JP6456564B2 - 尤度生成装置、受信装置、尤度生成方法および光伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、軟判定誤り訂正復号の前処理として尤度生成を行う尤度生成装置、受信装置、尤度生成方法および光伝送システムに関する。

光ファイバにより長距離大容量伝送を行うシステムでは、高速かつ高密度な信号多重分離、伝送時に生じる性能劣化抑圧を低コストに実現することが課題である。

光信号を送信する光送信装置では、複数の光搬送波またはサブキャリアである光サブ搬送波に異なる情報を載せて高密度波長多重を行うことにより、光ファイバ当たりの伝送容量を増大させることが可能である。ここで、多重化する光搬送波および光サブ搬送波を各々チャネルと呼ぶ。また、変調方式を多値化することによっても伝送容量の増大が可能である。

長距離伝送および大容量伝送を実現する方法として、ｍ値位相変調（ｍ−ａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ｍＰＳＫ）およびｍ値直交振幅変調（ｍ−ａｒｙ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ｍＱＡＭ）の適用が考えられる。すなわち、信号点を増やして１シンボル当たりの伝送ビット数を増やすことで、伝送容量を増大させることが可能である。ｍＰＳＫおよびｍＱＡＭでは、一般に、同位相軸（Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ軸：Ｉ軸）と、直交位相軸（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ軸：Ｑ軸）とに、信号を割り当てる。

また、偏波多重を用いることで、１シンボル当たりの伝送ビット数を２倍に増やす方法が知られている。偏波多重では、直交する２つの偏波成分である垂直偏波および水平偏波に対して独立に信号を割り当てることが可能である。

偏波多重ｍＰＳＫ方式または偏波多重ｍＱＡＭ方式が適用された光伝送システムでは、受信端において局部発振光源が生成した連続光と受信信号とを混合干渉させて検波するコヒーレント検波を行い、コヒーレント検波で得られた電気信号をデジタル信号処理により補償するデジタルコヒーレント方式が用いられている。デジタルコヒーレント方式では、偏波多重（Ｄｕａｌ−Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＤＰ）４値位相変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ＰＳＫ：ＱＰＳＫ）方式が広く使用されている（例えば、非特許文献１，２参照）。

ｍＰＳＫおよびｍＱＡＭのｍは一般に２のｎ乗（ｎ：１以上の整数）をとり、ｎビットの情報通信を可能とする。一方、これら一般的な信号点配置に対して制約を与えることで性能改善を図る符号化変調についても検討が進められている（例えば、非特許文献３，４参照）。最も簡単な例として、１つのブロックで通信するビット数を（ｎ−１）とし、信号点としては１ブロックでｎビット分を用意し、通信対象の（ｎ−１）ビットの排他的論理和により、１ビットのパリティビットを生成し、ｎビットの信号点で通信することが考えられる。１ブロックを構成する方法として、直交２偏波、直交２位相および複数タイムスロット等をまとめて取り扱うことが一般的である。座標軸の数がＮである場合、Ｎ次元変調と呼ぶ。Ｎは１以上の整数である。Ｎ次元変調は、符号長の長い誤り訂正符号に比べると性能改善量は限定的である。しかし、Ｎ次元変調では、情報ビット数とパリティビット数との関係を容易に変化させることが可能であり、周波数利用効率を柔軟に変更できるという利点がある。例えば、３ｂｉｔ／ｓｙｍｂｏｌを実現する偏波スイッチＱＰＳＫ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ−ＱＰＳＫ：ＰＳ−ＱＰＳＫ）は、４ｂｉｔ／ｓｙｍｂｏｌを実現する一般的なＤＰ−ＱＰＳＫと、２ｂｉｔ／ｓｙｍｂｏｌを実現するＤＰ−２値位相変調（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）の中間解として有力である。

長距離光伝送を行う場合には、受信端での信号品質を確保すべく、ビットレート、変調方式および検波方式などに応じた光信号電力対雑音電力比の実現が必要であり、そのために、高い光電力で信号伝送を行う必要がある。このとき、光ファイバ中で生じる非線形光学効果に起因する波形歪みが信号品質を劣化させる。非線形光学効果は、チャネル内で生じる効果とチャネル間で生じる効果とに大別することができる。

チャネル内で生じる非線形光学効果としては、自己位相変調（Ｓｅｌｆ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＳＰＭ）が挙げられる。より狭義の定義として、ＳＰＭは、チャネル内自己位相変調（Ｉｎｔｒａ−ｃｈａｎｎｅｌ ＳＰＭ：ＩＳＰＭ）、チャネル内相互位相変調（Ｉｎｔｒａ−ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＩＸＰＭ）、チャネル内四光波混合（Ｉｎｔｒａ−ｃｈａｎｎｅｌ Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ：ＩＦＷＭ）などに分類される。一方、チャネル間で生じる非線形光学効果としては、相互位相変調（Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＸＰＭ）、四光波混合（Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ：ＦＷＭ）、相互偏波変調（Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＸＰｏｌＭ）などが挙げられる。チャネル内で生じる非線形光学効果およびチャネル間で生じる非線形光学効果は、いずれも、信号の光電力密度が高い場合、信号の光電力密度の変化が大きい場合、および伝送距離が長い場合に発生が顕著となる。また、チャネル間で生じる非線形光学効果は、伝送路の局所波長分散が小さい場合、または波長多重化するチャネルの波長間隔が狭い場合、各チャネルの光信号の偏波状態が伝送路内で長く相関を持つ。相互作用が継続する場合、品質劣化が顕著となる。

符号化変調は、取りうる信号点の組合せに制限を与えることで、光信号の電力の変化を抑え、非線形光学効果への耐力を向上させることも可能である。例えば、特許文献１に記載されている４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ（４−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ２−ａｒｙ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ８−ａｒｙ ＰＳＫ）は、直交２偏波、直交２位相および１タイムスロットからなる４次元を１ブロックとし、各偏波で２値振幅８値位相変調（２Ａ８ＰＳＫ）の信号点配置をとる。４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫは、１ブロックで通信するビット数が６であり、信号点は１ブロックで８ビット分の２５６点である。４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫのビットおよびシンボルのマッピングを図１３に示す。図１３の左側に４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ信号のＸ偏波面およびＹ偏波面における信号点の配置と、各信号点と伝送される４ビットの対応関係とを示している。カンマで区切った左側の３ビットが情報ビット、右側の１ビットがパリティビットとなる。図１３に示したように、４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫによる通信では、通信対象の情報ビット６ビットのうち、３ビットをグレイ符号化してＸ偏波の位相に割り当て、別の３ビットについても同じくグレイ符号化してＹ偏波の位相に割り当てる。また、この６ビットの排他的論理和により１ビットのパリティビットを生成してＸ偏波の振幅に割り当て、Ｘ偏波の振幅に割り当てた１つ目のパリティビットを反転させたビットを２つ目のパリティビットとしてＹ偏波の振幅に割り当てる。このように、４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫでは１ブロックで合計８ビットを伝送する。これにより、１タイムスロット当たりの光信号電力は、いかなるビットの組合せに対しても一定となる。光信号電力が一定である４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫは、達成できる周波数利用効率６ｂｉｔ／ｓｙｍｂоｌがＤＰ−８ＱＡＭと同一であるが、ビットの組合せに依存して光信号電力が異なる値となるＤＰ−８ＱＡＭと比較して、非線形光学効果に対して高い耐力をもつ。以下、１ブロックで伝送する情報ビット数が６の４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫと称する。

米国特許出願公開第２０１６／０００６５１５号明細書

Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｆｏｒｕｍ，「１００Ｇ Ｕｌｔｒａ Ｌｏｎｇ Ｈａｕｌ ＤＷＤＭ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ」，２００９年６月 Ｅ.Ｙａｍａｚａｋｉ、外２７名，「Ｆａｓｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ １００−Ｇｂｉｔ/ｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ｏｖｅｒ ＯＴＮ ｕｓｉｎｇ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ＤＳＰ」, Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ.１９,ｎｏ.１４,ｐｐ.１３１７９−１３１８４，２０１１． Ｅ．Ａｇｒｅｌｌ，外１名，「Ｐｏｗｅｒ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｆｏｒｍａｔｓ ｉｎ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．２７，ｎｏ．２２，ｐｐ．５１１５−５１２６，２００９． Ｄ．Ｍｉｌｌａｒ，外６名，「Ｈｉｇｈ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｙｓｔｅｍｓ」，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．２２，ｎｏ．７，ｐｐ．８７９８−８８１２，２０１４．

特許文献１に記載の従来技術（６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ）は、軟判定誤り訂正の適用を想定した尤度生成を理想的なものと仮定しており、回路実装は考慮外である。すなわち、特許文献１に記載の従来技術では回路実装について考慮されていない。そのため、特許文献１に記載の従来技術は、尤度生成のための信号処理回路の規模が増大し、実装が難しいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路規模を抑えた尤度生成装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる尤度生成装置は、Ｎを４以上の自然数、ｎおよびｋを自然数かつｋ＜ｎ、Ｌを自然数かつＬ＜Ｎとし、Ｎ次元に配置されたｎ−ｋ個の情報ビットおよびｋ個のパリティビットで構成された符号化変調信号を受信する受信装置において、受信した符号化変調信号で伝送される情報ビットおよびパリティビットの各ビットの尤度を、Ｌ次元のアドレス空間を有し各アドレス空間に尤度が格納されたテーブルを使用して求める。また、尤度生成装置は、求めた尤度情報のうち、情報ビットの尤度をパリティビットの生成規則に基づいて更新する。

本発明によれば、回路規模を抑えた尤度生成装置を実現できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる尤度生成装置の構成例を示す図 実施の形態１にかかる尤度仮判定部が保持している各テーブルに格納するビット尤度情報の一例を示す図 実施の形態１にかかる尤度生成装置の処理手順の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態２にかかる光伝送システムの構成例を示す図 実施の形態２にかかる光送信装置の構成例を示す図 実施の形態２にかかる光受信装置の構成例を示す図 実施の形態２にかかる光伝送システムを実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる光伝送システムにおける光信号の伝送手順の一例を示すフローチャート ＤＰ−８ＱＡＭおよび６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫについて、伝送特性比較を行った実験結果を示す図 本発明の実施の形態３にかかる尤度生成装置の構成例を示す図 実施の形態３にかかる尤度生成装置の処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態４にかかる光伝送システムにおける光信号の伝送手順の一例を示すフローチャート ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫのビットおよびシンボルのマッピングを示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる尤度生成装置、受信装置、尤度生成方法および光伝送システムを図面に基づいて詳細に説明する。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、本発明の実施の形態１にかかる尤度生成装置の構成例を示す図である。本実施の形態では６ｂｉｔ／ｓｙｍｂоｌを実現する６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ信号、すなわち、直交２偏波、直交２位相および１タイムスロットからなる４次元を１ブロックとする信号を伝送する光伝送システムの光受信装置において受信信号の尤度を生成する尤度生成装置について説明する。なお、本発明が適用可能な信号形式を６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ信号に限定するものではない。

