JP7640902B2 - Digital signal processing device and coherent digital signal processing device - Google Patents
Digital signal processing device and coherent digital signal processing device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7640902B2 JP7640902B2 JP2023515883A JP2023515883A JP7640902B2 JP 7640902 B2 JP7640902 B2 JP 7640902B2 JP 2023515883 A JP2023515883 A JP 2023515883A JP 2023515883 A JP2023515883 A JP 2023515883A JP 7640902 B2 JP7640902 B2 JP 7640902B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- symbol
- signal processing
- digital signal
- processing device
- candidate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M13/00—Coding, decoding or code conversion, for error detection or error correction; Coding theory basic assumptions; Coding bounds; Error probability evaluation methods; Channel models; Simulation or testing of codes
- H03M13/37—Decoding methods or techniques, not specific to the particular type of coding provided for in groups H03M13/03 - H03M13/35
- H03M13/39—Sequence estimation, i.e. using statistical methods for the reconstruction of the original codes
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B3/00—Line transmission systems
- H04B3/02—Details
- H04B3/04—Control of transmission; Equalising
- H04B3/06—Control of transmission; Equalising by the transmitted signal
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/01—Equalisers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Probability & Statistics with Applications (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Description
本発明は、デジタル信号処理装置及びコヒーレントデジタル信号処理装置に関する。 The present invention relates to a digital signal processing device and a coherent digital signal processing device.
データ通信需要の増大に伴い、大容量トラヒックの伝送を可能とする光信号変調技術や、光信号多重技術を用いた光伝送ネットワークが普及しつつある。特に、1波当たりの伝送速度が200Gb/s以上の超高速光伝送システムにおいて、コヒーレント検波とデジタル信号処理技術とを組み合わせた、デジタルコヒーレント技術が広く用いられるようになってきた。一方、LTE(Long Term Evolution)に代表される、モバイル端末による大容量データ通信の普及により、より安価に、すなわち、より簡易な送受信器構成によって、200Gb/s級の超高速光伝送を実現することが求められている。 As demand for data communication increases, optical transmission networks using optical signal modulation technology and optical signal multiplexing technology that enable the transmission of large volumes of traffic are becoming more widespread. In particular, digital coherent technology, which combines coherent detection and digital signal processing technology, has become widely used in ultra-high-speed optical transmission systems with a transmission speed of 200 Gb/s or more per wave. On the other hand, with the spread of large-volume data communication by mobile terminals, as typified by LTE (Long Term Evolution), there is a demand for realizing ultra-high-speed optical transmission of 200 Gb/s at a lower cost, i.e., with a simpler transceiver configuration.
簡易な送受信器構成によって、200Gb/s級の超高速光伝送を実現する方式として、光信号の強度情報に基づいてデータ信号の復調を行う直接検波方式がある。特に2値の強度変調方式であるNRZ(Non Return-to-Zero)方式よりも高い周波数利用効率を有する4値の強度変調方式(PAM4: 4-level Pulse Amplitude Modulation)を用いた超高速光伝送方式の検討が進められている。 Direct detection, which demodulates data signals based on optical signal intensity information, is a method for achieving ultra-high-speed optical transmission of 200 Gb/s with a simple transceiver configuration. In particular, research is underway into ultra-high-speed optical transmission methods that use 4-level intensity modulation (PAM4: 4-level Pulse Amplitude Modulation), which has higher frequency utilization efficiency than the 2-level intensity modulation method NRZ (Non Return-to-Zero).
長距離伝送技術として実用化されているデジタルコヒーレント技術を用いた200Gb/s級の光伝送においては、一般に偏波多重QPSK変調方式(PDM-QPSK)が用いられており、変調速度は50Gbaud程度である。一方で、上述した簡易な送受信器構成によって実現可能なPAM4を用いた形での200Gb/s級の超高速光伝送を実施する場合の変調速度は100Gbaud程度であるため、その信号スペクトルはPDM-QPSK方式よりも広い周波数を占有する信号スペクトルとなる。このことは、200Gb/s級のPAM4方式はPDM-QPSK方式よりも電気光デバイスの帯域に起因したフィルタリングにより波形劣化の影響を大きく受けることを意味する。 In 200 Gb/s-class optical transmission using digital coherent technology, which has been put to practical use as a long-distance transmission technology, polarization multiplexed QPSK modulation (PDM-QPSK) is generally used, with a modulation speed of about 50 Gbaud. On the other hand, when implementing ultra-high-speed optical transmission of 200 Gb/s class using PAM4, which can be realized with the above-mentioned simple transceiver configuration, the modulation speed is about 100 Gbaud, so the signal spectrum occupies a wider frequency range than the PDM-QPSK method. This means that the 200 Gb/s-class PAM4 method is more susceptible to waveform degradation due to filtering caused by the band of electro-optical devices than the PDM-QPSK method.
この問題を解決する技術として、受信側でデジタル信号処理を行う際に最尤系列推定(MLSE)によるシンボル判定を行うことで、電気光デバイスの帯域制限に起因した波形劣化に対する耐力を向上する技術が提案されている(非特許文献1)。この方式では、送信シンボル系列として想定されるすべての候補シンボル系列を伝送路における処理と同様の処理を候補シンボル系列に対して行う伝送路模擬フィルタへ入力し、伝送路模擬フィルタの出力と受信シンボル系列を比較することで、各候補シンボル系列の尤度を算出する。尤度が最大となる系列を送信シンボル系列と推定することで、帯域制限の厳しい環境においても高い復調性能を有する信号復調が実現される。To solve this problem, a technology has been proposed that improves the tolerance to waveform degradation caused by the bandwidth limitations of electro-optical devices by performing symbol determination using maximum likelihood sequence estimation (MLSE) when performing digital signal processing on the receiving side (Non-Patent Document 1). In this method, all candidate symbol sequences assumed to be transmitted symbol sequences are input to a transmission path simulation filter that performs the same processing on the candidate symbol sequences as in the transmission path, and the likelihood of each candidate symbol sequence is calculated by comparing the output of the transmission path simulation filter with the received symbol sequence. By estimating the sequence with the maximum likelihood as the transmitted symbol sequence, signal demodulation with high demodulation performance is achieved even in a severely bandwidth-limited environment.
