特開 2024-106335 摂動ベース硬判定非線形性補償

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024106335

(43)【公開日】2024-08-07

(54)【発明の名称】摂動ベース硬判定非線形性補償

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/2543 20130101AFI20240731BHJP

   H04B 10/61 20130101ALI20240731BHJP

【ＦＩ】

H04B10/2543

H04B10/61

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024009262

(22)【出願日】2024-01-25

(31)【優先権主張番号】23153449.6

(32)【優先日】2023-01-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】513311642

【氏名又は名称】ノキア ソリューションズ アンド ネットワークス オサケユキチュア

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100176418

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 嘉晃

(72)【発明者】

【氏名】ドメニコ マルセラ

(72)【発明者】

【氏名】アンドレア カルニオ

(72)【発明者】

【氏名】ルカ ガブリエレ ラツェッティ

(72)【発明者】

【氏名】カルロ コスタンティーニ

(72)【発明者】

【氏名】ジャンカルロ ガヴィオリ

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA01

5K102AD01

5K102AD15

5K102AH02

5K102AH26

5K102KA06

5K102KA39

5K102PB11

5K102PH01

5K102PH22

5K102PH38

5K102RD05

5K102RD15

5K102RD26

(57)【要約】

【課題】伝送チャネルの非線形光学効果に起因する劣化に対して、光ファイバ通信システムの受信機において入力信号を補償するための方法および装置を提供すること。
【解決手段】補償は、とりわけ、伝送チャネルの予測される光非線形性を表す摂動項を計算するための回路１００と、摂動項を、入力信号ストリームから得られたソフトデータシンボルと組み合わせるための回路１０４、１０６とで実行される（図８）。摂動項の計算は、ソフトデータシンボルの入力ストリームをハードデータシンボルの入力ストリームに変換し、次いで、伝送チャンネルの非線形効果のモデルに従ってハードデータシンボルの入力ストリームに作用するための回路１０８、１１０を必要とする。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コヒーレント光受信機のためのデジタル信号プロセッサ内の１つまたは複数のステージの各々において、
ソフトデータシンボルの入力ストリームを得ること（２００）と、
光伝送チャネルの光非線形性を表す摂動項のストリームを生成すること（２３５）と、
前記摂動項を使用して、前記光非線形性に関して、前記ソフトデータシンボルの入力ストリーム内の前記ソフトデータシンボルのそれぞれのものを補償すること（２４０、２９０）と
を含む方法であって、
前記摂動項のストリームを前記生成することが、前記ソフトデータシンボルの入力ストリームをハードデータシンボルの入力ストリームに変換すること（２１０）と、前記ハードデータシンボルの入力ストリームに作用して前記摂動項を作り出すこととを含み、
前記ハードデータシンボルの入力ストリームに前記作用することが、重み係数を形成する（２２０）ことと、前記摂動項の各々について、前記重み係数を使用して前記ハードデータシンボルの加重和を形成すること（２３０）とを含み、
前記デジタル信号プロセッサが、前記光受信機によって受信された光信号の測定値のストリームから、前記１つまたは複数のステージのうちの第１のステージの前記ソフトデータシンボルの入力ストリームを作り出すように構成される、方法。

【請求項2】

前記摂動項を使用して前記ソフトデータシンボルのそれぞれのものを前記補償することが、前記ソフトデータシンボルのそれぞれのものから前記摂動項を減じて、前記ソフトデータシンボルの前記補償されたものを作り出すこと（２４０）を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ステージのシリーズにおいて実行され、前記シリーズの前記第１のステージの後の各ステージにおいて、前記得ることが、前記シリーズの前記ステージのうちの前のステージによって生成された前記補償されたソフトデータシンボルを得ること（２５０）を含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記重み係数の各々が、少なくとも部分的に、チャネル係数のセットと、ハードデータシンボルの乗法積のセットとの間の畳み込みを実行することによって形成され、
前記チャネル係数が、前記光伝送チャネルの非線形効果を特徴づける複素数である、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

各それぞれの畳み込みが、時間ドメインにおいて数値的に実行される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

各畳み込みが、それぞれの線形フィルタに対応し、各それぞれの畳み込みが、周波数ドメインにおいて前記対応する線形フィルタを評価することによって数値的に実行される、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

前記シリーズが、前記ステージの内の１つまたは複数のステージ（１９０、１９５）を有し、
各ステージにおいて、摂動項のストリームにおける前記摂動項の各々を前記生成することが、そのステージに対して前記ハードデータシンボルの入力ストリームからＮ個の項のセットの加重和を形成することを含み、Ｎは所定の正整数であり、
前記異なるステージで使用される前記Ｎ個の項のそれぞれのセットが、互いに独立している、請求項４に記載の方法。

【請求項8】

前記１つまたは複数のステージのうちの最後のステージ（１９５）が、前記補償されたソフトデータシンボルのストリームをデコーダに導き、
前記方法が、前記デコーダにおいて、前記導かれたストリームを復号すること（２８０）をさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項9】

前記摂動項を使用して前記ソフトデータシンボルのそれぞれのものを前記補償することが、
前記摂動項のうちの少なくともいくつかを軟判定ＦＥＣデコーダに進めることと、
前記ＦＥＣデコーダにおいて、前記摂動項のうちの前記進められた少なくともいくつかを使用して、前記ソフトデータシンボルのうちの少なくともいくつかの軟判定補償を実行すること（２９０）と
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

光受信機において光データ信号の測定値の摂動ベース光非線形性補償を実行するための、１つまたは複数のＰＮＣステージ（１２１、１２２、１２３）を含むデジタル信号プロセッサを含む装置であって、
各ＰＮＣステージが、
ソフトデータシンボルのストリームをハードデータシンボルのストリームに変換するように構成された回路（１０８）と、
摂動項のストリームを前記ハードデータシンボルから生成するように構成されたＰＮＣ回路（１００）であって、前記ＰＮＣ回路（１００）が、前記摂動項の個々のものを前記ハードデータシンボルの加重和として生成するように構成される、ＰＮＣ回路（１００）と
を含み、
前記デジタル信号プロセッサが、前記摂動項のうちの対応するものを使用して、前記ソフトデータシンボルの個別のものを補償するように構成された少なくとも１つの回路（１０４、１０６）をさらに含む、装置。

【請求項11】

前記デジタル信号プロセッサが、前記ＰＮＣステージ（１２１、１２２、１２３）のシリーズを含み、
各ＰＮＣステージにおける前記ＰＮＣ回路が、前記摂動項の個別のものを前記ソフトデータシンボルのそれぞれのものから減じて、補正されたソフトデータシンボルを生成するように構成され、
前記シリーズの最後のＰＮＣステージを除く各ＰＮＣステージにおける前記ＰＮＣ回路が、そこから、前記補正されたソフトデータシンボルを前記シリーズの次のＰＮＣステージに出力するように構成され、
前記シリーズの前記最後のＰＮＣステージ（１２３）の前記ＰＮＣ回路が、そこから、前記補正されたソフトデータシンボルをデコーダ（１４８、１５０）に出力するように構成される、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

各ＰＮＣステージにおけるＰＮＣ回路が、チャネル係数のセットと、ハードデータシンボルの乗法積のセットとの間の畳み込みを実行して、重み係数を生成するように適合され、
前記チャネル係数が、前記光伝送チャネルの非線形効果を表す、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

各ＰＮＣステージにおける前記ＰＮＣ回路が、対応する線形フィルタを周波数ドメインにおいて評価することによって、前記畳み込みを数値的に実行するように適合される、請求項１２に記載の装置。

【請求項14】

前記シリーズが、前記ＰＮＣステージのうちの２つ以上を含み、
各ＰＮＣステージにおける前記ＰＮＣ回路が、そのそれぞれの加重和の各々を、ハードデータシンボルのストリームから選択されたＮ個の項のセットから形成するように構成され、Ｎは所定の正整数であり、
前記それぞれのＰＮＣステージによって使用される前記Ｎ個の項のセットが、互いに独立している、請求項１２に記載の装置。

