JP2006527969A

JP2006527969A - 未知のデータ間に分配された既知又は予測可能のビットパターンを使用した適応等化器の係数の更新

Info

Publication number: JP2006527969A
Application number: JP2006517103A
Authority: JP
Inventors: ウッド，ジェリー，バスビー; ジェインズ，ロニー，スコット
Original assignee: Harris Corp
Current assignee: Harris Corp
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2004-05-03
Publication date: 2006-12-07
Also published as: CA2529551A1; US20040252754A1; KR100745313B1; WO2005002048A1; KR20060024414A; TWI239150B; US7194025B2; EP1634372A1; CN1826728A; TW200501628A

Abstract

埋め込みパターン型の適応等化器の係数更新機構（60）は、既知の信号パターンのコピー（100）を用いて、等化器の電気通信信号出力に含まれる情報信号の間に反復して分配された既知の信号パターンの歪んだものを処理することで得られた誤差信号又は差分信号に従って、適応等化器（40）の重み付け係数を更新する。送信機と通信する専用の‘トレーニングシーケンス’は必要なく、従って、係数更新機構は、チャネルの動作又は帯域の可用性に影響を与えない。

Description

高データレート光通信システムに限らず、そのような複数の通信ネットワーク及びシステムは、各信号成分のエネルギーがチャネルで運ばれると共に、各信号成分のエネルギーが分散又は拡散されることをもたらすという点で、分散的な通信チャネルを使用する。分散の影響を低減するために、あるシステムは、チャネルの影響に対して‘相補的’であることを目的とするように信号を予め歪め、それにより、前歪み動作の前に元の信号が受信機で‘最適に’回復され得る。他のシステムは、分散補償光ファイバ（DCF：dispersion compensating fiber）の使用のように、チャネル自体で直接処理することにより、問題を改善しようとする。これらの手法は、適用が困難又は高価になる可能性があり、機能上及び構造上の観点から、比較的柔軟ではないため、機械的振動又は温度の変化のような動作上又は環境上の変化により容易に影響を受ける傾向にある。

他の手法は、何らかの種類の等化器の使用等を通じて、受信機で問題を解決しようとする。その等化器は、信号でのチャネルの逆効果を推定することにより、理想的には、等化器の出力は、チャネルの分散的な影響のない元の信号になる。チャネルは動的変動を受けるため、等化器は適応的であるべきであり、このため、まずデータ伝送前に等化器をトレーニングし、その目的に専用のトレーニングシーケンスを用いて所定の間隔で等化器を時折調整することが通例である。この技術は、等化器の係数を適応し、チャネル誘発の分散を低減することに効果的であるが、送信機と受信機との間で専用の‘トレーニングシーケンス’の通信を必要とする。その‘トレーニングシーケンス’の通信は、本質的にユーザデータの伝送を中断し、それによって、有効ユーザデータレートを低減する。

本発明によれば、前述のような高データレート光通信チャネルにおいてチャネル分散を補償する従来の方法の問題は、適応等化器を用いて効果的に取り除かれ、その適応等化器の重み付け係数は、等化器に対して入出力される電気通信信号に含まれる情報信号間に反復して分配された１つ以上のフレーム同期パターンに限らず、そのような既知の信号パターンを利用することにより更新される。好ましい非限定的な実装に従って、本発明の適応等化器の係数の更新機構は、反復的な既知の歪んだ信号パターンを抽出し、歪んだものの抽出と同期したその信号パターンの歪みのないコピーで、抽出されたパターンを処理し、それにより、等化器の重み付け係数が更新され得る誤差信号又は差分信号を導く。既知の信号パターンは、等化器に対して入出力される電気通信信号内に分配されたフレーム同期パターン又はフレーム同期パターンの組み合わせを有してもよい。例示的な実施例によれば、既知の信号は、等化器の出力信号を使用して特定される。しかし、等化器への入力信号もまた使用されてもよいことがわかる。

