JP2015518331A - 光受信機、光受信機によって実行される方法、光送信機、および光送信機によって実行される方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の副搬送波を介し、伝送チャネルを介して直交周波数分割多重光信号を受信するよう構成された光受信機（１０２）に関する。光受信機は、チャネル推定を実行する手段（１５０）と、伝送チャネルを表す係数に基づいて等化を実行する手段（１２６）とを備え、係数は、チャネル推定を実行する手段によって提供される。チャネル推定を実行する手段は、複数の副搬送波のうちの第１の部分集合を介して受信したトレーニング系列を処理する手段（１５１、１５２、１５３）と、トレーニング系列を処理する手段によって処理されていない副搬送波に対応する係数を補間する手段（１６０）とを備える。

Description

本発明は、概して、直交周波数分割多重光通信においてチャネル推定および等化を実行することに関する。

光送信機から光受信機への光通信は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）電気的符号化／復号に依存する場合がある。伝送チャネルを介して光送信機から光受信機へデータを伝送するために、複数の副搬送波が用いられる。

典型的には、光送信機は定期的にトレーニング系列を送信する。光送信機によってそのようなトレーニング系列が送信される時には、光受信機は、どのような光信号が受信されると期待されるかを知っている。１つのシンボル周期の間、たとえば５０シンボル毎に、光送信機は、上記の複数の副搬送波の各副搬送波上でトレーニング系列を送信する。光受信機は、上記の副搬送波を介してトレーニング系列を受信する時に、伝送チャネルの推定（チャネル推定と呼ばれる）を実行する。言い換えると、光受信機は、すべての副搬送波を介して受信されるトレーニング系列の恩恵によって伝送チャネルを表す係数を決定し、等化を実行するために（すなわち伝送チャネルによって生じる信号歪みを補償するために）これらの係数を用いる。

しかしながら、そのようなチャネル推定は極めて資源消費的である。ハードウェアにおいて（たとえばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（アプリケーション専用集積回路）において）実装される時には、チャネル推定は、乗算器に関して、または乗算器および論理セルに関して、極めて高価である。これはつまり、単一のコスト効率的な集積回路に基づいて超高レート光受信機を設計し開発するのは、困難であるということを意味する。これは、二重偏波伝送チャネル（すなわち２×２多入力多出力伝送チャネル）の場合にとくに当てはまる。さらにこれは、１０Ｇｂｐｓより大きいデータレート、さらには１００Ｇｂｐｓより大きいデータレートの場合にとくに当てはまる。実際に、このようなデータレートは、大量の処理資源を並列に使用する高速実行回路または処理を示唆する。

上述の問題を克服することが望ましい。

とくに、複数の副搬送波を介して直交周波数分割多重光信号を受信するよう構成された光受信機に並列に必要な処理資源の量を、低減可能にする解決策を提供することが望ましい。

さらに、とくに、チャネル推定動作がハードウェアにおいて実装される時に、乗算器の量を、または、並列に使用される乗算器および論理セルの量を、低減可能にする解決策を提供することが望ましい。

また、光送信機と光受信機と（この光送信機は、複数の副搬送波を介し、伝送チャネルを介して、この光受信機に、直交周波数分割多重光信号を送信する）の間の伝送チャネルの有効な帯域幅を増加可能にする解決策を提供することが望ましい。

この目的のために、本発明は、
複数の副搬送波を介し、伝送チャネルを介して直交周波数分割多重光信号を受信するよう構成された光受信機であって、
前記光受信機は、チャネル推定を実行する手段と、前記伝送チャネルを表す係数に基づいて等化を実行する手段とを備え、
前記係数は、チャネル推定を実行する前記手段によって提供される
光受信機に関する。
この光受信機は、
チャネル推定を実行する前記手段が、
前記複数の副搬送波のうちの第１の部分集合を介して受信したトレーニング系列を処理する手段と、
係数を補間する手段であって、補間された前記係数は、前記トレーニング系列を処理する前記手段によって処理されていない副搬送波に対応する、係数を補間する手段と
を備えるようなものである。

したがって、この補間は、複数の副搬送波の全体集合を処理する光受信機に比較して、チャネル推定および等化を実行するのに光受信機に必要な処理資源の量を低減可能にする。Ｎが副搬送波の総量であり、Ｎａが副搬送波の第１の部分集合の濃度であると考えると、必要な資源の量は、少なくともＮ／Ｎａに等しい比率だけ減少する。

特定の特徴によれば、前記トレーニング系列を処理する前記手段は、前記第１の部分集合の各副搬送波を並列処理するよう構成されている。

したがって、トレーニング系列が受信されると、光受信機はチャネル推定および等化を迅速に実行できる。

特定の特徴によれば、前記トレーニング系列を処理する前記手段は、前記第１の部分集合の濃度より小さい量の副搬送波を並列処理するよう構成され、
チャネル推定を実行する前記手段は、
副搬送波の第１の部分集合のうちの副搬送波の第２の部分集合を決定する手段であって、前記第２の部分集合の濃度は、最大で、前記トレーニング系列を処理する前記手段が並列処理するよう構成されている副搬送波の量に等しい、第２の部分集合を決定する手段と、
前記第２の部分集合を介して受信したトレーニング系列を処理する手段と、
前記第１の部分集合のうち、副搬送波の、少なくとも１つの別の第２の部分集合を、巡回的方法で選択するとともに、前記少なくとも１つの別の第２の部分集合を用いて前記トレーニング系列の処理を繰り返す手段と
を備える。

したがって、伝送チャネルが銅線や無線ほど周波数選択的ではない時には、かつ／または、ＯＦＤＭシンボルが通過するのに比べて伝送チャネルの周波数選択特性がゆっくりと変化する時には、チャネル推定および等化を実行するのに光受信機に必要な処理資源はさらに低減される。

特定の特徴によれば、前記光信号は二重偏波光信号であり、
前記二重偏波光信号を送信する光送信機が、前記係数が補間されておらずかつ前記トレーニング系列が処理されていない副搬送波上の双方の偏波で同一の信号を送信するように、前記光送信機を設定する手段を、前記光受信機が備える。