【請求項15】

前記デジタル信号プロセッサが、軟判定ＦＥＣデコーダ（１６０）をさらに含み、
前記１つまたは複数のＰＮＣステージのうちの最後のステージの前記ＰＮＣ回路が、ソフトデータシンボルのストリームおよび摂動項のストリームを前記軟判定ＦＥＣデコーダ（１６０）に出力するように構成され、
前記軟判定ＦＥＣデコーダが、前記出力された摂動項を使用して、前記出力されたソフトデータシンボルの軟判定補償を実行するように構成される、請求項１０に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コヒーレント光通信で使用するためのデバイスおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

このセクションは、本発明のよりより良い理解を容易にするのに役立つことができる態様を紹介する。したがって、このセクションの記述は、その観点で読まれるべきであり、何が先行技術かまたは何が先行技術ではないかに関しての承認として理解されるべきではない。

【0003】

光ファイバ通信システムにおいて、線形および非線形光学効果は、光信号を劣化させ、それによって、システム性能を制限することがある。いくつかの光ファイバ通信システムは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を使用して、光チャネルの線形障害に起因する信号劣化を少なくとも部分的に補償する。

【0004】

非線形光学効果から、特にファイバ非線形性から生じる信号劣化のデジタル補償はまた、光ファイバ通信システムの性能を改善するのに有用であり得る。ファイバ非線形性補償（ＮＬＣ）の１つの潜在的な利益は、光ファイバ通信システムにおいて、そのような補償が、ソース光データ送信機とターゲット光データ受信機との間の光信号再生の必要性を減じることができることである。

【0005】

デジタル補償のいくつかの技法が、チャネル非線形性を最小化または軽減するために提案されている。この分野の開発者が、この問題の計算の複雑さを克服することは困難であった。過去数年間、多くのアルゴリズムが、受信信号から非線形性を等化するために必要とされる信号処理操作の数を最小限に抑えることを目的として提案されている。これらのアルゴリズムのうちのいくつかは、計算の複雑さを実質的に低減している。

【0006】

コヒーレント光データ受信機における実用化が有望である１つの手法は、摂動ベース非線形性補償器（ＰＮＣ）である。この手法の実施態様は、チャネル内ファイバ非線形性に関連する摂動項を計算し、次いで、それを受信信号から減じることを含む。

【0007】

例えば、ＰＮＣの有効な実施態様が、ＥＰ ３，１５７，１８０として２０１７年４月１９日に公開された欧州特許出願第１５３０６６１３．９号において提案された。ＥＰ ３，１５７，１８０の全体が、参照により本明細書に組み込まれる。そこに提案されているように、非線形チャネル応答が、いくつかの相互作用シンボルにわたって動作する線形フィルタの組合せを使用して計算される。

【0008】

ＰＮＣの別の実施態様が、２０２０年８月２５日に発行された米国特許第１０，７５６，８２２号において提案された。米国特許第１０，７５６，８２２号の全体が、参照により本明細書に組み込まれる。そこに提案されている手法は、非線形光学効果へのいくつかの寄与がデジタルデータシンボルレートよりもはるかに低い周波数成分を有するという認識に基づく。それらの寄与に関して、低周波近似が、計算の全体的な複雑さを低減するために使用される。

【0009】

しかしながら、著しい進歩にもかかわらず、ＰＮＣは、少なくともいくつかのコヒーレント光ファイバ通信システムのＤＳＰの実施態様では依然として過度に複雑であることがある。したがって、実用的な高速ＤＳＰのためにＡＳＩＣで実施することができるさらに単純な回路の必要性が依然として存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】欧州特許出願第１５３０６６１３．９号

【特許文献2】ＥＰ ３，１５７，１８０

【特許文献3】米国特許第１０，７５６，８２２号

【発明の概要】

【0011】

発明者らは、コヒーレント光ファイバ通信システムにおいてＰＮＣを実施するための新しい方式を開発した。発明者らが「硬判定ＰＮＣ」と呼ぶ新しい方式は、受信したソフトシンボルの処理の代わりに、判定後のハードシンボルの処理に基づく。この技術革新のおかげで、ＰＮＣにおいて非線形摂動を計算する計算コストを著しく低減することができる。特定の適用シナリオに応じて、判定誤差によるわずかな性能ペナルティがある場合がある。しかしながら、このペナルティは、シンボルへの判定が各ステージの最初に行われる多数のステージで硬判定ＰＮＣを実行することによって克服することができる。判定の信頼性は、ステージごとに徐々に改善することができる。

【0012】

より具体的には、入力ストリームにおける受信データシンボルのあり得る破損は、ＰＮＣにおいて、受信データシンボルを摂動項と加法的に組み合わせることによって補正される。摂動項は、システムパラメータとともに受信入力ストリームから計算される。既知の実施態様では、補正は、受信されたソフトシンボルからさらに計算される摂動項を使用してソフトシンボルに実行される。

【0013】

これに関して、「ソフトシンボル」は、線形等化後の入力光チャネルからの受信コンステレーションシンボルに対応する複素平面内のポイントである。そのため、それは、ノイズによって影響されることがあり、その結果、元のコンステレーションシンボルが配置された複素平面内の正確なポイントから逸脱することがある。

【0014】

ソフトシンボルは、数ある要因の中でとりわけ、ファイバ非線形およびノイズの影響を受けるので、破損する可能性がある。その結果、ソフトシンボルは、一般に、送信に使用されるコンステレーションからのシンボルと値が正確に一致しないことになる。

【0015】

「ハードシンボル」の出力をもたらす、ソフトシンボルのコンステレーションシンボルへのマッピングは、ハード判定プロセッサによって実行される。ソフトシンボルの可能な値の範囲は、離散的なコンステレーションポイントに限定されるハードシンボルの範囲よりもはるかに大きい。それゆえに、一般に、十分な精度でソフトシンボルを表すのに必要とするビットは、ハードシンボルを表すのに必要とするビットよりもかなり多い。

【0016】

発明者らの新しい方式では、摂動項は、ソフトシンボルではなくハードシンボルから計算される。ハードシンボルを表すには少ないビットしか必要としないので、計算の複雑さを低減することができる。

【0017】

上記のように、摂動項を計算する前に実施されるハード判定は、多分、受信機の性能を劣化させることがある判定誤差を導入する可能性がある。さらに上記のように、発明者らは、マルチステージ手法がこの欠点を克服することができると考える。マルチステージ手法の第１のステージにおいて、入力ソフトシンボルは、ハード判定を受け、摂動項が、結果として得られるハードシンボルと、非線形寄与の第１のサブセットとから計算され、計算された摂動項を使用して、新しいソフトシンボルが計算される。

【0018】

各々の後続のステージにおいて、摂動項の新しいセットが、上述のように、しかし、前の１つまたは複数のステージで使用されたサブセットから独立している非線形寄与のサブセットを使用して計算される。「独立している」サブセットとは、共通の要素がないサブセットを意味する。摂動計算は、多数のステージを通って進むにつれて、次第により精密になる。

【0019】

したがって、本開示は、１つの態様では、コヒーレント光受信機のためのデジタル信号プロセッサ内の１つまたは複数のステージの各々で実行され得る方法に関する。この方法は、ソフトデータシンボルの入力ストリームを得ることと、光伝送チャネルの光非線形性を表す摂動項のストリームを生成することと、摂動項を使用して、光非線形性に関して、ソフトデータシンボルの入力ストリーム内のソフトデータシンボルのそれぞれのものを補償することとを含む。

【0020】

摂動項のストリームを生成するために、ソフトデータシンボルの入力ストリームが、ハードデータシンボルの入力ストリームに変換され、この方法は、ハードデータシンボルの入力ストリームに作用して摂動項を作り出す。ハードデータシンボルの入力ストリームに作用することは、重み係数を形成することを含む。摂動項の各々に対して、ハードデータシンボルの入力ストリームに作用することは、重み係数を使用してハードデータシンボルの加重和を形成することをさらに含む。

