(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6095699
(24)【登録日】2017年2月24日
(45)【発行日】2017年3月15日
(54)【発明の名称】修正ビット・インターリーブ符号化変調を含むシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H03M 13/25 20060101AFI20170306BHJP
H03M 13/27 20060101ALI20170306BHJP
H04L 27/00 20060101ALI20170306BHJP
【FI】
H03M13/25
H03M13/27
H04L27/00 B
【請求項の数】12
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2014-558753(P2014-558753)
(86)(22)【出願日】2013年1月31日
(65)【公表番号】特表2015-508968(P2015-508968A)
(43)【公表日】2015年3月23日
(86)【国際出願番号】US2013024014
(87)【国際公開番号】WO2013126196
(87)【国際公開日】20130829
【審査請求日】2015年11月6日
(31)【優先権主張番号】61/600,989
(32)【優先日】2012年2月20日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】13/569,628
(32)【優先日】2012年8月8日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】502101180
【氏名又は名称】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
(74)【代理人】
【識別番号】100094112
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 讓
(74)【代理人】
【識別番号】100106183
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 弘司
(72)【発明者】
【氏名】チャン,ホンビン
(72)【発明者】
【氏名】バション,フサム ジー.
【審査官】
岡 裕之
(56)【参考文献】
【文献】
特開2010−050558(JP,A)
【文献】
Lifang Li et al.,Iterative Demodulation and Decoding of Coded Non-Square QAM,Military Communications Conference, 2003. MILCOM '03. 2003 IEEE,2003年10月16日,Vol.1,pp.84-89
【文献】
JianZhong Guo et al.,Performance analysis of PA coded pulse-position modulation for Space Optical Communications,Information Engineering and Computer Science(ICIECS), 2010 2nd International Conference on,2010年12月26日
【文献】
Jing Li et al.,On the Bit-Error Rate of Product Accumulate Codes in Optical Fiber Communications,Journal of Lightwave Technology,2004年 2月,Vol.22, No.2,pp.640-646
【文献】
H. Zhang et al.,16QAM transmission with 5.2 bits/s/Hz spectral efficiency over transoceanic distance,OPTIC EXPRESS,2012年 5月 8日,Vol.20, No.11,pp.11688-11693
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H03M 13/25
H03M 13/27
H04L 27/00
IEEE Xplore
CiNii
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれ(204)が、関連する入力信号を第1のFEC符号を用いてエンコードし、関連する第1のFEC符号でエンコードされた出力を提供するように構成されている、複数の第1の前方誤り訂正(FEC)符号エンコーダ(204−1、・・・、204−k)と、
前記複数の第1のFEC符号エンコーダの少なくとも1つ(204)に結合されており、前記複数の第1のFEC符号エンコーダ(204−1、・・・、204−k)の前記少なくとも1つの前記関連する第1のFEC符号でエンコードされた出力の少なくとも一部を含むインターリーブされた出力を提供するように構成されている、インターリーバ(206)と、
前記インターリーバ(206、411)に結合されており、前記インターリーブされた(804)出力を第2のFECコードを用いてエンコードし、第2のFEC符号でエンコードされた出力を提供するように構成されている、第2のFEC符号エンコーダ(208)と、
前記第2のFEC符号エンコーダ(208)に結合されており、前記第2のFEC符号でエンコードされた出力に応答して光信号を変調して、変調された出力信号を提供するように構成されている、変調器(212)と、
前記変調された出力信号を表す信号を受け取り、前記第2のFEC符号を用いて前記信号をデコードして、第2のFEC符号でデコードされた出力信号を提供するように構成された第2のFEC符号デコーダ(404)と、
前記第2のFEC符号デコーダ(404)に結合されており、前記第2のFEC符号でデコードされた出力信号に応答して複数のデインターリーブされた出力を提供するように構成されたデインターリーバ(406)と、