尤度生成装置５０は、ＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱの各成分からなり、それぞれ６４階調（６４レベル）で表現されている受信信号１０を入力とする。この尤度生成装置５０は、入力された受信信号１０に含まれる６つの情報ビットについて尤度情報を生成し、生成した１６つの尤度情報を後段の軟判定誤り訂正復号部２０へ出力する。図１に示した例では、尤度生成装置５０から出力される各尤度情報を１６値すなわち１６レベルとしている。受信信号１０は、対向装置である光送信装置から送信された光信号をコヒーレント検波し、コヒーレント検波により得られた電気信号に対してデジタル信号処理を行い波形補償および信号回復された信号である。光信号のコヒーレント検波およびコヒーレント検波で得られた電気信号に対するデジタル信号処理は、非特許文献１および２などに記載の公知の方法に従って行われる。軟判定誤り訂正復号部２０は、公知の方法に従って誤り訂正復号を行い６ビットの情報ビットを復元する。

図１に示したように、尤度生成装置５０は、尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂと、尤度補正部５２と、量子化部５３ａ〜５３ｆとを備える。尤度仮判定部５１ａにはＸ偏波の信号成分であるＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が入力され、尤度仮判定部５１ｂにはＹ偏波の信号成分であるＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が入力される。尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂは尤度導出部を構成する。

尤度仮判定部５１ａは、入力されうるＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値（それぞれ６４レベル）が示す２次元空間上の４０９６の各アドレスに対応させて予め決定しておいたビット尤度情報を尤度補正部５２に出力する。尤度仮判定部５１ａは、図１３に示したＸ偏波用のビットｂ₀、ｂ₁、ｂ₂およびｂ₆のそれぞれに対応する尤度β₀ ⁽⁰⁾、β₁ ⁽⁰⁾、β₂ ⁽⁰⁾およびβ₆ ⁽⁰⁾が格納されたテーブルを保持している。すなわち、尤度仮判定部５１ａは、ＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が示す４０９６の各アドレスと尤度β₀ ⁽⁰⁾、β₁ ⁽⁰⁾、β₂ ⁽⁰⁾およびβ₆ ⁽⁰⁾との対応テーブルを保持しており、入力されたＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が示すアドレスに対応する尤度β₀ ⁽⁰⁾、β₁ ⁽⁰⁾、β₂ ⁽⁰⁾およびβ₆ ⁽⁰⁾を尤度補正部５２に出力する。図１は各尤度を６４階調で表す場合の例を示している。

尤度仮判定部５１ｂは、入力されうるＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が示す２次元空間上の４０９６の各アドレスに対応させて予め決定しておいたビット尤度情報を尤度補正部５２に出力する。尤度仮判定部５１ｂは、図１３に示したＹ偏波用のビットｂ₃、ｂ₄、ｂ₅およびｂ₇のそれぞれに対応する尤度β₃ ⁽⁰⁾、β₄ ⁽⁰⁾、β₅ ⁽⁰⁾およびβ₇ ⁽⁰⁾が格納されたテーブルを保持している。すなわち、尤度仮判定部５１ｂは、ＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が示す４０９６の各アドレスと尤度β₃ ⁽⁰⁾、β₄ ⁽⁰⁾、β₅ ⁽⁰⁾およびβ₇ ⁽⁰⁾との対応テーブルを保持しており、入力されたＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が示すアドレスに対応する尤度β₃ ⁽⁰⁾、β₄ ⁽⁰⁾、β₅ ⁽⁰⁾およびβ₇ ⁽⁰⁾を尤度補正部５２に出力する。図１は各尤度を６４階調で表す場合の例を示している。

尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂが保持しているテーブルに格納する尤度情報は、尤度生成装置５０が適用される光伝送システムで想定される雑音分布、想定される信号歪み、および後段に配置される軟判定誤り訂正復号部２０の性能などの少なくとも一つを考慮して決定する。雑音分布としては、加法性白色ガウス雑音の分布、信号処理後に残留する光源の位相雑音の分布および偏波干渉雑音の分布などの中の少なくとも１つが該当する。信号歪みとしては、光変調器の消光比、光変調器のドライバおよび光受信器のコヒーレントレシーバの非線形応答、Ｉ／Ｑ間すなわち同相成分と直交成分との間のスキュー、Ｉ／Ｑ間の電力ばらつき、Ｘ／Ｙ間すなわちＸ偏波成分とＹ偏波成分との間の電力ばらつき、などの中の少なくとも１つが該当する。誤り訂正復号部の性能とは、誤り訂正後ビット誤り率１０＾−１５を得る際の雑音電力等である。

図２は、尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂが保持している各テーブルに格納するビット尤度情報の一例を示す図である。図２の左上にβ₀ ⁽⁰⁾およびβ₃ ⁽⁰⁾の尤度情報を示し、図２の右上にβ₁ ⁽⁰⁾およびβ₄ ⁽⁰⁾の尤度情報を示し、図２の左下にβ₂ ⁽⁰⁾およびβ₅ ⁽⁰⁾の尤度情報を示し、図２の右下にβ₆ ⁽⁰⁾およびβ_７ ⁽⁰⁾の尤度情報を示している。図示した４つの尤度情報の例では、６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫの信号点位置を示すとともに、色の濃淡により、正規化した対数尤度比（ＬＬＲ：Ｌｏｇ−Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｒａｔｉｏ）を示している。なお、便宜上図２では濃淡の違いをハッチングの差異で表現している。尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂが保持している各テーブルには、各信号点を示す各ビット（合計４ビット）の尤度情報を格納しておく。６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ信号では、Ｘ偏波とＹ偏波とでビットおよびシンボルのマッピングが完全に一致しているため、Ｘ偏波用のテーブルとＹ偏波用のテーブルとは同じであり、尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂは同じ処理を行えばよい。

尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂが保持しているテーブルは外部から書き換え可能とする。書き換えを行うための手段としては、外部機器を接続するためのインタフェースを尤度生成装置５０に設け、外部機器からテーブルのデータを取得することが考えられる。テーブルのデータを受信信号１０として入力し、後段の軟判定誤り訂正復号部２０で復号されたデータ（新しいテーブルのデータ）を尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂが受け取ってテーブルを更新するようにしてもよい。その他の方法でテーブルのデータを更新するようにしても構わない。

尤度補正部５２は、尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂから入力される８ビット分の尤度情報β_i ⁽⁰⁾（ｉ＝０〜７）に対して、２つのパリティビットｂ₆およびｂ₇の生成規則、具体的には「ｂ₆＝ＸＯＲ（ｂ₀，ｂ₁，ｂ₂，ｂ₃，ｂ₄，ｂ₅）」および「ｂ₇＝ＮＯＴ（ｂ₆）＝ＸＯＲ（ｂ₀，ｂ₁，ｂ₂，ｂ₃，ｂ₄，ｂ₅，１）」に基づいた尤度交換を行い、元の６ビット（ｂ₀〜ｂ₅）の尤度情報を求める。尤度補正部５２は、求めた尤度情報を量子化部５３ａ〜５３ｆへ出力する。このときのビット精度は、例えば６４階調とする。なお、回路リソースに応じて２５６階調または５１２階調等に高精度化してもよい。

パリティビットｂ₆およびｂ₇の生成規則すなわち２つのＸＯＲで表現されるパリティ生成規則で拘束された８つのビットについての尤度交換は、例えば公知のＭｉｎ−Ｓｕｍ法を使用し、次式（１）〜（３）に従って行うことができる。

式（１）で求めるα_i,6は、パリティビットｂ₆に関連したビットｂ_i（ｉ＝０〜５）の外部情報であり、式（２）で求めるα_i,7は、パリティビットｂ₇に関連したビットｂ_i（ｉ＝０〜５）の外部情報である。γ₁〜γ₇は、ビットごとに尤度の重みづけを行う係数である。ｓ（６）はパリティビットｂ₆に関係するビット、具体的にはビットｂ₀〜ｂ₆を表し、ｓ（７）はパリティビットｂ₇に関係するビット、具体的にはビットｂ₀〜ｂ₅、ｂ₇を表す。

式（３）は、式（１）および式（２）で求めたビットｂ_i（ｉ＝０〜５）の外部情報α_i,6およびα_i,7を加算し、この加算結果に重みεをかけて得られた結果を元の尤度情報β_i ⁽⁰⁾（ｉ＝０〜５）に加算し、出力する尤度情報すなわち更新後の尤度情報β_i ⁽¹⁾を求める処理を表している。

上記のパラメータγ_kおよびεは、相互情報量または軟判定誤り訂正後のビット誤り率を観測して指標とし、相互情報量を指標とする場合は最大化するようパラメータを選択し、ビット誤り率を指標とする場合は最小化するようパラメータを選択する。

量子化部５３ａ〜５３ｆは、尤度補正部５２から入力される６ビット分の尤度情報β_i ⁽¹⁾（ｉ＝０〜５、例えば各６４階調）に対して量子化を行い、例えば１６階調の尤度情報に変換する。量子化部５３ａ〜５３ｆは、量子化を行って得られたビット分解能変更後の尤度情報β_i ⁽²⁾（ｉ＝０〜５）を軟判定誤り訂正復号部２０へ出力する。量子化時のスケーリングは、β_i ⁽¹⁾とβ_i ⁽²⁾との間の相互情報量または軟判定誤り訂正後のビット誤り率を指標とし、相互情報量を指標とする場合は最大化するようパラメータを選択し、ビット誤り率を指標とする場合は最小化するようパラメータを選択する。量子化部５３ａが尤度情報β₀ ⁽¹⁾を量子化して尤度情報β₀ ⁽²⁾を生成し、量子化部５３ｂが尤度情報β₁ ⁽¹⁾を量子化して尤度情報β₁ ⁽²⁾を生成し、量子化部５３ｃが尤度情報β₂ ⁽¹⁾を量子化して尤度情報β₂ ⁽²⁾を生成し、量子化部５３ｄが尤度情報β₃ ⁽¹⁾を量子化して尤度情報β₃ ⁽²⁾を生成し、量子化部５３ｅが尤度情報β₄ ⁽¹⁾を量子化して尤度情報β₄ ⁽²⁾を生成し、量子化部５３ｆが尤度情報β₅ ⁽¹⁾を量子化して尤度情報β₅ ⁽²⁾を生成する。

図３は、実施の形態１にかかる尤度生成装置５０の処理手順の一例を示すフローチャートである。

尤度生成装置５０は、まず、信号のＸＩ成分、ＸＱ成分、ＹＩ成分およびＹＱ成分を受信信号１０として受け取る。信号のＸＩ成分、ＸＱ成分、ＹＩ成分およびＹＱ成分は、図１では記載を省略している前段のコヒーレントレシーバ等により６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ信号がコヒーレント検波され、さらに、デジタル信号処理により波形補償および信号回復された信号の成分である。尤度生成装置５０が受け取った各信号成分のうち、ＸＩ成分およびＸＱ成分は尤度仮判定部５１ａに入力し、ＹＩ成分およびＹＱ成分は尤度仮判定部５１ｂに入力する（ステップＳ１１）。