【0021】

１つまたは複数のステージのうちの第１のステージのソフトデータシンボルの入力ストリームは、光受信機によって受信された光信号の測定値のストリームから作り出される。

【0022】

実施形態において、補償のために摂動項を使用することは、ソフトデータシンボルのそれぞれのものから摂動項を減じて、ソフトデータシンボルの補償されたものを作り出すことを含むことができる。

【0023】

実施形態において、この方法は、ステージのシリーズで実行され得る。シリーズの第１のステージの後の各ステージにおいて、ソフトデータシンボルの入力ストリームを得ることは、シリーズのステージのうちの前のステージによって生成された補償されたソフトデータシンボルを得ることを含む。

【0024】

上述の実施形態のいずれかに付け加えた実施形態において、各重み係数は、少なくとも部分的に、チャネル係数のセットと、ハードデータシンボルの乗法積のセットとの間の畳み込みを実行することによって形成され、チャネル係数は、光伝送チャネルの非線形効果を特徴づける複素数である。各それぞれの畳み込みは、時間ドメインにおいて数値的に実行され得る。代替として、各畳み込みは、それぞれの線形フィルタに対応することができ、各それぞれの畳み込みは、周波数ドメインにおいて対応する線形フィルタを評価することによって数値的に実行され得る。

【0025】

上述の実施形態のいずれかに付け加えた実施形態において、この方法は、２つ以上のステージのシリーズで実行され得る。各ステージにおいて、各摂動項を生成する際に、そのステージに対してハードデータシンボルの入力ストリームからＮ個の項のセットの加重和が形成され、Ｎは所定の正整数である。異なるステージで使用されるＮ個の項のそれぞれのセットは、互いに独立している。

【0026】

上述の実施形態のいずれかに付け加えた実施形態において、１つまたは複数のステージのうちの最後のステージは、補償されたソフトデータシンボルのストリームをデコーダに導くことができ、導かれたストリームは、デコーダにおいて復号される。

【0027】

実施形態において、ソフトデータシンボルを補償するために摂動項を使用することは、摂動項のうちの少なくともいくつかを軟判定ＦＥＣデコーダに進めることと、ＦＥＣデコーダにおいて、進められた摂動項を使用して、ソフトデータシンボルのうちの少なくともいくつかの軟判定補償を実行することとを含むことができる。

【0028】

本開示は、第２の態様では、光受信機において光データ信号の測定値の摂動ベース光非線形性補償を実行するための、１つまたは複数のＰＮＣステージを含むデジタル信号プロセッサを含む装置に関する。各ＰＮＣステージは、ソフトデータシンボルのストリームをハードデータシンボルのストリームに変換するように構成された回路を含む。各ＰＮＣステージは、ハードデータシンボルから摂動項のストリームを生成するように構成されたＰＮＣ回路をさらに含む。各ＰＮＣ回路は、摂動項の個々のものをハードデータシンボルの加重和として生成するように構成される。デジタル信号プロセッサは、摂動項のうちの対応するものを使用してソフトデータシンボルの個別のものを補償するように構成された少なくとも１つの回路をさらに含む。

【0029】

実施形態において、デジタル信号プロセッサは、ＰＮＣステージのシリーズを含むことができ、それらの各々は、それぞれのソフトデータシンボルから個別の摂動項を減じて、補正されたソフトデータシンボルを生成するように構成される。シリーズの最後のＰＮＣステージを除く各ＰＮＣステージにおけるＰＮＣ回路は、そこから、補正されたソフトデータシンボルをシリーズの次のＰＮＣステージに出力するように構成される。シリーズの最後のＰＮＣステージのＰＮＣ回路は、そこから、補正されたソフトデータシンボルをデコーダに出力するように構成される。

【0030】

上述の実施形態のいずれかに付け加えた装置の実施形態において、各ＰＮＣステージにおけるＰＮＣ回路は、チャネル係数のセットと、ハードデータシンボルの乗法積のセットとの間の畳み込みを実行して、重み係数を生成するように適合され得、チャネル係数は、光伝送チャネルの非線形効果を表す。いくつかの実施形態では、各ＰＮＣステージにおけるＰＮＣ回路は、対応する線形フィルタを周波数ドメインにおいて評価することによって、畳み込みを数値的に実行するように適合され得る。

【0031】

上述の実施形態のいずれかに付け加えた装置の実施形態において、デジタル信号プロセッサは、ＰＮＣステージのうちの２つ以上のシリーズを含むことができる。各ＰＮＣステージにおけるＰＮＣ回路は、そのそれぞれの加重和の各々を、ハードデータシンボルのストリームから選択されたＮ個の項のセットから形成するように構成され、Ｎは所定の正整数であり、それぞれのＰＮＣステージによって使用されるＮ個の項のセットは、互いに独立している。

【0032】

実施形態において、デジタル信号プロセッサは、軟判定ＦＥＣデコーダをさらに含むことができる。１つまたは複数のＰＮＣステージのうちの最後のステージのＰＮＣ回路は、ソフトデータシンボルのストリームおよび摂動項のストリームを軟判定ＦＥＣデコーダに出力するように構成される。軟判定ＦＥＣデコーダは、出力された摂動項を使用して、出力されたソフトデータシンボルの軟判定補償を実行するように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】光ファイバ通信システムを概略的に示す図である。

【図2】ＤＳＰにおいて非線形光学効果のいくつかの事前補償をデジタル的に実施するコヒーレント光データ送信機を示すブロック図である。

【図3】ＤＳＰにおいて非線形光学効果のいくつかの事後補償をデジタル的に実施するコヒーレント光データ受信機を示すブロック図である。

【図4】ＰＮＣ等化器回路のブロック図であり、ＰＮＣ等化器回路は、入力信号ストリームに作用することによって、非線形処理を実行して、摂動項のストリームを作り出し、入力信号ストリームのシンボル成分をそれぞれの摂動項と組み合わせることによって入力信号ストリームのシンボル成分を補正し、補正された信号ストリームを出力することができる。

【図5】本明細書で説明される原理によるＦＦＴ処理を用いたＰＮＣ実施の簡略化されたブロック図である。

【図6】計算複雑さが低減されたＰＮＣ等化のためのアーキテクチャの簡略化されたブロック図である。

【図7】本明細書で説明される原理による軟判定ＰＮＣの方式の簡略化されたブロック図である。

【図8】本明細書で説明される原理による硬判定ＰＮＣの新しい方式の簡略化されたブロック図である。

【図9】本明細書で説明される原理によるマルチステージの実施態様における硬判定ＰＮＣの方式の簡略化されたブロック図である。

【図10】コヒーレント光受信機のためのアーキテクチャが光フロントエンドおよびＤＳＰチェーンとして表されるブロック図である。

【図11】本明細書で説明される原理による軟判定補償の例示の方式の簡略化されたブロック図である。

【図12】多数の波長チャネルの処理が示されている光受信機アーキテクチャの簡略化されたブロック図である。

【図13】本明細書で説明される原理のうちのいくつかによる方法を要約している流れ図である。

【図14】本明細書で説明される原理のうちのいくつかによる代替方法を要約している流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

この「発明を実施するための形態」およびその添付図面は、単に本発明の原理を示すように意図されている。本明細書に基づいて、当業者は、本明細書に明示的に説明または図示されていないが、本発明を具現化し、特許請求の範囲の範囲内に含まれる様々な構成を考案することができるであろう。さらに、原理、態様、および実施形態を列挙する本明細書の記述は、その均等物を包含するように意図される。

【0035】

図１は、光データ送信機１２、光データ受信機１４、および光ファイバライン１６を含む光ファイバ通信システム１０を示す。光ファイバライン１６は、光データ送信機１２と光データ受信機１４との間の全光通信チャネルを形成する。光ファイバライン１６は、光ノード（ＯＮ）で全光学的に接続される１つまたは複数の光ファイバスパン、典型的には、図に示されるような単一モード光ファイバスパン（ＦＳ）を有する。光データ送信機１２、または光データ受信機１４、または送信機１２および受信機１４の各々は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含み、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）は、送信された光信号への補正を評価し、少なくとも部分的に、光ファイバライン１６の非線形光学効果に起因するチャネル内および／またはチャネル間の信号劣化をデジタル的に補正するように構成される。