しかしながら、MLSEにおいては原則、送信シンボル系列として想定される候補シンボル系列全てを伝送路模擬フィルタへ入力し、各候補シンボル系列の尤度を算出しなければならない。候補シンボル系列の長さはシンボルの多値数及び伝送路模擬フィルタのタップ数により決定され、候補シンボル系列の長さをL、シンボルの多値数をM、伝送路模擬フィルタのタップ数をDとすると、LはM及びDを用いて下式のように表される。However, in MLSE, in principle, all candidate symbol sequences assumed as transmission symbol sequences must be input to the transmission channel simulation filter, and the likelihood of each candidate symbol sequence must be calculated. The length of the candidate symbol sequence is determined by the number of multi-values of the symbol and the number of taps of the transmission channel simulation filter. If the length of the candidate symbol sequence is L, the number of multi-values of the symbol is M, and the number of taps of the transmission channel simulation filter is D, then L can be expressed using M and D as follows:
したがって、伝送路模擬フィルタのタップ数Dが大きい場合、候補シンボル系列の数は非常に大きくなる。例えば、M=4であるPAM4方式の信号の場合、15タップ(D=15)の伝送路模擬フィルタを用いるためにはL=416≒4×109の候補シンボル系列の尤度を算出する必要があり、計算量が膨大となる。
本発明の目的は、MLSEにおいて計算量を少なくことができるデジタル信号処理装置を提供することにある。
Therefore, the number of candidate symbol sequences becomes very large when the number of taps D of the transmission channel simulation filter is large. For example, in the case of a PAM4 signal with M=4, in order to use a 15-tap (D=15) transmission channel simulation filter, it is necessary to calculate the likelihoods of L=4 16 ≈4×10 9 candidate symbol sequences, which results in a huge amount of calculation.
An object of the present invention is to provide a digital signal processing device capable of reducing the amount of calculation in MLSE.
本発明の一態様は、受信信号を等化処理して生成される受信シンボルに対して、デジタルフィルタ処理を実行し、実行結果を出力する波形整形フィルタ部と、前記受信信号の変調前の送信シンボルとして想定される候補シンボルを生成する候補シンボル生成部と、前記候補シンボル及び過去に送信シンボルであると判定された判定シンボルに対して、デジタルフィルタ処理を実行し、実行結果を出力する伝送路模擬フィルタ部と、前記波形整形フィルタ部の出力及び前記伝送路模擬フィルタ部の出力に基づいて、前記受信シンボルが表すシンボル値の尤度を算出するシンボル尤度算出部と、前記シンボル尤度算出部により算出された前記シンボル値の尤度に基づいて、送信シンボルを判定するシンボル判定部と、を備えるデジタル信号処理装置である。One aspect of the present invention is a digital signal processing device comprising: a waveform shaping filter unit that performs digital filter processing on received symbols generated by equalizing a received signal and outputs the results of the processing; a candidate symbol generation unit that generates candidate symbols assumed to be transmitted symbols before modulation of the received signal; a transmission path simulation filter unit that performs digital filter processing on the candidate symbols and determined symbols that have previously been determined to be transmitted symbols and outputs the results of the processing; a symbol likelihood calculation unit that calculates the likelihood of a symbol value represented by the received symbol based on the output of the waveform shaping filter unit and the output of the transmission path simulation filter unit; and a symbol determination unit that determines a transmitted symbol based on the likelihood of the symbol value calculated by the symbol likelihood calculation unit.
本発明の一態様は、受信シンボルに対して、デジタルフィルタ処理を実行し、実行結果を出力する波形整形フィルタ部と、過去の受信シンボルの推定値である判定シンボルに対して、デジタルフィルタ処理を実行し、実行結果を出力する伝送路模擬フィルタ部と、前記波形整形フィルタ部の出力及び前記伝送路模擬フィルタ部の出力に基づいて算出される受信シンボル推定値に対し、閾値判定に基づく硬判定を行うことで送信シンボルを判定するシンボル判定部と、を備えるデジタル信号処理装置である。One aspect of the present invention is a digital signal processing device comprising: a waveform shaping filter section that performs digital filter processing on a received symbol and outputs the result of the processing; a transmission path simulation filter section that performs digital filter processing on a decision symbol, which is an estimate of a past received symbol, and outputs the result of the processing; and a symbol decision section that decides a transmitted symbol by making a hard decision based on a threshold decision on a received symbol estimate calculated based on the output of the waveform shaping filter section and the output of the transmission path simulation filter section.
本発明によれば、MLSEにおいて、計算量を少なくことができる。 According to the present invention, the amount of calculations required in MLSE can be reduced.
