスタレーションを復号するために、受信機において、一般化尤度比検定（ＧＬＲＴ）復号１７０によるブラインドプロセスが用いられる。
【００２０】
分散マネージメントファイバの場合、受信信号Ｒｘ（ｋ）およびＲｙ（ｋ）は、以下のような線形クロストーク表現によって十分にモデル化される。
【００２１】
【数１】
【００２２】
ただし、Ａは受信信号の大きさであり、Ｂは自己位相変調（ＳＰＭ）および相互位相変調（ＸＰＭ）によって引き起こされる共通位相回転であり、Ｃはｘ偏光とｙ偏光との間の位相差に対応し、Ｗ（ｋ）はｘ偏光からｙ偏光へのクロストークファクターを表し、［Ｎｘ（ｋ），Ｎｙ（ｋ）］は、第ｋのシンボルにおける２重偏光の場合の相加性雑音である。
【００２３】
ここで、ｊは虚数単位を表し、上付き文字［・］＊は複素共役である。したがって、受信信号ベクトルＲ（ｋ）＝［Ｒｘ（ｋ），Ｒｙ（ｋ）］は、チャネル行列Ｈ（ｋ）、および送信信号ベクトルＳ（ｋ）＝［Ｓｘ（ｋ），Ｓｙ（ｋ）］＋雑音ベクトルＮ（ｋ）＝［Ｎｘ（ｋ），Ｎｙ（ｋ）］によって与えられる。クロストークＷ（ｋ）は、相互偏光変調（ＸＰｏｌＭ）および偏光モード分散（ＰＭＤ）によって引き起こされる。クロストークＷ（ｋ）の共分散は、特にＸＰｏｌＭに起因して、短いコヒーレント時間を有し、ＸＰｏｌＭは、ＷＤＭ干渉チャネルおよびＰＯＬＭＵＸ信号によって引き起こされる。ｘ偏光信号とｙ偏光信号との間のクロストークのために、ＤＰ受信信号はもはや互いに直交しない。
【００２４】
この発明の１つの構成要素が多次元直交変調器１１０であり、その変調器は、グラスマンコンスタレーション２００、ユニタリコンスタレーション３００、または回転符号４００のいずれかに基づく。図２〜図４を参照されたい。
【００２５】
コンスタレーションのｘ偏光信号とｙ偏光信号との間の根底を成す直交性は、チャネルを推定してクロストークをキャンセルすることなく、自動的に任意のクロストークを解消する。それゆえ、本方法は、受信機において偏光クロストークを補償するデジタル信号処理の計算の複雑さを著しく軽減する。
【００２６】
図２は、グラスマン多様体にわたる信号コンスタレーション設計を示しており、指数投影（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）によって、任意の多次元変調を超球表面に写像する。信号変調は、５つのステップ：デジタルデータバッファリング２１０、非直交多次元変調２２０、指数写像２３０、グラスマン直交多次元変調２４０およびＤＰ信号送信２５０を含む。
【００２７】
ｑを１偏光１シンボルあたりに送信されることになるビット数とし、たとえば、ｑ＝２とする。グラスマンコンスタレーションは次元２×Ｌからなる。ただし、２は２重偏光に対応し、Ｌは時間内のブロック長であり、たとえば、Ｌ＝４である。したがって、１ブロックあたりの全ビット数は２ｑＬになり、グラスマンコンスタレーションの基数は２２ｑＬである。Ｌ個のシンボルにわたるｘ／ｙ偏光２１２のための２ｑＬビットのバッファ２１０が、コンスタレーションインデックスｍ（ｍ＜２２ｑＬ）２１１を生成する。
【００２８】
インデックスｍの場合、非直交多次元コンスタレーションＤｍ２２１が、たとえば、格子変調によって、または単に個々の直交振幅変調（ＱＡＭ）によって生成される。コンスタレーションＤｍの次元２２２が２×（Ｌ−２）になるように設定され、それは２×Ｌの所望の次元よりも小さい。その後、コンスタレーションＤｍは、以下のように、指数投影２３１によってグラスマン多様体に写像される。
【００２９】
【数２】
【００３０】
ただし、Ｉ２は（２×２）次元の恒等行列であり、ｇは符号語距離を制御する定数値であり、［．］Ｈはエルミート転置を表す。指数写像は、デカルト座標コンスタレーション点２３２を、より高次元の超球２３３の表面点に投影する。投影されたグラスマンコンスタレーションＧｍ２４１は、所望の（２×Ｌ）次元２４２からなり、全ての符号語が直交性を有し、より具体的には、ＧｍＧｍＨ＝Ｉ２である。それは、ｘ偏光信号がｙ偏光信号に対して垂直であり、その逆も成り立つことを意味する。第ｋのブロックの場合に、Ｌ個のシンボル［Ｓ（ｋＬ＋１），Ｓ（ｋＬ＋２），．．．，Ｓ（ｋＬ＋Ｌ）］２５１にわたって、ｘ／ｙ偏光信号のための第ｍのコンスタレーションＧｍが順次に送信される。ｇのための固定値、および元の変調Ｄｍを与えられたとすると、第ｍの符号語のコンスタレーションはあらかじめ決定されることに留意されたい。
【００３１】