【0036】

図２は、図１の光データ送信機１２の例示の実施形態１２’を示す。図示のように、送信機１２’は、従来、それぞれ、ｘ偏波およびｙ偏波と呼ばれる光キャリアの２つの直交偏波の各々にそれぞれのデータ変調を課すように構成される。送信機１２’はまた、少なくとも部分的に、例えば図１の光ファイバライン１６において生じる非線形光学効果に関して光信号をデジタル的に事前補償することができる。

【0037】

光データ送信機１２’は、異なる波長を有する多数の光キャリアの各々で、独立した信号を送信することができる。言い換えれば、光データ送信機１２’は、多数の波長チャネルで送信することができる。しかしながら、説明を簡単にするために、光データ送信機１２’は、本明細書では、単一波長チャネルより多いチャネルを明示的に言及することなく説明される。

【0038】

図示のように、光データ送信機１２’は、光源２２と、それぞれ第１および第２の光データ変調器２４、２６と、光データ変調器２４、２６用の電気ドライバ２８、３０と、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３２とを含む。

【0039】

光源２２は、一般に、狭帯域電気通信レーザである。図示のように、光源２２からの光波長キャリアは、入力として、光偏波スプリッタＰＳに導かれる。互いに直交する偏波を有するスプリッタＰＳの２つの出力は、光路ＯＰを経由してそれぞれの光データ変調器２４、２６に入力される。各光データ変調器２４、２６は、デジタルデータストリームを光波長キャリアのそのそれぞれの偏波成分に光学的に変調する。光データ変調器２４、２６の光出力部は、光路ＯＰを介して偏波コンバイナＰＣの光入力部に接続される。偏波コンバイナＰＣは、光ファイバライン１６の近端に接続する光出力部を有する。変調器２４、２６からの変調された光信号は、光ファイバライン１６の近端に注入され、光ファイバライン１６を介して、光波長キャリアのそれぞれの直交偏波状態で搬送される。

【0040】

各電気ドライバ２８、３０は、ＤＳＰ３２からのデジタル制御信号を受け取り、それに応じて、それぞれのアナログ電圧駆動信号を出力して、光データ変調器２４、２６を動作させる。より具体的には、各電気ドライバ２８、３０は、デジタル制御信号

【数1】

または

【数2】

のそれぞれのシリーズをＤＳＰ３２から受け取り、それを、対応する光データ変調器を動作させるために、一般に無線周波数のアナログ電圧駆動信号に変換する。インデクスｋ，ｋ＋１，などは、離散変調パルスのタイムスロットを識別する。

【0041】

ｘ系列およびｙ系列デジタル制御信号は、それぞれ、光キャリアのｘおよびｙ偏波成分の変調を制御する。いくつかの実施態様では、駆動制御信号はまた、非線形光学効果の事前補償、および多分光ファイバライン１６の分散の事前補償を行うことができる。

【0042】

図に示されるように、ＤＳＰ３２は、入力として、デジタルシンボルストリーム｛Ｘ_k｝＝Ｘ_k，Ｘ_k+1，など、およびデジタルシンボルストリーム｛Ｙ_k｝＝Ｙ_k，Ｙ_k+1，などを受け取り、ＤＳＰ３２は、それぞれ、これらの受け取ったデジタルシンボルストリームを処理して、対応するデジタル信号

【数3】

および

【数4】

を生成する。デジタルシンボルストリームＸ_k，Ｘ_k+1，など、およびＹ_k，Ｙ_k+1，などは、ＤＳＰ３２の上流に位置し、図には示されていないＱＡＭ変調器などのデジタル変調器によって生成される。

【0043】

デジタル変調器は、バイナリビットストリームの形態の入力データを、所望の変調コンステレーションから選択されたシンボルにマッピングすることによって、デジタルシンボルストリームを作り出す。

【0044】

図３は、コヒーレント光ファイバ通信システムで使用するように構成された図１の光データ受信機１４の例示の実施形態１４’を示す。以下で説明するように、光データ受信機１４’は、全光ファイバライン１６において生じる非線形光学効果をデジタル的に少なくとも部分的に事後補償する。

【0045】

光データ受信機１４’は、異なる波長を有する多数の光キャリアの各々で独立した信号を受信することができる。言い換えれば、光データ受信機１４’は、多数の波長チャネルで受信することができる。しかしながら、説明を簡単にするために、光データ受信機１４’は、本明細書では、単一波長チャネルより多いチャネルを明示的に言及することなく説明される。

【0046】

図に示されるように、光データ受信機１４’は、局部光発振器４０と、第１および第２の偏波スプリッタ４１．１、４１．２と、第１および第２の光ミキサ４２、４４と、光検出器アレイ４６、４８と、２つの電気ハードウェアシリーズ５０、５２と、ＤＳＰ５４とを含む。

【0047】

局部光発振器４０は、典型的には、例えば、イントラダインコヒーレント光検出に適するような、図１の光データ送信機１２の波長に近い波長をもつ狭帯域電気通信レーザである。

【0048】

図示の例では、光ファイバライン１６の端部から受信した光信号は、光偏波スプリッタ４１．１に導かれ、光偏波スプリッタ４１．１は、受信した光の２つの直交偏波成分を分解し、それらを光路ＯＰを介して第１および第２の光ミキサ４２、４４のそれぞれの光入力部に送る。局部発振器４０からの光出力は、光路ＯＰを介して光偏波スプリッタ４１．２に導かれ、光偏波スプリッタ４１．２は、局部発振器４０からの光の２つの直交偏波成分を分解し、それらを光路ＯＰを介して第１および第２の光ミキサ４２、４４のそれぞれの光入力部に送る。したがって、光ミキサ４２、４４の各々は、偏波スプリッタ４１．１および４１．２の各々から、光信号の直交偏波成分のそれぞれのもの、すなわち、ｘ成分またはｙ成分を受け取る。

【0049】

光ミキサ４２、４４の各々は、光入力信号から受け取った光を、局部光発振器から受け取った光と組み合わせて、受信した光入力信号の２つの変調成分のそれぞれのものを作り出す。例として、光ミキサ４２は、例えば、光偏波スプリッタから受け取った光のｘ成分を組み合わせて、受け取った光信号の同相（Ｉ）成分を表す光信号を出力として提供することができる。対応して、光ミキサ４４は、例えば、光偏波スプリッタから受け取った光のｙ成分を組み合わせて、受け取った光信号の直交（Ｑ）成分を表す光信号を出力として提供することができる。

【0050】

光ミキサ４２および４４の各々は、図３に示されるように、互いに位相シフトされた１対の光出力を有する。これらの位相シフトは、当技術分野でよく知られている原理に従って、コヒーレント光検出のために出力信号を調整する。

【0051】

光ミキサ４２および４４からの出力の各対は、それぞれの光検出器アレイ４６、４８に導かれる。光検出器アレイ４６、４８の各々は、それぞれの光ミキサから受け取った入力に応じて、受け取った光信号のＩ成分またはＱ成分をそれぞれ示すアナログ電気信号を生成するように構成される。当技術分野における典型的な慣例によれば、ｘ偏波チャネルの信号は、Ｉ成分に対応し、ｙ偏波チャネルの信号は、受け取った光信号のＱ成分に対応する。

【0052】

例示的な例では、光ミキサ４２、４４の各々は、９０度光ハイブリッドを含み、光強度光検出器アレイ４６、４８の各々は、光強度の差動検出のために接続されたフォトダイオードの平衡対を含む。

【0053】

図３に示された例では、各光検出器アレイ４６、４８からの電気出力は、電子ハードウェア構成要素のそれぞれのシリーズ５０、５２に導かれる。当技術分野で知られているように、各シリーズ５０、５２は、例えば、電子増幅器、電子ローパスフィルタ、およびアナログ－デジタル変換器を含むことができる。シリーズ５０およびシリーズ５２は、ローパスフィルタリングなどの既知の方法によりそれぞれのｘ偏波チャネルおよびｙ偏波チャネルの光検出器出力を処理する。シリーズ５０およびシリーズ５２における処理は、アナログ－デジタル変換（図には明示的に示されていない）を含み、それにより、デジタル電気信号が各偏波チャネルで出力される。