[全体構成]
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、光信号復調器1の構成を示す図である。光信号復調器1は、光信号変調器(図示せず)から光信号を受信する。光信号復調器1は、送信された光信号を復調することで、光信号変調器により変調される前の送信シンボルを判定する。
光信号復調器1は、光受信器2、AD変換器3及びデジタル信号処理装置4を備える。
[Overall configuration]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a diagram showing the configuration of an
The
光受信器2は、光信号を受信し、受信した光信号を電気信号に変換する。光受信器2は直接検波システムにおいては、光強度受信器である。AD変換器3は、光受信器2から入力される電気信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理装置4は、AD変換器3から入力されるデジタル信号に基づいて、シンボル判定を行う。
The
<第1の実施形態>
図2は、第1の実施形態に係るデジタル信号処理装置4の構成を示す図である。
デジタル信号処理装置4は、デジタル等化部10、波形整形フィルタ部12、候補シンボル生成部14、伝送路模擬フィルタ部16、遷移尤度算出部18、シンボル尤度算出部20、判定シンボル決定部22とを備える。
First Embodiment
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a digital
The digital
デジタル等化部10は、デジタル信号をデジタル等化処理する。デジタル等化部10は例えばFFE(Feed Forward Equalizer)である。図3は、デジタル等化部10の構成例を示す図である。図3に示すデジタル等化部10のタップ数は2であるが、これに限られない。デジタル等化部10は、遅延器102、乗算器104、加算器106を備える。遅延器102は、入力される信号を記憶し、一定時間後に記憶した入力信号を出力する。乗算器104は、入力される信号に所定の値を乗算する。乗算器124-i(iは1以上3以下の整数)は、入力される信号tn-iにタップ係数biを乗算する。加算器106は入力される2つの信号を加算する。
The
時刻nにおいて、信号tnがデジタル等化部10に入力されたとする。また、時刻nにおいて、遅延器102-1には信号tn-1が、遅延器102-2には信号tn-2が記憶されているとする。乗算器104-1は、入力されるtnにb0を乗算し、tn×b0を出力する。乗算器104-2は、入力されるtn-1にb1を乗算し、tn-1×b1を出力する。乗算器104-3は、入力されるtn-2にb2を乗算し、tn-2×b2を出力する。加算器106-1は入力されるtn×b0とtn-1×b1を加算して、tn×b0+tn-1×b1を出力する。加算器106-2は、入力されるtn×b0+tn-1×b1とtn-2×b2を加算し、tn×b0+tn-1×b1+tn-2×b2を出力する。よって、デジタル等化部10が出力する受信シンボルsnはsn=tn×b0+tn-1×b1+tn-2×b2と表される。
Assume that at time n, signal t n is input to
波形整形フィルタ部12は、受信シンボルsiに畳み込み演算によるデジタルフィルタ処理を行い、フィルタ処理値ynを出力する。波形整形フィルタ部12は、例えば、有限インパルス応答(FIR)フィルタである。図4は、波形整形フィルタ部12の構成例を示す図である。図4に示す波形整形フィルタ部12のタップ数は3であるが、これに限られない。波形整形フィルタ部12は、遅延器122、乗算器124、加算器126を備える。遅延器122、乗算器124、加算器126は、それぞれデジタル等化部10が備える遅延器102、乗算器104、加算器106と同様の機能を有する。乗算器124-i(iは1以上4以下の整数)は、入力される受信シンボルsn-iにタップ係数ciを乗算する。
The waveform
波形整形フィルタ部12が入力されるsiに対して行う処理は、デジタル等化部10がtiに対して行う処理と同様である。そのため、波形整形フィルタ部12が出力するフィルタ処理値ynはyn=sn×c0+sn-1×c1+sn-2×c2+sn-3×c3と表される。
ここでタップ数をCとすると、ynは以下の式により表される。
The process performed by the waveform shaping
Here, if the number of taps is C, yn is expressed by the following equation.
候補シンボル生成部14は、候補シンボルrnを生成する。候補シンボルrnは、送信シンボルとして想定されるシンボルであり、例えばPAM4方式の場合は、候補シンボル生成部14は候補シンボルrnを4個(rn=0、1、2、3)生成する。
The
伝送路模擬フィルタ部16は、候補シンボルrn及び判定シンボルxnに対して畳み込み演算によるデジタルフィルタ処理を行い、模擬フィルタ処理値znを出力する。伝送路模擬フィルタ部16により使用される判定シンボルは過去に送信シンボルであると判定されたシンボルである。判定シンボルの詳細については後述する。伝送路模擬フィルタ部16は、例えば、波形整形フィルタ部12と同様に有限インパルス応答(FIR)フィルタである。図5は、第1の実施形態に係る伝送路模擬フィルタ部16の構成例を示す図である。図5に示す伝送路模擬フィルタ部16において、候補シンボルrnに係るタップの数は1であり、判定シンボルxnに係るタップの数は2であるが、これに限られない。伝送路模擬フィルタ部16は、遅延器162、乗算器164、加算器166を備える。遅延器162、乗算器164、加算器166は、それぞれデジタル等化部10が備える遅延器102、乗算器104、加算器106と以下の点を除き同様の機能を有する。
The transmission channel
遅延器162-1及び162-3が、入力されるシンボルを記憶し、1秒後に記憶した入力信号を出力するとき、遅延器162-2は、入力されるシンボルを記憶し、2秒後に記憶した入力信号を出力する。つまり、遅延器162-2は、遅延器162-1及び162-3よりも2倍信号を遅延させる。また、乗算器164-i(iは1以上4以下の整数)は、入力される信号にタップ係数diを乗算する。 When delay units 162-1 and 162-3 store input symbols and output the stored input signals after one second, delay unit 162-2 stores input symbols and outputs the stored input signals after two seconds. In other words, delay unit 162-2 delays the signal twice as much as delay units 162-1 and 162-3. Furthermore, multiplier 164-i (i is an integer between 1 and 4) multiplies the input signal by tap coefficient d i .