グラスマンコンスタレーションを復号するために、ＧＬＲＴプロセスは、以下のように、Ｌシンボル受信信号ブロックの部分空間符号語投影にわたって最大の二乗ノルムを探索することによって、符号語直交性に起因して最尤（ＭＬ）性能を与える。
【００３２】
【数３】
【００３３】
ただし、‖・‖はユークリッドノルムを表す。ｘ／ｙ偏光信号は互いに直交するので、ＧＬＲＴプロセスは、偏光クロストークがあっても、送信データのＭＬ推定値を得る。それゆえ、偏光解消ファイバチャネルを得るための、受信機におけるクロストークキャンセレーションおよびチャネル推定は不要である。高次ＧＬＲＴを用いるマルチブロック復号によって、性能が改善される。
【００３４】
ブロック長が無限大まで進むときに、グラスマンコンスタレーションは、達成し得る概ね最大の性能を実現するが、大きな基数の場合に全てのコンスタレーション点を最適にするのは難しくなる。グラスマンコンスタレーションの場合の最大許容ブロック長はＬ＝４であり、その場合、１偏光あたり２ビット／秒を達成するのに、基数は６５０００よりも大きくなる。
【００３５】
図３に示されるように、基数を小さくする代替の手法として、この発明の実施の形態１は、ユニタリコンスタレーションを十分に利用する方法３００を提供し、そのコンスタレーションによれば、（２×２）次元変調の場合に差動符号化できるようになる。ユニタリコンスタレーションの一例として、ユニタリ符号セット
【数４】
３１１の第ｍの符号語Ｕｍ３１２が、以下の形によって与えられる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
ただし、Ｍは基数であり、｛ｋ１，ｋ２，ｋ３｝は最適化されることになる定数である。１偏光あたり２ビット／秒を達成するために、基数はＭ＝２５６となり、この数はグラスマンコンスタレーションよりも著しく小さく、計算の複雑さも軽減される。その場合、ユークリッド距離を最大にする最適な整数は、｛ｋ１，ｋ２，ｋ３｝＝｛１０４，１４，０｝である。光ファイバチャネルは非選択的であるので、ユークリッド距離は、積距離よりも重要である。全ての符号語Ｕｍはユニタリであり、すなわち、ＵｍＵｍＨ＝ＵｍＨＵｍ＝Ｉ２であることに留意されたい。
【００３８】
ユニタリ差動符号化を利用する送信機では、デジタルデータバッファ３２０は、２シンボルあたり４ｑビットから、符号語インデックスｍ（ｍ＜Ｍ）を生成する。ユニタリ変調器３３０は、符号セット３１０から、第ｍの符号語Ｕｍを選択する。ｘ／ｙ偏光信号は、ブロック単位（ｂｌｏｃｋ−ｗｉｓｅ）の差動符号化３４０によって得られ、その場合、ＤＰ信号送信ブロック［Ｓ（２ｋ），Ｓ（２ｋ＋１）］が、遅延したバージョン３４２および符号語Ｕｍの行列乗算３４１によって差動符号化される。それゆえ、結果として生成されるｘ偏光信号は、ｙ偏光信号と直交する。それは、複数のユニタリブロックが或る種のグラスマンコンスタレーションになることを意味する。それゆえ、差動符号化されたユニタリコンスタレーションは、ＧＬＲＴプロセスおよび差動復号によって復号される。
【００３９】
グラスマンコンスタレーションおよびユニタリコンスタレーションは、無線チャネルおよび光チャネルの両方に適用可能である。しかしながら、光ファイバチャネルは、無線通信チャネルと区別される固有の特性を有し、具体的には、実用的な光ファイバシステムでは偏光依存損失（ＰＤＬ）が低いので、光チャネルＨ（ｋ）はユニタリに近い。この発明の実施の形態１は、性能を改善するために、光チャネルが概ねユニタリ性であることを利用するさらに別の方法を提供する。
【００４０】
図４は、２重差動回転符号と呼ばれる、クロストークなしの多次元変調のための符号化および復号のブロック図を示しており、２重差動回転符号は光ファイバチャネルのユニタリ性を利用する。送信機４１０において、２次元変調信号Ｐ（ｋ）４２１が最初に、要素単位で差動符号化され（４２０）、すなわち、ｘ／ｙ偏光信号が従来通りに独立して符号化される。その後、差動符号化されたベクトルＶ（ｋ）４２５を、ベクトル単位で差動符号化して（４３０）、送信ＤＰ信号Ｓ（ｋ）４３５を得る。要素単位の差動符号化４２０の場合、要素単位乗算器４２３を用いて、信号Ｐ（ｋ）を、遅延４２２を有するベクトルＶ（ｋ）と乗算して、差動符号化された信号Ｖ（ｋ）４２５を得る。ベクトル単位の差動符号化４３０の場合、信号Ｖ（ｋ）は回転行列Ｑｓ４３２と乗算され（４３１）、その行列は、送信ＤＰ信号Ｓ（ｋ）の遅延したバージョン４３４を供給することによって（ｂｙ ｆｅｅｄｉｎｇ）、回転演算部（ｒｏｔａｔｏｒ）４３３において生成される。その回転行列は以下のように与えられる。