次に、尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂが、入力された受信信号１０の値すなわち信号点が示すアドレスに対応する尤度をテーブル参照により判定し、尤度を尤度補正部５２に出力する（ステップＳ１２）。すなわち、尤度仮判定部５１ａは、入力されたＸＩ成分およびＸＱ成分が示すアドレスに対応する尤度をテーブル参照により判定し、尤度β₀ ⁽⁰⁾、β₁ ⁽⁰⁾、β₂ ⁽⁰⁾およびβ₆ ⁽⁰⁾を尤度補正部５２に出力する（ステップＳ１２−１）。また、尤度仮判定部５１ｂは、入力されたＹＩ成分およびＹＱ成分が示すアドレスに対応する尤度をテーブル参照により判定し、尤度β₃ ⁽⁰⁾、β₄ ⁽⁰⁾、β₅ ⁽⁰⁾およびβ₇ ⁽⁰⁾を尤度補正部５２に出力する（ステップＳ１２−２）。

次に、尤度補正部５２が、入力された８ビット分の尤度情報と式（１）〜（３）とに基づいて、情報ビットの補正後の尤度β₀ ⁽¹⁾〜β₅ ⁽¹⁾を求め、量子化部５３ａ〜５３ｆに出力する（ステップＳ１３）。

次に、量子化部５３ａ〜５３ｆが、尤度補正部５２から入力された尤度β₀ ⁽¹⁾〜β₅ ⁽¹⁾を量子化してビット分解能を変更し、後段の軟判定誤り訂正復号部２０におけるビット分解能に合わせたビット分解能の尤度β₀ ⁽²⁾〜β₅ ⁽²⁾を生成して出力する（ステップＳ１４）。

以上のように、本実施の形態にかかる尤度生成装置５０は、４次元変調された受信信号を偏波ごとの成分に分け、それぞれの成分を２次元のテーブルを参照することにより受信した各ビットの尤度を求める。受信信号は、情報ビットおよびパリティビットを含み、尤度生成装置５０は、テーブル参照により求めた情報ビットの尤度を、パリティビットの尤度およびパリティビットの生成規則に基づいて補正する。尤度生成装置５０は、さらに、補正後の情報ビットの尤度を量子化し、尤度の分解能を後段の軟判定誤り訂正復号部２０におけるビット分解能に合わせる調整を行った上で出力する。

本実施の形態の効果について説明する。４次元変調された受信信号の各ビットの尤度がテーブルを参照して求められる場合、各信号点に対応するビットごとの尤度を４次元のテーブルに格納して準備しておくことが考えられる。ここで、受信信号の座標を１軸あたり６４階調とすると、信号点の座標数は６４の４乗＝１６７７２１６となる。すなわち、１６７７２１６アドレスが４次元のテーブルには必要であり、実装が困難になる。１軸あたりの階調数を下げることによりアドレス数を抑制できるが、その場合には軟判定誤り訂正性能が劣化してしまうという問題がある。これに対して、本実施の形態にかかる尤度生成装置５０は、受信信号の成分を２つに分け、それぞれの尤度を２次元のテーブルを２つ使用して求めるため、受信信号の座標を１軸あたり６４階調とした場合でも、テーブルあたりに必要なアドレス数は６４の２乗×２＝４０９６である。よって、尤度生成装置５０は、軟判定誤り訂正性能を維持しつつテーブルのサイズを抑制することができ、回路規模が増大するのを抑制できる。また、テーブルを用いて尤度を求めるため、尤度の算出にかかる演算量が増大するのを抑制できる。

本実施の形態では、６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ信号を例にとって示したが、他の符号化変調方式への適用も可能である。変調ビット数を６ビットではなく異なるビット数に変更する場合、および、変調次元数を４次元から異なる次元数に変更する場合には、尤度仮判定部５１ａ，５１ｂ、尤度補正部５２および量子化部５３ａ〜５３ｆの各ブロックで処理するビットの数を変更することで対応できる。この場合、尤度仮判定部５１ａ，５１ｂでは、受信信号の変調次元数よりも少ない次元数のテーブルを使用して、受信信号の各信号成分の尤度を分担して求める。尤度仮判定部の数、すなわち尤度を求める際に使用するテーブルの数を３以上としてもよい。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる光伝送システムの構成例を示す図である。本実施の形態では６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ信号を伝送する光伝送システムの例を説明する。光伝送システム１は、光信号を送信する光送信装置１００と、光ファイバおよび光中継器などを含んで構成される伝送路である光伝送部２００と、光信号を受信する光受信装置３００と、を備える。光伝送システム１では、光送信装置１００から光信号を送信すると、光伝送部２００を通して、本発明にかかる受信装置としての光受信装置３００が光信号を受信する。図４に示した例の場合、光送信装置１００が光信号送信側の光通信装置を構成し、光受信装置３００が光信号受信側の光通信装置を構成する。

図５は、実施の形態２にかかる光送信装置１００の構成例を示す図である。光送信装置１００は、伝送する情報ビットを含んだ電気信号を生成する送信電気処理部１１０と、送信電気処理部１１０で生成された電気信号を光信号に変換する光信号生成部１２０とを備える。

光送信装置１００の送信電気処理部１１０は、符号処理部１１１、マッピング部１１２および送信波形処理部１１３を備える。また、マッピング部１１２は、ビット蓄積部９１、ビット付加部９２およびシンボル割当部９３を備える。

光送信装置１００の光信号生成部１２０は、デジタルアナログ変換器６１、変調器ドライバ６２、光源６３および偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４を備える。

図６は、実施の形態２にかかる光受信装置３００の構成例を示す図である。光受信装置３００は、光送信装置１００が送信した光信号を受信して電気信号に変換する光信号検出部３１０と、光信号検出部３１０で電気信号に変換された受信信号に含まれる情報ビットを復元する受信電気処理部３２０とを備える。

光受信装置３００の光信号検出部３１０は、光源６５、コヒーレントレシーバ６６およびアナログデジタル変換器６７を備える。

光受信装置３００の受信電気処理部３２０は、受信波形処理部３２１、尤度生成部３２２および復号処理部３２３を備える。

続いて、光伝送システム１の動作、具体的には、光送信装置１００から光信号を送信し、光伝送部２００を通して光受信装置３００が光信号を受信する動作について説明する。

光送信装置１００は、以下に示す手順で光信号を生成して光伝送部２００へ出力する。

光伝送装置１００において、送信電気処理部１１０の符号処理部１１１は、外部から入力される２値データ信号である論理信号に対して、誤り訂正符号化を行う。符号処理部１１１は、誤り訂正符号化後の論理信号を、マッピング部１１２へ出力する。

符号処理部１１１に入力される論理信号は、例えば、ＯＴＵ４（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｕｎｉｔ Ｌｅｖｅｌ４）フレーム化されたデータ信号である。符号処理部１１１は、誤り訂正符号化を行う処理において、例えば、ＯＴＵ４フレーム信号を数フレーム分蓄積するとともに、ビットの並びを入れ替えるインタリーブ処理等を適用し、冗長度が２５％または５０％程度の低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ：Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ）符号によりパリティビットを計算し、論理信号に付加する。

マッピング部１１２は、誤り訂正符号化後の論理信号を６ビット単位で扱いマッピングを行う。具体的には、マッピング部１１２のビット蓄積部９１は６ビットを蓄積する。蓄積した６ビットの信号をｂ₀、ｂ₁、ｂ₂、ｂ₃、ｂ₄およびｂ₅とする。ビット蓄積部９１によるビットの蓄積方法すなわち何ビット単位で蓄積するかについては、図示しない外部の機器からの要求により可変とする。

ビット付加部９２は、ビット蓄積部９１に蓄積された６ビットの信号ｂ₀、ｂ₁、ｂ₂、ｂ₃、ｂ₄およびｂ₅に対して、６ビットの排他的論理和演算を実行して１ビットを生成し、７ビット目の信号ｂ₆を得る。これは単一パリティ検査符号化に相当する。また、ビット付加部９２は、ｂ₆を反転して８ビット目の信号ｂ₇を得る。ビット付加部９２が行うビット付加方法についても、外部の機器からの要求により可変とする。例えば、パリティとして扱うｂ₆およびｂ₇を得る方法として、上記以外の組合せで排他的論理和演算を実行して求める、テーブル処理によりｂ₀〜ｂ₅の組合せ（６４通り）に対応するｂ₆およびｂ₇を求める、などとしてもよい。テーブル処理では、ｂ₀〜ｂ₅の組合せそれぞれと、ｂ₆およびｂ₇との対応テーブルを予め用意しておき、ビット蓄積部９１から読み出したｂ₀〜ｂ₅が示す値（ｂ₀〜ｂ₅の組合せ）に対応するｂ₆およびｂ₇を対応テーブルから読み出す。

シンボル割当部９３は、ｂ₀〜ｂ₂の３ビットをＸ偏波の位相に、ｂ₃〜ｂ₅の３ビットをＹ偏波の位相に、ｂ₆をＸ偏波の振幅に、ｂ₇をＹ偏波の振幅にそれぞれ割り当てる。これは、図１３に示した６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫのマッピングに対応する処理である。シンボル割当部９３が行う処理であるマッピング方法の内容についても、図示しない外部からの要求により可変とする。

マッピング部１１２は、以上のようにして割り付けたＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱの４レーンの信号を、送信波形処理部１１３へ出力する。

送信波形処理部１１３は、マッピング部１１２から入力されるマッピング後の４レーンの信号に対して、信号スペクトル整形等の処理を行い、ＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱの４レーンの信号を光信号生成部１２０へ出力する。

光信号生成部１２０のデジタルアナログ変換器６１は、送信電気処理部１１０の送信波形処理部１１３から入力される４レーン信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、変換後のアナログ信号を変調器ドライバ６２へ出力する。例えば、送信電気処理部１１０の送信波形処理部１１３から入力されるデジタル信号が、ＸＩレーン、ＸＱレーン、ＹＩレーンおよびＹＱレーンの４レーンで構成される場合、デジタルアナログ変換器６１は、４レーンの各々に対して、デジタル信号からアナログ信号に変換する処理を行う。デジタルアナログ変換器６１は、４レーンのアナログ信号を変調器ドライバ６２へ出力する。

変調器ドライバ６２は、デジタルアナログ変換器６１から入力されたアナログ信号を増幅し、増幅後のアナログ信号を偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４へ出力する。例えば、デジタルアナログ変換器６１から入力されるアナログ信号が、ＸＩレーン、ＸＱレーン、ＹＩレーンおよびＹＱレーンの４レーンで構成される場合、変調器ドライバ６２は、４レーンの各々に対して増幅処理を行う。変調器ドライバ６２は、４レーンの増幅後のアナログ信号を偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４へ出力する。