以下の例で詳細に説明するように、未補償の（チャネル歪みの）データが受信されると、適応等化器により‘等化されるように’修正され、クロック及びデータ回復ユニットと、フレーム同期相関器と、サンプリング回路とのそれぞれに結合される。まず、適応等化器の重み付け係数は、係数メモリに格納されている所定の値に設定される。初期係数値は、チャネルの一般的特徴の事前の認識が利用可能である場合には、このような認識に基づく。チャネルの事前の認識が利用可能でない場合には、初期係数値は、適応等化器が最初に受信信号に影響を与えないように指定される。通信チャネルについての認識に基づいて初期係数値を使用することは、初期の係数の集束時間を短くし、クロック及びフレーム同期信号が正確に検出される可能性を増加する。

受信データ信号が適応等化器により処理され、相関器に結合されると、１つ以上のフレーム同期パターン又はテンプレートに対して比較される。SONET STS-192を使用した実施例の例では、それぞれ8ビットを有するA1及びA2というラベルの２つの基本フレーム同期パターン（又はオクテット）がプロトコルで規定されている。相関器のテンプレートは、１つ以上のA1又はA2同期パターン又はオクテットから形成されてもよい（SONET STS-192では、データストリームは、125マイクロ秒毎に192の連続したA1オクテットと192の連続したA2オクテットとを有する）。受信データストリームでフレーム同期パターン又はテンプレートパターンを見つけることに応じて、フレーム同期相関器は、サンプリング回路のレジスタと、フレーム同期データストアとからデータ転送動作を開始する。サンプリングされた等化器の入出力データは、関連のデータバッファに転送される。同時に、対応する歪みのないデータは、フレーム同期データストアから関連のデータバッファに転送される。

歪んだフレーミングパターン（又はフレーム同期パターン）がデータ及び時間で整列され、歪みのないフレーミングパターンデータが各バッファにロードされて、格納されたパターンデータは、平均最小二乗法（LMS：least mean square）、再帰最小二乗法（RLS：recursive least square）又は他の機構のような何らかのシステム最適化基準に従って、等化器の重み付け係数を更新又は適応するように設計された回路、手順又はアルゴリズムにより容易に処理され得る。フレーミングパターンデータを直接適用することに対する改良として、等化器のトレーニングに対してデータの特性を改善するために、信号ストリームを係数更新処理に提示する前に、２つのバッファの内容は所定の合成演算を受けてもよい（例えば、係数更新処理に渡す前に、バッファされたパターンデータをランダム化又は‘白色化’することが望ましいことがある）。

本発明の埋め込みパターン型の適応等化器の係数更新機構について詳細に説明する前に、主として本発明は、従来のデジタル通信回路と、関連のデジタル信号処理構成要素と、そのような回路及び構成要素の動作を制御するその付随の監視制御回路との所定のモジュラ構成に属することがわかる。ハードウェア効率のよい装置構成にパッケージ化されることを容易にする実用的な実装では、これらのモジュラ構成は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（FPGA：field programmable gate array）、特定用途向け集積回路（ASIC：application specific integrated circuit）チップセット、マイクロ波モノリシック集積回路（MIMIC：microwave monolithic integrated circuit）及びデジタル信号処理（DSP：digital signal processing）コアの異なる組み合わせで容易に実装され得る。

従って、回路及び構成要素のそのような構成と、それらが他の通信装置とインタフェースする方法とは、容易に理解可能なブロック図により図示されている。そのブロック図は、この記載の利益を有する当業者に容易になる詳細を用いてこの開示をあいまいにしないように、本発明に関する特定の詳細のみを示している。従って、ブロック図の例は、便宜的な機能グループで本発明の一実施例の主な構成要素を示すことを主な目的としており、それにより、本発明は容易に理解され得る。

