JP5274363B2

JP5274363B2 - 光受信装置および光受信方法

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Publication number: JP5274363B2
Application number: JP2009113626A
Authority: JP
Inventors: 隆嗣杉原; 隆司水落; 和夫久保
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-05-08
Also published as: US20100287450A1; JP2010263476A; CN101882957B; EP2249532B1; US8645806B2; CN101882957A; EP2249532A2; EP2249532A3

Description

この発明は、誤り訂正に使用する軟判定データ生成回路を簡易化した光受信装置に関する。

ＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信システムの長距離・大容量化を実現するには、光ＳＮＲ（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）の低下に対する信号品質の確保が重要である。例えば、１波長あたり１０Ｇｂｐｓの光通信システムを１００Ｇｂｐｓにした際に同じ信号品質を得るためには、約１０ｄＢの光ＳＮＲ耐力向上が必要となる。

光ＳＮＲ耐力を増す手法として誤り訂正技術（例えば、非特許文献１）が活用されるが、１００Ｇｂｐｓ級の光通信システムに適用可能な高い訂正能力を得る目的で、軟判定を用いた誤り訂正技術の研究がなされている（例えば、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２）。

ここで、非特許文献２で開示されるようなデジタルコヒーレント光受信装置を考えた場合、受信光信号のアナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ（ＡｎａｌｏｇｕｅｔｏＤｉｇｉｔａｌ）変換回路のビット分解能や、後段に接続される受信信号復調回路などのデジタル信号処理回路内のデータビット幅は、誤り訂正に必要となる軟判定データのビット幅に比べて充分大きいのが通例である。１００Ｇｂｐｓ級のスループットを持つ軟判定誤り訂正回路の実現を考えた場合、軟判定データのビット幅削減処理をより簡易な構成で実現することは回路規模削減の観点から重要である。

さらに、現実の光通信システムにおいては、適用する変調方式によって、受信光信号に含まれる雑音分布が対称となる場合、非対称となる場合のいずれの場合も想定できるため、システムの実用化には、受信光信号に含まれる雑音分布によらず、簡易に最適な軟判定データを得ることが重要となる。

例えば、特許文献１にある複数の軟判定閾値との比較を直接デジタル回路に実装することで、軟判定情報を生成することが可能であるが、比較演算処理の小規模化は回路規模削減の目的では重要である。

また、ビット幅削減を行う軟判定データ生成回路として、特許文献２に信頼度情報に応じたビット幅削減技術が開示されているが、１００Ｇｂｐｓ級の信号処理を考えた場合には、より簡易に信頼度情報を抽出して軟判定データを生成する手法が望まれる。

さらに、軟判定データのうちＭＳＢ（ＭｏｓｔＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｔＢｉｔ）側のビットデータのみ選択し、残りのＬＳＢ（ＬｅａｓｔＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｔＢｉｔ）側のビットデータを切り捨てる（例えば、特許文献３）、伝送路の状況に応じてビットデータの選択位置をシフトする（例えば、特許文献４）、１ビット前の硬判定データをもとに軟判定閾値を選択する（例えば、特許文献５）という技術が開示されているが、いずれも復号回路出力から得られるデジタル信号から、受信光信号の雑音分布に応じてビット幅削減された軟判定データを簡易に生成するための具体的な手法は開示されていない。

Ｔ．Ｍｉｚｕｏｃｈｉ，ｅｔａｌ．，"ＮｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＦＥＣｆｏｒｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ"，ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２００８，ＯＴｕＥ４，２００８Ｙ．Ｍｉｙａｔａ，ｅｔａｌ．，"ＰｒｏｐｏｓａｌｆｏｒｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｏｐｔｉｃａｌｃｈａｎｎｅｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｕｎｉｔｅｍｐｌｏｙｉｎｇＬＤＰＣｃｏｄｅｓｆｏｒ１００Ｇｂ／ｓＦＥＣ"，ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２００９，ＮＴｈＢ２，２００９

特開２００５−３３５４７号公報特開２００９−２７４７０号公報特開２００３−２５８７５８号公報特開２００３−２５８７６２号公報特開２００４−３４９８８８号公報

しかしながら、従来技術には、次のような問題点があった。
従来の複数の軟判定閾値に対するデータ比較による軟判定データ生成回路では、扱うデータのビット幅が増大した場合に、軟判定データを生成するための比較演算規模が増大するという問題点があった。

また、従来の軟判定データ生成回路では、信頼度情報に応じたビット幅の削減を行うため、軟判定データを生成するための演算が必要となり、処理負荷が大きく、回路規模が増大するという問題点があった。