副搬送波の第２の部分集合のうち、いくつかの部分集合は、逐次処理される。これは、伝送の初期化中の所与の時点におけるいくつかの副搬送波は、チャネル推定を介しても補間を介しても処理されていないということを意味する。したがって、この事実を補償するために、これらの副搬送波上の双方の偏波で同一の信号を伝送することにより、伝送はより頑強(robust)にされる。

特定の特徴によれば、前記光受信機は、トレーニング系列を時間に渡って受信するよう構成され、
チャネル推定を実行する前記手段は、さらに、前記複数の副搬送波のうち、トレーニング系列ごとに異なる第１の部分集合を選択する手段を備える。

したがって、チャネル推定が実行される副搬送波と、補間が実行される副搬送波とについて、ダイバーシティが提供される。たとえば、考慮中の光信号を送信する光送信機と同期して、光受信機は、副搬送波のある部分集合から別の部分集合へと切り替える。

特定の特徴によれば、所定量の受信トレーニング系列の後に、前記トレーニング系列を処理する前記手段が前記複数の副搬送波のうちすべての副搬送波を処理し終えるように、前記光受信機が構成される。

したがって、チャネル推定および等化は改善される。

特定の特徴によれば、前記光信号は単偏波光信号であり、
チャネル推定を実行する前記手段は、前記伝送チャネルを表すスカラー量の逆数の、波長に対する偏導関数に基づいて前記第１の部分集合を決定する手段を備える。

したがって、副搬送波の第１の部分集合を決定することは、単偏波伝送チャネルが最も変化するスペクトル部分に絞られる。

特定の特徴によれば、前記光信号は二重偏波光信号であり、
チャネル推定を実行する前記手段は、伝送チャネルを表す行列の逆行列の係数の、波長に対する偏導関数の間のユークリッド距離に基づいて前記第１の部分集合を決定する手段を備える。

したがって、副搬送波の第１の部分集合を決定することは、二重偏波伝送チャネルが最も変化するスペクトル部分に絞られる。

したがって、副搬送波の第１の部分集合を決定することは、伝送チャネルが最も変化するスペクトル部分に絞られる。

特定の特徴によれば、前記第１の部分集合を決定する前記手段は、さらに、前記複数の副搬送波のすべてに関する時間公平キューイング制約を考慮するよう構成される。

したがって、副搬送波の第１の部分集合を決定することは、伝送チャネルが最も変化するスペクトル部分に絞られるが、補間のみに留まるスペクトル部分はない。

特定の特徴によれば、前記光受信機は、
前記係数が補間された副搬送波については、前記トレーニング系列を処理する前記手段によって処理された副搬送波についてよりも頑強な符号化方式を、前記光信号を送信する光送信機が適用する
ように、前記光送信機を設定する
手段を備える。

したがって、前記係数が補間された副搬送波については、伝送はより頑強である。

特定の特徴によれば、前記光受信機は、
前記トレーニング系列を処理する前記手段によって所定量の副搬送波が処理され終わるまでは、より頑強な符号化方式を、前記光信号を送信する光送信機が適用する
ように、前記光送信機を設定する
手段を備える。

したがって、補間に起因する等化の潜在的弱点は、補間が安定するまで、より頑強な符号化方式によって補償される。

特定の特徴によれば、前記光信号は二重偏波光信号であり、
前記光受信機は、
前記二重偏波光信号を送信する光送信機が、前記係数が補間されかつ補間された前記係数における信頼度レベルが所与の閾値未満である副搬送波について、双方の偏波で同一の信号を送信する
ように、前記光送信機を設定する
手段を備える。

したがって、前記係数が補間されかつ信頼度レベルが低い副搬送波については、伝送はより頑強である。たとえば、光伝送の初期化フェーズでは、そのようなメカニズムが適用される。

また、本発明は、複数の副搬送波を介し、伝送チャネルを介して直交周波数分割多重光信号を送信するよう構成される光送信機にも関する。
前記光送信機は、さらに、１シンボル周期の間に、
前記複数の副搬送波のうちの部分集合でトレーニング系列を送信し、
前記複数の副搬送波のうち残る副搬送波でデータを送信する
よう構成される。

したがって、伝送チャネルの有効な帯域幅が増加し、一方で、チャネル推定および等化を実行するのに光受信機に必要な処理資源の量は低減する。

また、本発明は、光受信機によって実行される方法であって、
複数の副搬送波を介し、伝送チャネルを介して直交周波数分割多重光信号を受信することと、
チャネル推定を実行することと、
前記伝送チャネルを表す係数であって、前記チャネル推定の結果として得られる係数に基づき、等化を実行することと
を備える、方法にも関する。
この方法は、
チャネル推定を実行することが、
前記複数の副搬送波のうちの第１の部分集合を介して受信したトレーニング系列を処理することと、
係数を補間することであって、補間された前記係数は、前記トレーニング系列を処理するステップの間に処理されていない副搬送波に対応する、係数を補間することと
を備えるものである。

また、本発明は、
光送信機によって実行される方法であって、
複数の副搬送波を介し、伝送チャネルを介して直交周波数分割多重光信号を送信する
ことを備える、方法にも関する。
この方法は、さらに、１シンボル周期の間に、前記複数の副搬送波のうちの部分集合でトレーニング系列を送信し、前記複数の副搬送波のうち残る副搬送波でデータを送信することを備えるものである。

また、本発明は、通信ネットワークからダウンロード可能であり、および／または、プロセッサ可読媒体に記憶される、コンピュータプログラムにも関する。このコンピュータプログラムは、前記プログラムがプロセッサによって実行される時に、上述の方法を実行させるための命令を含む。また、本発明は情報記憶手段にも関し、前記情報記憶手段は、記憶された情報が前記情報記憶手段から読み取られプロセッサにより実行される時に上述の方法を実行させるための命令の組を含むコンピュータプログラムを記憶する。