光源６３は、例えば、Ｃ帯のＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ）グリッドに沿った波長、すなわち、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ６９４．１準拠の１５３０ｎｍから１５６５ｎｍのＣバンドから選択した無変調光を生成し、偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４へ出力する。

偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４は、光源６３から入力される無変調光を、変調器ドライバ６２から入力された４レーンのアナログ電気信号により変調し、光伝送部２００へ出力する。

光伝送部２００は、光送信装置１００を構成する光信号生成部１２０の偏波多重Ｉ／Ｑ変調器６４から入力される光信号を伝送し、光受信装置３００へ出力する。光伝送部２００の構成は、伝送路ファイバとしての光ファイバのほか、例えば、波長選択性スイッチ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ：ＷＳＳ）、Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＡＷＧ）、インタリーバ（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）、光カプラなどで構成される光合分波装置、損失補償用の光増幅器、および波長分散補償用の光ファイバなどを含むことも想定される。

光受信装置３００は、光伝送部２００から入力される光信号に対して以下に示す受信処理を行う。

光受信装置３００において、光信号検出部３１０の光源６５は、例えば、Ｃ帯のＩＴＵ−Ｔグリッドに沿った波長で無変調光を生成し、コヒーレントレシーバ６６へ出力する。局部発振光源である光源６５が生成する無変調光の波長は、コヒーレントレシーバ６６に光伝送部２００から入力される光信号の搬送波またはサブ搬送波波長と略一致しているものとする。

偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバであるコヒーレントレシーバ６６は、光伝送部２００から入力される光信号と、光源６５から入力される無変調光とを混合干渉させて検波して電気信号に変換し、電気信号をアナログデジタル変換器６７へ出力する。コヒーレントレシーバ６６は、光源６５から入力される無変調光である局部発振光を基準としたＸ’偏波Ｉ’軸成分、Ｘ’偏波Ｑ’軸成分、Ｙ’偏波Ｉ’軸成分、およびＹ’偏波Ｑ’軸成分の４レーンに分けて受信信号を検出すると、４レーンの光信号を各々電気信号に変換するとともに、変換後の４レーンの各々の電気信号を後段の処理に必要な振幅まで増幅して出力する。なお、Ｘ’、Ｙ’、Ｉ’およびＱ’の各々に「’」が付与されているが、これは、光受信装置３００において、受信した光信号から得られた直交２偏波成分および直交２位相成分が、光送信装置１００で生成された各レーンの直交２偏波成分および直交２位相成分と同一とは限らないことを示すためである。

アナログデジタル変換器６７は、コヒーレントレシーバ６６から入力される電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して受信電気処理部３２０へ出力する。アナログデジタル変換器６７は、Ｘ’Ｉ’、Ｘ’Ｑ’、Ｙ’Ｉ’およびＹ’Ｑ’の４レーンの電気信号それぞれに対してアナログデジタル変換を実行してデジタル信号に変換する。

受信電気処理部３２０の受信波形処理部３２１は、光信号検出部３１０のアナログデジタル変換器６７から入力される電気信号に対して、光送信装置１００の光信号生成部１２０、光伝送部２００、および光信号検出部３１０で発生する物理的な遅延差の補償と、波長分散、帯域狭窄等の波形歪みの補償と、偏波モード分散、偏波状態変化、およびシンボルタイミングずれの補償と、搬送波またはサブ搬送波と局部発振光との間の光周波数差および光位相差の補償と、を行い、送信信号のＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱレーンを復元して尤度生成部３２２へ出力する。復元された信号の信号点は、Ｘ偏波およびＹ偏波それぞれ２Ａ８ＰＳＫ信号となる。

尤度生成部３２２は、実施の形態１で説明した尤度生成装置５０であり、受信波形処理部３２１から入力されるＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱの４レーン信号に基づいて６ビットの尤度情報を生成し、復号処理部３２３に出力する。

復号処理部３２３は、尤度生成部３２２から入力される尤度情報に対して軟判定誤り訂正復号を行う。誤り訂正復号では、例えば、ＯＴＵ４フレーム信号を数フレーム分蓄積するとともに、光送信装置１００の符号処理部１１１で行われた誤り訂正符号化に対応する処理、すなわち、ビットの並びを元に戻すデインタリーブ処理等を適用するとともに、ＬＤＰＣ符号の符号規則に従って復号処理を行い、復号後の信号を外部へ出力する。

図７は、実施の形態２にかかる光伝送システムを実現するハードウェア構成の一例を示す図である。図７では、光通信装置４０１Ａと、光通信装置４０１Ｂとが、光ファイバ伝送路２０１Ａおよび２０１Ｂを介して双方向通信する光伝送システムのハードウェア構成例を示している。光通信装置４０１Ａが図４などに示した光送信装置１００を実現し、光送信装置４０１Ｂが図４などに示した光受信装置３００を実現する。光ファイバ伝送路２０１Ａが図４に示した光伝送部２００を実現する。光通信装置４０１Ａと光通信装置４０１Ｂの構成は同一であるため、ここでは光通信装置４０１Ａについて説明する。

光通信装置４０１Ａは、デジタル信号処理ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）７１Ａ、変調器ドライバ６２Ａ、光源６３Ａ、偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４Ａ、局部発振光源６５Ａおよびコヒーレントレシーバ６６Ａを備えて構成されている。デジタル信号処理ＬＳＩ７１Ａは、デジタルアナログ変換器６１Ａと、アナログデジタル変換器６７Ａと、デジタル処理回路８１Ａおよび８２Ａとを備える。デジタル処理回路８１Ａは、光通信装置４０１Ａが送信側である場合のデジタル信号処理、すなわち、光通信装置４０１Ａが信号を送信する場合のデジタル信号処理を行う。デジタル処理回路８２Ａは、光通信装置４０１Ａが受信側である場合のデジタル信号処理、すなわち、光通信装置４０１Ａが信号を受信する場合のデジタル信号処理を行う。デジタル処理回路８１Ａおよび８２Ａは論理回路である。

光通信装置４０１Ａにおいて、デジタル信号処理ＬＳＩ７１Ａのデジタル処理回路８１Ａおよびデジタルアナログ変換器６１Ａと、変調器ドライバ６２Ａと、光源６３Ａと、偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４Ａとが、図５に示した光送信装置１００の各部を実現する。具体的には、デジタル信号処理ＬＳＩ７１Ａのデジタル処理回路８１Ａが、光送信装置１００の送信電気処理部１１０、すなわち、符号処理部１１１、マッピング部１１２および送信波形処理部１１３を実現する。また、デジタル信号処理ＬＳＩ７１Ａのデジタルアナログ変換器６１Ａが、光送信装置１００の光信号生成部１２０が備えるデジタルアナログ変換器６１を実現する。また、変調器ドライバ６２Ａ、光源６３Ａおよび偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４Ａが、光送信装置１００の変調器ドライバ６２、光源６３および偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４をそれぞれ実現する。

光通信装置４０１Ｂにおいて、局部発振光源６５Ｂと、コヒーレントレシーバ６６Ｂと、デジタル信号処理ＬＳＩ７１Ｂのアナログデジタル変換器６７Ｂおよびデジタル処理回路８２Ｂとが、図６に示した光受信装置３００の各部を実現する。具体的には、デジタル信号処理ＬＳＩ７１Ｂのデジタル処理回路８２Ｂが、光受信装置３００の受信電気処理部３２０、すなわち、受信波形処理部３２１、尤度生成部３２２および復号処理部３２３を実現する。また、デジタル信号処理ＬＳＩ７１Ｂのアナログデジタル変換器６７Ｂが、光受信装置３００のアナログデジタル変換器６７を構成する。また、局部発振光源６５Ｂおよびコヒーレントレシーバ６６Ｂが、光受信装置３００の光源６５およびコヒーレントレシーバ６６をそれぞれ実現する。

光通信装置４０１Ｂが光ファイバ伝送路２０１Ｂを介して光通信装置４０１Ａへ光信号を送信する場合、光通信装置４０１Ｂのデジタル処理回路８１Ｂ、デジタルアナログ変換器６１Ｂ、変調器ドライバ６２Ｂ、光源６３Ｂおよび偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４Ｂが光送信装置として動作する。また、光通信装置４０１Ａの局部発振光源６５Ａ、コヒーレントレシーバ６６Ａ、アナログデジタル変換器６７Ａおよびデジタル処理回路８２Ａが光受信装置として動作する。

図８は、実施の形態２にかかる光伝送システム１における光信号の伝送手順の一例を示すフローチャートである。

光伝送システム１における光信号伝送手順では、まず、図８に示したステップＳ２１〜Ｓ２７の各処理を送信側の光通信装置を構成している光送信装置１００が実行して光信号を送信し、次に、ステップＳ２９〜Ｓ３４の各処理を受信側の光通信装置を構成している光受信装置３００が実行して光信号を受信する。以下、各ステップの処理を説明する。

光信号の伝送動作では、まず、光送信装置１００の符号処理部１１１が、外部から入力される論理信号を誤り訂正符号化する（ステップＳ２１）。

次に、光送信装置１００のビット蓄積部９１およびビット付加部９２が、符号処理部１１１から入力された誤り訂正符号化後の論理信号を（ｎ−ｋ）ビットごとに分割し、（ｎ−ｋ）ビットの信号にｋビットを付加してｎビットの信号を生成する（ステップＳ２２）。このステップＳ２２では、ビット蓄積部９１が符号処理部１１１から入力された誤り訂正符号化後の論理信号を（ｎ−ｋ）ビット単位で蓄積し、ビット付加部９２が、ビット蓄積部９１に蓄積された（ｎ−ｋ）ビットの信号を読み出し、読み出した信号に基づいてｋビットのパリティビットを生成して（ｎ−ｋ）ビットの信号に付加する。光伝送システム１が６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを適用した光伝送システムの場合、ビット付加部９２は、６ビットの論理信号に２ビットのパリティビットを付加する。すなわち、ｎ＝８、ｋ＝２となる。

次に、光送信装置１００のシンボル割当部９３が、ビット付加部９２から入力されるｎビットの信号をＮ次元に割り当てる（ステップＳ２３）。光伝送システム１が６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを適用した光伝送システムの場合、シンボル割当部９３は、８ビットの信号を４次元に割り当てる。具体的には、シンボル割当部９３は、６ビットの論理信号の中の３ビットをＸ偏波の位相に割り当て、残りの３ビットをＹ偏波の位相に割り当て、２ビットのパリティビットの中の１ビットをＸ偏波の振幅に割り当て、パリティビットの残りの１ビットをＹ偏波の振幅に割り当てる。

次に、光送信装置１００の送信波形処理部１１３が、シンボル割当部９３から入力されるデジタル信号に対して信号スペクトル整形等の波形処理を行う（ステップＳ２４）。

次に、光送信装置１００のデジタルアナログ変換器６１が、送信波形処理部１１３から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換する（ステップＳ２５）。

