JP2016519857A - 光通信のためにデータを変調する方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
24次元(24D)形式で変調された光信号を4D光チャネル上で送信するために、我々は24D直交信号ベクトルを4D光キャリアにマッピングする。そうするために、我々は、直交する次元として、同相、直交相、偏波および時間を考える。
別の実施形態は、8D超立方体格子変調に対してハミング距離を増大させるためにシングルパリティチェック符号を用いる。8ビット符号化語を生成するために、7ビットデータがブロック符号化器によって符号化される。各ビットが次元毎にBPSKによって変調され、その後、4D光キャリアにマッピングされた8次元BPSK。復号器手順は直前の実施形態と同じである。8D変調の利点は、符号化器および復号器の双方における複雑度が低いことである。
別の実施形態は、準完全ブロック符号を用いる。これは、目標データレートおよび次元に対する超立方体格子上で可能な最大のハミング距離を提供する。準完全ブロック符号は、線形および非線形符号、または準完全符号の組み合わせを含む。超立方体格子を用いると、ハミング距離の増大がユークリッド距離の増大につながる可能性がある。より高次元の格子変調は、線形および非線形雑音のもとで、信号に対するより良い復号を達成することができる。
高次元格子コンスタレーションをマッピングするために、図6Aに示すもの以外のマッピング方法を用いることが可能である。他の実施形態として、図6Bおよび6Cにマッピングの例を示す。図6Bは、各偏波信号が独立となり、よって望ましくない偏波歪みに対してより耐性があるという利点を有する。図6Cは、正確な4D信号生成器が不要であるという利益を有する。
ブロック符号化された格子変調は、BERを最小化する保証はないが、複数のビットに関する最小ユークリッド距離を最大化することができる。本発明では、目標信号対雑音比(SNR:signal to noise ratio)でのBERのユニオン限界を最小化するために、ペア毎誤り確率行列の固有値分解が用いられる。本方法は、まず、すべての可能な格子コンスタレーション間のペア毎誤り確率を決定する。グラフスペクトル技法を用いて、非負行列(すなわち、ペア毎誤り確率テーブル)の固有値分解により、少数のみの支配的な固有ベクトルを取得することができる。各固有ベクトルは、符号によりビットラベリングを分割することができる。固有セット分割の後、BERを最小化するためにラベリングを精緻化するためにシミュレーテッドアニーリング(SA)が用いられる。
本発明の方法は、異なる変調に対して異なるFEC符号を用いる。LDPC符号の外部情報転送(EXIT:extrinsic information transfer)チャート解析を用いると、種々の高次元変調についてエッジ度分布(edge degree distribution)を最適化することができる。本発明は、従来のようにEXIT曲線をフィットさせるのではなく、実際的な有限反復復号のために相互情報軌跡(mutual information trajectory)を用いる。一実施形態では、FEC符号は、他の代数的符号(BCH符号およびリード・ソロモン(RS)符号)の連結を伴うLDPC符号を有することができる。LDPC最適化は、度分布(degree distribution)を設計するための代数的符号の誤り訂正能力を直接的に考慮する。この変更は、高SNR領域におけるEXIT曲線の収束の制約を排除することによって、性能を改善することができる。
Claims (20)
- 光通信のためにデータを変調する方法であって、
符号化されたデータを生成するために、前進型誤り訂正(FEC)符号化器を用いてデータを符号化することと、
前記符号化されたデータを、ブロック符号化されたデータを生成するために、前記ブロック符号化されたデータを表すコンスタレーション点間のハミング距離が増大するようにブロック符号化器を用いて符号化することと、
マッピングされたデータを生成するために、前記コンスタレーション点間のユークリッド距離が増大するように、前記ブロック符号化されたデータをマッピングすることと、
送信機において、前記マッピングされたデータを、光チャネルのための変調信号に変調することと、
を備える、方法。 - 前記ブロック符号化器は準完全符号を用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記準完全符号は、線形符号、非線形符号、24次元(24D)超立方体に対する拡張ゴレイ符号、8D超立方体格子に対するシングルパリティチェック符号、およびこれらの組み合わせ
からなる群から選択される、請求項2に記載の方法。 - 前記ブロック符号化器は、超球格子に対する貪欲球切り取りによって設計される非線形符号を用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記ブロック符号化器は、固有セット分割およびシミュレーテッドアニーリングに基づくラベル最適化によってビット誤り率(BER)を最小化するために、符号語をコンスタレーション点に割り当てる、請求項1に記載の方法。
- 前記マッピングは、偏波、位相、時間、周波数、波長、空間モード、およびファイバーコア
を含む直交基底の任意の組み合わせを用いる、請求項1に記載の方法。 - 前記変調することは、最密高次元格子詰め込みに基づく超立方体格子または超球格子を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記データを再生するために、受信機において、前記変調信号を復調し、デマッピングし、ブロック復号し、FEC復号することをさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 前記ブロック復号は、前記FEC復号に軟判定情報を供給するために最尤決定または最大事後決定を用いる、請求項8に記載の方法。
- 前記復号は、相関メトリック計算、確率伝搬、または球復号に基づく、請求項8に記載の方法。
- 前記ブロック復号を精緻化するために、前記FEC復号からの軟判定情報が用いられる、請求項8に記載の方法。
- 前記FEC符号化器は、容量接近型(capacity-approaching)誤り訂正符号として、低密度パリティチェック(LDPC)符号、反復累積符号、またはターボ符号を用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記LDPC符号は、相互情報軌跡を持つ高次元格子変調の外部情報転送(EXIT)チャート解析を用いる、請求項12に記載の方法。
- 前記FEC符号は、低密度パリティチェック(LDPC)符号および代数的符号の連結を用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記代数的符号は、リード・ソロモン(RS)符号、リード・マラー(RM)、またはBose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)符号である、請求項14に記載の方法。
- 前記ハミング距離は、立方格子上のユークリッド距離の平方に線形に比例する、請求項1に記載の方法。
- 前記立方格子は、前記格子の各次元上の2値位相シフトキーイング(BPSK)の基本コンスタレーションである、請求項16に記載の方法。
- 光通信のためにデータを変調するシステムであって、
データから符号化されたデータを生成するよう構成される、前進型誤り訂正(FEC)符号化器と、
ブロック符号化されたデータを表すコンスタレーション点間のハミング距離が増大するようにブロック符号化されたデータを生成するよう構成される、ブロック符号化器と、
前記コンスタレーション点間のユークリッド距離が増大するように、マッピングされたデータを前記ブロック符号化されたデータから生成するよう構成される、マッパーと、
前記マッピングされたデータを、光チャネルのための変調信号に変調するよう構成される、送信機と
を備える、システム。 - 前記光チャネルは、コヒーレント光ファイバ、非コヒーレント光ファイバ、または自由空間光波媒体を含む、請求項18に記載のシステム。
- 前記送信は、高密波長分割多重(WDM)、マルチモード空間多重、マルチコア空間多重、サブキャリアシグナリング、シングルキャリアシグナリング、およびこれらの組み合わせ
からなる群から選択される、請求項18に記載のシステム。
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