時刻nにおいて、候補シンボルrnが遅延器162-1に入力され、シンボル判定値xnが遅延器162-2に入力されたとする。また、時刻nにおいて、乗算器164-1には、rnが入力され、乗算器164-2には、rn-1が入力され、乗算器164-3には、xn-2が入力され、乗算器164-4には、xn-3が入力される。ここで、伝送路模擬フィルタ部16が出力する模擬フィルタ処理値znはzn=rn×d0+rn-1×d1+xn-2×d2+xn-3×d3と表される。
At time n, it is assumed that a candidate symbol r n is input to a delay unit 162-1, and a symbol decision value x n is input to a delay unit 162-2. Also, at time n, r n is input to a multiplier 164-1, r n-1 is input to a multiplier 164-2, x n-2 is input to a multiplier 164-3, and x n-3 is input to a multiplier 164-4. Here, the simulated filter processing value z n output by the transmission path
ここでタップ数をDとし、候補シンボルrnに係るタップの数をR(つまり、判定シンボルxnに係るタップの数はD-R)と一般化すると、模擬フィルタ処理値znは以下の式により表される。 Here, if the number of taps is D and the number of taps related to the candidate symbol r n is generalized as R (that is, the number of taps related to the decision symbol x n is D−R), the simulated filter processed value z n is expressed by the following equation.
候補シンボルrnに係るタップの数及び判定シンボルxnに係るタップの数は上述した数(D=2、R=1)に限られないため、模擬フィルタ処理値znを算出するために使用される候補シンボルrn及び判定シンボルもこれに限られない。例えば、候補シンボルを1つ(rnのみ)や3つ(rn、rn-1、rn-2)を使用してznが算出されてもよい。また、使用される候補シンボルは連続したシンボルでなくてもよい。例えば、znを算出するために候補シンボルのうちrn及びrn-2の2つのシンボルが使用され、rn-1が使用されなくてもよい。 Since the number of taps related to the candidate symbol r n and the number of taps related to the decision symbol x n are not limited to the above numbers (D=2, R=1), the candidate symbol r n and the decision symbol used to calculate the simulated filter processing value z n are also not limited to this. For example, z n may be calculated using one candidate symbol (only r n ) or three candidate symbols (r n , r n-1 , r n -2 ). In addition, the candidate symbols used do not have to be consecutive symbols. For example, two symbols r n and r n-2 of the candidate symbols may be used to calculate z n , and r n-1 may not be used.
遷移尤度算出部18は、フィルタ処理値及び模擬フィルタ処理値に基づいて、各候補シンボル系列に対する尤度(以下、シンボル系列尤度)を算出する。ここで候補シンボル系列は、模擬フィルタ処理値を算出するのに使用された候補シンボルの組み合わせであり、(rn、rn-1)である。シンボル系列尤度lは例えば、以下の式により算出される。
The transition
上式により算出されるシンボル系列尤度lは、尤度の逆数の対数に相当するため、小さい値であるほど尤度が高いことを示す。rn-1及びrnがそれぞれ4つの値をとり、rn-1及びrnの組み合わせは16(=42)通りあるため、lの値は16通りである。 The symbol sequence likelihood l calculated by the above formula corresponds to the logarithm of the inverse of the likelihood, so the smaller the value, the higher the likelihood. Since r n-1 and r n each take four values and there are 16 (=4 2 ) combinations of r n-1 and r n , there are 16 possible values of l.
シンボル尤度算出部20は、シンボル系列尤度に基づいて各候補シンボルに対する尤度(シンボル値尤度)を算出する。シンボル値尤度は例えば、以下の式により算出される。The symbol
上式において、右辺はrn-1を変化させたときに括弧内の式がとりうる値の最小値である。上式により算出されるシンボル値尤度は、尤度の逆数の対数に相当するため、小さい値であるほど尤度が高いことを示す。シンボル尤度算出部20は、上式により、rnを固定し、rn-1を変化させたときに、遷移尤度算出部18により算出されたlと、時刻n-1においてシンボル尤度算出部により算出されたシンボル値尤度mの和を、時刻nにおけるシンボル値尤度mとして算出する。よって、シンボル値尤度はrnがとりうる値の数と同じ4種類存在する。
In the above equation, the right-hand side is the minimum value that the equation in parentheses can take when r n-1 is changed. The symbol value likelihood calculated by the above equation corresponds to the logarithm of the inverse of the likelihood, and therefore the smaller the value, the higher the likelihood. When r n is fixed and r n-1 is changed, the symbol
判定シンボル決定部22は、シンボル値尤度に基づいて、判定シンボルxnを決定する。シンボル判定値xnは例えば、以下の式により決定される。
The decision
上式において、右辺はrnを変化させたときに括弧内の式が最小値をとるときのrnの値である。つまり、判定シンボル決定部22は、時刻nにおけるシンボル値尤度の最小値をとるときの候補シンボルrnを、判定シンボルと決定する。これにより、シンボル判定値xnが決定される。判定シンボル決定部22により決定されたxnは、伝送路模擬フィルタ部16に入力され、znを算出するのに使用される。また、判定シンボル決定部22により決定されたxnは、光信号復調器1が受信した光信号の復調結果として、外部に出力される。つまり、判定シンボル決定部22は、シンボル値尤度に基づいて、送信シンボルを判定するシンボル判定部の一例である。
In the above equation, the right-hand side is the value of rn when the equation in parentheses takes a minimum value when rn is changed. That is, the decision
<実験結果>
図6及び図7に第1の実施形態に係るデジタル信号処理装置4の実験結果を示す。
図6に示されるグラフは4つの異なる条件における受信光パワーとビット誤り率(BER)の関係を示す。4つの異なる条件は、大きく「比較例」と「本実施形態」に分けられる。「比較例」においては、デジタル信号処理装置4はデジタル等化部10のみを備え、デジタル等化部10によりデジタル等化処理した信号を光信号の復調結果として出力する。「本実施形態」においては、第1の実施形態に係るデジタル信号処理装置4と同様である。また、「本実施形態」においては、波形整形フィルタ部12のタップ数C及び伝送路模擬フィルタ部16のタップ数Dをともに3、9及び16に変化させて実験を行った。また、「本実施形態」における伝送路模擬フィルタ部16において、候補シンボルに係るタップの数は1である。また、本実験において、1波当たりの伝送速度は186Gb/sであり、PAM4方式を用いた。