さらに、復号回路出力から得られるデジタル信号から、受信光信号の雑音分布に応じてビット幅削減された軟判定データが簡易に生成できないという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、軟判定データ生成処理の負荷を低減した軟判定データ生成回路を有する光受信装置を提供することを目的とする。

この発明に係る光受信装置は、受信した受信アナログ信号を受信デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記受信デジタル信号をｍビットの受信信号に復調する受信信号復調回路と、前記ｍビットの受信信号に基づいてｎビット（ｎ≦ｍ）の軟判定データを生成する軟判定データ生成回路と、前記ｎビットの軟判定データに基づいて誤り訂正を行い、この誤り訂正後の受信信号を出力する誤り訂正回路と、を備えた光受信装置であって、前記軟判定データ生成回路は、前記ｍビットの受信信号のＭＳＢを硬判定データとし、前記ｍビットの受信信号のＭＳＢ側の複数のビット（ｋビット、ｋ≦ｍ）と固定閾値との比較結果もしくは、前記ｍビットの受信信号のＬＳＢ側の（ｍ−ｋ）ビットから選択したｐビット（ｐ≦ｍ−ｋ）を信頼度情報とし、２^ｎ−１個の軟判定閾値による識別結果に対応するｎビット（ｎ＝ｐ＋１）の軟判定データを生成するものである。

この発明は、光受信装置において、ｎビットにビット幅削減した軟判定データを出力することができるので、軟判定データ生成処理の負荷を低減することができる。

この発明の実施の形態１による光受信装置を示す構成図この発明の実施の形態１による光受信装置を説明するための説明図この発明の実施の形態１による光受信装置を説明するための説明図この発明の実施の形態１による光受信装置を説明するための説明図この発明の実施の形態１による光受信装置を説明するための説明図この発明の実施の形態１による光受信装置を説明するための説明図この発明の実施の形態１による光受信装置を説明するための説明図この発明の実施の形態１による光受信装置を説明するための説明図

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光受信装置を示すブロック構成図である。
図１において、この光受信装置は、Ａ／Ｄ（ＡｎａｌｏｇｕｅｔｏＤｉｇｉｔａｌ）変換回路１０、受信信号復調回路１１、軟判定データ生成回路１２、誤り訂正回路１３を備えている。

以下、この光受信装置の各部位の機能について説明する。
Ａ／Ｄ変換回路１０は、光通信システムの受信端で光電気変換により生成された受信アナログ信号をデジタル信号に変換する。

受信信号復調回路１１は、Ａ／Ｄ変換回路１０から得られる受信デジタル信号から、受信データの復調を行い、ｍビットのデータ幅を持つ信号を出力する。例えば、ＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）信号に対してコヒーレント検波を行って受信データの復調を行う場合には、本機能ブロックにて、波形等化、周波数同期、周波数オフセットの補正、位相推定、シンボルタイミング抽出などの通常のデジタルコヒーレント受信技術で用いられるデジタル信号処理を行う。

軟判定データ生成回路１２は、受信信号復調回路１１の出力信号（ｍビット）を入力とし、誤り訂正回路１３に出力するｎビット（ｎ≦ｍ）の軟判定データを生成する。軟判定データ生成回路１２でのデータ生成処理については後述する。

誤り訂正回路１３は、軟判定データ生成回路１２から得られる軟判定データをもとに軟判定誤り訂正を行い、誤り訂正後受信信号を出力する。誤り訂正回路１３では、デインターリーブ、軟判定復号、誤り訂正フレーム同期処理などの通常用いられる軟判定誤り訂正に必要な処理を行い、誤り訂正された硬判定データを出力する。

以下では、軟判定データ生成回路１２での軟判定データ生成処理として、６ビット（ｍ＝６）の入力データから、硬判定データ１ビット、信頼度情報２ビット（ｐ＝２）の計３ビット（ｎ＝ｐ＋１＝３）の軟判定データを出力する場合を例として説明する。

図２は、受信信号復調回路１１から得られる６ビットのデータから、１ＬＳＢ（ＬｅａｓｔＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｔＢｉｔ）間隔で７個（２^３−１）の軟判定閾値（Ｄ０〜Ｄ６）を設定し、各軟判定閾値に対応した信頼度情報（２ビット）を生成する場合のデータ処理方法を示す。
ここで、６ビットのデータ（[ｂ５：ｂ０]、ＭＳＢ（ＭｏｓｔＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｔＢｉｔ）：ｂ５、ＬＳＢ：ｂ０）としては、例えばＱＰＳＫ変調でのＩ（Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ）チャネルもしくはＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ）チャネルの信号[−１〜＋１]が、[００００００〜１１１１１１]で表わされていると仮定する。