【0054】

シリーズ５０およびシリーズ５２から出力されたデジタル信号ストリームは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）５４に導かれる。

【0055】

ＤＳＰ５４は、シリーズ５０およびシリーズ５２から受け取ったｘチャネルデジタル信号ストリームおよびｙチャネルデジタル信号ストリームをデジタル的に処理し、それによって、図１の光データ送信機１２によって送信されたデータシンボルストリームを回復する。典型的な例では、例えば図３に示されるように、ＤＳＰ５４は、線形処理回路（ＬＣ）を含む。線形処理回路は、例えば、光ファイバライン１６における波長分散、偏波分散、偏波回転、および減衰などの原因による信号劣化を少なくとも部分的に補償するために使用することができる。

【0056】

ＤＳＰ５４はまた、一般に、局部光発振器４０と、光ファイバライン１６から受信した光入力信号との間の周波数オフセットを補正するための回路を含む。周波数オフセット補償は、一般に、線形処理の一部と見なされる。そのため、周波数オフセット補償は、図３では別々に呼び出されていないが、代わりに、線形処理回路によって実行される動作の中に含まれるとして理解されるべきである。（対照的に、線形処理は、以下で論じる図１０では、別々の「線形等化器」ブロックおよび「復調器」ブロックによって表されている。図１０における復調器ブロックは、キャリア周波数回復およびキャリア位相回復を実行する。）

【0057】

線形処理回路ＬＣの出力は、図示の例では、ｘチャネルにおけるデジタル信号ストリーム｛ｘ_k｝＝ｘ_k，ｘ_k+1・・・と、ｙチャネルのデジタル信号ストリーム｛ｙ_k｝＝ｙ_k，ｙ_k+1・・・とからなる。インデクス「ｋ」は、サンプリングタイムスロットの連続ラベルである。

【0058】

線形処理回路ＬＣの下流で、ＤＳＰ５４は、デジタル信号ストリーム｛ｘ_k｝および｛ｙ_k｝を処理して、デジタル信号ストリーム

【数5】

および

【数6】

を作り出す。

【0059】

信号ストリーム

【数7】

および

【数8】

を作り出す処理は、図１の光ファイバライン１６における非線形光学効果に起因する信号劣化を少なくとも部分的に補償するために実行される。

【0060】

より具体的には、ＤＳＰ５４は、デジタル信号ストリーム｛ｘ_k｝および｛ｙ_k｝を処理するための非線形処理回路ＮＰＣを含む。これらのデジタル信号ストリーム｛ｘ_k｝および｛ｙ_k｝の各々について、非線形処理回路ＮＰＣは、補正係数のそれぞれのストリーム｛Δｘ_k｝＝Δｘ_k，Δｘ_k+1・・・および｛Δｙ_k｝＝Δｙ_k，Δｙ_k+1・・・を出力する。ＤＳＰ５４は、図３に示されるように、補正係数Δｘ_k、Δｙ_kをそれらの対応するデジタル信号要素ｘ_kおよびｙ_kから減じて、少なくとも部分的に補償されたデジタルデータ出力信号

【0061】

【数9】

、

【数10】

を作り出すための要素をさらに含む。図に示されるように、ＤＳＰ５４は、信号ストリーム｛ｘ_k｝、｛ｙ_k｝が、補正係数を減じる要素において補正ストリーム｛Δｘ_k｝、｛Δｙ_k｝と時間的に整合されるように、処理遅延を補正するための遅延要素Ｄをさらに含む。

【0062】

上述で説明したように、図１の光データ送信機１２は、バイナリビットストリームの形態の入力データを、所望の変調コンステレーションから選択されたシンボルにマッピングすることによって、送信のためのデジタルシンボルストリームを作り出すデジタル変調器を含む。図３に戻ると、ＤＳＰ５４は、光データ送信機１２によって送信されたバイナリビットストリームを回復するように動作する処理ステージを含むことができる。

【0063】

より具体的には、ＤＳＰ５４は、例えば、送信されたデータシンボルをバイナリビットストリームとして回復するように動作する従来のデジタルデコーダＤＤを含むことができる。デジタルデコーダＤＤに入力される信号ストリーム

【数11】

および

【数12】

は、共同して、シンボルコンステレーションからデータシンボルの送信されたストリームの表現を構成する。動作中、デジタルデコーダＤＤは、これらのコンステレーションシンボルの逆マッピングを実行して、図３において「データ」と指定されているバイナリビットストリームに戻す。デジタルデコーダＤＤはまた、従来の誤り訂正を提供することができる。例えば、それは、図１の光データ送信機１２において実施されるＦＥＣコーディングに対応する前方誤り訂正（ＦＥＣ）を実行することができる。

【0064】

図４は、ＰＮＣ等化器回路のブロック図であり、ＰＮＣ等化器回路は、入力信号ストリーム｛ｘ_k｝および｛ｙ_k｝に非線形処理を実行して摂動項のストリーム｛Δｘ_k｝および｛Δｙ_k｝を作り出し、各シンボル成分ｘ_kまたはｙ_kをそれぞれの摂動項Δｘ_kまたはΔｙ_kと組み合わせることによって各シンボル成分ｘ_kまたはｙ_kを補正し、補正された信号ストリーム

【0065】

【数13】

および

【数14】

を出力することができる。

【0066】

したがって、図４は、ストリーム｛Δｘ_k｝を作り出すｘチャネル摂動計算のためのブロック６０と、ストリーム｛Δｙ_k｝を作り出すｙチャネル摂動計算のためのブロック６２と、各摂動項Δｘ_kを、対応するシンボル成分ｘ_kから減じて、対応する補正されたシンボル成分

【数15】

を出力として作り出すための加算要素６４と、各摂動項Δｙ_kを、対応するシンボル成分ｙ_kから減じて、対応する補正されたシンボル成分

【数16】

を出力として作り出すための加算要素６６とを示す。

【0067】

説明を簡単にするために図面から省略されているが、当業者は、図４の等化器回路が、それぞれのシンボル成分ｘ_kおよびｙ_kが、それぞれの加算要素において対応する摂動項と時間的に整列されるように、｛ｘ_k｝および｛ｙ_k｝ストリームのための遅延要素をさらに含むことを理解するであろう。

【0068】

図４は、さらに、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）６８を示し、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）６８は、ｘチャネルおよびｙチャネル摂動計算への入力として摂動係数Ｃ_m,nを提供する。摂動係数と、摂動計算におけるその役割とは、以下で、より詳細に定義される。摂動係数は、リンク構成に依存する。例では、摂動係数は、オフラインで計算するか、または、代替として、例えば、W. Peng et al, "Training-based Determination of Perturbation Coefficients for Fiber Nonlinearity Mitigation," 2015 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC) (2015) 1-3に報告されているように、最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムによって推定することができる。

【0069】

摂動係数の計算は、例えば、チャネル波長分散、ファイバ非線形係数、不均質なスパン長、およびランダムなファイバ出射パワーについての先験的に知られている送信機情報に基づくことができる。

【0070】

摂動係数について得られた値は、ＬＵＴ６８に準静的に格納され得る。

【0071】

例として、摂動係数の有用な計算は、R . Dar et al., "Inter-Channel Nonlinear Interference Noise in WDM Systems: Modeling and Mitigation," J. Lightwave Technol. 33 (2015)1044-1053に報告されているチャネルモデルに基づくことができる。そこに報告されているように、ファイバ非線形性のモデルは、例えば、A. Ghazisaeidi and R. Essiambre, "Calculation of coefficients of perturbative nonlinear pre-compensation for Nyquist pulses," The European Conference on Optical Communication (ECOC), Cannes (2014) 1-3に報告されているように、時間的パルス整合条件を仮定する。それらのモデルの下で、摂動係数は、
Ｃ_m,n＝－Ｓ_m,n,m+n （１）