上述の方法およびコンピュータプログラムに関する特徴および利点は、対応する上述の光受信機および光送信機について上述したものと同じであるので、ここでは繰り返さない。

本発明の特徴は、以下の実施形態の例の記載を読むことによってより明らかとなる。以下の記載は、添付図面を参照して作成されている。

光通信システムを概略的に表す図である。 光通信システムの光通信装置の代替的な構成を概略的に表す図である。 チャネル推定を実行するための第１のアルゴリズムを概略的に表す図である。 光通信システムの伝送チャネルを表すスカラー量の逆数の、波長に対する偏導関数を、波長の関数として概略的に表す図である。 Ｎ個の副搬送波のうち、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合を決定するためのアルゴリズムを概略的に表す図である。 光送信機を設定するためのアルゴリズムを概略的に表す図である。 チャネル推定を実行するための第２のアルゴリズムを概略的に表す図である。

波長と周波数とは直接の逆数の関係を介して結ばれているため、これらの用語は同一の概念を参照しており、当業者はこれら２つの用語を無頓着に用いるということに留意すべきである。

図１は、光送信機１０１および光受信機１０２を含む光通信システム１００を概略的に表す。光送信機１０１は、ＯＦＤＭ符号化を用いて、光受信機１０２に光信号を送信するよう構成される。

光送信機１０１は、光受信機１０２に送信されるべきデータを提供するデータ生成器１１１を備える。光送信機１０１はさらに、データ生成器１１１によって提供されるデータを並列化するためのシリアル・パラレル変換器１１２を備える。光送信機１０１はさらに、シリアル化されたデータをＮ個の副搬送波上にマッピングするための変調ユニット１１３を備える。光送信機１０１はさらに、光受信装置１０２がチャネル推定を実行できるようにするためにトレーニング系列を挿入するためのトレーニング系列挿入ユニット１１４を備える。実際に、光送信機１０１から受信される信号を復号できるようにするためには、光受信機は光送信機１０１と光受信機１０２との間の伝送チャネルを推定する必要がある。光送信機１０１はさらに、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）ユニット１１５を備え、このＩＦＦＴユニット１１５にはトレーニング系列挿入ユニット１１４の出力が入力される。光送信機１０１はさらに、ＩＦＦＴユニット１１５によって提供されるデータをシリアル化するためのパラレル・シリアル変換器１１６を備える。光送信機１０１はさらに、シンボル間干渉を除去可能にするために巡回プレフィクスを挿入するための巡回プレフィクス挿入ユニット１１７を備える。光送信機１０１は、巡回プレフィクス挿入ユニット１１７の出力に基づき光信号を生成し、生成した光信号を光ファイバを介して光受信機１０２に向けて送信するよう構成される。したがって、光送信機１０１は、電気・光信号変換ユニット（簡明のため図１には示さない）を備える。

ある実施形態によれば、トレーニング系列挿入ユニット１１４は、時間とともに（たとえば、５０シンボル毎等、定期的に）、Ｎ個の副搬送波上でトレーニング系列を挿入するよう構成される。この場合には、以下に詳述するように、光受信機１０２は、Ｎ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合のみを、チャネル推定を実行するために用いる。ただし２≦Ｎａ＜Ｎである。

別の実施形態によれば、以下に詳述するように、トレーニング系列挿入ユニット１１４は、時間とともに（たとえば、５０シンボル毎等、定期的に）、Ｎ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合上で、トレーニング系列を挿入するよう構成され、他の副搬送波は、他のデータ（たとえばデータ生成器１１１によって提供されるもの）を伝送するために用いられる。この場合には、トレーニング系列は副搬送波レベルにおいて挿入される。これを達成するために、光送信機１０１は、Ｎａ個の副搬送波からなる所定の部分集合（たとえば製造工程の間に光送信機１０１のメモリに記憶される）に依存してもよい。一変形例では、トレーニング系列挿入ユニット１１４は、Ｎａ個の副搬送波からなるどの部分集合を用いるべきかをトレーニング系列挿入ユニット１１４に通知する、スケジューリングユニット１４０を備える。

さらに別の実施形態によれば、光送信機１０１から光受信機１０２へ光信号を伝送するために二重偏波が実装される時には、トレーニング系列挿入ユニット１１４は、一方の偏波についてあるシンボルのＮ個の副搬送波上でトレーニング系列を挿入し、他方の偏波について別のシンボルのＮ個の副搬送波上でそのトレーニング系列を挿入するよう構成される。トレーニング系列挿入ユニット１１４は、時間とともに（たとえば、５０シンボル毎等、定期的に）、各偏波上でトレーニング系列を挿入するよう構成される。一方の偏波上でトレーニング系列が伝送される時には、他方の偏波上では信号は伝送されない。これにより、光受信機１０２は、各副搬送波について一方の偏波が他方の偏波に生じさせる干渉を決定することができる。すなわち、これにより、光受信機１０２は、各副搬送波について光送信機１０１と光受信機１０２との間の伝送チャネルを表す行列Ｈを決定することができる。この行列Ｈは、次のように表せる：

ただし、
‐ａ_１１は、光信号が光送信機１０１によって第１の偏波を介して送信された時に、第１の偏波を介して光受信機１０２によって受信される光信号の比率を表し、
‐ａ_１２は、光信号が光送信機１０１によって第１の偏波を介して送信された時に、第２の偏波を介して光受信機１０２によって受信される光信号の比率を表し、
‐ａ_２１は、光信号が光送信機１０１によって第２の偏波を介して送信された時に、第１の偏波を介して光受信機１０２によって受信される光信号の比率を表し、
‐ａ_２２は、光信号が光送信機１０１によって第２の偏波を介して送信された時に、第２の偏波を介して光受信機１０２によって受信される光信号の比率を表す。