【００４１】
【数６】
【００４２】
この式は、０以外の任意の信号Ｓ（ｋ）の場合にユニタリ行列になり、すなわち、ＱｓＱｓＨ＝ＱｓＨＱｓ＝Ｉ２である。ＡｅｊＢのスカラ項を除いて、クロストーク光チャネルＨ（ｋ）も同じ種類のそのようなユニタリ回転行列であることに留意されたい。
【００４３】
２重差動回転符号によって、その受信機は、強い偏光クロストークが存在する場合であっても差動形式でデータを復号できるようになるのに対して、従来の偏光による差動変調はクロストークを許容しない。受信機側４６０では、受信したＤＰ信号Ｒ（ｋ）をベクトル単位で差動復号して（４７０）、中間データＶ’（ｋ）４７６が得られ、さらに要素単位で差動復号して（４８０）、所望のデータの推定値Ｐ’（ｋ）４８１が得られる。
【００４４】
ベクトル単位の差動復号４７０の場合、受信信号Ｒ（ｋ）が回転行列ＱＲ４７３と乗算され、その行列は、以下のように、受信信号の遅延バージョン４７５を与えられるときに、回転演算部４７４によって生成される。その回転行列は、以下のように与えられる。
【００４５】
【数７】
【００４６】
回転行列はユニタリであるので、ベクトル単位の差動復号４７０中に雑音は改善されない。差動復号されたデータＶ’（ｋ）は以下のように与えられる。
【００４７】
【数８】
【００４８】
ただし、｛Ａ１，Ａ２｝はＡｅｊＢに依存するスカラ値であり、Ｎ’（ｋ）は残留雑音である。上記の式は、チャネルＨ（ｋ）がスケーリングされたユニタリ行列に近いので、任意の偏光クロストークが差動回転によって自動的に解消されることを意味する。
【００４９】
未知のスカラ値｛Ａ１，Ａ２｝を処理するために、自らの遅延バージョン４８３の要素単位の除算４８２を用いて、中間データＶ’（ｋ）４７６に対する要素単位の差動復号４８０を実行して、最終的な復号されたデータＰ’（ｋ）４８１を得る。回転符号は光チャネル特性の付加的な知識を利用するので、回転符号は一般的にグラスマンコンスタレーションおよびユニタリコンスタレーションより優れている。
【００５０】
クロストークなしの多次元コンスタレーションは、低密度パリティ検査符号および多次元トレリス符号化変調のような、さらに別の誤り訂正符号を導入して、符号化利得を達成することによってさらに改善される。
【００５１】
この発明の実施の形態１によるクロストークなしの多次元コンスタレーションは、高いＳＮＲにおいて、長いファイバ距離にわたり、従来技術のＤＰコンスタレーションに比べて、３ｄＢを超える改善を有する。この発明の方法は、ＸＰｏｌＭ劣化に加えて、ＳＰＭおよびＸＰＭの他の非線形劣化、並びにＰＭＤの線形劣化に対処することができるのに対して、従来技術の方式は対処することはできない。
【００５２】
この発明の方法は、信号品質を改善することによって、ファイバ距離の範囲を広げる。それゆえ、この発明は、ＤＷＤＭおよびＰＯＬＭＵＸを用いる１００Ｇｂｐｓを超えるデータレートを達成する将来の長距離光通信に対して大きな影響を及ぼす。電気通信において、用語「長距離」は、州間通信および国際通信のような長い距離に及ぶ交換回線網に関連する。
【００５３】
本方法は、偏光クロストークキャンセラおよびチャネル推定を必要としない低複雑度受信機プロセスを提供する。
【００５４】
本方法は、コンスタレーションの高い次元が高いことに起因して、高い品質係数を達成する。この発明の方法とともに多次元トレリス符号化変調および誤り訂正符号が用いられるとき、付加的な利得を得ることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光通信システムにおいて非線形相互偏光変調（ＸＰｏｌＭ）を低減するための方法であって、
送信機において２重差動回転符号化するステップであって、該ステップは、
ｘ偏光信号およびｙ偏光信号Ｐ（ｋ）を独立して差動符号化して、中間信号Ｖ（ｋ）を得る、差動符号化するステップと、
回転行列Ｑｓを用いて前記中間信号Ｖ（ｋ）を同時に差動回転符号化するステップであって、該回転行列Ｑｓは、以前に送信されたｘ／ｙ偏光信号Ｓ（ｋ）によって生成される、差動回転符号化するステップと、
前記ｘ／ｙ偏光信号Ｓ（ｋ）を光信号にアップコンバートするステップと、
を含む、２重差動回転符号化するステップと、
受信機において２重差動回転復号するステップであって、該ステップは、
帯域制限フィルターを用いて、前記光信号を電気信号Ｒ（ｋ）にダウンコンバートするステップと、