前記デインターリーブされた出力の関連する1つを受け取り、関連する第1のFEC符号でデコードされた出力信号を提供するようにそれぞれが構成されている、複数の第1のFEC符号デコーダ(408−1、・・・、408−k)と、
前記第1のFEC符号でデコードされた出力信号のそれぞれを受け取り、前記第1のFEC符号でデコードされた出力信号をシリアルな出力データ・ストリームに多重化するように構成されたマルチプレクサ(410)と、
前記出力データ・ストリームをインターリーブして、前記第2のFEC符号デコーダ(404)にフィードバックを提供するように構成されたインターリーバ(411)と、
を備える、システム。
【請求項2】
前記第2のFEC符号が単一パリティ検査(SPC)符号を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項3】
前記第1のFEC符号が低密度パリティ検査符号(LDPC)を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項4】
前記変調された出力信号が直交振幅変調(QAM)フォーマットを有する、請求項1に記載のシステム。
【請求項5】
前記第1のFEC符号が低密度パリティ検査(LDPC)符号を含み、前記第2のFEC符号が単一パリティ検査(SPC)符号を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項6】
前記第2のFEC符号エンコーダ(208)に結合されており、前記第2のFEC符号でエンコードされた出力をグレイ符号を用いて写像するように構成されているグレイ・マッパ(210)を更に備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項7】
シリアルな入力データ・ストリームを受け取り、前記シリアルな入力データ・ストリームを複数のデマルチプレクスされたデータ・ストリームにデマルチプレクスするように構成されたデマルチプレクサ(202)を更に備え、前記デマルチプレクスされたデータ・ストリームのそれぞれは、前記関連する入力信号として、前記第1のFEC符号エンコーダ(204−1、・・・、204k)の内の関連する1つに結合される、請求項1に記載のシステム。
【請求項8】
前記インターリーバ(206)が複数の前記第1のFEC符号エンコーダ(204−1、・・・、204k)のそれぞれに結合されており、前記インターリーブされた出力は前記関連する第1のFEC符号でエンコードされた出力のそれぞれの少なくとも一部を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項9】
第1のFEC符号および第2のFEC符号を用いてエンコードされインターリーブされた信号を受け取り、前記第2のFEC符号を用いて前記信号をデコードして、第2のFEC符号でデコードされた出力信号を提供するように構成されている、第2の前方誤り訂正(FEC)符号デコーダ(404)と、
前記第2のFEC符号デコーダ(404)に結合されており、前記第2のFEC符号でデコードされた出力信号に応答して複数のデインターリーブされた出力を提供するように構成されている、デインターリーバ(406)と、
前記デインターリーブされた出力の内の関連する1つを受け取り、関連する第1のFEC符号でデコードされた出力信号を提供するようにそれぞれが構成されている、複数の第1のFEC符号デコーダ(408−1、・・・、408−k)と、
前記第1のFEC符号でデコードされた出力信号のそれぞれを受け取り、前記第1のFEC符号でデコードされた出力信号をシリアルな出力データ・ストリームに多重化するように構成されたマルチプレクサ(410)と、
前記出力データ・ストリームをインターリーブして、前記第2のFEC符号デコーダ(404)にフィードバックを提供するように構成されたインターリーバ(411)と、
を備える、光信号受信機(400)。
【請求項10】
前記第2のFEC符号が単一パリティ検査(SPC)符号を含む、請求項9に記載の受信機。
【請求項11】
前記第1のFEC符号が低密度パリティ検査符号(LDPC)を含む、請求項9に記載の受信機。
【請求項12】
前記第1のFEC符号が低密度パリティ検査(LDPC)符号を含み、前記第2のFEC符号が単一パリティ検査(SPC)符号を含む、請求項9に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本特許出願は、情報の光伝送に関し、より詳細には、修正ビット・インターリーブ符号化変調(modified bit-interleaved coded modulation)を含むシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
波長分割多重(WDM)光通信システムでは、いくつかの異なる光搬送波の波長が、データを用いて別々に変調され、変調された光信号が生成される。変調された光信号は、集合信号(aggregate signal)に組み合わされ、光伝送経路を経由して受信機まで伝送される。受信機は、データを検出して復調する。
【0003】
光通信システムで用いることができる1つのタイプの変調として、位相シフト・キーイング(PSK)がある。PSKの様々なバリエーションに従って、光の波長の位相を変調することによりデータが伝送され、光の波長の位相または位相変位が、1または複数ビットをエンコードしているシンボルを表す。例えば、バイナリ位相シフト・キーイング(BPSK)変調方式では、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。直交位相シフト・キーイング(QPSK)変調方式では、4つの位相を用いて、1シンボル当たり2ビットをエンコードすることができる。これ以外の位相シフト・キーイングのフォーマットには、差分位相シフト・キーイング(DPSK)フォーマットと、ゼロ復帰DPSK(RZ−DPSK)および位相分割多重QPSK(PDM−QPSK)などの、PSKおよびDPSKフォーマットの変形とが含まれる。
【0004】