硬判定データとしては、ＭＳＢの１ビット（ｂ５）を採用する。ＱＰＳＫの受信光信号は対称ガウス雑音を含むとみなせるため、６ビットの中心値を閾値とした際の０／１判定結果を硬判定データとすればよく、ＭＳＢを採用することが可能である。

信頼度情報は、以下の手順にて決定する。
ここでは、非特許文献１に示される信頼度のルールに従うものとし、より確からしい場合から信頼度が低くなるに応じて、信頼度情報は１１、１０、０１、００と設定するものとする（１１が最も信頼度が高く、００は最も信頼度が低い）。例えば、最も確からしい‘１’は‘１１１’、最も確からしい‘０’は‘０１１’と表現される。また、最も不確かな‘１’は‘１００’、最も不確かな‘０’は‘０００’となる。

ここで、非特許文献１からわかるとおり、７個の軟判定閾値の中心に位置する硬判定閾値（Ｄ３）近傍のデータに比べて、硬判定閾値からより離れた位置のデータの方がより硬判定データの信頼度は高い。したがって、上記ルールに応じて１ＬＳＢ間隔の軟判定閾値に対する信頼度情報を生成するためには、図２において、ｂ１、ｂ０の組を信頼度として抽出すればよいことがわかる。
なお、硬判定結果が‘０’となる組に対しては、抽出データを反転することで上記ルールにのっとった信頼度情報とすることができる。
また、最も外側の軟判定閾値Ｄ０、Ｄ６より外側のデータに対しては、上位４ビット［ｂ５：ｂ２］を固定値と比較することで、信頼度を設定すればよい。

図３は、図２の手順で取得した信頼度情報をもとに、軟判定生成回路１２の入力データ（６ビット）と出力データ（３ビット）の組み合わせをまとめたものである。硬判定データが‘０’の場合の信頼度の反転処理に関しては、後段に接続される誤り訂正回路１３との整合により、適宜処理の有無を判断してもよい。

図４、図５には、７個の軟判定閾値を２ＬＳＢ間隔で並べた時の軟判定データ生成処理を、図６、図７には４ＬＳＢ間隔で並べた時の軟判定データ生成処理をそれぞれ示す。いずれの場合においても、ＭＳＢ側ビットの固定値との比較と、ＬＳＢ側ビットからの２ビットのビット抽出のみで容易に軟判定データを生成できることがわかる。

以上のように、硬判定データをＭＳＢビットとし、信頼度情報をＭＳＢ側上位複数ビット（ｋビット、ｋ≦ｍ）の固定値との比較、もしくはＬＳＢ側の複数ビット（（ｍ−ｋ）ビット）からのビット選択（ｐビット（ｐ≦ｍ−ｋ））によって、簡易にｎビット（＝ｐ＋１ビット）の軟判定データを生成することが可能である。したがって、６ビットのデータ幅の信号の全てに対して、各軟判定閾値との比較演算を行って軟判定データを生成する場合に比べると回路規模の縮小効果が期待できる。

なお、信頼度情報として選択するビットの組については、誤り訂正能力が最適化されるように、外部から設定できる構成としてもよいことは言うまでもない。

ここに、図２〜図７では、等間隔に軟判定閾値設定を行った場合についての説明を行ったが、ＯＯＫ（Ｏｎ−ＯｆｆＫｅｙｉｎｇ）変調のように、光通信システムの受信端で受信光信号に含まれる雑音分布が非対称となる場合には、特許文献１にて開示されているように、受信光信号のスペース側（硬判定データ‘０’）に対してマーク側（硬判定データ‘１’）の軟判定閾値間隔を広く設定することで、誤り訂正能力が最適化されることが知られている。

図８は、非対象な雑音分布に対応するため、スペース側が１ＬＳＢ間隔の軟判定閾値設定であるのに対し、マーク側が２ＬＳＢ間隔の軟判定閾値設定を行う場合の信頼度情報生成手法を示す。信頼度情報の抽出ビット位置および、軟判定閾値Ｄ０、Ｄ６の外側の信頼度を決める比較のための固定値とビット幅を、硬判定データに応じて異なった設定とすることで、容易に非対称な軟判定閾値設定を実現することができる。

なお、上述の例では、軟判定データ生成回路１２の入力ビット幅６ビット、出力ビット幅３ビットの場合の説明を行ったが、それ以外のビット幅に対しても同様の手法が適用できることは言うまでもない。