ユニタリ回転行列ＱＲを乗算することによって、ｘ偏光信号およびｙ偏光信号を一緒に差動回転復号するステップであって、該ユニタリ回転行列ＱＲは、以前に受信された信号Ｒ（ｋ）によって生成され、中間推定データＶ’（ｋ）が得られる、差動回転復号するステップと、
前記中間推定データＶ’（ｋ）を独立して差動復号して、所望のデータの推定値Ｐ’（ｋ）を得る、差動復号するステップと、
を含む、２重差動回転復号するステップと、
を含む、コヒーレント光通信システムにおいて非線形相互偏光変調（ＸＰｏｌＭ）を低減するための方法。
【請求項２】
前記ＸＰｏｌＭおよび偏光モード分散（ＰＭＤ）によって引き起こされる偏光クロストークが、回転符号、ユニタリコンスタレーションまたはグラスマンコンスタレーションに基づく直交多次元コンスタレーションによって解消される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ユニタリコンスタレーション符号セット
【数１】
を設計するステップと、
２シンボルあたり４ｑビットをバッファリングして、符号インデックスｍを生成する、バッファリングするステップと、
第ｍのユニタリコンスタレーションＵｍを選択するステップと、
前記第ｍのユニタリコンスタレーションＵｍと乗算することによって、ｘ／ｙ偏光信号ブロック［Ｓ（２ｋ），Ｓ（２ｋ＋１）］を差動符号化するステップと、
前記ユニタリコンスタレーションを送信するステップと、
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
Ｌシンボルあたり２ｑＬビットをバッファリングして、符号インデックスｍを生成する、バッファリングするステップと、
次元２×（Ｌ−２）の非直交多次元変調の第ｍのアルファベットＤｍを生成するステップと、
前記アルファベットＤｍをグラスマン多様体上のより高次の超球表面に指数写像して、直交する符号語Ｇｍを得る、指数写像するステップと、
前記直交する符号語Ｇｍからのｘ／ｙ偏光信号Ｓ（ｋ）を順次に送信するステップと、
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ｘ偏光信号および前記ｙ偏光信号は前記送信機において直交し、該送信機は、格子変調を含む２重偏光多次元コンスタレーションを生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
クロストークなしの多次元コンスタレーションとともに、内部誤り訂正符号、および多次元トレリス符号化変調（ＴＣＭ）によって、付加的な符号化利得が達成可能である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
波長分割多重化（ＷＤＭ）によって、異なる波長にわたる複数の偏光多重化（ＰＯＬＭＵＸ）信号が多重化される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
長距離通信のために、複数のスパンのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）と、光増幅器（ＯＡ）と、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ユニタリ制約、より高次手法、およびマルチシンボル復号を用いる変更された一般化尤度比検定（ＧＬＲＴ）プロセスを適用して、性能を改善することができる、請求項２に記載の方法。
【請求項１】
コヒーレント光通信システムにおいて非線形相互偏光変調（ＸＰｏｌＭ）を低減するための方法であって、
送信機において２重差動回転符号化するステップであって、該ステップは、
ｘ偏光信号およびｙ偏光信号Ｐ（ｋ）を独立して差動符号化して、中間信号Ｖ（ｋ）を得る、差動符号化するステップと、
回転行列Ｑｓを用いて前記中間信号Ｖ（ｋ）を同時に差動回転符号化するステップであって、該回転行列Ｑｓは、以前に送信されたｘ／ｙ偏光信号Ｓ（ｋ）によって生成される、差動回転符号化するステップと、
前記ｘ／ｙ偏光信号Ｓ（ｋ）を光信号にアップコンバートするステップと、
を含む、２重差動回転符号化するステップと、
受信機において２重差動回転復号するステップであって、該ステップは、
帯域制限フィルターを用いて、前記光信号を電気信号Ｒ（ｋ）にダウンコンバートするステップと、
ユニタリ回転行列ＱＲを乗算することによって、ｘ偏光信号およびｙ偏光信号を一緒に差動回転復号するステップであって、該ユニタリ回転行列ＱＲは、以前に受信された信号Ｒ（ｋ）によって生成され、中間推定データＶ’（ｋ）が得られる、差動回転復号するステップと、