【0072】

【数17】

(2)
によって計算することができる。

【0073】

上述の表現において、Ｓ_m,n,lは、複素係数であり、ｍ，ｎ，およびｌは、離散時間インデクスであり、ｔは、（連続）時間変数であり、Ｌは、全リンク長であり、関数ｆ（ｚ）は、ファイバリンクの損失／利得プロファイルを説明し、ｈ（ｚ，ｔ）は、距離ｚまでファイバ中を伝搬したパルス整形波形である。

【0074】

例えば、図４のＰＮＣ回路によって実行され得る摂動計算は、

【数18】

よって与えられる。

【0075】

上述の式における合計の限界ＭおよびＮは、主として、ファイバリンクにおける信号蓄積分散に依存する。そのため、それらは、システムパラメータである。所与のシステムシナリオに対して、一般に、等化器性能を最適化する最も好ましいＭ値とＮ値の対が存在することになる。これらの値は、実際の用途では、システムアーキテクチャに応じて、約１０００以上の値までの広い範囲を有する。Ｍ値およびＮ値を減少させると、回路の複雑さを単純化することができるが、そのような単純化は、等化器性能の劣化という犠牲を強いることがある。

【0076】

最適値は信号蓄積分散に依存するが、この関係は、非線形挙動をモデル化することの複雑さのために、閉形表現として適切にモデル化されていない。したがって、最適値は、一般に、数値シミュレーションによって得られることになる。

【0077】

摂動計算の複雑さを低減することができる計算手法が、上述で引用した刊行物ＥＰ ３，１５７，１８０に報告されている。そこで説明されているように、式（３）および（４）は、ｋ番目の摂動項が、２Ｍ＋１個のシンボルｘ_k-mまたはｙ_k-mの加重和として表されるように書き換えることができ、重みの各々は、摂動係数Ｃ_m,nと積項

【0078】

【数19】

との間のインデクスｎに対する畳み込みとして表される。積項は、

【数20】

によって定義される。

【0079】

すなわち、量

【数21】

を代入することによって、

【数22】

および

【数23】

の表現は、

【0080】

【数24】

として書き換えることができ、ここで、括弧内の式の各々は、２Ｍ＋１個の畳み込みを表す。

【0081】

そのため、畳み込みは、離散時間ドメインにおいて評価される。しかしながら、式（６）および（７）における畳み込みの各々は、等価的に、周波数ドメインにおいて評価される線形フィルタとして定式化することができる。時間ドメインにおけるフィルタタップは、係数Ｃ_m,nである。

【0082】

時間ドメインと周波数ドメインとの間の変換は、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）および逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を使用することによって達成される。高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数ドメインにおいてフィルタリングを計算し、次いで、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）で逆変換することは、計算の複雑さがＯ（Ｍ ｌｏｇ Ｎ）に低減されるので有益である。

【0083】

したがって、式（６）および（７）における累積二重和項は、各々、以下の３つのステップで計算することができる。
（ｉ）積

【数25】

を計算する、
（ｉｉ）２Ｍ＋１個の線形フィルタのバンクの出力値を並列に計算する、
（ｉｉｉ）フィルタ出力の加重和を計算する。

【0084】

図５は、ＦＦＴ処理によるＰＮＣ実施の簡略化されたブロック図である。図において、ブロック７０および７１は、積

【数26】

を計算する。ブロック７２および７３は、問題を周波数ドメインに変換し、上述の括弧内の式における畳み込みは乗法積になる。ブロック７４および７５はＩＦＦＴを計算する。摂動係数Ｃ_m,nとの乗算は、周波数ドメインにおいて乗算器７６および７７で実行される。

【0085】

図５において、記号Ｃ_MおよびＣ_-Mは、説明文２＊Ｍ＋１とともに、２Ｍ＋１のブランチのバンクがあることを示しており、それらのうちの２つのみが、図では明確に描かれている。各インデクスｍ＝－Ｍ，・・・，０，・・・，Ｍについて、摂動係数のフルセット、または、等価的に、対応する線形フィルタのタップのフルセットは、Ｃ_m＝｛Ｃ_m,-N，・・・，Ｃ_m,N｝である。同様に、記号

【0086】

【数27】

および

【数28】

は、積

【数29】

の２Ｍ＋１セットのうちの２つを表す。

【0087】

上述で引用した米国特許出願第１０，７５６，８２２号は、計算の複雑さをさらに低減することができる手法を報告している。図６は、そのような手法を実施することができるアーキテクチャの簡略化されたブロック図である。図に示されるように、アーキテクチャは、図５におけるように、

【0088】

【数30】

計算８０、８１と、ＦＦＴステージ８２、８３と、乗算器ステージ８４と、ＩＦＦＴステージ８６、８７とを含む。しかしながら、

【数31】

項は、ローパスアンチエイリアシングデジタルフィルタＰ（ｚ）により、フィルタ処理８８、８９され、それに応じて、デシメート９０、９１される。これらの操作は、ダウンサンプリングと等価である。それらは、シンボル当たり計算されるべきアレイ

【0089】

【数32】

のサイズを（２Ｍ＋１）・（２Ｎ＋１）／Ｗに縮小し、ここで、Ｗは、デシメーションレートとも呼ばれるデシメーション係数である。１０のデシメーションレートは例示的であるが、他の値は排除されない。

【0090】

ローパスアンチエイリアシングフィルタＰ（ｚ）の帯域幅は、デシメーションレートによって決定される。異なるインパルス応答をローパスアンチエイリアシングフィルタのために採用することができる。ローパスフィルタリングの後、

【数33】

項は、Ｗサンプルごとに１つのみを選択することによってデシメーションレートに従ってデシメートされる。

【0091】

次いで、

【数34】

項のダウンサンプリングされたセットは、（２Ｍ＋１）個の並列フィルタによってフィルタリングされる。フィルタリングステップは、ＦＩＲフィルタを用いて実行することができ、または、図６に示されるように、周波数ドメインにおいてＦＦＴを用いて実行することができる。ダウンサンプリングのために、フィルタタップサイズは、（２Ｎ＋１）／Ｗである。次いで、フィルタ出力項は、入力ｘ_kおよびｙ_kサンプルと乗算される出力ステージにおいて、入力ｘ_kおよびｙ_kサンプルと同じサンプリングレートを有するように補間９２、９３によってアップサンプリングされる。図６に示されるように、補間プロセスは、当技術分野で知られているように、ローパスアンチイメージングフィルタＧ（ｚ）を表すブロック９４および９５を含む。

【0092】

摂動項は、以下の式（８）および（９）

【数35】

に従って軟判定ＰＮＣで計算することができる。

【0093】

式（８）および（９）は、計算された摂動項には、これらの項がソフトシンボルである受信入力シンボルから計算されていることを強調するために、上つき文字「ｓｏｆｔ」がマークされていることを除いて、式（３）および（４）と同様である。

【0094】

図７は、軟判定ＰＮＣ方式の簡略化されたブロック図である。補正されたシンボルが、ＰＮＣブロック１００において計算される。図を簡単にするために、式（８）および（９）におけるｎに対する合計は、各々がインデクスｍを有する２Ｍ＋１個の計算ブランチに包含されることが暗に意味されており、説明文「ｍ∈［－Ｍ，Ｍ］」は、値－Ｍ，・・・，・・・，Ｍをとることを示している。図に示されるように、ソフトシンボルｘ_kおよびｙ_kは、２つの経路をとる。上の方の経路では、ソフトシンボルは、遅延される１０２。下の方の経路では、ソフトシンボルは、ＰＮＣブロック１００を通過し、ＰＮＣブロック１００は、摂動項を出力する。摂動項は、遅延されたソフトシンボルｘ_kおよびｙ_kに加算される１０４、１０６。

【0095】

上述で指摘したように、図７の方法による摂動項の評価は、少なくとも、式（８）および（９）における形式ｘ_k-mｘ_k-nｘ^* _k-m-n，ｘ_k-mｙ_k-nｙ^* _k-m-n，ｙ_k-mｙ_k-nｙ^* _k-m-n，およびｙ_k-mｘ_k-nｘ^* _k-m-nの乗法積が、複素数値ソフトシンボル間の複数の乗算を含むので、計算上高価である。