<Experimental Results>
6 and 7 show experimental results of the digital
The graph shown in FIG. 6 shows the relationship between the received optical power and the bit error rate (BER) under four different conditions. The four different conditions are roughly divided into a "comparative example" and an "embodiment". In the "comparative example", the digital
図6に示されるように、第1の実施形態に係るデジタル信号処理装置4を適用することでBERが低減することが分かる。As shown in Figure 6, it can be seen that the BER is reduced by applying the digital
図7に示されるグラフは、波形整形フィルタ部12のタップ数CとBERの関係を示す。ここで、伝送路模擬フィルタ部16のタップ数Dは9である。図7に示されているように、CをD(=9)未満の値としたときにBERが増加していることが分かる。以上より、BERを低減するためには、波形整形フィルタ部12のタップ数は伝送路模擬フィルタ部16のタップ数以上にすることが望ましいことがわかる。
The graph shown in Figure 7 shows the relationship between the number of taps C of the waveform shaping
図8及び図9に第1の実施形態に係るデジタル信号処理装置4の実験結果を示す。
図8及び図9に示す実験結果は、図6及び図7に示す実験結果と異なり、伝送路模擬フィルタ部16において候補シンボルに係るタップの数は0である。つまり、伝送路模擬フィルタ部16において、候補シンボルはrnのみ使用され、判定シンボルがxn-1からxn-D+1まで使用される。以上の条件以外は、図8及び図9に示す実験と図6及び図7に示す実験に相違はない。
8 and 9 show experimental results of the digital
The experimental results shown in Figures 8 and 9 are different from those shown in Figures 6 and 7 in that the number of taps related to the candidate symbols in the transmission path
図8及び図9に示す実験結果より、候補シンボルを1つのみ使用する場合にも、図6及び図7に示す実験結果と同様に、BERが低減すること及び波形整形フィルタ部12のタップ数は伝送路模擬フィルタ部16のタップ数以上にすることが望ましいことがわかる。
From the experimental results shown in Figures 8 and 9, it can be seen that even when only one candidate symbol is used, the BER is reduced, as in the experimental results shown in Figures 6 and 7, and that it is desirable for the number of taps of the waveform shaping
《作用・効果》
このように、本実施形態によれば、MLSEにおいて、判定シンボルを使用することで候補シンボルの数を削減することで、計算量を削減することができる。
<Action and Effects>
As described above, according to this embodiment, in MLSE, the number of candidate symbols is reduced by using decision symbols, thereby making it possible to reduce the amount of calculation.
デジタル等化部10は、タップ数を更新してもよい。例えば、デジタル等化部10は、受信シンボルの系列と受信シンボルの系列を硬判定した信号との間の差分が最小になるようにタップ数を更新する。また、例えば、デジタル等化部10は、受信シンボルの系列と既知のパイロットシンボルの系列との間の差分が最小になるようにタップ数を更新する。The
また、波形整形フィルタ部12のタップ係数ci及び伝送路模擬フィルタ部16のタップ係数diは更新されてもよい。ci及びdiは、lの値が最小になるように更新される。つまり、ci及びdiは、尤度が最大になるように更新される。lの値は、rn-1がxn-1、rnがxnのときに最小値をとるため、このときのlの値がより小さくなるようにci及びdiが更新される。例えば、ci及びdiは、LMS(Least Mean Square)アルゴリズムを使用して、それぞれ下式の値に更新される。
Furthermore, the tap coefficient c i of the waveform shaping
つまり、ciからμとEとsn-1の積が減算され、diにμとEとxn-1の積が加算されることでci及びdiが更新される。 That is, the product of μ, E, and s n-1 is subtracted from c i , and the product of μ, E, and x n-1 is added to d i , thereby updating c i and d i .
ここで、μはLMSアルゴリズムにおいて設定されるステップサイズパラメータである。Eは以下の式により表される値である。Here, μ is the step size parameter set in the LMS algorithm. E is the value expressed by the following formula:
また、伝送路模擬フィルタ部16に入力される判定シンボルは、パイロットシンボルであってもよい。
In addition, the decision symbol input to the transmission path
シンボル値として、0、1、2、3の4値を例にとって説明したがこれに限られない。例えば、-1、-1/3、1/3、1の4値であってもよい。また、シンボル値がとりうる値は4値に限られない。例えば、NRZ方式であればシンボル値がとりうる値は2値である。
Although the four
〈第2の実施形態〉
第2の実施形態に係る判定シンボル決定部22は、第1の実施形態に係る判定シンボル決定部22に加え、シンボル値の尤度に基づいてシンボル値の順位を決定する。シンボル値の順位は、シンボル値が受信シンボルである確率が高い方が高い順位となる。第2の実施形態に係る判定シンボル決定部22は、以下の式により第1位のシンボル値xn(1)を決定する。
Second Embodiment
In addition to the functions of the decision
ここで第1位のシンボル値xn(1)は第1の実施形態における判定シンボルと同じである。さらに、第2の実施形態に係る判定シンボル決定部22は、以下の式により第2位のシンボル値xn(2)を決定する。
Here, the first-order symbol value x n (1) is the same as the decision symbol in the first embodiment. Furthermore, the decision
つまり、第2位のシンボル値xn(2)は、xn(1)を除き最も尤度が高いシンボル値である。xn(1)及びxn(2)の2つの値のうち1つの値をとりうるシンボルを順位付きシンボルと呼び、r’nと表す。 That is, the second-ranked symbol value x n (2) is the most likely symbol value excluding x n (1). A symbol that can take one of the two values x n (1) and x n (2) is called a ranked symbol and is represented as r′ n .