さらに別の実施形態によれば、光送信機１０１から光受信機１０２へ光信号を伝送するために二重偏波が実装される時には、トレーニング系列挿入ユニット１１４は、一方の偏波についてあるシンボルのＮ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合上でトレーニング系列を挿入し、他方の偏波について別のシンボルのＮ個の副搬送波のうちそのＮａ個の副搬送波からなるその部分集合上でそのトレーニング系列を挿入するよう構成される。トレーニング系列挿入ユニット１１４は、時間とともに（たとえば、５０シンボル毎等、定期的に）、各偏波上でトレーニング系列を挿入するよう構成される。トレーニング系列が一方の偏波上で伝送される時には、他方の偏波上では信号は伝送されない。これを達成するために、光送信機１０１は、Ｎａ個の副搬送波からなる所定の部分集合に依存してもよい。一変形例では、トレーニング系列挿入ユニット１１４は、スケジューリングユニット１４０を備える。

光受信機１０２は、光送信機１０１によって送信された光信号を、光ファイバを介して受信するよう構成される。したがって、光受信機１０２は、光・電気信号変換ユニット（簡明のため図１には示さない）を備える。光受信機１０２は、受信した光信号に光受信機１０２を同期させるための同期ユニット１２１を備える。光受信機１０２はさらに、光送信機１０１の巡回プレフィクス挿入ユニット１１７によって挿入された巡回プレフィクスを除去するための巡回プレフィクス除去ユニット１２２を備える。光受信機１０２はさらに、巡回プレフィクス除去ユニット１２２によって提供されるデータを並列化するためのシリアル・パラレル変換器１２３を備える。光受信機１０２はさらに、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）ユニット１２４を備え、ＦＦＴユニット１２４には並列化されたデータが入力される。光受信機１０２はさらに、光送信機１０１のトレーニング系列挿入ユニット１１４によって挿入されたトレーニング系列を取り出す(remove)ためのトレーニング系列取出ユニット１２５を備える。光受信機１０２はさらに、取り出されたトレーニング系列をトレーニング系列取出ユニット１２５から受信するよう構成される、チャネル推定ユニット１５０を備える。光受信機１０２はさらに、光送信機１０１と光受信機１０２との間の伝送チャネルを通して光信号が受けた歪みを逆転させるための等化ユニット１２６を備える。チャネル推定ユニット１５０は、伝送チャネルの推定を実行し、これに従って、伝送チャネルを表す係数を等化ユニット１２６に提供するよう構成される。光受信機１０２はさらに、光送信機１０１の変調ユニット１１３によって実行された動作の逆動作を実行するための復調ユニット１２７を備える。光受信機１０２はさらに、変調ユニット１２７によって提供されるデータをシリアル化するためのパラレル・シリアル変換器１２８を備える。光受信機１０２はさらに、シリアル化されたデータ（光送信機１１１のデータ生成器１１１によって提供されるデータに対応すべきもの）を処理するためのデータプロセッサ１２９を備える。

以上の記載から、ＯＦＤＭ処理はデジタルに実行されるということが理解される。

以下に詳述するように、トレーニング系列取出ユニット１２５は、時間とともに（たとえば、５０シンボル毎等、定期的に）、Ｎ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる上述の部分集合上で受信されるトレーニング系列を取り出すよう構成される。これを達成するために、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波からなる上述の所定の部分集合（たとえば製造工程の間に光受信機１０２のメモリに記憶される）に依存してもよい。一変形例では、トレーニング系列取出ユニット１２５は、Ｎａ個の副搬送波からなるどの部分集合を用いるべきかをトレーニング系列取出ユニット１２５に通知する、スケジューリングユニット１４１を備える。

チャネル推定ユニット１５０は、伝送チャネルを表す係数を決定することと、その係数を等化ユニット１２６に提供することとを目的とする。より具体的には、光送信機１０１から光受信機１０２へ光信号を伝送するために二重偏波が実装される時には、チャネル推定ユニット１５０は、行列Ｈの係数(coefficients)を決定することと、逆行列Ｈ^−１の係数を等化ユニット１２６に提供することとを目的とする。定義により、逆行列Ｈ^−１の係数は伝送チャネルを表す。Ｓ．Ｌ．Ｊａｎｓｅｎ他著の文献「Long-haul transmission of 16x52.5 Gbps polarization-division-multiplexed OFDM enabled by MIMO processing」（２００８年、J. Opt. Networking, 第７巻、第２号、１７３〜１８１ページ）を参照してもよい。

チャネル推定ユニット１５０は、Ｍ個のチャネル推定サブユニット１５１、１５２、１５３からなる集合を備える。ただし０＜Ｍ≦Ｎａである。チャネル推定サブユニット１５１、１５２、１５３は、Ｍ個の副搬送波からなる集合について、Ｎａ個の副搬送波上で伝送されトレーニング系列取出ユニット１２５によって提供されたトレーニング系列に基づき、並列にチャネル推定を実行することができる。

図２に関して以下に紹介するように、ソフトウェア実装の場合には、Ｍは、Ｎａ個の副搬送波上で伝送されるトレーニング系列に基づきＭ個の副搬送波からなる集合についてチャネル推定を実行するために光受信機１０２により実行可能な並列処理の量を表す。

チャネル推定ユニット１５０は、さらに、Ｎ個の副搬送波のうち、チャネル推定サブユニット１５１、１５２、１５３のいずれによっても処理されていない副搬送波について伝送チャネルを表す係数を補間するための、補間ユニット１６０を備える。

チャネル推定ユニット１５０の振る舞いは、図３に関して後に詳述する。

図２は、光通信システム１００の光通信装置（すなわち、光送信機１０１および／または光受信機１０２）の代替的な構成を概略的に表す。

図示の構成によれば、光通信装置は、通信バス２１０によって相互接続される以下の構成要素を備える。
‐プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたはＣＰＵ（中央処理装置）２００。
‐ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０１。
‐ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）２０２。
‐ＳＤ（セキュアデジタル）カードリーダ２０３、または記憶手段に記憶された情報を読み出すよう構成される任意の他の装置。
‐光通信インタフェース２０４。