【0096】

発明者らの新しい硬判定ＰＮＣ方式の下では、摂動項は、

【数36】

に従って評価される。

【0097】

式（１０）および（１１）は、式（８）および（９）と同様の形式である。しかしながら、摂動項は、それがソフトシンボルではなくハードシンボルから計算されることを強調するために、上つき文字「ｈａｒｄ」でマークされている。同様に、式（１０）および（１１）におけるｘ_kおよびｙ_k項は、それらがソフトシンボルではなくハードシンボルから計算されることを強調するために、サーカムフレックスでマークされている。

【0098】

図８は、発明者らの新しい硬判定ＰＮＣ方式の簡略化されたブロック図である。図８が図７と共通している要素は、同様の参照番号で呼ばれる。図８のアーキテクチャは、ＰＮＣブロック１００への入力が今ではハードシンボルであることを除いて、図７のアーキテクチャと同様である。より具体的には、入力ソフトシンボルｘ_kおよびｙ_kは、２つの経路をとる。上の方の経路では、ソフトシンボルは、遅延される１０２。下の方の経路では、ソフトシンボルは、ハード判定が実施されるそれぞれの判定指示（Ｄ_Dir）ブロック１０８、１１０を通過する。Ｄ_Dirブロックからの出力は、ハードシンボル

【0099】

【数37】

および

【数38】

であり、それらは、入力としてＰＮＣブロック１００に供給される。したがって、Ｄ_Dirは、例えば最大事後（ＭＡＰ）検出による硬判定演算における、受信ソフトシンボルのコンステレーションポイントへのシンボル間マッピングである。

【0100】

摂動がハードシンボルを使用して計算された後、それは、遅延されたソフトシンボルｘ_kおよびｙ_kに加算される１０４、１０６。

【0101】

図８の硬判定ＰＮＣ方式は、単一ＰＮＣステージを有する。そのような単一ステージ方式は、計算の複雑さの有益な低減を提供するが、少なくともいくつかのシナリオの下では、受信したシンボルへのハード判定が判定誤差を導入することがあるので、性能劣化を受けやすいという欠点も有する。

【0102】

しかしながら、発明者らは、判定をより信頼できものにすることができるマルチステージ方式を開発した。図９は、発明者らのマルチステージ硬判定ＰＮＣ方式の簡略化されたブロック図である。図に示されるように、ＰＮＣ計算は、今では、複数の直列ステージ１２１、１２２、１２３に分割され、それらの各々は，２つの偏波チャネルの各々におけるソフトシンボルへの硬判定演算１２５を含む。

【0103】

各ステージにおいて、異なる非線形寄与が評価され、入力信号に適用される。「非線形寄与」が何を意味するかは、図５に戻って参照することによって最もよく理解され、図５は、摂動項が２Ｍ＋１個の計算ブランチで計算され、各計算ブランチはインデクスｍのそれぞれの値によってインデクスづけされている一例を示す。２Ｍ＋１個の計算ブランチの各々は、それぞれの「非線形寄与」を提供する。

【0104】

図９に戻ると、図９の各ＰＮＣステージは、２Ｍ＋１個の計算ブランチのすべてではなく選択された少数の計算ブランチのみを実施することによって摂動項を計算することに留意されたい。

【0105】

マルチステージ方式の各ステージにおいて、選択されたブランチを識別するインデクスｍは、－Ｍ～Ｍのすべての可能な値のサブセットのみをとることができる。各ステージは、他のステージによって実施されるサブセットから独立しているサブセットを実施する、すなわち、これらのサブセットのうちの２つは、共通の要素を有していない。例として、図９は、第１のステージでは、ｍが値－２、－１、１、２をとり、第２のステージでは、ｍが値－４、－３、３、４をとり、第３のステージでは、ｍが値－６、－５、５、６をとる非限定的な例を提供する。この種類の直列方式は、各非線形寄与が他のものから独立しているので実行可能である。

【0106】

図９は３つのステージがある例を提供しているが、この数は、限定として理解されるべきではない。特定の実施形態では、わずか２つのステージ、またはさらに単一ステージであってもよく、一方、他の実施形態では、ステージの数は、３つより多くてもよい。

【0107】

各ＰＮＣステージの後、ソフトシンボルは、それらを摂動係数の新しい値と合計することによって更新される。各更新の後、各偏波チャネルの更新されたシンボルは、上の方のブランチでは次の更新に進み、下の方のブランチでは、次のＰＮＣステージの前にあるハード判定に進む。このようにして、信号の実効信号対雑音比（ＳＮＲ）は、ステージごとに改善され得る。結果として、それぞれのステージの前に行われるハード判定は、次第により信頼性が高いものとなることができ、それは、単一ステージをもつ硬判定ＰＮＣと比べて全体的な判定誤差を低減することができる。

【0108】

光データ受信機の例示の実施形態は、図３を参照して上述で論じられた。図３に戻ると、図示の光データ受信機１４’は、局部光発振器４０と、第１および第２の偏波スプリッタ４１．１、４１．２と、第１および第２の光ミキサ４２、４４と、光検出器アレイ４６、４８と、２つの電気ハードウェアシリーズ５０、５２と、ＤＳＰ５４とを含むことが分かるであろう。２つの光検出器アレイのうちの一方は、ｘ偏波チャネルの電気出力を作り出し、他方の光検出器アレイは、ｙ偏波チャネルの電気出力を作り出す。

【0109】

各光検出器アレイ４６、４８からの電気出力は、電子ハードウェア構成要素のそれぞれのシリーズ５０、５２に導かれ、各シリーズは、例えば、電子増幅器と、電子ローパスフィルタと、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）とを含むことも分かるであろう。２つの偏波チャネルの各々にＡＤＣ出力がある。

【0110】

図３に示されているように、それぞれの偏波チャネルのＡＤＣ出力（図ではシリーズ５０およびシリーズ５２のそれぞれの出力として示される）は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）５４に導かれる。

【0111】

図３をさらに参照すると、ＤＳＰ５４は、線形処理回路（ＬＣ）と、摂動項を計算する非線形処理回路ＮＰＣと、摂動項を受信信号からの対応するシンボルと組み合わせる要素と、図に示されるデジタルデコーダＤＤなどの処理ステージとを含むことが分かる。

【0112】

デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって実行され得る図３に示された様々な処理ステージは、代替の図表現では、ＤＳＰチェーンの要素として示され得る。図１０は、図３のアーキテクチャが部分的にＤＳＰチェーン１３０として表されているブロック図である。

【0113】

図１０において、光フロントエンド１３２は、図３の局部光発振器、偏波スプリッタ、光ミキサ、および光検出器アレイを含む。光フロントエンド１３２は、図３の各電気ハードウェアシリーズの一部をさらに含む。しかしながら、図１０では、ＡＤＣ機能は、光フロントエンドから取り出されており、代わりに、ＤＳＰチェーンのフロント部分１３２として示されている。したがって、ＡＤＣ機能は、図１０では、２つの偏波チャネルの一方のためのＡＤＣ１３４と、２つの偏波チャネルの他方のためのＡＤＣ１３６とによって表されている。

【0114】

図１０をさらに参照すると、ＤＳＰチェーン１３０はそれぞれの偏波チャネルのための線形等化器ブロック１３８および１４０を含むことが分かる。これらのブロックは、図３の線形処理回路（ＬＣ）に対応する。復調器ブロック１４２および１４４は、線形等化器ブロックに続く。図３において線形回路ＬＣでは暗黙であったこれらの復調器は、線形等化の後のＡＤＣ出力からソフトシンボルｘ_k、ｙ_kを計算するためにキャリア周波数回復およびキャリア位相回復を実行する。

【0115】

図１０の非線形等化ブロック１４６は、図３の非線形処理回路ＮＰＣに対応し、図１０のデコーダブロック１４８および１５０は、図３に示されたデジタルデコーダＤＤに対応する。例として、デコーダブロック１４８および１５０は、ＦＥＣ復号を実施することができる。