単一の図面に注目すると、本発明の好ましい非限定的な実施例が、分散光ファイバ13で転送されるような光通信信号が結合される入力ポート11を有するものとして、図示されている。この例の目的で、光通信チャネルは、従来の同期光ネットワーク（SONET）型の光通信信号（各125マイクロ秒間隔で192の連続バイトのA1フレーム同期データと192の連続バイトのA2データを有するSONET STS-192等）を有すると理解されてもよい。

光ファイバ13は、光電子受信ユニット（光ダイオード検出器20等）への適切な光カプラ（図示せず）を介して、入力ポート11に結合されている。光電子受信ユニットは、受信光通信信号を電気通信信号に変換する。この電気通信信号は光信号を表すため、所望のユーザ情報と、光信号のフレーミング成分と、チャネル（ファイバ13）での転送の結果として光信号に導入された何らかの歪み（例えば分散歪み）とを含む。

光ダイオード20の出力は、自動利得制御（AGC：automatic gain control）回路30を介して、制御可能調整可能（適応）等化器40の入力ポート41に結合されている。等化器40は、関連のメモリ50に格納されているもののような所定の値に初期に設定された重み付け係数を有し、係数更新ユニット60により提供される一式の更新に従って制御可能に更新されるように結合されている。等化器のタイミングは、クロック及びデータ回復ユニット70から導かれ、そのクロック及びデータ回復ユニット70は、等化器の出力に結合された入力を有する。メモリ50に格納されている所定の係数値は、チャネルの一般的特徴の事前の認識が利用可能である場合には、このような認識に基づく。このような認識が利用可能でない場合には、初期係数値は、適応等化器が最初に受信信号に影響を与えないように指定される。通信チャネルについての認識に基づいて初期係数値を使用することは、初期の係数の集束時間を短くし、クロック及びデータ回復ユニット70並びにフレーム同期相関器80がクロック及びフレーム同期パターンを正確に検出する可能性を増加する。

等化器40は、フレーム同期相関器80に更に結合された出力を有し、そのフレーム同期相関器80は、等化器により生成された信号ストリームと、その信号ストリームに含まれる事前に知られたフレーム同期パターン（又はテンプレート）のコピーとを比較するように動作可能である。簡単に前述したように、この例によれば、このテンプレートは、SONET STS-192の1〜192のA1フレーム同期オクテット又は1〜192のA2フレーム同期オクテットを有してもよい。更に、１つより多いテンプレートが相関器に定められてもよい。受信データの中のどこに既知のビットパターンが生じているかを見つけるために、相関器80は、入力データストリームと規定のテンプレートとを継続して比較するように動作可能である。サンプリング回路90は、補償済のサンプリングデータと未補償のサンプリングされたデータとの双方についてレジスタを有する。既知のビットパターンが検出されると、フレーム同期相関器80は、サンプリング回路90のレジスタ内容をデータバッファ110に転送することを起動又は可能にするトリガー信号を生成し、データストア100に格納されている対応する歪みのないデータをデータバッファ120に転送することを可能にする。

サンプリング回路90は、受信データ信号と等化器40の出力信号とをサンプリングし、サンプリングされた信号を関連のデータバッファ110に供給するように結合されている。フレーミングパターンデータストア（フレーム同期データストア）100は、１つ以上の既知の信号パターンのコピーを有する。そのパターンは、受信信号に繰り返し埋め込まれた１つ以上のSONET A1又はA2フレーム同期フィールド又はオクテットを有する。フレーム同期相関器80により生成されたトリガー信号に応じて、フレーミングパターンデータストア100は、対応する既知の歪みのない信号パターンのデータを関連のバッファ120に転送する。歪んだパターンデータ及び歪みのないパターンデータがバッファ110及び120に取り込まれると、（最小二乗平均法（LMS）、再帰最小二乗法又はその他の方法のような差分最適化機構又はアルゴリズムを使用して）係数更新ユニット60により処理され、適応等化器の構成40により使用される係数の一式の更新を作ってもよい。

適応等化器更新機構は、以下のように動作する。未補償の（チャネル歪みの）データが受信されると、等化器40により修正され、クロック及びデータ回復ユニット70と、フレーム同期相関器80と、サンプリング回路90とのそれぞれに結合される。前述のように、適応等化器40の重み付け係数は、最初に係数メモリ50に格納されている所定の値に設定される。これらの値は、チャネルの一般的特徴の事前の認識が利用可能である場合には、このような認識に基づく。このような事前の認識が利用可能でない場合には、初期係数値は、適応等化器が最初に受信信号に影響を与えないように指定される。通信チャネルについての認識に基づいて初期係数値を使用することは、初期の係数の集束時間を短くし、クロック及びデータ回復ユニット70並びにフレーム同期相関器80がクロック及びフレーム同期パターンを正確に検出する可能性を増加する。

受信データ信号が相関器80に結合されると、データストリームに生じることがわかっている１つ以上の信号パターン又はテンプレートに対して相関付けられる（比較される）（この例では、これらのパターン又はテンプレートは複数のSONET A1又はA2フレーム同期オクテットを有する）。既知の信号パターンを検出することに応じて、フレーム同期相関器80は、サンプリング回路90のレジスタとフレーミングパターン（フレーム同期）データストア100とからのデータ転送動作を開始するトリガー信号を生成する。従って、サンプリング回路90は、フレーム同期相関器80により検出された既知のSONET A1／A2型のパターンのサンプリングされた歪んだものを、関連のデータバッファ110に転送する。同時に、フレーミングパターンデータストア100は、既知のSONET A1／A2型のパターンの歪んでないものを、データバッファ120に出力する。

歪んだ既知のパターンデータはバッファ110に格納されており、時間で整列された歪みのないパターンデータはバッファ120に格納されているため、（最小二乗平均法（LMS）、再帰最小二乗法、又はシステム性能の何らかの側面を最適化するように設計されたその他の同様の方法のような、信号演算子、方法又はアルゴリズムを使用して）係数更新ユニット60により処理され、適応等化器の構成40により使用される係数の一式の更新を作ってもよい。

前述の説明から明らかなように、高データレートの光通信システムでチャネル分散を補償する従来の方法の問題は、本発明の適応等化器と、埋め込みパターン型の適応等化器の係数更新機構とを用いて効果的に取り除かれる。その埋め込みパターン型の適応等化器の係数更新機構は、既知の信号パターンのコピーを用いて等化器からの電気通信信号出力に含まれる情報信号に反復して分配された既知の信号パターンの歪んだものを処理することにより得られた誤差信号又は差分信号に従って、適応等化器の重み付け係数を更新するように動作可能である。送信機と通信する専用の‘トレーニングシーケンス’は必要なく、従って、係数更新機構は、チャネルの動作又は帯域の可用性に影響を与えない。

本発明の既知の埋め込みパターン型の適応等化器の更新機構の非限定的な実装

Claims

通信信号に含まれる未知の情報信号を回復するように、分散的な通信チャネルで転送される通信信号を処理するシステムの使用において、
前記通信信号は、前記情報信号を表す出力信号を生成する適応等化器に結合され、
前記適応等化器の重み付け係数を更新する方法であって、
(a)前記適応等化器への入力信号又は前記適応等化器により生成される前記出力信号を処理し、前記通信信号に含まれる情報信号間に反復して分配された１つ以上の既知の信号パターンを表す歪んだ信号パターン信号を抽出するステップと、
(b)ステップ(a)で抽出された前記信号の歪んだパターン信号で、前記既知の信号パターンの歪みのないコピーを処理し、誤差信号又は差分信号を導くステップと、
(c)ステップ(b)で導かれた前記誤差信号又は差分信号に従って前記等化器の前記重み付け係数を更新するステップと
を有する方法。
請求項１に記載の方法であって、
ステップ(a)は、
(a1)前記適応等化器により生成された出力信号に埋め込まれたクロック信号を回復し、
(a2)ステップ(a1)で回復したクロック信号に従って、前記既知の信号パターンのコピーと前記出力信号の内容を相関させ、前記出力信号の中のどこに前記既知の信号パターンがあるかを特定し、
(a3)ステップ(a2)で特定された前記既知の信号パターンの位置に従って、前記等化器により生成された前記出力信号をサンプリングし、それによって前記信号パターン信号を抽出することを有する方法。
請求項２に記載の方法であって、
ステップ(b)は、
(b1)ステップ(a3)の前記出力信号のサンプリングと同期して前記既知の信号パターンの前記歪みのないコピーを生成し、
(b2)ステップ(b1)で生成された前記既知の信号パターンの前記歪みのないコピーと、ステップ(a3)で前記出力信号から抽出された前記信号パターン信号とを処理し、前記誤差信号又は差分信号を導くことを有する方法。
請求項３に記載の方法であって、
ステップ(b2)は、
ステップ(b1)で生成された前記既知の信号パターンの前記歪みのないコピーと、ステップ(a3)で前記出力信号から抽出された前記信号パターン信号とを、所定の合成演算子に適用し、前記既知の信号パターンの前記歪みのないコピーの合成したものと、前記出力信号から抽出された前記信号パターン信号の合成したものとを作り、
前記既知の信号パターンの前記歪みのないコピーの前記合成したものと、前記出力信号から抽出された前記信号パターン信号の前記合成したものとを結合し、前記誤差信号又は差分信号を導くことを有する方法。
通信信号に含まれる未知の情報信号を回復するように、分散的な通信チャネルで転送される通信信号を処理する受信装置であって、
前記通信信号を受信するように結合され、前記情報信号を表す出力信号を生成するように動作可能な適応等化器と、
前記適応等化器への入力信号又は前記適応等化器により生成される前記出力信号のうち１つを処理し、前記電気通信信号に含まれる情報信号間に反復して分配された１つ以上の既知の信号パターンを表す歪んだ信号パターン信号を抽出するパターン抽出器と、
前記抽出された信号の歪んだパターン信号で、前記既知の信号パターンの歪みのないコピーを処理し、誤差信号又は差分信号を導くように動作可能なパターン信号プロセッサと、
前記誤差信号又は差分信号に従って前記等化器の重み付け係数を更新するように動作可能な係数更新ユニットと
を有する受信装置。
請求項５に記載の受信装置であって、
前記パターン抽出器は、
前記適応等化器により生成された出力信号に埋め込まれたクロック信号を回復するように動作可能なクロック回復ユニットと、
前記クロック信号に従って、前記既知の信号パターンのコピーと前記出力信号の内容を相関させ、前記出力信号の中のどこに前記既知の信号パターンがあるかを特定するように動作可能な相関器と、
前記相関器により特定された前記既知の信号パターンの位置に従って、前記等化器により生成された前記出力信号をサンプリングし、それによって前記信号パターン信号を抽出するサンプル器と
を有する受信装置。
請求項６に記載の受信装置であって、
前記パターン信号プロセッサは、
前記出力信号のサンプリングと同期して前記既知の信号パターンの前記歪みのないコピーを生成し、
前記既知の信号パターンの前記歪みのないコピーと、前記出力信号から抽出された前記信号パターン信号とを処理し、前記誤差信号又は差分信号を導くように動作可能な受信装置。
請求項７に記載の受信装置であって、
前記パターン信号プロセッサは、
前記既知の信号パターンの前記歪みのないコピーと、前記出力信号から抽出された前記信号パターン信号とを、所定の合成演算子に適用し、前記既知の信号パターンの前記歪みのないコピーの合成したものと、前記出力信号から抽出された前記信号パターン信号の合成したものとを作り、
前記既知の信号パターンの前記歪みのないコピーの前記合成したものと、前記出力信号から抽出された前記信号パターン信号の前記合成したものとを結合し、前記誤差信号又は差分信号を導くように動作可能な受信装置。