光通信インタフェース２０４により、光通信装置は、光通信システム１００の他の通信装置と光信号を交換することができる。

光受信機１０２から光送信機１０１へのループバックリンクを提供するために、別の通信インタフェースが存在してもよい。そのようなループバックリンクは、大都市型ネットワークまたはコアネットワークのコンテキストにおける制御プレーンに対応してもよい。

ＣＰＵ２００は、ＲＯＭ２０２からまたは外部メモリ（ＳＤカード等）からＲＡＭ２０１にロードされた命令を、実行することができる。通信装置の電源が投入された後に、ＣＰＵ２００はＲＡＭ２０１から命令を読み出し、それらの命令を実行することができる。これらの命令は、ＣＰＵ２００に、図３、５、５および７に関連して後述されるアルゴリズムのステップの一部または全部を実行させる１つのコンピュータプログラムを形成する。

図３、５、６および７に関連して後述するアルゴリズムの任意のステップおよびすべてのステップは、プログラム可能な計算機（ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）またはマイクロコントローラ等）による命令の組またはプログラムの実行によるソフトウェアにおいて実装されてもよい。または、そうでなければ、機械または専用の構成要素（ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣ等）によるハードウェアにおいて実装されてもよい。

図３は、チャネル推定を実行するために光受信機１０２によって実行される第１のアルゴリズムを概略的に表す。図１に示す光通信システム１００のコンテキストでは、このアルゴリズムはチャネル推定ユニット１５０によって実行される。

ステップＳ３０１において、光受信機１０２は、光送信機１０１から光受信機１０２へのＯＦＤＭ光伝送において定義されるＮ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合を取得する。

上述したように、Ｎ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合は事前に定義されてもよく、たとえば製造工程の間に光受信機１０２のメモリに記憶される。したがって、Ｎ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合は静的に定義可能である。

また、Ｎ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合は動的に定義されてもよい。

第１の実施形態によれば、光受信機１０２はまずＮａ個の副搬送波からなるデフォルトの部分集合を使用し、後にＮａ個の副搬送波からなる別の部分集合を使用する。たとえば、所定数のトレーニング系列が処理された後には、Ｎ個の副搬送波がすべて少なくとも１回は処理され終わっているように、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合の連続する選択が巡回的方法で行われる。この第１の実施形態は、光送信機１０１がＮ個の副搬送波を介してトレーニング系列を送信するか、または、光送信機１０１および光受信機１０２がＮａ個の副搬送波からなるある部分集合から別の部分集合へと同期して切り替えることを想定している。

第２の実施形態によれば、光送信機１０１から光受信機１０２へ光信号を伝送するために二重偏波が実装される時には、図４および図５に関して後に詳述するように、光受信機１０２は、Ｎ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合を、逆行列Ｈ^−１の各係数の、波長に対する偏導関数の変化(variation)の関数として、動的に定義する。光送信機１０１から光受信機１０２へ光信号を伝送するために単偏波が実装される時にも同じ原理が適用され、光受信機１０２は、Ｎ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合を、伝送チャネルを表すスカラー量の、波長に対する偏導関数の変化の関数として、動的に定義する。この第２の実施形態では、光送信機１０１は、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合のみを介してトレーニング系列を送信してもよいし、Ｎ個の副搬送波を介してトレーニング系列を送信してもよい。光送信機１０１が、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合のみを介してトレーニング系列を送信することが期待される場合には、使用すべきＮａ個の副搬送波からなる部分集合を光受信機１０２が光送信機１０１に知らせるために、光受信機１０２から光送信機１０１へのループバックリンクが存在することになる。

続くステップＳ３０２において、光受信機１０２は、少なくともＮ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合を介して、トレーニング系列を受信する。

続くステップＳ３０３において、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合を介して受信したトレーニング系列に基づき、チャネル推定を実行する。言い換えると、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合を介して受信したトレーニング系列に基づき、光送信機１０１と光受信機１０２との間の伝送チャネルを表す係数を決定する。

Ｍ＝Ｎａである時には、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波を介して受信したトレーニング系列を並列に処理することができる。

Ｍ＜Ｎａである時には、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波を介して受信したトレーニング系列を並列に処理することができない。しかしながら、伝送チャネルは光送信機１０１と光受信機１０２との間の光ファイバの使用に依存するので、伝送チャネルは銅線や無線ほど周波数選択的ではなく、かつ／または、伝送チャネルは、ＯＦＤＭシンボルが通過するのに比べて伝送チャネルの周波数選択特性がゆっくりと変化する時にはそれほど周波数選択的ではない。これは、光受信機１０２がチャネル推定のために副搬送波を逐次的に処理してもよいということを意味する。これは、初期のセットアップではより大きい処理遅延を生じる可能性はあるが、処理を時間的に分散することにより光受信機１０２に必要な複雑度（すなわち、所与の時点で同時に使用される処理資源の量）をさらに低減可能にする。この態様は、図７に関して後に詳述する。

続くＳ３０４において、光受信機１０２は、残るＮ−Ｎａ個の副搬送波（ステップＳ３０３において処理されなかったもの）について、光送信機１０１から光受信機１０２までの間の伝送チャネルを表す係数を補間する。この補間は、ステップＳ３０３においてＮａ個の副搬送波からなる部分集合について実行されたチャネル推定に基づいて実行される。これは周波数領域における補間に対応する。一変形例では、光受信機１０２は、これに代えて、またはこれと組み合わせて、時間領域における補間を実行する。この場合、光受信機１０２は、ステップＳ３０３およびＳ３０４の手順実行中に取得された係数の値を考慮する。たとえば、光受信機１０２は線形回帰を適用する。

ステップＳ３０３およびＳ３０４において取得された係数、すなわち、光送信機１０１から光受信機１０２への光通信のために二重偏波が実装される時に結果として得られる逆行列Ｈ^−１は、その後、等化を実行するために使用される。

Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合が静的に定義される時には、ステップＳ３０２が繰り返される。そうでなければ、ステップＳ３０５が実行される。

ステップＳ３０５において、光受信機１０２は、Ｎ個の副搬送波のうち、Ｎａ個の副搬送波からなる別の部分集合を選択することが適切であるか否かを判定する。

Ｎａ個の副搬送波が巡回的方法で動的に選択される時には、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波からなる次の部分集合を、連続して選択することが適切であると判定する。これによって、最大でもｆｌｏｏｒ［Ｎ／Ｎａ］＋１個（ＮａがＮの約数である場合にはＮ／Ｎａ個）のトレーニング系列の送信の後に、Ｎ個の副搬送波すべてに基づくチャネル推定の実行が可能になる。

Ｎａ個の副搬送波が、波長に対する偏導関数の変化の関数として動的に選択される場合については、図４および５に関して後に詳述する。これにより、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合における副搬送波の密度を、伝送チャネルの周波数選択特性の変化に適応させることが可能になる。

ステップＳ３０５の実行が完了すると、ステップＳ３０２が繰り返される。

図４は、伝送チャネルを表すスカラー量の、波長に対する偏導関数を、波長の関数として概略的に表す。

単偏波の場合には、図４に表される曲線は、伝送チャネルを表すスカラー量の、波長に対する偏導関数の変化を、波長の関数として表す。

二重偏波の場合には、図４に表される曲線は、逆行列Ｈ^−１の係数の、波長に対する偏導関数のユークリッド距離の変化を、波長の関数として表す。簡明のため、図４は、

を縦座標に示す。

この曲線は、読みやすさを考慮して連続線として表しているが、Ｎ個の副搬送波の波長によるこの曲線の離散バージョンが重要であるということが理解される。

偏導関数

の変化の絶対値ΔＹは、次のように表し得る。

ただし、Δｙ_ｉは、Ｎ個の副搬送波のうちのある副搬送波に対応する波長から、Ｎ個の副搬送波のうち長波長側において隣接する別の副搬送波に対応する波長までの変化を表す。

図５に関して後述するアルゴリズムの目的は、Ｎａ個の副搬送波の連続する波長間の距離に対応する値Δｘ_ｉを決定することである。

図５は、Ｎ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる部分集合を決定するために、光受信機１０２によって実行されるアルゴリズムを概略的に表す。

ステップＳ５０１において、光受信機１０２は、Ｎ個の副搬送波のうちＮａ個の副搬送波からなる初期部分集合を取得する。

続くステップＳ５０２において、光受信機１０２は、図４に関して上述した偏導関数

を決定する。これは、Ｎａ個の副搬送波からなる初期部分集合に基づくチャネル推定と、Ｎ個の副搬送波のうち残る副搬送波の補間との恩恵により行われ、これによって行列Ｈを近似し、したがって逆行列Ｈ^−１を演繹する。

光受信機１０２は、偏導関数

の値を精緻化するために、ステップＳ５０１およびＳ５０２を、たとえば上述の巡回的手法を用いて、反復してもよい。

続くステップＳ５０３において、光受信機１０２は、偏導関数

の変化の絶対値ΔＹを決定する。

続くステップＳ５０４において、光受信機１０２は、次式

の恩恵によって値Δｘ_ｉを決定することにより、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合を決定する。

光受信機１０２は、Ｎ個の副搬送波のうち、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合を形成するために、波長が値Δｘ_ｉに一致するか、または値Δｘ_ｉに最も近いものから副搬送波を選択する。

ステップＳ５０２〜Ｓ５０４は、所与の偏波についてトレーニング系列が受信されるたびに実行する必要はないということに留意すべきである。これにより、処理を時間的に分散し、したがって同時に使用される処理資源の量を低減することができる。

特定の実施形態によれば、光受信機１０２は、さらにＮ個の副搬送波に関する時間公平キューイング制約（time-fair queuing constraint）を考慮することにより、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合を決定する。したがって、所定量の時間の後に、Ｎ個の副搬送波のうち少なくとも１つの副搬送波がチャネル推定を受けていない時には、光受信機は、その少なくとも１つの副搬送波を、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合に含める。

図６は、一実施形態において、光送信機１０１を設定するために光受信機１０２によって実行されるアルゴリズムを概略的に表す。この実施形態において、光受信機１０２から光送信機１０１へのループバックリンクが存在している。

ステップＳ６０１において、光送信機１０１および光受信機１０２は、光通信のための頑強(robust)な符号化方式を選択する。たとえば、ＢＰＳＫ（２進位相シフトキーイング）符号化が用いられる。このような初期設定は、製造工程の間に光送信機１０１および光受信機１０２のメモリに記憶されてもよい。

続くステップＳ６０２において、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合のうち、Ｎｂ個の副搬送波からなる部分集合を取得する。

続くステップＳ６０３において、光受信機１０２は、Ｎｂ個の副搬送波からなる部分集合に基づき、チャネル推定を実行する。言い換えると、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合のうちＮｂ個の副搬送波からなる部分集合を介して受信したトレーニング系列に基づき、光送信機１０１から光受信機１０２までの間の伝送チャネルを表す係数を決定する。

続くステップＳ６０４において、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波のうち、残るＮａ−Ｎｂ個の副搬送波（ステップＳ６０３において処理されていないもの）について、光送信機１０１から光受信機１０２までの間の伝送チャネルを表す係数を補間する。この補間は、ステップＳ６０３においてＮｂ個の副搬送波からなる部分集合について実行されたチャネル推定に基づいて（すなわち周波数領域において）実行されるが、上述のように、時間領域において実行されてもよい。光受信機１０２は、上述のステップＳ３０４と同じ方法で補間を実行する。等化に用いられる係数の値の不確定性が高い時には、すなわち当該値の信頼度レベルが低い時には（たとえば、補間が適用される副搬送波の量と、チャネル推定が適用される副搬送波の量との間の比率が、所与の閾値を超える時には）、ステップＳ６０１において選択される頑強な符号化方式は、光受信機１０２が受信信号を復号できるようにすべきである。

続くステップＳ６０５において、光受信機１０２は、符号化方式に関する制約を緩和するために十分なチャネル推定が実行されたか否かをチェックする。たとえば、光受信機は、チャネル推定が、Ｎａ個の副搬送波すべてについて実行されたか、またはＮａ個の副搬送波のうち所定割合について実行されたかを判定する。十分なチャネル推定が実行されていれば、ステップＳ６０６が実行され、そうでなければ、ステップＳ６０７が実行される。

ステップＳ６０６において、光受信機１０２は、光通信のためにより頑強でない符号化方式が適切であるか否かを決定し、これに従って、必要であればループバックリンクを介して光送信機１０１を設定する。たとえば、ステップＳ６０１で取得した初期符号化方式が依然として用いられている場合には、光受信機１０２は、光送信機１０１から光受信機１０２へ伝送される有効データのビットレートを増加できるようにするために、より頑強でない符号化方式に切り替えると決定する。たとえば、ＢＰＳＫ符号化方式の代わりに１６−ＱＡＭ（直交振幅変調）符号化方式が用いられる。光受信機１０２は、このようにして、ある符号化方式から別の符号化方式へと切り替える（たとえばＢＰＳＫからＱＰＳＫへ、１６−ＱＡＭへ）ことにより符号化方式の頑強性を徐々に減少させることを決定し、これによって有効帯域幅を増加させる。その後、ステップＳ６０７が実行される。

したがって、一実施形態では、光受信機１０２は、チャネル推定が所定量の副搬送波に関与するまで、より頑強な符号化方式を適用する。

ステップＳ６０７において、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波のうち、Ｎｂ個の副搬送波からなる別の部分集合を取得し、ステップＳ６０３が繰り返される。

一変形例では、光受信機１０２は、より頑強でない符号化方式を、チャネル推定が実行された各副搬送波についてのみ適用するように、光送信機１０１を設定する。たとえば、補間が実行された副搬送波にはＢＰＳＫ符号化方式が用いられ、チャネル推定が実質的に実行された副搬送波には１６−ＱＡＭ符号化方式が用いられる。

また別の変形例では、光受信機１０２は、補間が実行されかつその補間における信頼度レベルが所与の閾値未満であるいかなる副搬送波についても、双方の偏波において同一の信号が送信されるように、光送信機１０１を設定する。

図７は、チャネル推定を実行するために、とくにＭ＜Ｎａである場合に、すなわち光受信機がＮａ個の副搬送波からなる部分集合の濃度よりも小さい量の副搬送波を処理することが可能である時に、光受信機１０２によって実行される、第２のアルゴリズムを概略的に表す。このアルゴリズムは、図６に関して上述した任意の実施形態と選択的に実装されてもよく、組み合わせて実装されてもよい。

ステップＳ７０１において、光受信機１０２はＮａ個の副搬送波からなる部分集合を介してトレーニング系列を受信する。

続くステップＳ７０２において、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合について、受信されたトレーニング系列をメモリに記憶する。

上述のように、光送信機１０１は、時間に渡って（たとえば定期的に）トレーニング系列を送信し、したがって、所与の偏波について、所定数のシンボルが、トレーニング系列の２回の連続する送信を隔てる。光送信機１０１と光受信機１０２との間の二重偏波伝送チャネルの周波数選択特性は、ＯＦＤＭシンボル継続時間に比べてゆっくりと変化するので、光受信機１０２は、記憶したトレーニング系列を処理するために、トレーニング系列の２回の連続する送信の間の時間を利用できる。

続くステップＳ７０３において、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波のうち、最大でＭ個の副搬送波からなる初期部分集合を取得する。言い換えると、この初期部分集合の濃度は、最大でも光受信機１０２が並列処理可能な副搬送波の量に等しい。

続くステップＳ７０４において、光受信機１０２は、Ｍ個の副搬送波からなる部分集合に基づき、チャネル推定を実行する。言い換えると、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合のうち、Ｍ個の副搬送波からなる部分集合を介して受信したトレーニング系列に基づき、光送信機１０１から光受信機１０２までの間の伝送チャネルを表す係数を決定する。

続くステップＳ７０５において、光受信機１０２は、ステップＳ７０４の実行開始以降、１シンボル周期が終了したか否かをチェックする。１シンボル周期が終了していれば、ステップＳ７０６が実行され、そうでなければ、そのようなシンボル周期が終了するまでステップＳ７０５が繰り返される。

ステップＳ７０６において、光受信機１０２は、所与の偏波におけるトレーニング系列の２回の連続する送信の間の期間が終了したか否かをチェックする。トレーニング系列の２回の連続する送信の間の期間が終了している場合には、ステップＳ７０８が実行され、そうでなければ、ステップＳ７０７が実行される。

ステップＳ７０７において、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波のうち、最大でＭ個の副搬送波からなる別の部分集合を取得する。光受信機１０２は副搬送波を巡回的方法で選択し、その結果、所与の偏波におけるトレーニング系列の２回の連続する送信の間の期間の終了時点において、Ｎａ個の副搬送波すべてがチャネル推定のために処理され終わっている。その後、ステップＳ７０４が繰り返される。

ステップＳ７０８において、光受信機１０２は、Ｎａ個の副搬送波からなる部分集合のうち、残るＮ−Ｎａ個の副搬送波（ステップＳ６０３において処理されていないもの）について、光送信機１０１から光受信機１０２までの間の伝送チャネルを表す係数を補間する。続くステップＳ７０９において、光受信機１０２は、等化を実行するための逆行列Ｈ^−１を提供し、その後、ステップＳ７０１が繰り返される。

上述のように、トレーニング系列は定期的に（たとえば５０シンボル毎に）伝送される。チャネル推定のためにＮａ個の副搬送波からなる部分集合が並列処理される手法では、これは、５０シンボル毎に各副搬送波について係数が利用可能であるということを意味する。図７に関して上述した、部分的に逐次的な手法を用いると、まだチャネル推定も補間も実行されていない副搬送波が初期フェーズの間にはいくつか存在するという点を除いて、この頻度(frequency)は維持される。

一変形例では、図７に関して上述した、部分的に逐次的な手法に関して、光受信機１０２は、まだチャネル推定も補間も実行されていないいかなる副搬送波についても、双方の偏波で同一の信号が送信されるように光送信機１０１を設定し、かつ、光受信機１０２は、信号の復号を実行するために、双方の偏波を介して受信した信号を用いる。