【0116】

図１０をさらに参照すると、硬判定ＮＰＣのための等化器は、好ましくは、図示のように、線形等化および信号復調の後に配置される。これは、計算がシンボル当たり１サンプルのレートで実行され得ることを保証する方法を提供する。計算された後、非線形等化器により出力される各摂動項は、ＦＥＣ復号の前に、対応するシンボルから直接減じられ得る。このシーケンスは、「硬判定補償」と呼ばれる。

【0117】

代替として、摂動項は、軟判定ＦＥＣ復号で必要とされるシンボル対数尤度比（ＬＬＲ）の計算に含まれ得る。この代替シーケンスは、「軟判定補償」と呼ばれる。

【0118】

図１１は、軟判定補償の例示の方式の簡略化されたブロック図である。図８および図１１に共通する図面要素は、同様の参照番号で示されている。図１１に示されるように、ソフトシンボルｘ_kおよびｙ_kは、タイミング遅延１０２の後に、ソフトＦＥＣデコーダ１６０に渡される。ＰＮＣステージ１００からの出力は、摂動項Δｘ_kおよびΔｙ_kであり、それらもソフトＦＥＣデコーダに渡される。

【0119】

図１１に示されるように、摂動項が軟判定補償のためにソフトＦＥＣデコーダに渡される前に、単一ＰＮＣステージのみがある。ＰＮＣが多数のステージで実行される場合、最後のステージで計算された摂動項が、ソフトＦＥＣデコーダに渡され得る。

【0120】

硬判定補償でも軟判定補償でも、受信機側で非線形補償を実行することは、ＬＭＳアルゴリズムによってＣ_m,n係数を推定する適応等化器で実施することができるという潜在的な利益がある。

【0121】

上記のように、光データ受信機は、異なる波長を有する多数の光キャリアの各々で独立した信号を受信することができる。言い換えれば、光データ受信機は、多数の波長チャネルで受信することができる。しかしながら、説明を簡単にするために、光データ受信機の説明および添付の図面は、単一波長チャネルよりも多くのものに明示的に言及しない。図１２は、光受信機アーキテクチャの簡略化されたブロック図であり、多数の波長チャネルの処理が示されている。図面に示されているように、光入力信号１７０は、デマルチプレクサ１７５において個別の波長チャネルに波長多重分離される。各波長チャネルの信号は、それぞれの光フロントエンド１８０．１，１８０．２，・・・，１８０．ｎ、およびそれぞれのＤＳＰチェーン１８５．１，１８５．２，・・・，１８５．ｎに導かれる。説明を簡単にするために図から省略されているが、チャネル間相互作用の補正を容易にするために、多数の波長チャネルの信号は、各ＤＳＰチェーンにルーティングされ得る。

【0122】

本明細書で説明される硬判定ＮＰＣの技法は、付加的な計算の複雑さを導入することなく、光ファイバ伝送システムのための任意の標準変調フォーマットに適用することができることは注目に値する。

【0123】

図１３は、本明細書で説明される原理のうちのいくつかによる方法を流れ図で要約している。この方法は、１つまたは複数のステージで実行される。図には、第１のステージ１９０および最後のステージ１９５が示される。最初に第１のステージ１９０を参照すると、ソフトデータシンボルが、ブロック２００において、入力信号ストリーム２０５から得られる。ブロック２１０において、ソフトデータシンボルは、ハードシンボルに変換される。ブロック２２０において、重み係数が、チャネルモデル２２５からのデータを使用して形成される。ブロック２３０において、重み係数を使用して、摂動項が加重和として生成される。ブロック２１０、２２０、および２３０は、共同で、摂動項を提供する操作２３５を構成する。ブロック２４０において、摂動項を使用してソフトデータシンボルが補償され、それによって、補償されたソフトデータシンボルが提供され、補償されたソフトデータシンボルは、単一ステージ手法ではデコーダに出力され得、または図１３に示されているように、マルチステージ手法では、次のステージに渡される。

【0124】

マルチステージ手法の最後のステージ１９５では、直前に補償されたソフトデータシンボルが、ブロック２５０において、前のステージから得られ、摂動項が、上述で議論したブロック２３５と同様のブロック２６０において提供される。ブロック２７０において、補償されたソフトデータシンボルのストリームが生成され、復号されたビットの出力ストリームに復号するためのデコーダブロック２８０に渡される。

【0125】

図１４は、本明細書で説明される原理のうちのいくつかによる代替方法を流れ図で要約している。図示のように、この方法は単一ステージ２８５で実行されるが、マルチステージ実施態様の可能性は排除されない。

【0126】

図１４に示されたブロックのうちのいくつかは、図１３の対応ブロックに表された操作と類似する操作を表し、そのため、同様の参照番号を使用して示されている。

【0127】

ソフトデータシンボルが、ブロック２００において、入力信号ストリーム２０５から得られる。ブロック２１０において、ソフトデータシンボルは、ハードシンボルに変換される。ブロック２２０において、重み係数が、チャネルモデル２２５からのデータを使用して形成される。ブロック２３０において、重み係数を使用して、摂動項が加重和として生成される。ブロック２１０、２２０、および２３０は、共同で、摂動項を提供する操作２３５を構成する。

【0128】

図１３の方法から離脱して、摂動項およびソフトデータシンボルは、軟判定補償およびＦＥＣ復号のためにデコーダブロックに渡される２９０。

【符号の説明】

【0129】

１０ 光ファイバ通信システム
１２ 光データ送信機
１２’ 送信機
１４ 光データ受信機
１６ 光ファイバライン
２２ 光源
２４、２６ 光データ変調器
２８、３０ 電気ドライバ
３２ デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
４０ 局部光発振器
４１．１、４１．２ 偏波スプリッタ
４２、４４ 光ミキサ
４６、４８ 光検出器アレイ
５０、５２ 電気ハードウェアシリーズ
５４ ＤＳＰ
６０ ｘチャネル摂動計算のためのブロック
６２ ｙチャネル摂動計算のためのブロック
６４、６６ 加算要素
６８ ルックアップテーブル（ＬＵＴ）
７０、７１ 積を計算するブロック
７２、７３ 問題を周波数ドメインに変換するブロック
７４、７５ ＩＦＦＴを計算するブロック
７６、７７ 乗算器
８０、８１ 計算
８２、８３ ＦＦＴステージ
８４ 乗算器ステージ
８６、８７ ＩＦＦＴステージステージ
８８、８９ フィルタ処理
９０、９１ デシメート
９２、９３ 補間
９４、９５ ローパスアンチイメージングフィルタＧ（ｚ）を表すブロック
１００ ＰＮＣステージ
１０２ タイミング遅延
１０４、１０６ 回路
１０８、１１０ 判定指示（Ｄ_Dir）ブロック
１２１、１２２、１２３ 直列ステージ
１２５ 硬判定演算
１３０ ＤＳＰチェーン
１３２ 光フロントエンド
１３４、１３５ ＡＤＣ
１３８、１４０ 線形等化器
１４２、１４４ 復調器
１４６ 非線形等化
１４８、１５０ デコーダブロック
１６０ ソフトＦＥＣデコーダ
１７０ 光入力信号
１７５ デマルチプレクサ
１８０．１、１８０．２、１８０．ｎ 光フロントエンド
１８５．１、１８５．２、１８５．ｎ ＤＳＰチェーン
１９０ 第１のステージ
１９５ 最後のステージ
２００ ソフトデータシンボルを得るブロック
２０５ 入力信号ストリーム
２１０ ハードデータシンボルに変換するブロック
２２０ 重み係数を形成するブロック
２２５ チャネルモデル
２３０ 摂動項を加重和として生成するブロック
２３５ 摂動項を提供する操作
２４０ ソフトデータシンボルを補償するブロック
２５０ ソフトデータシンボルを得るブロック
２６０ ハードデータシンボルに変換するブロック
２７０ ソフトデータシンボルを補償するブロック
２８０ デコーダブロック
２８５ 単一ステージ
２９０ 軟判定補償およびＦＥＣ復号のためにデコーダブロックに渡される
ＬＣ 線形処理回路
ＮＰＣ 非線形処理回路
Ｄ 遅延要素
ＤＤ デジタルデコーダ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【外国語明細書】