前記中間推定データＶ’（ｋ）を独立して差動復号して、所望のデータの推定値Ｐ’（ｋ）を得る、差動復号するステップと、
を含む、２重差動回転復号するステップと、
を含む、コヒーレント光通信システムにおいて非線形相互偏光変調（ＸＰｏｌＭ）を低減するための方法。
【請求項２】
前記ＸＰｏｌＭおよび偏光モード分散（ＰＭＤ）によって引き起こされる偏光クロストークが、回転符号、ユニタリコンスタレーションまたはグラスマンコンスタレーションに基づく直交多次元コンスタレーションによって解消される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ユニタリコンスタレーション符号セット
【数１】
を設計するステップと、
２シンボルあたり４ｑビットをバッファリングして、符号インデックスｍを生成する、バッファリングするステップと、
第ｍのユニタリコンスタレーションＵｍを選択するステップと、
前記第ｍのユニタリコンスタレーションＵｍと乗算することによって、ｘ／ｙ偏光信号ブロック［Ｓ（２ｋ），Ｓ（２ｋ＋１）］を差動符号化するステップと、
前記ユニタリコンスタレーションを送信するステップと、
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
Ｌシンボルあたり２ｑＬビットをバッファリングして、符号インデックスｍを生成する、バッファリングするステップと、
次元２×（Ｌ−２）の非直交多次元変調の第ｍのアルファベットＤｍを生成するステップと、
前記アルファベットＤｍをグラスマン多様体上のより高次の超球表面に指数写像して、直交する符号語Ｇｍを得る、指数写像するステップと、
前記直交する符号語Ｇｍからのｘ／ｙ偏光信号Ｓ（ｋ）を順次に送信するステップと、
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ｘ偏光信号および前記ｙ偏光信号は前記送信機において直交し、該送信機は、格子変調を含む２重偏光多次元コンスタレーションを生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
クロストークなしの多次元コンスタレーションとともに、内部誤り訂正符号、および多次元トレリス符号化変調（ＴＣＭ）によって、付加的な符号化利得が達成可能である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
波長分割多重化（ＷＤＭ）によって、異なる波長にわたる複数の偏光多重化（ＰＯＬＭＵＸ）信号が多重化される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
長距離通信のために、複数のスパンのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）と、光増幅器（ＯＡ）と、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ユニタリ制約、より高次手法、およびマルチシンボル復号を用いる変更された一般化尤度比検定（ＧＬＲＴ）プロセスを適用して、性能を改善することができる、請求項２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２２２８１１（Ｐ２０１２−２２２８１１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−７３３２８（Ｐ２０１２−７３３２８）
【出願日】平成２４年３月２８日（２０１２．３．２８）
【出願人】（５９７０６７５７４）ミツビシ・エレクトリック・リサーチ・ラボラトリーズ・インコーポレイテッド (484)
【住所又は居所原語表記】２０１ ＢＲＯＡＤＷＡＹ， ＣＡＭＢＲＩＤＧＥ， ＭＡＳＳＡＣＨＵＳＥＴＴＳ ０２１３９， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７３３２８（Ｐ２０１２−７３３２８）
【出願日】平成２４年３月２８日（２０１２．３．２８）
【出願人】（５９７０６７５７４）ミツビシ・エレクトリック・リサーチ・ラボラトリーズ・インコーポレイテッド (484)
【住所又は居所原語表記】２０１ ＢＲＯＡＤＷＡＹ， ＣＡＭＢＲＩＤＧＥ， ＭＡＳＳＡＣＨＵＳＥＴＴＳ ０２１３９， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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