図10は、第2の実施形態に係る伝送路模擬フィルタ部16を示す図である。第2の実施形態に係る伝送路模擬フィルタ部16において、遅延器162-1には順位付きシンボルr’nが入力される。このとき、模擬フィルタ処理値znはzn=rn×d0+r’n-1×d1+xn-2×d2+xn-3×d3と表される。
10 is a diagram showing the transmission path
ここでタップ数をDとし、順位付きシンボルr’nに係るタップの数を1とすると、
znは以下の式により表される。
Here, if the number of taps is D and the number of taps related to the ranked symbol r′ n is 1, then
zn is expressed by the following formula.
遷移尤度算出部18は、各候補シンボル系列に対する尤度lを以下の式により算出する。
The transition
第1の実施形態において、rn-1は{0、1、2、3}の4値をとるのに対し、第2の実施形態において、r’n-1は{xn(1)、xn(2)}の2値をとる。これにより、第1の実施形態ではシンボル系列尤度lが16個あったのに対し、第2の実施形態ではシンボル系列尤度lが8個に減少する。これにより計算量を第1の実施形態に比べて軽減することができる。 In the first embodiment, r n-1 takes four values, {0, 1, 2, 3}, whereas in the second embodiment, r' n-1 takes two values, {x n (1), x n (2)}. As a result, whereas the symbol sequence likelihood l was 16 in the first embodiment, the symbol sequence likelihood l is reduced to 8 in the second embodiment. This makes it possible to reduce the amount of calculations compared to the first embodiment.
シンボル尤度算出部20は、各候補シンボルに対する尤度を以下の式により算出する。
The symbol
r’n-1は2値をとることから、mは4値をとる。以下、第2の実施形態における判定シンボル決定部22のシンボル判定値の決定方法は、第1の実施形態における方法と同じである。
Since r'n -1 takes two values, m takes four values. Hereinafter, the method of determining the symbol decision value by the decided
判定シンボル決定部22が決定するシンボル値の順位は第1位と第2位に限られない。例えば、第1位から第3位まで決定してもよい。このとき、順位付きシンボルr’nは3つの値をとりうる。
The ranking of the symbol value determined by the judged
〈第3の実施形態〉
図11は、第3の実施形態に係るデジタル信号処理装置4の構成を示す図である。
第3の実施形態に係るデジタル信号処理装置4において、候補シンボル生成部14はデジタル等化部10が出力する受信シンボルsnに基づいてシンボル候補値rn’を決定する。
Third embodiment
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a digital
In the digital
第3の実施形態に係る候補シンボル生成部14は、シンボル値のうち、snとの間の差が小さい2つの値をrn’と決定する。例えば、シンボル値としてとりうる値が0、1、2、3の4値であり、snの値が1.6であるとき、候補シンボル生成部14は2及び1をrn’と決定する。
The candidate
rnはsnに基づく2つの値をとり、rn-1はsn-1に基づく2つの値をとる。そのため、遷移尤度算出部18により算出されるシンボル系列尤度は4つの値をとる。これにより、第1の実施形態に比べて計算量を軽減することができる。
r n takes two values based on s n , and r n-1 takes two values based on s n -1 . Therefore, the symbol sequence likelihood calculated by the transition
〈第4の実施形態〉
図12は、第4の実施形態に係るデジタル信号処理装置4の構成を示す図である。
第4の実施形態に係るデジタル信号処理装置4は、デジタル等化部10、波形整形フィルタ部12、伝送路模擬フィルタ部16、遷移尤度算出部18及び判定シンボル決定部22を備える。第4の実施形態に係るデジタル信号処理装置4は、第1の実施形態に係るデジタル信号処理装置4と異なり、候補シンボル生成部14及びシンボル尤度算出部20を備えない。
Fourth embodiment
FIG. 12 is a diagram showing the configuration of a digital
The digital
第4の実施形態において、伝送路模擬フィルタ部16は、過去の判定シンボルのみを使用して模擬フィルタ処理値znを算出する。模擬フィルタ処理値znは、伝送路模擬フィルタ部16により以下の式で算出される。
In the fourth embodiment, the transmission path
znは判定シンボルxnのみに基づくことから1通りの値をとる。遷移尤度算出部18は、受信シンボル推定値pを算出する。受信シンボル推定値pの算出方法はシンボル系列尤度lの算出方法と同じであるが、受信シンボル推定値pは1通りの値をとる。受信シンボル推定値pは、理想的には受信シンボルs0に係る値と等しい値となる。判定シンボル決定部22は、受信シンボル推定値pに対して閾値判定に基づく硬判定を行うことにより、判定シンボルxnを決定する。判定シンボル決定部22は、受信シンボル推定値pに対してビットごとに所定の閾値以上であれば1、所定の閾値より小さければ0と判定を行い、ビットごとの判定結果に対応する値を判定シンボルと決定する。
Since zn is based only on the decision symbol xn, it takes one value. The transition
これにより、第1の実施形態に比べて計算量が軽減する。This reduces the amount of calculations compared to the first embodiment.