次に、光送信装置１００の変調器ドライバ６２が、デジタルアナログ変換器６１から入力されるアナログ電気信号を増幅する（ステップＳ２６）。

次に、光送信装置１００の偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４が、光源６３で生成された無変調光を変調器ドライバ６２から入力される電気信号を用いて変調し、光受信装置３００へ送信する光信号を生成する（ステップＳ２７）。偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４は生成した光信号を光伝送部２００へ出力する。

次に、光伝送部２００が、光送信装置１００の偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器６４から入力された光信号を光受信装置３００へ伝送する（ステップＳ２８）。

次に、光受信装置３００のコヒーレントレシーバ６６が、光伝送部２００経由で光送信装置１００から受信した光信号と光源６５で生成された無変調光とを混合干渉させ、光信号を電気信号に変換する（ステップＳ２９）。

次に、光受信装置３００のアナログデジタル変換器６７が、コヒーレントレシーバ６６から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する（ステップＳ３０）。

次に、光受信装置３００の受信波形処理部３２１が、アナログデジタル変換器６７から入力されるデジタル信号に対して波形処理を行い、送信信号の物理レーンＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱを復元する（ステップＳ３１）。受信波形処理部３２１がデジタル信号に対して行う波形処理は、波長分散、帯域狭窄等の波形歪み、偏波モード分散、偏波状態変化などを補償する処理である。

次に、光受信装置３００の尤度生成部３２２が、受信波形処理部３２１から入力される、Ｎ次元に配置されたｎビットの信号尤度を、Ｎ次元よりも低次元であるＬ次元の複数のテーブルを使用したテーブル処理により求める（ステップＳ３２）。光伝送システム１が６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを適用した光伝送システムの場合、Ｎ＝４、ｎ＝８、Ｌ＝２、Ｌ次元空間の数すなわち２次元テーブルの数は２となる。このステップＳ３２の処理は、実施の形態１で説明した尤度生成装置５０の尤度仮判定部５１ａおよび５１ｂが行う処理である。

次に、光受信装置３００の尤度生成部３２２が、ステップＳ３２で求めた尤度を、ｎビットの信号の符号則に基づいて交換し、元の（ｎ−ｋ）ビットの信号の尤度を得る（ステップＳ３３）。光伝送システム１が６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを適用した光伝送システムの場合、ｎ＝８、ｋ＝２となる。このステップＳ３３の処理は、実施の形態１で説明した尤度生成装置５０の尤度補正部５２が行う処理である。

次に、光受信装置３００の復号処理部３２３が、尤度生成部３２２から入力される（ｎ−ｋ）ビットの信号の尤度を使用して軟判定誤り訂正復号を行う（ステップＳ３４）。

光伝送システム１においては、以上のような手順で光送信装置１００から光受信装置３００へ光信号を伝送する。

図９は、ＤＰ−８ＱＡＭおよび６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫについて、伝送特性比較を行った実験結果を示す図である。図９では、ボーレートを３２Ｇｂａｕｄとし、５０ＧＨｚ間隔で波長多重した７０波の信号を、伝送路内で波長分散を周期的に補償する条件で１２００ｋｍ伝送した場合の実験結果を示している。この実験では、１区間の距離は概略７０ｋｍであり、２１区間伝送した。また、区間ごとに光増幅器でファイバの伝送損失を補償し、各区間に入力する光パワーを、１チャネル当たり−７ｄＢｍから０ｄＢｍまで変化させて、一般化した正規化相互情報量０．９２を達成するのに必要な光Ｓ／Ｎ比を測定した。図９では、ＤＰ−８ＱＡＭおよび６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫともに、回路実装性を無視して理想的に尤度生成を行った場合の特性を破線で示し、回路実装性を考慮した尤度生成を適用した場合の特性を実線で示している。回路実装性を考慮した尤度生成として、ＤＰ−８ＱＡＭについては特許文献１に記載の方法を用い、６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫについては実施の形態１に記載の尤度生成装置５０が行う処理を用いた。ＤＰ−８ＱＡＭおよび６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫともに、理想的に尤度生成した場合に対して同等の特性が得られていることがわかる。また、６ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫのほうがＤＰ−８ＱＡＭに対して小さな光Ｓ／Ｎ比で所望の特性を満足することができ、その傾向は光パワーが大きいほど顕著になる。

本実施の形態では、誤り訂正符号としてＬＤＰＣ符号を用い、軟判定誤り訂正を行う構成について説明したが、リード・ソロモン符号またはＢＣＨ（Ｂｏｓｅ−Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ−Ｈｏｃｑｕｅｎｇｈｅｍ）符号のような硬判定誤り訂正を適用することも可能である。また、ターボ符号による軟判定誤り訂正を適用することも可能である。硬判定誤り訂正を適用する場合、復号処理部３２３は、尤度生成部３２２から出力される尤度情報のうち、硬判定情報のみを用いればよい。

以上のように、本実施の形態にかかる光伝送システムにおいて、光受信装置は、実施の形態１で説明した尤度生成装置を使用して受信信号の尤度を得ることとしたので、装置の小型化が可能となる。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３にかかる尤度生成装置の構成例を示す図である。本実施の形態では６ｂｉｔ／ｓｙｍｂоｌを実現する１２ｂ８Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ信号を例として示すが、本発明が適用できる信号形式を限定するものではない。１２ｂ８Ｄ−２Ａ８ＰＳＫは、１ブロックで通信するビット数が１２の８Ｄ−２ＡＰＳＫであり、１ブロックは２つのタイムスロットで構成される。すなわち、１２ｂ８Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ信号は、直交２偏波、直交２位相および２タイムスロットからなる８次元を１ブロックとする信号である。

実施の形態３にかかる尤度生成装置１０５０は受信信号１１を入力とする。受信信号１１は、２タイムスロット分のＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱの各成分からなり、各成分がそれぞれ６４階調で表現される信号である。尤度生成装置１０５０は、入力された受信信号１１に含まれる１２の情報ビットについて尤度情報を生成し、生成した１２の尤度情報を軟判定誤り訂正復号部２１に出力する。図１０に示した例では、尤度生成装置１０５０から出力される各尤度情報を１６値すなわち１６レベルとしている。受信信号１１は、対向装置である光送信装置から送信された光信号をコヒーレント検波し、コヒーレント検波により得られた電気信号に対してデジタル信号処理を行い波形補償および信号回復された信号である。光信号のコヒーレント検波およびコヒーレント検波で得られた電気信号に対するデジタル信号処理は、非特許文献１および２などに記載の公知の方法に従って行われる。軟判定誤り訂正復号部２１は、公知の方法に従って誤り訂正復号を行い１２ビットの情報ビットを復元する。

図１０に示したように、尤度生成装置１０５０は、尤度仮判定部１０５１〜１０５４と、第１の尤度補正部である尤度補正部１０５５と、第２の尤度補正部である尤度補正部１０５６および１０５７と、尤度補正部１０５６から出力される尤度を量子化する６つの量子化部１０５８ａ，１０５８ｂ，１０５８ｃ，…，１０５８ｆと、尤度補正部１０５７から出力される尤度を量子化する６つの量子化部１０５９ａ，１０５９ｂ，１０５９ｃ，…，１０５９ｆと、を備える。尤度仮判定部１０５１〜１０５４は尤度導出部を構成する。

尤度仮判定部１０５１および１０５２には、受信信号１１に含まれる信号成分のうち、１番目のタイムスロットで伝送される信号成分が入力される。具体的には、１番目のタイムスロットで伝送される信号成分のうち、Ｘ偏波の信号成分であるＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が尤度仮判定部１０５１へ入力され、Ｙ偏波の信号成分であるＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が尤度仮判定部１０５２へ入力される。また、尤度仮判定部１０５３および１０５４には、受信信号１１に含まれる信号成分のうち、２番目のタイムスロットで伝送される信号成分が入力される。具体的には、２番目のタイムスロットで伝送される信号成分のうち、Ｘ偏波の信号成分であるＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が尤度仮判定部１０５３へ入力され、Ｙ偏波の信号成分であるＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が尤度仮判定部１０５４へ入力される。

尤度仮判定部１０５１は、入力される１番目のタイムスロットのＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が示す２次元空間上の４０９６の各アドレスに対応させて予め決定しておいたビット尤度情報を尤度補正部１０５５に出力する。尤度仮判定部１０５１は、図１３に示したＸ偏波用のビットｂ₀、ｂ₁、ｂ₂およびｂ₆のそれぞれに対応する尤度β₀ ⁽⁰⁾、β₁ ⁽⁰⁾、β₂ ⁽⁰⁾およびβ₆ ⁽⁰⁾が格納されたテーブルを保持している。すなわち、尤度仮判定部１０５１は、ＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が示す４０９６の各アドレスと尤度β₀ ⁽⁰⁾、β₁ ⁽⁰⁾、β₂ ⁽⁰⁾およびβ₆ ⁽⁰⁾との対応テーブルを保持しており、入力されたＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が示すアドレスに対応する尤度β₀ ⁽⁰⁾、β₁ ⁽⁰⁾、β₂ ⁽⁰⁾およびβ₆ ⁽⁰⁾を尤度補正部１０５５に出力する。図１０は各尤度を６４階調で表す場合の例を示している。

尤度仮判定部１０５２は、入力される１番目のタイムスロットのＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が示す２次元空間上の４０９６の各アドレスに対応させて予め決定しておいたビット尤度情報を尤度補正部１０５５に出力する。尤度仮判定部１０５２は、図１３に示したＹ偏波用のビットｂ₃、ｂ₄、ｂ₅およびｂ₇のそれぞれに対応する尤度β₃ ⁽⁰⁾、β₄ ⁽⁰⁾、β₅ ⁽⁰⁾およびβ₇ ⁽⁰⁾が格納されたテーブルを保持している。すなわち、尤度仮判定部１０５２は、ＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が示す４０９６の各アドレスと尤度β₃ ⁽⁰⁾、β₄ ⁽⁰⁾、β₅ ⁽⁰⁾およびβ₇ ⁽⁰⁾との対応テーブルを保持しており、入力されたＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が示すアドレスに対応する尤度β₃ ⁽⁰⁾、β₄ ⁽⁰⁾、β₅ ⁽⁰⁾およびβ₇ ⁽⁰⁾を尤度補正部１０５５に出力する。図１０は各尤度を６４階調で表す場合の例を示している。