Claims (15)

1. 複数の副搬送波を介し、伝送チャネルを介して直交周波数分割多重光信号を受信するよう構成された光受信機であって、
   前記光受信機は、チャネル推定を実行する手段と、前記伝送チャネルを表す係数に基づいて等化を実行する手段とを備え、
   前記係数は、チャネル推定を実行する前記手段によって提供される
   光受信機において、
   チャネル推定を実行する前記手段は、
   ‐前記複数の副搬送波のうちの第１の部分集合を介して受信したトレーニング系列を処理する手段と、
   ‐係数を補間する手段であって、補間された前記係数は、前記トレーニング系列を処理する前記手段によって処理されていない副搬送波に対応する、係数を補間する手段と
   を備えることを特徴とする、光受信機。
2. 前記トレーニング系列を処理する前記手段は、前記第１の部分集合の各副搬送波を並列処理するよう構成されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載の光受信機。
3. 前記トレーニング系列を処理する前記手段は、前記第１の部分集合の濃度より小さい量の副搬送波を並列処理するよう構成されることを特徴とし、
   チャネル推定を実行する前記手段は、
   ‐副搬送波の第１の部分集合のうちの副搬送波の第２の部分集合を決定する手段であって、前記第２の部分集合の濃度は、最大で、前記トレーニング系列を処理する前記手段が並列処理するよう構成されている副搬送波の量に等しい、第２の部分集合を決定する手段と、
   ‐前記第２の部分集合を介して受信したトレーニング系列を処理する手段と、
   ‐前記第１の部分集合のうち、副搬送波の、少なくとも１つの別の第２の部分集合を、巡回的方法で選択するとともに、前記少なくとも１つの別の第２の部分集合を用いて前記トレーニング系列の処理を繰り返す手段と
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の光受信機。
4. 前記光信号は二重偏波光信号であり、
   前記二重偏波光信号を送信する光送信機が、前記係数が補間されておらずかつ前記トレーニング系列が処理されていない副搬送波上の双方の偏波で同一の信号を送信するように、前記光送信機を設定する手段を、前記光受信機が備える
   ことを特徴とする、請求項３に記載の光受信機。
5. 前記光受信機は、トレーニング系列を時間に渡って受信するよう構成されることを特徴とし、
   チャネル推定を実行する前記手段は、さらに、前記複数の副搬送波のうち、トレーニング系列ごとに異なる第１の部分集合を選択する手段を備えることを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の光受信機。
6. 所定量の受信トレーニング系列の後に、前記トレーニング系列を処理する前記手段が前記複数の副搬送波のうちすべての副搬送波を処理し終えるように、前記光受信機が構成されることを特徴とする、請求項５に記載の光受信機。
7. 前記光信号は単偏波光信号であり、
   チャネル推定を実行する前記手段は、前記伝送チャネルを表すスカラー量の逆数の、波長に対する偏導関数に基づいて前記第１の部分集合を決定する手段を備える
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光受信機。
8. 前記光信号は二重偏波光信号であり、
   チャネル推定を実行する前記手段は、伝送チャネルを表す行列の逆行列の係数の、波長に対する偏導関数の間のユークリッド距離に基づいて前記第１の部分集合を決定する手段を備える
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光受信機。
9. 前記第１の部分集合を決定する前記手段は、さらに、前記複数の副搬送波のすべてに関する時間公平キューイング制約を考慮するよう構成されることを特徴とする、請求項７または８に記載の光受信機。
10. 前記光受信機は、
    前記係数が補間された副搬送波については、前記トレーニング系列を処理する前記手段によって処理された副搬送波についてよりも頑強な符号化方式を、前記光信号を送信する光送信機が適用する
    ように、前記光送信機を設定する
    手段を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光受信機。
11. 前記光受信機は、
    前記トレーニング系列を処理する前記手段によって所定量の副搬送波が処理され終わるまでは、より頑強な符号化方式を、前記光信号を送信する光送信機が適用する
    ように、前記光送信機を設定する
    手段を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光受信機。
12. 前記光信号は二重偏波光信号であり、
    前記光受信機は、
    前記二重偏波光信号を送信する光送信機が、前記係数が補間され、かつ補間された前記係数における信頼度レベルが所与の閾値未満である副搬送波について、双方の偏波で同一の信号を送信する
    ように、前記光送信機を設定する
    手段を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光受信機。
13. 光受信機によって実行される方法であって、
    ‐複数の副搬送波を介し、伝送チャネルを介して直交周波数分割多重光信号を受信することと、
    ‐チャネル推定を実行することと、
    ‐前記伝送チャネルを表す係数であって、前記チャネル推定の結果として得られる係数に基づき、等化を実行することと
    を備える、方法であって、
    チャネル推定を実行することは、
    ‐前記複数の副搬送波のうちの第１の部分集合を介して受信したトレーニング系列を処理することと、
    ‐係数を補間することであって、補間された前記係数は、前記トレーニング系列を処理するステップの間に処理されていない副搬送波に対応する、係数を補間することと
    を備える、方法。
14. 複数の副搬送波を介し、伝送チャネルを介して直交周波数分割多重光信号を送信するよう構成される光送信機であって、
    前記光送信機は、さらに、１シンボル周期の間に、
    前記複数の副搬送波のうちの部分集合でトレーニング系列を送信し、
    前記複数の副搬送波のうち残る副搬送波でデータを送信する
    よう構成されることを特徴とする、光送信機。
15. 光送信機によって実行される方法であって、
    ‐複数の副搬送波を介し、伝送チャネルを介して直交周波数分割多重光信号を送信する
    ことを備える
    方法において、前記方法は、さらに、
    ‐１シンボル周期の間に、前記複数の副搬送波のうちの部分集合でトレーニング系列を送信し、前記複数の副搬送波のうち残る副搬送波でデータを送信する
    ことを備えることを特徴とする、方法。

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