〈第5の実施形態〉
第5の実施形態に係るデジタル信号処理装置4は、第1の実施形態に係るデジタル信号処理装置4に加えてLLR算出部24を備える。LLR算出部24は、判定シンボルに対応する各ビットの対数尤度比(ビットLLR)を算出する。算出したビットLLRは、例えば前方誤り訂正(FEC)の復号に使用される。
例えば、PAM4方式の4つの値、0、1、2、3に対して2ビット00、01、11、10が割り当てられているとする。ここで、2ビットのうち左側のビットをMSB(Most Significant Bit)、右側のビットをLSB(Least Significant Bit)とすると、MSB及びLSBそれぞれに対するビットLLRの値は以下の式により算出される。
Fifth embodiment
The digital
For example, assume that two
ここでP0からP3の値は、各シンボル値における尤度であり、以下の式で表される。 Here, the values P0 to P3 are likelihoods for each symbol value and are expressed by the following formula:
ここで、σは雑音のパワーである。また、MSB及びLSBそれぞれに対するビットLLRの値は、以下の式によっても簡易に算出することができる。 where σ is the noise power. The bit LLR values for the MSB and LSB can also be calculated simply using the following formula:
また、第4の実施形態において、候補フィルタ処理値lが1つのみである場合、各シンボル値における尤度は以下の式により算出される。 Also, in the fourth embodiment, when there is only one candidate filter processing value l, the likelihood for each symbol value is calculated using the following formula:
また、このときビットLLRの値は、以下の式によって簡易に算出することができる。 In this case, the bit LLR value can be easily calculated using the following formula:
〈コヒーレント検波における実施形態〉
図13は、コヒーレントデジタル信号処理装置5の構成を示す図である。コヒーレントデジタル信号処理装置5は、デジタル信号処理装置4を4つ備える。コヒーレントデジタル信号処理装置5は、コヒーレント検波において使用される。このとき、光受信器2はコヒーレント受信器である。デジタル信号処理装置4に入力されるデジタル信号は、X偏波及びY偏波それぞれの同相成分(I成分)、直交成分(Q成分)に対応する4つのデジタル信号である。デジタル等化部10は、入力されるデジタル信号に対して、波形等化処理を行う。波形等化処理は例えば、波長分散補償、MIMO適応等化、周波数オフセット補償、キャリア位相推定である。デジタル等化部10で波形等化処理が行われた後は、デジタル等化部10から4つの受信シンボルが出力される。4つの受信シンボルはそれぞれデジタル信号処理装置4に入力され、第1の実施形態と同様に処理され、判定シンボルが決定される。
<Embodiment for Coherent Detection>
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the coherent digital signal processing device 5. The coherent digital signal processing device 5 includes four digital
コヒーレントデジタル信号処理装置5が備えるデジタル信号処理装置4は、第1の実施形態に係るデジタル信号処理装置4に限られない。例えば、コヒーレントデジタル信号処理装置5は、上記説明した第2から第5の実施形態に係るデジタル信号処理装置4を備えてもよい。The digital
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。 One embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to that described above, and various design changes, etc. can be made within the scope that does not deviate from the gist of the present invention.
1…光信号復調器、2…光受信器、3…AD変換器、4…デジタル信号処理装置、5…コヒーレントデジタル信号処理装置、10…デジタル等化部、12…波形整形フィルタ部、14…候補シンボル生成部、16…伝送路模擬フィルタ部、18…遷移尤度算出部、20…シンボル尤度算出部、22…判定シンボル決定部、102、122、162…遅延器、104、124、164…乗算器、106、126、166…加算器 1...optical signal demodulator, 2...optical receiver, 3...AD converter, 4...digital signal processing device, 5...coherent digital signal processing device, 10...digital equalization section, 12...wave shaping filter section, 14...candidate symbol generation section, 16...transmission path simulation filter section, 18...transition likelihood calculation section, 20...symbol likelihood calculation section, 22...decision symbol determination section, 102, 122, 162...delay device, 104, 124, 164...multiplier, 106, 126, 166...adder
Claims (7)
前記受信信号の変調前の送信シンボルとして想定される候補シンボルを生成する候補シンボル生成部と、
前記候補シンボル及び過去に送信シンボルであると判定された判定シンボルに対して、デジタルフィルタ処理を実行し、実行結果を出力する伝送路模擬フィルタ部と、
前記波形整形フィルタ部の出力及び前記伝送路模擬フィルタ部の出力に基づいて、前記受信シンボルが表すシンボル値の尤度を算出するシンボル尤度算出部と、
前記シンボル尤度算出部により算出された前記シンボル値の尤度に基づいて、送信シンボルを判定するシンボル判定部と、
を備える、
デジタル信号処理装置。 a waveform shaping filter unit that performs digital filtering on received symbols generated by equalizing a received signal and outputs the filtering result;
a candidate symbol generation unit that generates candidate symbols assumed as transmission symbols before modulation of the received signal;
a transmission path simulation filter unit that performs digital filtering on the candidate symbols and decision symbols that have been previously determined to be transmission symbols, and outputs a result of the filtering;
a symbol likelihood calculation unit that calculates a likelihood of a symbol value represented by the received symbol based on an output of the waveform shaping filter unit and an output of the transmission path simulation filter unit;
a symbol determination unit that determines a transmission symbol based on the likelihood of the symbol value calculated by the symbol likelihood calculation unit;
Equipped with
Digital signal processing device.