尤度仮判定部１０５３は、入力される２番目のタイムスロットのＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が示す２次元空間上の４０９６の各アドレスに対応させて予め決定しておいたビット尤度情報を尤度補正部１０５５に出力する。２番目のタイムスロットのＸ偏波用のビットをビットｂ₈、ｂ₉、ｂ_Aおよびｂ_Eとし、これらの各ビットが図１３に示したビットｂ₀、ｂ₁、ｂ₂およびｂ₆と同様のものである場合、尤度仮判定部１０５３は、Ｘ偏波用のビットｂ₈、ｂ₉、ｂ_Aおよびｂ_Eのそれぞれに対応する尤度β₈ ⁽⁰⁾、β₉ ⁽⁰⁾、β_A ⁽⁰⁾およびβ_E ⁽⁰⁾が格納されたテーブルを保持している。すなわち、尤度仮判定部１０５３は、ＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が示す４０９６の各アドレスと尤度β₈ ⁽⁰⁾、β₉ ⁽⁰⁾、β_A ⁽⁰⁾およびβ_E ⁽⁰⁾との対応テーブルを保持しており、入力されたＸＩ振幅値およびＸＱ振幅値が示すアドレスに対応する尤度β₈ ⁽⁰⁾、β₉ ⁽⁰⁾、β_A ⁽⁰⁾およびβ_E ⁽⁰⁾を尤度補正部１０５５に出力する。図１０は各尤度を６４階調で表す場合の例を示している。

尤度仮判定部１０５４は、入力される２番目のタイムスロットのＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が示す２次元空間上の４０９６の各アドレスに対応させて予め決定しておいたビット尤度情報を尤度補正部１０５５に出力する。２番目のタイムスロットのＹ偏波用のビットをビットｂ_B、ｂ_C、ｂ_Dおよびｂ_Fとし、これらの各ビットが図１３に示したビットｂ₃、ｂ₃、ｂ₅およびｂ₇と同様のものである場合、尤度仮判定部１０５４は、Ｙ偏波用のビットｂ_B、ｂ_C、ｂ_Dおよびｂ_Fのそれぞれに対応する尤度β_B ⁽⁰⁾、β_C ⁽⁰⁾、β_D ⁽⁰⁾およびβ_F ⁽⁰⁾が格納されたテーブルを保持している。すなわち、尤度仮判定部１０５４は、ＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が示す４０９６の各アドレスと尤度β_B ⁽⁰⁾、β_C ⁽⁰⁾、β_D ⁽⁰⁾およびβ_F ⁽⁰⁾との対応テーブルを保持しており、入力されたＹＩ振幅値およびＹＱ振幅値が示すアドレスに対応する尤度β_B ⁽⁰⁾、β_C ⁽⁰⁾、β_D ⁽⁰⁾およびβ_F ⁽⁰⁾を尤度補正部１０５５に出力する。図１０は各尤度を６４階調で表す場合の例を示している。

尤度補正部１０５５は、尤度仮判定部１０５１、１０５２、１０５３および１０５４から入力される１６ビット分の尤度情報β_i ⁽⁰⁾（ｉ＝０〜９，Ａ〜Ｆ）に対して、例えば４つのパリティビットｂ₆、ｂ₇、ｂ_Eおよびｂ_Fの生成規則、具体的には、「ｂ₆＝ｂ_F＝ＸＯＲ（ｂ₂，ｂ₅，ｂ_A，ｂ_D）」および「ｂ₇＝ｂ_E＝ＮＯＴ（ｂ₆）＝ＸＯＲ（ｂ₂，ｂ₅，ｂ_A，ｂ_D，１）」に基づいた尤度交換を行い、元の１２ビット（ｂ₀〜ｂ₅，ｂ₈，ｂ₉，ｂ_A，ｂ_B，ｂ_C，ｂ_D）の尤度情報を求める。尤度補正部１０５５は、求めた尤度情報のうち、ビットｂ₀〜ｂ₇の尤度情報を尤度補正部１０５６へ出力し、残りのビットの尤度情報を尤度補正部１０５７へ出力する。このときのビット精度は、例えば６４階調とする。なお、ビット精度は、回路リソースに応じて２５６階調または５１２階調等に高精度化されてもよい。

尤度補正部１０５５は、例えば、公知のＭｉｎ−Ｓｕｍ法を使用し、入力される１６ビット分の尤度情報に対する尤度交換を行う。具体的には、尤度補正部１０５５は、情報ビット６ｂｉｔ（ｂ₀〜ｂ₅）、パリティビット２ｂｉｔ（ｂ₆，ｂ₇）、４次元変調、ｂ₆＝ＸＯＲ（ｂ₀，ｂ₁，ｂ₂，ｂ₃，ｂ₄，ｂ₅）およびｂ₇＝ＮＯＴ（ｂ₆）＝ＸＯＲ（ｂ₀，ｂ₁，ｂ₂，ｂ₃，ｂ₄，ｂ₅，１）の場合の尤度交換処理を示した上記の式（１）〜（３）を８次元に拡張することで、１６ビット分の尤度情報に対する尤度交換を行う。尤度補正部１０５５は、尤度交換を実行して得られた尤度情報のうち、β_i ⁽¹⁾（ｉ＝０〜７、Ｅ、Ｆ）を尤度補正部１０５６に出力し、β_i ⁽¹⁾（ｉ＝８、９、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、２、５）を尤度補正部１０５７に出力する。

尤度補正部１０５６は、尤度補正部１０５５から入力される尤度情報のうち、８つの尤度情報β_i ⁽¹⁾（ｉ＝０〜７）を対象として、例えば、公知のＭｉｎ−Ｓｕｍ法を使用した尤度交換を行う。具体的には、尤度補正部１０５６は、２つのパリティ生成規則、すなわち「ｂ₆＝ＸＯＲ（ｂ₂，ｂ₅，ｂ_A，ｂ_D）」および「ｂ₇＝ＮＯＴ（ｂ₆）＝ＸＯＲ（ｂ₂，ｂ₅，ｂ_A，ｂ_D，１）」に基づいて各ビットの尤度交換を行い、６ビット分の尤度情報β_i ⁽²⁾（ｉ＝０〜５）を求める。尤度補正部１０５６が行う尤度交換は、実施の形態１で説明した尤度補正部５２が行う尤度交換と同様の処理である。尤度補正部１０５６は、求めた尤度情報を量子化部１０５８ａ，１０５８ｂ，１０５８ｃ，…，１０５８ｆに出力する。

尤度補正部１０５７は、尤度補正部１０５５から入力される尤度情報のうち、８つの尤度情報β_i ⁽¹⁾（ｉ＝８、９、Ａ〜Ｆ）を対象として、例えば、公知のＭｉｎ−Ｓｕｍ法を使用した尤度交換を行う。具体的には、尤度補正部１０５６は、２つのパリティ生成規則、すなわち「ｂ_F＝ＸＯＲ（ｂ₂，ｂ₅，ｂ_A，ｂ_D）」および「ｂ_E＝ＮＯＴ（ｂ_Ｆ）＝ＸＯＲ（ｂ₂，ｂ₅，ｂ_A，ｂ_D，１）」に基づいて各ビットの尤度交換を行い、６ビット分の尤度情報β_i ⁽²⁾（ｉ＝８、９、Ａ〜Ｄ）を求める。尤度補正部１０５７が行う尤度交換は、実施の形態１で説明した尤度補正部５２が行う尤度交換と同様の処理である。尤度補正部１０５７は、求めた尤度情報を量子化部１０５９ａ，１０５９ｂ，１０５９ｃ，…，１０５９ｆに出力する。

量子化部１０５８ａ〜１０５８ｆおよび量子化部１０５９ａ〜１０５９ｆは、尤度補正部１０５６または１０５７から入力される１２ビット分の尤度情報β_i ⁽²⁾（ｉ＝０〜９、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、例えば各６４階調）に対して量子化を行い、例えば１６階調の尤度情報に変換する。量子化部１０５８ａ〜１０５８ｆおよび量子化部１０５９ａ〜１０５９ｆは、量子化を行って得られたビット分解能変更後の尤度情報β_i ⁽³⁾（ｉ＝０〜９、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を軟判定誤り訂正復号部２１へ出力する。量子化時のスケーリングは、β_i ⁽²⁾とβ_i ⁽³⁾との間の相互情報量または軟判定誤り訂正後のビット誤り率を指標とし、相互情報量を指標とする場合は最大化するようパラメータを選択し、ビット誤り率を指標とする場合は最小化するようパラメータを選択する。

図１１は、実施の形態３にかかる尤度生成装置１０５０の処理手順の一例を示すフローチャートである。

尤度生成装置１０５０は、まず、２タイムスロット分のＸＩ成分、ＸＱ成分、ＹＩ成分およびＹＱ成分を受信信号１１として受け取る。２タイムスロット分のＸＩ成分、ＸＱ成分、ＹＩ成分およびＹＱ成分は、図１０では記載を省略している前段のコヒーレントレシーバ等により１２ｂ４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ信号がコヒーレント検波され、さらに、デジタル信号処理により波形補償および信号回復された信号の成分である。尤度生成装置１０５０が受け取った各信号成分のうち、２タイムスロットのうちの一方である第１のタイムスロットで伝送されたＸＩ成分およびＸＱ成分は尤度仮判定部１０５１に入力し、ＹＩ成分およびＹＱ成分は尤度仮判定部１０５２に入力する。また、２タイムスロットのうちの他方である第２のタイムスロットで伝送されたＸＩ成分およびＸＱ成分は尤度仮判定部１０５３に入力し、ＹＩ成分およびＹＱ成分は尤度仮判定部１０５４に入力する（ステップＳ４１）。

次に、尤度仮判定部１０５１〜１０５４が、入力された受信信号１１の値すなわち信号点が示すアドレスに対応する尤度をテーブル参照により判定し、尤度を尤度補正部１０５５に出力する（ステップＳ４２）。すなわち、尤度仮判定部１０５１は、第１のタイムスロットである１タイムスロット目のＸＩ成分およびＸＱ成分が示すアドレスに対応する尤度をテーブル参照により判定し、尤度β₀ ⁽⁰⁾〜β₂ ⁽⁰⁾およびβ₆ ⁽⁰⁾を尤度補正部１０５５に出力する（ステップＳ４２−１）。また、尤度仮判定部１０５２は、第１のタイムスロットである１タイムスロット目のＹＩ成分およびＹＱ成分が示すアドレスに対応する尤度をテーブル参照により判定し、尤度β₃ ⁽⁰⁾〜β₅ ⁽⁰⁾およびβ₇ ⁽⁰⁾を尤度補正部１０５５に出力する（ステップＳ４２−２）。尤度仮判定部１０５３は、第２のタイムスロットである２タイムスロット目のＸＩ成分およびＸＱ成分が示すアドレスに対応する尤度をテーブル参照により判定し、尤度β₈ ⁽⁰⁾、β₉ ⁽⁰⁾、β_A ⁽⁰⁾およびβ_E ⁽⁰⁾を尤度補正部１０５５に出力する（ステップＳ４２−３）。尤度仮判定部１０５４は、第２のタイムスロットである２タイムスロット目のＹＩ成分およびＹＱ成分が示すアドレスに対応する尤度をテーブル参照により判定し、尤度β_B ⁽⁰⁾、β_C ⁽⁰⁾、β_D ⁽⁰⁾およびβ_F ⁽⁰⁾を尤度補正部１０５５に出力する（ステップＳ４２−４）。