この発明の実施の形態１に係る光受信装置によれば、光受信装置は、軟判定データ生成回路において、ｍビットの入力データのＭＳＢを硬判定データとし、ＭＳＢ側の複数ビット（ｋビット、ｋ≦ｍ）と固定閾値との比較結果もしくは、ＬＳＢ側の（ｍ−ｋ）ビットから選択したｐビット（ｐ≦ｍ−ｋ）を信頼度情報とすることで、ｍビットの入力データから２^ｎ−１個の軟判定閾値による識別結果に対応するｎビット（ｎ＝ｐ＋１）にビット幅削減した軟判定データを出力することができる。
そのため、軟判定データ生成処理の負荷を低減することができる。

また、軟判定データ生成回路１２にて、光受信装置の外部からｐビットの選択範囲を設定することで、誤り訂正能力が最適化されるような軟判定データを生成することができる。

また、硬判定データに応じて、ｐビットの選択範囲を可変することで、マーク側およびスペース側に対してそれぞれ異なる間隔の軟判定閾値を設定した場合の軟判定データ生成が実現できる。
そのため、等間隔の軟判定閾値設定のみならず、不等間隔の軟判定閾値設定が可能であり、対称雑音分布、非対称雑音分布のいずれに対しても最適な軟判定データを簡易に生成できる。

１０Ａ／Ｄ変換回路、１１受信信号復調回路、１２軟判定データ生成回路、１３誤り訂正回路

Claims

受信した受信アナログ信号を受信デジタル信号に変換するＡ／Ｄ（ＡｎａｌｏｇｕｅｔｏＤｉｇｉｔａｌ）変換回路と、前記受信デジタル信号をｍビットの受信信号に復調する受信信号復調回路と、前記ｍビットの受信信号に基づいてｎビット（ｎ≦ｍ）の軟判定データを生成する軟判定データ生成回路と、前記ｎビットの軟判定データに基づいて誤り訂正を行い、この誤り訂正後の受信信号を出力する誤り訂正回路と、を備えた光受信装置であって、
前記軟判定データ生成回路は、前記ｍビットの受信信号のＭＳＢ（ＭｏｓｔＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｔＢｉｔ）を硬判定データとし、前記ｍビットの受信信号の値に応じて、前記ｍビットの受信信号のＭＳＢ側の複数のビット（ｋビット、ｋ≦ｍ）と固定閾値との比較結果と、前記ｍビットの受信信号のＬＳＢ（ＬｅａｓｔＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｔＢｉｔ）側の（ｍ−ｋ）ビットから選択したｐビット（ｐ≦ｍ−ｋ）を信頼度情報とし、２ⁿ−１個の軟判定閾値による識別結果と、のいずれか一方の結果に基づいてｎビット（ｎ＝ｐ＋１）の軟判定データを生成することを特徴とする光受信装置。
前記軟判定データ生成回路は、光受信装置の外部からｐビットの選択範囲が設定されることを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
前記軟判定データ生成回路は、前記硬判定データに応じて、ｐビットの選択範囲を可変設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光受信装置。
前記軟判定データ生成回路は、前記ｍビットの受信信号の中央値の近傍で等間隔に前記軟判定閾値を配置したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の光受信装置。
前記軟判定データ生成回路は、前記ｍビットの受信信号の中央値の近傍で前記硬判定データに応じて不等間隔に前記軟判定閾値を配置したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の光受信装置。
受信した受信アナログ信号を受信デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ステップと、前記受信デジタル信号をｍビットの受信信号に復調する受信信号復調ステップと、前記ｍビットの受信信号に基づいてｎビット（ｎ≦ｍ）の軟判定データを生成する軟判定データ生成ステップと、前記ｎビットの軟判定データに基づいて誤り訂正を行い、この誤り訂正後の受信信号を出力する誤り訂正ステップと、を備えた光受信方法であって、
前記軟判定データ生成ステップは、前記ｍビットの受信信号のＭＳＢを硬判定データとし、前記ｍビットの受信信号の値に応じて、前記ｍビットの受信信号のＭＳＢ側の複数のビット（ｋビット、ｋ≦ｍ）と固定閾値との比較結果と、前記ｍビットの受信信号のＬＳＢ側の（ｍ−ｋ）ビットから選択したｐビット（ｐ≦ｍ−ｋ）を信頼度情報とし、２ⁿ−１個の軟判定閾値による識別結果と、のいずれか一方の結果に基づいてｎビット（ｎ＝ｐ＋１）の軟判定データを生成することを特徴とする光受信方法。