複数のデータ・ビットが単一の送信されたシンボル上でエンコードされるQPSKなどの変調フォーマットは、一般に、マルチレベル変調フォーマットと称することができる。マルチレベル変調技術は、例えば、伝送速度の向上とチャネル間隔の縮小とを可能にするために用いられてきており、それによって、WDMシステムにおけるそれぞれのチャネルのスペクトル効率(SE)を向上させる。スペクトル効率が優れたマルチレベル変調フォーマットの1つとして、直交振幅変調(QAM)がある。QAM信号では、情報は、例えば1シンボル当たり複数ビットをエンコードするために、位相シフト・キーイングと振幅シフト・キーイングとの組み合わせを用いて、変調される。例えば、1シンボル当たり4ビットをエンコードするためには、16QAM変調フォーマットを用いることができる。(例えば、BPSKおよびQPSKなどの)特定のPSK変調方式が、(例えば、それぞれが2QAMおよび4QAMなどの)QAMのレベルとして、参照されうる。
【0005】
光通信システムと関連する問題の1つとして、特に光信号が長距離通信システムにおいて長距離にわたり伝送されるときに、通信されるデータの完全性(integrity)を維持することが挙げられる。伝送経路における多くの異なるソースに起因して累積されたノイズが、信号の劣化を生じさせ、データ・ストリームにおける2進数(すなわち、1と0)を区別する際に困難を生じさせることがありうる。
【0006】
前方誤り訂正(FEC)は、この劣化の補償を助けるために用いられる技術である。FECとは、本質的に、送信機において、データ・ストリームに適切な符号を組み入れることである。送信機は、データ・ストリームを受け取り、データ・ストリームのバイナリ情報のシーケンスに何らかの冗長性を導入するFECエンコーダを用いて、データ・ストリームをエンコードする。受信機は、エンコードされたデータを受信し、誤りを検出して訂正するために、受信したデータにFECデコーダを通過させる。
【0007】
また、グレイ写像も、検出の向上を達成するために、適用されてきた。グレイ写像とは、重み付けされていない符号を連続したビットの組のそれぞれに割り当て、隣接する符号語が1つのシンボルだけ異なるようにする、すなわち、隣接する符号語のハミング距離が1になるようにする、既知のプロセスである。例えば、4ビットを表すシンボルでデータが伝送される16QAMシステムでは、信号の信号空間ダイアグラムは、隣接する信号空間点によって運ばれる4ビットのグレイ符号化されたパターンが1ビットだけ異なるように、グレイ写像を用いて配列される。グレイ写像とFECとを組み合わせることにより、信号空間ダイアグラムにおける信号空間点が隣接する点の領域の中に変位する原因となる伝送誤りの訂正を容易にすることができる。
【0008】
データ変調とFEC符号化とを組み合わせることへのあるアプローチは、ビット・インターリーブ符号化変調(BICM)として知られている。BICM方式では、FEC符号化がデータ・ストリームに適用され、次に、FEC符号化されたデータ・ストリームがビット・インターリーブされる(すなわち、ビットの順序が並び換えられる)。符号化されインターリーブされたデータ・ストリームは、次に、選択されたデータ変調に従い、グレイ写像を用いて、または、グレイ写像を用いることなく、変調される。BICMのパフォーマンスは、ある場合には、デマッパ(de−mapper)とデコーダとの間で情報を交換し、反復的な復号化(ID)を実行することにより、更に向上させることが可能である。ID復号化を伴うBICM方式は、BICM−ID方式として知られている。
【0009】
しかし、グレイ写像を伴うBICMのパフォーマンスは限定されうる、ということが発見されている。実際に、グレイ写像を伴わないBICM−IDは、一部のFEC符号に対して、グレイ写像を伴うBICMよりもパフォーマンスが優れており、反復的な復号化を用いると、誤りの確率を消滅させることができる。しかし、それ以外のFEC符号については、グレイ写像を伴わないBICM−IDは、グレイ写像を伴うBICMよりも依然としてパフォーマンスが優れているが、パフォーマンスの向上は反復的な復号化と共に縮小し、本質的に誤りのない復号化は達成されない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
ここで、本発明を、以下の添付の図面を参照して例示することにより、説明する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】本開示によるシステムのある例示的な実施形態のブロック図である。
【
図2】本開示による送信機のある例示的な実施形態のブロック図である。
【
図3】本開示によるグレイ写像を用いた16QAM信号の例示的な実施形態の信号空間ダイアグラムである。
【
図4】本開示による受信機のある例示的な実施形態のブロック図である。
【
図5】本開示によるMAP SISOデコーダを含むデマッパのパフォーマンスを図解する、Qの入力および出力とビット当たりのSNRとの関係を示すプロットである。
【
図6】本開示による例示的な修正BICM−ID方式のパフォーマンスを図解する、BERとMAP出力Qとの関係を示すプロットである。
【
図7】本開示による例示的な修正BICM−ID方式のパフォーマンスを図解する、BERとビット当たりのSNRとの関係を示すプロットである。
【
図8】本開示による方法のある例を図解しているフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
一般に、本開示によるシステムは、修正BICM−ID方式を実装する。この方式では、符号化されインターリーブされたビットが組み合わされ、第2のFEC符号を用いて符号化され、変調フォーマットに写像(map)される。ある特に効果的な実施形態では、第2のFEC符号が単一パリティ検査(SPC)であり、この方式は、SPC−BICM−IDと称されうる。そのような実施形態では、入来データ・ストリームが複数のデータ・ストリームにデマルチプレクスされ、デマルチプレクスされたデータ・ストリームは、それぞれが、低密度パリティ検査(LDPC)のFEC符号を用いて符号化され、ビット・インターリーブされている。符号化されビット・インターリーブされたLDPCデータは、次に、単一パリティ検査(SPC)を用いて組み合わされ、次いで符号化され、1つまたは複数のQAMシンボルにグレイ写像される。受信機において反復的なデコード動作が実行されることで、連続的な反復を向上させるビット・エラー・レート(BER)パフォーマンスが達成されうる。
【0013】
ここで用いられている「FEC符号」とは、1または複数ビット(符号と関連するオーバヘッド)がデータの誤りの検出および訂正を助けるためにデータ・ストリームに追加される方式を意味する。ここで用いられている「グレイ・マップ」または「グレイ・マッピング」とは、既知のグレイ写像方式を意味する。この方式によると、ある符号が、連続するビットの組のそれぞれに割り当てられ、隣接する符号語は1つのシンボルだけ異なり、データ・ストリームに追加的なビットを追加することは含まれない(すなわち、グレイ写像はオーバヘッドを有していない)。ここで用いられる「結合された」という用語は、あるシステム要素によって搬送される信号がその「結合された」要素に、それを介して与えられるような、任意の接続、結合、リンクなどを意味する。そのような「結合された」デバイス、または、信号およびデバイスは、必ずしも相互に直接的に接続されていることはなく、そのような信号を操作または修正する可能性がある中間的なコンポーネントまたはデバイスによって、分離されている場合がありうる。
【0014】
図1は、本開示によるWDN伝送システム100のある例示的な実施形態の簡略化されたブロック図である。この伝送システムは、光情報経路102を経由して、送信端末104から1つまたは複数の遠隔地に配置された受信端末106まで、複数の光チャネルを伝送するように機能する。例示的なシステム100は、送信機から、5,000kmまたは更に遠くの距離にある受信機まで、チャネルを伝送するように構成された長距離海中システムである場合もありうる。この例示的な実施形態は光システムのコンテキストで説明されており、長距離WDM光システムとの関係で有用であるが、ここで論じられている広い概念は、他のタイプの信号を送受信する他の通信システムにおいて実装することも可能である。
【0015】
説明を容易にするためにシステム100が極めて簡略化されたポイント・ツー・ポイント・システムとして示されていることは、当業者であれば認識するであろう。例えば、送信端末104と受信端末106とを共にトランシーバとして構成することにより、それぞれが送信および受信の両方の機能を実行するようにすることはもちろん可能である。しかし、説明を容易にするため、これらの端末は、ここでは、単に送信または受信の一方の機能に関してだけ示され、説明される。本開示によるシステムおよび方法は、広範囲の様々なネットワーク・コンポーネントおよび構成に組み入れることが可能であることが理解されよう。ここで図解されている例示的な実施形態は、単に説明の方法として提供されているのであって、限定の方法として提供されているのではない。
【0016】
図解されている例示的な実施形態では、複数の送信機TX1、TX2、・・・、TXNのそれぞれが、関連する入力ポート108−1、108−2、・・・、108−Nにおいてデータ信号を受け取り、関連する波長X
1、X
2、・・・、Xでデータ信号を送信する。送信機TX1、TX2、・・・、TXNの1つまたは複数を、本開示による修正BICM−ID方式を用い、関連する波長においてデータを変調するように、構成することができる。これらの送信機は、もちろん、説明を容易にするために、極めて簡略化された形式で示されている。それぞれの送信機はその関連する波長において所望の振幅と変調とを伴ってデータ信号を送信するように構成された電気的および光学的コンポーネントを含みうることを、当業者であれば認識するであろう。
【0017】
送信される波長またはチャネルは、それぞれが、複数の経路110−1、110−2、・・・、110−N上を搬送される。データ・チャネルは、マルチプレクサまたはコンバイナ112によって、光経路102で、集合信号に組み入れられる。光情報経路102は、光ファイバ導波管と、光増幅器と、光フィルタと、分散補償モジュールと、それ以外の能動および受動コンポーネントとを含みうる。
【0018】
集合信号は、1つまたは複数の遠隔地にある受信端末106において、受け取られうる。デマルチプレクサ114が、波長X1、X2、・・・、XNで伝送されたチャネルを、関連する受信機RX1、RX2、・・・、RXNに結合された関連する経路116−1、116−2、・・・、116−Nの上に分離する。受信機RX1、RX2、・・・、RXNの1つまたは複数を、本開示による修正BICM−ID方式と関連する反復的なデコード動作を用いて伝送された信号を復調し、関連する出力経路118−1、118−2、・・・、118−Nの上に関連する出力データ信号を提供するように構成することができる。
【0019】
図2は、本開示によるある例示的な送信機200の簡略化されたブロック図である。図解されている例示的な実施形態200は、デマルチプレクサ202と、複数の第1のFEC符号エンコーダ204−1、204−2、・・・、204−kと、インターリーバ206と、第2のFECエンコーダ208と、グレイ・マッパ210と、連続波レーザ214の出力を変調して搬送波の波長XNの上に符号化され変調された出力を提供する変調器212とを含む。
【0020】
デマルチプレクサ202は、シリアルな入力データ・ストリーム118−Nを受け取り、その入力データ・ストリーム118−Nをk個の別々のパラレルなデータ・ストリームにデマルチプレクスするという既知の構成をとりうる。すなわち、すべてのキル・ビットは、デマルチプレクサ202によって、k番目のデータ経路203−1、203−2、・・・、203−kの上に分離される。k個のデータ・ストリームのそれぞれは、第1のFEC符号エンコーダ204−1、204−2、・・・、204−kの関連する1つに結合される。第1のFEC符号エンコーダ204−1、204−2、・・・、204−kは、それぞれを、関連する第1のFEC符号を用いて、受け取ったデータ・ストリームをエンコードするように構成することができる。
【0021】
多くのFEC符号が知られているが、それぞれ、符号がどのようにして生成され結果的にどのようなパフォーマンスを示すかに関係して、異なる性質を備えている。既知である誤り訂正符号の例には、線形および巡回ハミング符号と、巡回Bose−Chaudhuri−Hocquenghem(BCH)符号と、たたみ込み(ビタビ)符号と、巡回ゴーレイおよびファイア符号、ターボたたみ込みおよび積符号(TCC、TPC)と、低密度パリティ検査符号(LDPC)とが含まれる。第1のFEC符号エンコーダ204−1、204−2、・・・、204−kと、対応するデコーダ408−1、408−2、・・・、408−kとにおいて様々な誤り訂正符号を実装するためのハードウエアおよびソフトウエアの構成(
図4)は、当業者にとって既知である。
【0022】
第1のFEC符号エンコーダ204−1、204−2、・・・、204−kのそれぞれのエンコードされた出力は、インターリーバ206に結合される。様々なインターリーバの構成が知られている。図解されている実施形態では、インターリーバ206は、第1のFECエンコーダ204−1、204−2、・・・、204−kからk個の出力符号語を受け取り、第2のFEC符号エンコーダ208に、インターリーブされたkビットのシリアル出力を提供する。図解されている実施形態では、インターリーバ206は第1のFEC符号エンコーダ204−1、204−2、・・・、204−kから出力されるkビットをインターリーブするのであるが、当業者であれば、本開示によるシステムにおいて、他のインターリーブ動作の構成を実装できることを認識するであろう。例えば、別の実施形態では、インターリーバ206を、第1のFECエンコーダ204−1、204−2、・・・、204−kの出力を個別的にインターリーブして、第1のFECエンコーダ204−1、204−2、・・・、204−kのインターリーブされた出力のそれぞれからの1ビットに対して、kビットのシリアルな出力を提供するように構成することができる。
【0023】
第2のFEC符号エンコーダ208は、インターリーバ206から、エンコードされインターリーブされた出力を受け取り、それぞれのkビットを、第2のFEC符号を用いてエンコードする。第2のFEC符号は、任意の既知のFEC符号でかまわない。本開示による修正BICM−ID方式において特に有用なFEC符号の1つとして、既知の単一パリティ検査(SPC)符号がある。SPC符号は、1つのパリティ・ビットを、それぞれのkデータ・ビットに加える。パリティ・ビットは、関連するkデータ・ビットのパリティ(ビット・ストリームにおいてそれが奇数であるか又は偶数であるか)を示している。第2のFEC符号がSPC符号である本開示による修正BICM−ID方式は、SPC−BICM−ID方式と称されることがある。
【0024】
SPC符号は、kl(k+1)という符号レートを有する。例えば、k=7のとき、SPC符号は、14%のオーバヘッドを有する。23%のオーバヘッドだけを有するBICMまたはBICM−IDを用いるシステムと同じ全体的なオーバヘッドを維持するためには、本開示によるSPC−BICM−ID方式のための第1のFEC符号のオーバヘッドは、8.95%を超えることはない。しかし、第1のFEC符号のオーバヘッドにおけるこの減少が、パフォーマンスに対して、否定的な影響を及ぼすことはない。符号のパフォーマンスは、FECのスレショルド(threshold)によって特徴付けることが可能である。なお、FECのスレショルドは、FECデコーダの出力のビット・エラー率が例えば10
45という予め定められた値よりも小さくなるようなFECデコーダの入力におけるQ値として、定義することができる。本開示によるシステムは、例えば反復の後で、第2のFEC符号を有しておらず第1のFEC符号におけるオーバヘッドがより高いようにシステムによって達成されるFECスレショルドよりも低いFECスレショルドを生じさせることができる。
【0025】
第2のFEC符号エンコーダ208の出力は、既知のグレイ・マッパ210に結合されうる。グレイ・マッパ210は、グレイ写像を用いて、データ・ビット(関連するパリティ検査ビットを伴う、kデータ・ビット)のそれぞれのk+1を符号化するように構成することができる。グレイ写像されたk+1ビットは、既知の変調器212を用いて、連続波レーザ214の光搬送波波長の上に変調することができる。エンコードされ写像され変調された変調器の出力は、WDMシステムにおけるマルチプレクサ112(
図1)に結合することができる。
【0026】
変調器212は、グレイ・マッパ210の出力を、いずれかの既知の変調方法を用いて、搬送波の波長上に変調することができる。本開示によるある実施形態では、変調器は、グレイ写像されたビットのすべてのk+1を、1つまたは複数のQAMシンボルの中に変調することができる。例えば、グレイ写像されたビットのすべてのk+1は、1つの2
k+1QAMシンボルまたは2つの2
(k+1)/2QAMシンボルのいずれかの中に変調されうる。
図3は、例えば、165QAM信号の信号空間ダイアグラム302を図解しており、これは、グレイ写像を用いて、第2のFECエンコーダ208から関連する信号空間点へ、それぞれの4ビットを写像したものを図解している。
【0027】
WDMシステム100では、変調器212の光出力は、マルチプレクサ112に結合されて、光情報チャネル102を経由して伝送するため、集合信号の中に、他の送信機の光出力と多重化されうる。受信端末におけるデマルチプレクサ114は、集合信号をデマルチプレクスし、デマチプレクスされた光信号は、関連する受信機に結合されうる。受信機は、光信号を復調しデコードして、関連するデータ・ストリーム118−Nを再生するように構成されている。
【0028】
図4は、本開示によるある例示的な受信機400の簡略化されたブロック図である。図解されている例示的な実施形態400は、検出器402と、デマッパおよび第2のFECデコーダ404と、デインターリーバ406と、複数の第1のFEC符号デコーダ408−1、408−2、・・・、408−kと、マルチプレクサ410と、インターリーバ411とを含む。
【0029】
検出器402は、搬送波の波長λ
Nの上に変調されている光信号を受け取り、その光信号をデジタル電気信号に変換するように構成されうる。ある実施形態では、例えば、検出器402は、既知であるコヒーレント受信機構成として、例えば、偏光ダイバーシティ・コヒーレント受信機と、デジタル信号処理(DSP)回路とを提供することができる。DSP回路は、このコヒーレント受信機の出力を処理して、デマッパおよび第2のFECデコーダ404へのデジタル出力信号を提供することができ、それが、送信機においてグレイ・マッパ210の出力信号を再生する。
【0030】
デマッパおよび第2のFECデコーダ404は、検出器402の出力を受け取ることができ、第2のFEC符号を用いて、データを逆写像し、送信機において生じた変調フォーマットに戻す。示されているように、逆写像は、受信機の出力すなわち図解されている実施形態におけるマルチプレクサ410の出力からのアプリオリ(a priori)の対数尤度比(LLR)フィードバックに応答して、反復的に実行される。デマッパおよび第2のFECデコーダ404は、データ経路205の上に逆写像されたデータを提供し、送信機におけるインターリーバ206の出力を再生させる。デマッパおよび第2のFECデコーダ404の出力は、デインターリーバ406に結合され、このデインターリーバ406が、送信機における関連するインターリーバ206によって実行されたビット・インターリーブ動作を反転させ、第1のFEC符号デコーダ408−1、408−2、・・・、408−kに、k個の関連する出力を提供する。更に、デマッパおよび第2のFECデコーダ404は、外部LLR情報を確立し、その外部LLR情報を、第1のFEC符号デコーダ408−1、408−2、・・・、408−kが自らへの入力をデコードする際にアプリオリなLLR情報として用いるために、第1のFEC符号デコーダ408−1、408−2、・・・、408−kに、転送する。
【0031】
第1のFEC符号デコーダ408−1、408−2、・・・、408−kは、それぞれを、受け取ったデータ・ストリームを、第1のFEC符号とデマッパおよび第2のFECデコーダ404から受け取った外部LLR情報とを用いて、デコードするように構成することができる。第1のFEC符号デコーダ408−1、408−2、・・・、408−kのそれぞれのk個のデコードされた出力は、既知のマルチプレクサ410に結合される。マルチプレクサ410は、k個の逆写像され、デインターリーブされ、且つデコードされたビット・ストリーム409−1、409−2、・・・、409−kを多重化して、受信機のシリアルなデジタル出力118−Nを生成する。
【0032】
出力118−Nは、インターリーバ411を経由して、デマッパおよび第2のFECデコーダ404にフィードバックされ、デマッパおよび第2のFECデコーダ404が自らへの入力をデコードするときに用いられるアプリオリなLLR情報を提供する。インターリーバ411は、本質的に、デインターリーバ406によって実行されるデインターリーブ動作を反転する。
【0033】
本開示による修正BICM−ID方式は、様々な構成で提供することが可能であることを、当業者であれば認識するであろう。本開示によるある実施形態では、第1のFEC符号は7%のオーバヘッドLDPC符号であり、第2のFEC符号はSPC符号であり、データ変調はQAMフォーマットを用いて実行されうる。その実施形態では、データ・ストリームの数kが7である場合には、符号化されインターリーブされた情報である7ビットと、パリティ・ビットである1ビットとが、第2のFEC符号エンコーダ208の出力においてグループ化され、8ビットのベクトルC=(C(0),C(1),・・・,C(7))になる。ベクトルCは、グレイ・マッパ210によるグレイ写像により、2つの16QAMシンボルs(1)およびs(2)に符号化され、これらは、変調器212によって、光搬送波λ
Nの上に変調される。16QAMシンボルは、2
k個の対が存在しうる。
【0034】
受信機では、デマッパおよび第2のFECデコーダ404が、受信した1対のシンボルr1およびr2と、受信機の出力からの対応する次の(1)に示すアプリオリ・ビットLLRとを、処理する。
i=0からkについて、L
a(C(i))=log(P(C(i)=0))−log(P(C(i)=1))・・・(1)
そして、外部LLRが、次のように計算される。
【数1】
ここで、C
0およびC
1は、8ビットのベクトルを表し、i∈{0,1,0・・・,k−1}であるiの位置のビット値はそれぞれ0または1であり、j=0,1,・・・,kであるjに対して、C
b∈{1,0}(j)∈{0,1}である。1ビット当たりの与えられた信号対雑音比(SNR)に対して、ノイズσ
2の分散が計算され、2つのシンボルの対数尤度は次のように計算される。
【数2】
次に、デマッパおよび第2のFECデコーダ404からの外部LLR情報は、第1のFEC符号デコーダ408−1、408−2、・・・、408−kに転送され、デコード動作を行う目的で必要とされるアプリオリな情報として、用いられる。
【0035】
C(i)のビット値に関する判断が、L
e(C(i))に従って404でなされる場合には、デマッパおよび第2のFECデコーダ404は、2シンボルの最大アポステリオリ(a posteriori)(MAP)の検出器を含むと称されうる。
図5には、C(i)に関するアプリオリな情報がまだ入手できないデコード動作の第1の反復において、i∈{0,1,・・・,k}に対してLa(C(i))=0であるときの異なるSNRでの、2つのシンボルのMAPソフト入力ソフト出力(SISO)デコーダによるQの改善を示すプロット502、504が含まれている。プロット502は、デマッパおよび第2のFECデコーダ404の出力におけるSNR/ビットとQ値との関係に関するプロットであり、プロット504は、デマッパおよび第2のFECデコーダ404の入力におけるSNR/ビットとQ値との関係に関するプロットである。C(i)に関するアプリオリな情報が受信機の出力からまだ入手可能でない第1の反復では、上述した方程式(2)は、次のようになる。
L
a(C(i))=max(log(P(r
1,r
2|C
0)))−max(log(P(r
1,r
2|C
1)))・・・(4)
この第1の反復では、デマッパおよび第2のFECデコーダ404のMAP検出器は、受け取った1対のシンボル(r
1,r
2)からの最小のユークリッド距離を有する1対のシンボルを選択して、k情報ビットに復調する。
【0036】
再び
図3を参照すると、Cの中で1に等しいビットの総数は(SPC符号のパリティ・ビットによって示されているように)奇数であるという制約を追加することによって、s(1)が
図3においてAのラベルが付されている状態にある場合には、s(2)は
図3においてBのラベルが付されている状態の1つだけにあるということを、われわれは理解することができる。例えば、s(1)=1111である場合には、s(2)は、{0010,1110,0111,1011,0001,1101,0100,1000}という可能性がある値の内の1つだけをとることができる。そして、その値は、
【数3】
という最小のユークリッド距離を有している。これは、s(2)が最小のユークリッド距離がd
mimである16個の可能性のある状態の内のいずれかでありうる、制約のない場合と対照的である。
【0037】
この実施形態では、デマッパの2シンボルのMAPデコーダと第2のFECデコーダ404とは、パリティ・ビットが不変であるために、偶数のビット・エラーをデコードできない。しかし、この例ではLDPCデコーダとして構成されている第1のFEC符号デコーダ408−1、408−2、・・・、408−kは、はるかに長い相関長を有しており、同じ8ビットのベクトルからのビット・エラーは並び換えられて、k個のLDPCデコーダの間に配分される。また、第1の反復の後での、LDPCデコーダから、デマッパおよび第2のFECデコーダ404におけるMAPデコーダへのアプリオリなLLRフィードバックは、MAP検出器を改善するのに役立ち、従って、デマッパおよび第2のFECデコーダ404におけるMAP検出器からLDPCデコーダに送られる外部的なLLRの信頼性を向上させる。
【0038】
第1のFEC符号として7%のLDPC符号を用いる上述したSPC−BICM−IDの実施形態のパフォーマンスが、
図6および7と共に図解されている。
図6には、受信機の出力におけるビット・エラー・レート(BER)である測定されたプロット602、604、606、608および610が、(LDPCデコーダの入力に結合されている)MAPデコーダの出力におけるQ(dB)との関係で含まれている。それぞれのプロット602、604、606、608および610は、受信機におけるデコード動作の異なる反復と関連している。図解されているプロットは、本開示による修正BICM−ID方式によると、反復的なデコード動作およびデマッピング動作により、改善されたFECスレショルドが得られることを示している。プロット602に図解されている第1の反復では、7%のオーバヘッドのLDPCデコーダは、約7.8dBのスレショルドを有する。プロット610に図解されている第5の反復の後では、FECスレショルドは、デコーダ入力(MAP出力)における6.5dBまで低下する。
【0039】
図7には、受信機の出力におけるビット・エラー・レート(BER)である測定されたプロット702、704、706、708および710が、受信機の入力におけるSNR/ビット(dB)との関係で含まれている。それぞれのプロット702、704、706、708および710は、受信機におけるデコード動作の異なる反復と関連している。比較してみると、プロット712は、23%のオーバヘッドとグレイ写像による16QAMとを有するLDPCのFEC符号を用いる従来型のBICM方式と関連している。図解されているプロットは、本開示による修正BICM−ID方式によると、従来型のBICM方式と比較して、改善されたFECスレショルドが生成されることを示している。プロット712によって図解されているように、従来型のBICM方式の場合のFECスレショルドは7dBを超えている。プロット702に図解されている第1の反復では、本開示によるSPC−BICM−ID方式のスレショルドは7dBよりも下にあり、FECスレショルドは、プロット710に図解されている第5の反復の後のあたりでは、6.5dBより低い値まで低下する。
【0040】
図8は、本開示による方法800を図解するフローチャートである。動作802は、第1の前方誤り訂正(FEC)符号を用いて複数のデータ・ストリームのそれぞれをエンコードして、複数の第1のFEC符号でエンコードされたデータ・ストリームを提供するステップを含む。第1のFEC符号でエンコードされたデータ・ストリームは、インターリーブされ(804)、少なくとも1つのインターリーブされた出力を提供する。インターリーブされた出力は、第2のFEC符号を用いてエンコードされ(806)、第2のFEC符号でエンコードされたデータ・ストリームが提供される。光信号が変調され(808)、第2のFEC符号でエンコードされたデータ・ストリームを表す変調された出力信号が提供される。
【0041】
図8はある実施形態による様々な動作を図解しているが、他の実施形態では
図8に示されているすべての動作が必ずしも必要ではない、ということを理解すべきである。実際には、本開示の他の実施形態では、
図8に示されている動作および/またはここに記載されている他の動作を、どの図面にも特に示されていないが依然として本開示と整合的な態様で組み合わせることが可能である、ということが、ここで十分に考慮されている。従って、ある図面において厳密には示されていない特徴および/または動作に関する請求項は、本開示の範囲およびコンテキストに属するものであると見なされる。
【0042】
本開示のある態様によると、システムが提供される。このシステムは、関連する入力信号を第1のFEC符号を用いてエンコードし、関連する第1のFEC符号でエンコードされた出力を提供するようにそれぞれが構成されている、複数の第1の前方誤り訂正(FEC)符号エンコーダと、複数の第1のFEC符号エンコーダの少なくとも1つに結合されており、複数の第1のFEC符号エンコーダの少なくとも1つの関連する第1のFEC符号でエンコードされた出力の少なくとも一部を含むインターリーブされた出力を提供するように構成されている、インターリーバと、インターリーバに結合されており、インターリーブされた出力を第2のFECコードを用いてエンコードし、第2のFEC符号でエンコードされた出力を提供するように構成されている、第2のFEC符号エンコーダと、第2のFEC符号エンコーダに結合されており、第2のFEC符号でエンコードされた出力に応答して光信号を変調して、変調された出力信号を提供するように構成されている、変調器と、を含む。
【0043】
本開示の別の態様によると、光信号受信機が提供される。この光信号受信機は、第1および第2のFEC符号を用いてエンコードされインターリーブされた信号を受け取り、第2のFEC符号を用いて信号をデコードして、第2のFEC符号でデコードされた出力信号を提供するように構成されている、第2の前方誤り訂正(FEC)デコーダと、第2のFECデコーダに結合されており、第2のFEC符号でデコードされた出力信号に応答して複数のデインターリーブされた出力を提供するように構成されている、デインターリーバと、デインターリーブされた出力の内の関連する1つを受け取り、関連する第1のFEC符号でデコードされた出力信号を提供するようにそれぞれが構成されている、複数の第1のFEC符号デコーダと、を含む。
【0044】
本開示の別の態様によると、方法が提供される。この方法は、第1の前方誤り訂正(FEC)符号を用いて複数のデータ・ストリームのそれぞれをエンコードして、複数の第1のFEC符号でエンコードされたデータ・ストリームを提供するステップと、第1のFEC符号でエンコードされたデータ・ストリームをインターリーブして、少なくとも1つのインターリーブされた出力を提供するステップと、インターリーブされた出力を第2のFEC符号を用いてエンコードして、第2のFEC符号でエンコードされたデータ・ストリームを提供するステップと、光信号を変調して、第2のFEC符号でエンコードされたデータ・ストリームを表す変調された出力信号を提供するステップと、を含む。
【0045】
本出願に記載されている方法の実施形態は、プロセッサおよび/または他のプログラマブル・デバイスを用いて、実装することができる。その目的のために、本出願に記載されている方法は、1つまたは複数のプロセッサによって実行されるとこの方法を実行する命令がその上に記憶された有形的なコンピュータ可読記憶媒体において、実装されうる。よって、例えば、送信機および/または受信機は、本出願に記載されている動作を実行する命令が(例えば、ファームウエアまたはソフトウエアとして)記憶された記憶媒体(図示せず)を含みうる。この記憶媒体には、任意のタイプの有形的な媒体を含まれうる。任意のタイプの有形的な媒体とは、例えば、フロッピ・ディスク(登録商標)、光ディスク、コンパクト・ディスク(登録商標)リード・オンリ・メモリ(CD−ROM)、コンパクト・ディスク・リライタブル(CD−RW)、および磁気光ディスクを含む、任意のタイプのディスクである。また、任意のタイプの有形的な媒体には、リード・オンリ・メモリ(ROM)、ダイナミックおよびスタティックRAMなどのランダム・アクセス・メモリ(RAM)、消去可能なプログラマブル・リード・オンリ・メモリ(EPROM)、電気的に消去可能なプログラマブル・リード・オンリ・メモリ(EEPROM)、フラッシュ・メモリ、磁気または光カードなどの半導体デバイスも含まれる。更に、電子的な命令を記憶するのに適した任意のタイプの媒体も含まれる。
【0046】
本出願におけるどのブロック図も、本開示の原理を具体化する例示的な回路の概念図を表していることは、当業者であれば理解するはずである。同様に、どのフローチャート、フローダイアグラム、状態遷移図、擬似コードなども、実質的にコンピュータ可読媒体において表現され、コンピュータまたはプロセッサが明示的に示されているかどうかとは関係なく、コンピュータまたはプロセッサによってそのように実行される様々なプロセスを表していることが理解されよう。ソフトウエア・モジュールは、または、単に、ソフトウエアであることが含意されているモジュールは、本出願では、プロセス・ステップおよび/もしくはテキストとしての記載の実行を示すフローチャート要素またはそれ以外の要素の任意の組み合わせとして、表すことができる。そのようなモジュールは、明示的にまたは非明示的に示されているハードウエアによる実行が可能である。
【0047】
任意の機能ブロックを含めて、図面に示されている様々な要素の機能は、適切なソフトウエアと関連してソフトウエアを実行することができるハードウエアだけではなく、専用のハードウエアの使用を通じて提供される場合もある。プロセッサによって提供されるときには、これらの機能は、単独の専用プロセッサ、単独の共用プロセッサ、または、その中のいくつかが共用される場合もありうる複数の個別のプロセッサによって、提供することができる。更に、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウエアを実行することができるハードウエアだけを排他的に指すように解釈されるべきではなく、限定を意味しないが、デジタル信号プロセッサ(DSP)ハードウエア、ネットワーク・プロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、ソフトウエアを記憶するリード・オンリ・メモリ(ROM)、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、および不揮発性ストレージも、明示的にではないが、含みうる。従来型および/またはカスタムなど、それ以外のハードウエアもまた含まれうる。
【0048】
本出願におけるいずれかの実施形態で用いられている「回路」とは、例えば、単独でまたはいずれかの組み合わせとして、ハードワイヤード回路、プログラマブル回路、ステートマシン回路、および/またはプログラマブル回路によって実行される命令を記憶するファームウエアを含みうる。少なくとも1つの実施形態では、送信機および受信機は、1つまたは複数の集積回路を含みうる。「集積回路」とは、例えば、限定を意味しないが半導体集積回路チップなどの、デジタル、アナログもしくは混合信号半導体デバイス、および/またはマイクロエレクトロニクス・デバイスでありうる。