次に、尤度補正部１０５５が、入力された１６ビット分の尤度情報のうち、β₂ ⁽⁰⁾、β₅ ⁽⁰⁾、β_A ⁽⁰⁾、β_D ⁽⁰⁾、β₆ ⁽⁰⁾、β₇ ⁽⁰⁾、β_E ⁽⁰⁾およびβ_F ⁽⁰⁾を対象として、Ｍｉｎ−ｓｕｍ法を使用した尤度交換を行い、尤度情報β₀ ⁽¹⁾〜β₉ ⁽¹⁾およびβ_A ⁽¹⁾〜β_F ⁽¹⁾を求める。尤度補正部１０５５は、尤度交換により得られた尤度情報のうち、β₀ ⁽¹⁾〜β₇ ⁽¹⁾、β_A ⁽¹⁾、β_D ⁽¹⁾を尤度補正部１０５６に出力し、β₈ ⁽¹⁾、β₉ ⁽¹⁾およびβ_A ⁽¹⁾〜β_F ⁽¹⁾、β₂ ⁽¹⁾、β₅ ⁽¹⁾を尤度補正部１０５７に出力する（ステップＳ４３）。

次に、尤度補正部１０５６および１０５７が、尤度補正部１０５５から入力される尤度情報に対して、Ｍｉｎ−ｓｕｍ法を使用した尤度交換を行い、尤度情報β₀ ⁽²⁾〜β₅ ⁽²⁾、β₈ ⁽²⁾、β₉ ⁽²⁾、β_A ⁽²⁾〜β_D ⁽²⁾を求める（ステップＳ４４）。すなわち、尤度補正部１０５６は、尤度補正部１０５５から入力される尤度情報のうち、８つの尤度情報β_i ⁽¹⁾（ｉ＝０〜７）を対象として、例えば、Ｍｉｎ−Ｓｕｍ法を使用した尤度交換を行い、尤度情報β₀ ⁽²⁾〜β₅ ⁽²⁾を求める。尤度補正部１０５６は、求めた尤度情報β₀ ⁽²⁾〜β₅ ⁽²⁾を量子化部１０５８ａ〜１０５８ｆに出力する（ステップＳ４４−１）。また、尤度補正部１０５７は、尤度補正部１０５５から入力される尤度情報のうち、８つの尤度情報β_i ⁽¹⁾（ｉ＝８，９，Ａ〜Ｆ）を対象として、例えば、Ｍｉｎ−Ｓｕｍ法を使用した尤度交換を行い、尤度情報β₈ ⁽²⁾，β₉ ⁽²⁾，β_A ⁽²⁾ 〜β_D ⁽²⁾を求める。尤度補正部１０５７は、求めた尤度情報β₈ ⁽²⁾，β₉ ⁽²⁾，β_A ⁽²⁾〜β_D ⁽²⁾を量子化部１０５９ａ〜１０５９ｆに出力する（ステップＳ４４−２）。

次に、量子化部１０５８ａ〜１０５８ｆが、尤度補正部１０５６から入力される尤度β₀ ⁽²⁾〜β₅ ⁽²⁾を量子化してビット分解能を変更し、後段の軟判定誤り訂正復号部２１におけるビット分解能に合わせたビット分解能の尤度β₀ ⁽³⁾〜β₅ ⁽³⁾を生成し、出力する（ステップＳ４５−１）。同様に、量子化部１０５９ａ〜１０５９ｆが、尤度補正部１０５７から入力される尤度β₈ ⁽²⁾，β₉ ⁽²⁾，β_A ⁽²⁾〜β_D ⁽²⁾を量子化して後段の軟判定誤り訂正復号部２１におけるビット分解能に合わせた分解能の尤度β₈ ⁽³⁾，β₉ ⁽³⁾，β_A ⁽³⁾〜β_D ⁽³⁾を生成して出力する（ステップＳ４５−２）。

以上のように、本実施の形態にかかる尤度生成装置１０５０は、８次元変調された受信信号をタイムスロットごとかつ偏波ごとの成分に分け、それぞれの成分を２次元のテーブルを参照することにより受信した各ビットの尤度を求める。また、受信信号は、情報ビットおよびパリティビットを含み、尤度生成装置１０５０は、テーブル参照により求めた情報ビットの尤度をパリティビットの尤度およびパリティビットの生成規則に基づいて補正する。尤度生成装置１０５０は、さらに、補正後の情報ビットの尤度を量子化し、尤度の分解能を後段の軟判定誤り訂正復号部２１におけるビット分解能に合わせる調整を行った上で出力する。これにより、尤度を求める際に使用するテーブルのサイズを抑制することができ、回路規模が増大するのを抑制できる。また、尤度の算出にかかる演算量が増大するのを抑制できる。

本実施の形態では１２ｂ−２Ａ８ＰＳＫ信号を例にとって説明したが、他の信号点配置または符号化、６ｂｉｔ／ｓｙｍｂｏｌ以外の周波数利用効率への適用も可能である。

尤度生成処理の対象とする符号化変調信号は、以下のように一般化することができる。（ｎ−ｋ）個の情報ビットからｋ個のパリティビットを求める場合、符号化を行う演算部は、（ｎ−ｋ）個の情報ビットの中から任意の０以上（ｎ−ｋ）以下の数の情報ビットを選択し、選択した情報ビットの排他的論理和演算を行ってパリティビットを求める、または、排他的論理和演算の結果をビット反転することにパリティビットを求める。この場合、尤度生成装置は、テーブル参照により各ビットの尤度を求めた後、ｋ個のパリティビットの尤度およびＭｉｎ−ｓｕｍ法に基づいて定義されるｋ個の外部情報を用いて、（ｎ−ｋ）個の情報ビットの尤度を更新する。

図１０に示した構成例では、全ビットが尤度仮判定部１０５１〜１０５４、尤度補正部１０５５〜１０５７を通過するようにしているが、これらの回路の１つ以上を通過しない迂回経路を設けてビットを割り付けることも可能である。

また、本実施の形態では尤度仮判定部の数が４の場合の例、すなわち、８次元変調された信号で伝送される各ビットの尤度を２次元のアドレス空間を有する４つのテーブルを使用して求める場合について説明したが、４次元のアドレス空間を有する２つのテーブルを使用して求めるようにしてもよい。

実施の形態４．
つづいて、実施の形態３で説明した尤度生成装置を用いて実現する光伝送システムの実施の形態について説明する。実施に形態４にかかる光伝送システムの構成は、図４〜図７に示した実施の形態２にかかる光伝送システムと同様である。そのため、これらの図４〜図７を参照しながら実施の形態４について説明する。なお、実施の形態２と共通の構成および動作については説明を省略する。

実施の形態４にかかる光送信装置１００を構成する送信電気処理部１１０の符号処理部１１１の動作は実施の形態２と同様である。

実施の形態４にかかる光送信装置１００を構成する送信電気処理部１１０のマッピング部１１２は、誤り訂正符号化後の論理信号を１２ビット単位で扱いマッピングを行う。具体的には、マッピング部１１２のビット蓄積部９１は１２ビットを蓄積する。ビット蓄積部９１によるビットの蓄積方法については、外部からの要求により可変とする。

ビット付加部９２は、ビット蓄積部９１に蓄積された１２ビット（ｂ₀〜ｂ₅、ｂ₈、ｂ₉およびｂ_A〜ｂ_Dとする）のうち、ｂ₂、ｂ₅、ｂ_Aおよびｂ_Dを対象とした排他的論理和演算を行いｂ₆およびｂ_Fを生成し、さらに、ｂ₆およびｂ_Fのビット反転を行いｂ₇およびｂ_Eを生成する。これは単一パリティ検査符号化に相当する。また、ｂ₆を反転して８ビット目の信号ｂ₇を得る。ビット付加部９２が行うビット付加方法は図示しない外部からの要求により可変とする。例えば、パリティとして扱うｂ₆およびｂ₇を得る方法として、上記以外の組合せで排他的論理和演算を実行して求める、テーブル処理によりｂ₀〜ｂ₅の組合せ（６４通り）に対応するｂ₆およびｂ₇を求める、などとしてもよい。

シンボル割当部９３は、ｂ₀〜ｂ₂の３ビットを１番目のタイムスロットのＸ偏波の位相に、ｂ₃〜ｂ₅の３ビットを１番目のタイムスロットのＹ偏波の位相に、ｂ₆を１番目のタイムスロットのＸ偏波の振幅に、ｂ₇を１番目のタイムスロットのＹ偏波の振幅にそれぞれ割り当てる。また、シンボル割当部９３は、ｂ₈、ｂ₉およびｂ_Aの３ビットを２番目のタイムスロットのＸ偏波の位相に、ｂ_B、ｂ_Cおよびｂ_Dの３ビットを２番目のタイムスロットのＹ偏波の位相に、ｂ_Eを２番目のタイムスロットのＸ偏波の振幅に、ｂ_Fを２番目のタイムスロットのＹ偏波の振幅にそれぞれ割り当てる。シンボル割当部９３が行う処理であるマッピング方法の内容についても、図示しない外部からの要求により可変とする。

マッピング部１１２は、以上のようにして割り付けたＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱの４レーンの信号を、送信波形処理部１１３へ出力する。

送信波形処理部１１３および光信号生成部１２０の動作は実施の形態２と同様である。

実施の形態４にかかる光受信装置３００を構成する光信号検出部３１０の動作は実施の形態２と同様である。また、実施の形態４にかかる光受信装置３００を構成する受信電気処理部３２０の受信波形処理部３２１および復号処理部３２３の動作は実施の形態２と同様である。

実施の形態４にかかる光受信装置３００を構成する受信電気処理部３２０の尤度生成部３２２は、実施の形態３で説明した尤度生成装置１０５０である。尤度生成部３２２は、受信波形処理部３２１から入力される２タイムスロット分のＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱの４レーン信号に基づいて１２ビットの尤度情報を生成し、復号処理部３２３に出力する。

図１２は、実施の形態４にかかる光伝送システム１における光信号の伝送手順の一例を示すフローチャートである。

実施の形態４にかかる光伝送システム１における光信号伝送手順では、まず、図１２に示したステップＳ５１〜Ｓ５７の各処理を送信側の光通信装置を構成している光送信装置１００が実行して光信号を送信し、次に、ステップＳ５９〜Ｓ６４の各処理を受信側の光通信装置を構成している光受信装置３００が実行して光信号を受信する。以下、各ステップの処理を説明する。

光信号の伝送動作では、まず、光送信装置１００の符号処理部１１１が、外部から入力される論理信号を誤り訂正符号化する（ステップＳ５１）。この処理は図８に示したステップＳ２１と同じ処理である。

次に、光送信装置１００のビット蓄積部９１およびビット付加部９２が、符号処理部１１１から入力された誤り訂正符号化後の論理信号を（ｎ−ｋ）ビットごとに分割し、（ｎ−ｋ）ビットの信号にｋビットを付加してｎビットの信号を生成する（ステップＳ５２）。このステップＳ５２では、ビット蓄積部９１が符号処理部１１１から入力された誤り訂正符号化後の論理信号を（ｎ−ｋ）ビット単位で蓄積し、ビット付加部９２が、ビット蓄積部９１に蓄積された（ｎ−ｋ）ビットの信号を読み出し、読み出した信号に基づいてｋビットのパリティビットを生成して（ｎ−ｋ）ビットの信号に付加する。光伝送システム１が１２ｂ８Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを適用した光伝送システムの場合、ビット付加部９２は、１２ビットの論理信号に４ビットのパリティビットを付加する。すなわち、ｎ＝１６、ｋ＝４となる。

次に、光送信装置１００のシンボル割当部９３が、ビット付加部９２から入力されるｎビットの信号をＮ次元に割り当てる（ステップＳ５３）。光伝送システム１が１２ｂ８Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを適用した光伝送システムの場合、シンボル割当部９３は、１６ビットの信号を８次元に割り当てる。具体的には、シンボル割当部９３は、１２ビットの論理信号の中から選択した３ビットを１番目のタイムスロットのＸ偏波の位相に割り当て、残りの９ビットの中から選択した３ビットを１番目のタイムスロットのＹ偏波の位相に割り当て、残りの６ビットの中から選択した３ビットを２番目のタイムスロットのＸ偏波の位相に割り当て、残りの３ビットを２番目のタイムスロットのＹ偏波の位相に割り当てる。シンボル割当部９３は、さらに、４ビットのパリティビットの中から選択した１ビットを１番目のタイムスロットのＸ偏波の振幅に割り当て、残りの３ビットの中から選択した１ビットを１番目のタイムスロットのＹ偏波の振幅に割り当て、残りの２ビットの中から選択した１ビットを２番目のタイムスロットのＸ偏波の振幅に割り当て、残りの１ビットを２番目のタイムスロットのＹ偏波の振幅に割り当てる。

図１２に示したステップＳ５４〜Ｓ６１の処理は図８に示したステップＳ２４〜Ｓ３１と同じ処理である。

ステップＳ６１において送信信号の物理レーンの復元が終了すると、次に、光受信装置３００の尤度生成部３２２が、受信波形処理部３２１から入力される、Ｎ次元に配置されたｎビットの信号尤度を、Ｎ次元よりも低次元であるＬ次元の複数のテーブルを使用したテーブル処理により求める（ステップＳ６２）。光伝送システム１が１２ｂ８Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを適用した光伝送システムの場合、Ｎ＝８、ｎ＝１６、Ｌ＝２、Ｌ次元空間の数すなわち２次元テーブルの数は２となる。このステップＳ５２の処理は、実施の形態３で説明した尤度生成装置１０５０の尤度仮判定部１０５１〜１０５４が行う処理である。

次に、光受信装置３００の尤度生成部３２２が、ステップＳ６２で求めた尤度を、ｎビットの信号の符号則に基づいて交換し、元の（ｎ−ｋ）ビットの信号の尤度を得る（ステップＳ６３）。光伝送システム１が１２ｂ８Ｄ−２Ａ８ＰＳＫを適用した光伝送システムの場合、ｎ＝１６、ｋ＝４となる。このステップＳ６３の処理は、実施の形態３で説明した尤度生成装置１０５０の尤度補正部１０５５、１０５６および１０５７が行う処理である。

次に、光受信装置３００の復号処理部３２３が、尤度生成部３２２から入力される（ｎ−ｋ）ビットの信号の尤度を使用して軟判定誤り訂正復号を行う（ステップＳ６４）。この処理は図８に示したステップＳ３４と同じ処理である。

以上の各実施の形態によれば、回路実装効率に優れた尤度生成装置を実現することができ、光受信装置の装置規模の抑制に寄与することができる。

本発明では、チャネル当たりのシンボルレートを、主として１Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓ〜１００Ｇｓｙｍｂｏｌ／ｓの範囲として用いることが想定される。ただし、本発明は、シンボルレートを上記範囲に限定するものではない。複数チャネルの間で変調方式およびシンボルレートの一方または双方が異なる信号を混在させることも可能である。また、光領域または電気領域でのサブチャネル多重と併用することも可能である。

本発明にかかる尤度生成装置、受信装置、尤度生成方法および光伝送システムは、大容量光伝送に有用である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 光伝送システム、２０，２１ 軟判定誤り訂正復号部、５０，１０５０ 尤度生成装置、５１ａ，５１ｂ，１０５１〜１０５４ 尤度仮判定部、５２，１０５５〜１０５７ 尤度補正部、５３ａ〜５３ｆ，１０５８ａ〜１０５８ｆ，１０５９ａ〜１０５９ｆ 量子化部、６１，６１Ａ，６１Ｂ デジタルアナログ変換器、６２，６２Ａ，６２Ｂ 変調器ドライバ、６３，６３Ａ，６３Ｂ，６５ 光源、６４，６４Ａ，６４Ｂ 偏波多重Ｉ／Ｑ光変調器、６５Ａ，６５Ｂ 局部発振光源、６６，６６Ａ，６６Ｂ コヒーレントレシーバ、６７，６７Ａ，６７Ｂ アナログデジタル変換器、７１Ａ，７１Ｂ デジタル信号処理ＬＳＩ、８１Ａ，８１Ｂ デジタル処理回路（送信側）、８２Ａ，８２Ｂ デジタル処理回路（受信側）、９１ ビット蓄積部、９２ ビット付加部、９３ シンボル割当部、１００ 光送信装置、１１０ 送信電気処理部、１１１ 符号処理部、１１２ マッピング部、１１３ 送信波形処理部、１２０ 光信号生成部、２００ 光伝送部、２０１Ａ，２０１Ｂ 光ファイバ伝送路、３００ 光受信装置、３１０ 光信号検出部、３２０ 受信電気処理部、３２１ 受信波形処理部、３２２ 尤度生成部、３２３ 復号処理部、４０１Ａ，４０１Ｂ 光通信装置。

Claims (12)

1. Ｎを４以上の自然数、ｎおよびｋを自然数かつｋ＜ｎ、Ｌを自然数かつＬ＜Ｎとし、
   Ｎ次元に配置されたｎ−ｋ個の情報ビットおよびｋ個のパリティビットで構成された符号化変調信号を受信する受信装置において、
   受信した前記符号化変調信号で伝送される情報ビットおよびパリティビットの各ビットの尤度を、Ｌ次元のアドレス空間を有し各アドレス空間に尤度が格納されたテーブルを使用して求める尤度導出部と、
   前記尤度導出部が求めた尤度のうち、前記情報ビットの尤度を前記パリティビットの生成規則に基づいて更新する尤度補正部と、
   を備えることを特徴とする尤度生成装置。
2. 直交２偏波、直交２位相および１タイムスロットからなる４次元を１ブロックとする信号を前記符号化変調信号とし、
   前記尤度導出部は、２次元のアドレス空間を有し、それぞれ異なる信号成分の尤度が格納された複数のテーブルを使用して前記尤度を求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の尤度生成装置。
3. 直交２偏波、直交２位相および２タイムスロットからなる８次元を１ブロックとする信号を前記符号化変調信号とし、
   前記尤度導出部は、２次元のアドレス空間を有し、それぞれ異なる信号成分の尤度が格納された複数のテーブルを使用して前記尤度を求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の尤度生成装置。
4. 前記テーブルに格納された尤度は、前記符号化変調信号を伝送するシステムで想定される雑音分布、前記システムで想定される信号歪および前記尤度補正部により更新された尤度を使用して行う誤り訂正復号の性能の少なくとも一つを考慮して決定されている、
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の尤度生成装置。
5. 前記テーブルに格納された尤度が前記雑音分布を考慮して決定されている場合、
   前記雑音分布は、加法性白色ガウス雑音の分布、信号処理後に残留する光源の位相雑音の分布および偏波干渉雑音の分布の少なくとも一つである、
   ことを特徴とする請求項４に記載の尤度生成装置。
6. 前記テーブルに格納された尤度が前記信号歪を考慮して決定されている場合、
   前記信号歪は、前記符号化変調信号の同相成分と直交成分との間のスキュー、前記符号化変調信号の同相成分と直交成分との間の電力ばらつき、および前記符号化変調信号のＸ偏波成分とＹ偏波成分との間の電力ばらつきの少なくとも一つである、
   ことを特徴とする請求項４に記載の尤度生成装置。
7. 前記尤度補正部で更新された後の各尤度を量子化して各尤度のビット分解能を変更する量子化部、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の尤度生成装置。
8. 前記テーブルを書き換え可能とする、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の尤度生成装置。
9. 請求項１から８のいずれか一つに記載の尤度生成装置、を備え、
   前記尤度生成装置で生成された尤度を使用して誤り訂正復号を行う、
   ことを特徴とする受信装置。
10. Ｎを４以上の自然数、ｎおよびｋを自然数かつｋ＜ｎ、Ｌを自然数かつＬ＜Ｎとし、
    Ｎ次元に配置されたｎ−ｋ個の情報ビットおよびｋ個のパリティビットで構成された符号化変調信号を受信する受信装置が、前記符号化変調信号で伝送される情報ビットの尤度を生成する尤度生成方法であって、
    受信した前記符号化変調信号で伝送される情報ビットおよびパリティビットの各ビットの尤度を、Ｌ次元のアドレス空間を有し各アドレス空間に尤度が格納されたテーブルを使用して求める尤度導出ステップと、
    前記尤度導出ステップで求めた尤度のうち、前記情報ビットの尤度を前記パリティビットの生成規則に基づいて更新する尤度更新ステップと、
    を含むことを特徴とする尤度生成方法。
11. 前記尤度更新ステップでは、
    Ｍｉｎ−Ｓｕｍ法を使用して前記情報ビットの尤度を更新する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の尤度生成方法。
12. Ｎを４以上の自然数、ｎおよびｋを自然数かつｋ＜ｎ、Ｌを自然数かつＬ＜Ｎとし、
    Ｎ次元に配置されたｎ−ｋ個の情報ビットおよびｋ個のパリティビットで構成された符号化変調信号を生成して光信号として送信する光送信装置と、
    前記光信号を受信する光受信装置と、
    を備え、
    前記光送信装置は、
    前記符号化変調信号を生成する送信電気処理部と、
    前記符号化変調信号を電気信号から光信号に変換する光信号生成部と、
    を備え、
    前記光受信装置は、
    前記光送信装置が送信した光信号を受信して電気信号に変換する光信号検出部と、
    前記光信号検出部から前記電気信号を受け取り、受け取った電気信号で伝送される情報ビットおよびパリティビットの各ビットの尤度を、Ｌ次元のアドレス空間を有し各アドレス空間に尤度が格納されたテーブルを使用して求める尤度導出部と、
    前記尤度導出部が求めた尤度のうち、前記情報ビットの尤度を前記パリティビットの生成規則に基づいて更新する尤度補正部と、
    前記尤度補正部で更新された尤度を使用して誤り訂正復号を行う復号処理部と、
    を備えることを特徴とする光伝送システム。

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