前記候補シンボル生成部は、前記シンボル順位に基づいて前記候補シンボルを生成する、
請求項1に記載のデジタル信号処理装置。 the symbol decision unit determines a symbol rank indicating which symbol value is a received symbol based on the likelihood of the symbol value;
the candidate symbol generation unit generates the candidate symbols based on the symbol rankings.
2. The digital signal processing device according to claim 1.
をさらに備え、
前記候補シンボル生成部は、前記シンボル候補値を用いて前記候補シンボルを生成する、
請求項1に記載のデジタル信号処理装置。 a symbol soft decision unit for determining a symbol candidate value based on the received symbol;
Further equipped with
the candidate symbol generation unit generates the candidate symbols using the symbol candidate values.
2. The digital signal processing device according to claim 1.
請求項1から3のいずれか一項に記載のデジタル信号処理装置。 the waveform shaping filter unit and the transmission path simulation filter unit change tap coefficients so as to increase the likelihood of the symbol value calculated by the symbol likelihood calculation unit;
A digital signal processing device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1に記載のデジタル信号処理装置。 an LLR calculation unit that calculates a log likelihood ratio for each bit corresponding to the decision symbol;
2. The digital signal processing device according to claim 1.
4つの前記デジタル信号処理装置にはそれぞれ受信信号のX偏波Iチャネル成分、X偏Qチャネル成分、Y偏波Iチャネル成分、Y偏波Qチャネル成分に対応する受信シンボルが入力される、コヒーレントデジタル信号処理装置。 A digital signal processing apparatus comprising:
A coherent digital signal processing device, wherein the four digital signal processing devices receive received symbols corresponding to an X-polarized I-channel component, an X-polarized Q-channel component, a Y-polarized I-channel component, and a Y-polarized Q-channel component of a received signal, respectively.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/015841 WO2022224296A1 (en) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Digital signal processing device and coherent digital signal processing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2022224296A1 JPWO2022224296A1 (en) | 2022-10-27 |
| JP7640902B2 true JP7640902B2 (en) | 2025-03-06 |
Family
ID=83723587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023515883A Active JP7640902B2 (en) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Digital signal processing device and coherent digital signal processing device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7640902B2 (en) |
| WO (1) | WO2022224296A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006140910A (en) | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Waveform equalization method, waveform equalizer, radio apparatus and radio communication system |
| JP2020077934A (en) | 2018-11-06 | 2020-05-21 | 日本電信電話株式会社 | Optical transmission system |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6222891B1 (en) * | 1998-11-03 | 2001-04-24 | Broadcom Corporation | Timing recovery using the pilot signal in high definition TV |
-
2021
- 2021-04-19 WO PCT/JP2021/015841 patent/WO2022224296A1/en not_active Ceased
- 2021-04-19 JP JP2023515883A patent/JP7640902B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006140910A (en) | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Waveform equalization method, waveform equalizer, radio apparatus and radio communication system |
| JP2020077934A (en) | 2018-11-06 | 2020-05-21 | 日本電信電話株式会社 | Optical transmission system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2022224296A1 (en) | 2022-10-27 |
| WO2022224296A1 (en) | 2022-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jana et al. | Pre-equalized faster-than-Nyquist transmission | |
| US7023912B2 (en) | Hybrid adaptive equalizer for optical communications systems | |
| CN113193920A (en) | Probability shaping PAM-4 signal transmission method and device | |
| CN109328451A (en) | System and method for precoding super-Nyquist signaling | |
| CN110061761B (en) | Signal equalization method and device and optical receiver | |
| WO2020233537A1 (en) | Method and apparatus for nonlinear compensation in coherent optical links | |
| CN111869157B (en) | Timing recovery apparatus and timing recovery method for use in data transmission system | |
| JP7200363B2 (en) | Efficient Implementation of Post-Noise Whitening Compensation for Narrowband Filtered Signals | |
| US20170366375A1 (en) | Nonlinear equalizer | |
| Yan et al. | Nonlinear states-truncated BCJR equalization with states and complexity reduction for 100-gaud PAM-8 IM/DD transmission | |
| WO2013103077A1 (en) | Method for equalizing and decoding received signal via channel in receiver of communication network | |
| CN115173950B (en) | Data center optical interconnection system and method | |
| JP2023506565A (en) | Frequency domain equalization method, equalizer, optical receiver, and system | |
| Jana et al. | Precoded time-frequency-packed multicarrier faster-than-Nyquist transmission | |
| US11706065B2 (en) | Symbol judgement apparatus and symbol judgement method | |
| Huo et al. | Modified DDFTN algorithm for band-limited short-reach optical interconnects | |
| US11283527B2 (en) | Optical transmitting system, optical transmitting apparatus, optical receiving apparatus and transfer function estimating method | |
| JP7161104B2 (en) | optical transmission system | |
| JP7640902B2 (en) | Digital signal processing device and coherent digital signal processing device | |
| US11271659B1 (en) | Systems and methods for phase noise mitigation in optical superchannels | |
| Taniguchi et al. | 255-Gbps PAM-8 O-band transmission through 10-km SMF under 14-GHz bandwidth limitation using MLSE based on nonlinear channel estimation with cutdown Volterra kernels | |
| KR20050000748A (en) | equalizer of digital broadcasting signal receiving system and a method thereof | |
| US11855699B2 (en) | Optical transmission system, optical transmitting apparatus and optical receiving apparatus | |
| CN111566953A (en) | Symbol determination device and symbol determination method | |
| CN110740105A (en) | Signal processing method and device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230804 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240813 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241007 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250121 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250203 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7640902 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |