分布匹配电路、分布解匹配电路、分布匹配方法、分布解匹配方法以及光传输系统

摘要

在分布匹配电路(1)中，以树状层级化的多个LUT输出数据依次指定正下方的层级的LUT管理的信号空间中的信号点群的组合，在最下层针对每个LUT而输出分布匹配后的信号点信息。

说明书

技术领域

本发明涉及进行用于通信的信号星座图的概率整形的分布匹配电路、分布解匹配电路、分布匹配方法、分布解匹配方法以及使用了它们的光传输系统。

背景技术

为了在光通信中实现高的吞吐量，例如增加调制多值度是有效的。在增加调制多值度的情况下，通常在信号通信的发送侧进行正交振幅调制(Quadrature AmplitudeModulation；以下，记载为QAM)，在接收侧进行相干检波以及数字信号处理。

另一方面，当增加QAM信号所承载的比特数时，信号点的数量也增加，相对信号的平均电力的信号点间的最小距离缩小。由此，为了得到一定的通信质量而所需的信噪比(Signal－to－Noise Ratio；以下，记载为SNR)增加，能够应用的传输条件被限制。

在光通信中，错误率的容许值非常小的情形多，通常在高端的设备中进行纠错。特别是，在重视性能的情况下，使用软判定纠错。此前研究了多值QAM与软判定纠错的组合，但进而研究了将概率整形(Probabilistic Shaping)进行组合。

作为对信号星座图进行整形的技术，存在对多个信号点各自的位置进行整形的几何整形(Geometric Shaping)和对多个信号点各自可取的概率进行整形的概率整形(Probabilistic Shaping)。无论哪种情况都能够使传输容量与SNR的关系渐进到香农极限。这例如有助于在所提供的传输条件下增加客户端信号的通信容量。

例如，在非专利文献1中，记载有将概率整形与纠错进行组合的方法。在该方法中，比纠错编码靠上游进行作为概率整形中的发送侧的处理的分布匹配(DistributionMatching；DM)，假定组织性(系统性)的纠错处理，比纠错解码靠下游进行作为接收侧的处理的分布解匹配(Distribution DeMatching；invDM)。在此所称的“匹配”意味着向具有某个SNR的高斯信道的、通信信号的匹配。极难理想地进行匹配，所以实际进行的处理大致等效于尽可能扩大相对发送信号的平均电力的信号点间的最小距离。

在非专利文献1所记载的方法中，对概率整形中的分布匹配以及分布解匹配使用非专利文献2所记载的相同组成分布匹配(Constant Composition DM)或者非专利文献3所记载的n中的m代码(m－out－of－n Code)。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1

G.Bocherer,P.Schulte and F.Steiner,“Bandwidth Efficient and Rate-Matched Low-Check Coded Modulation”,IEEE Transactions on Communications,vol.63,no.12,pp.4651-4665,December 2015.

非专利文献2

P.Schulte and G.Bocherer,“Constant Composition DistributionMatching”,IEEE Transactions on Information Theory,vol.62,no.1,pp.430-434,January 2016.

非专利文献3

T.V.Ramabadran,“A Coding Scheme for m-out-of-n Codes”,IEEETransactions on Communications,vol.38,no.8,pp.1156-1163,August 1990.

发明内容

在非专利文献2以及非专利文献3所记载的分布匹配以及分布解匹配中，需要按顺序进行多次整数乘法或者整数加法，不仅各个运算电路的规模大，而且执行速度慢。为了降低执行速度所引起的处理的延迟，需要并联安装多个运算电路。因此，存在分布匹配电路以及分布解匹配电路的电路规模非常大这样的课题。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于得到能够降低电路规模的分布匹配电路以及分布解匹配电路。

本发明的分布匹配电路以及分布解匹配电路分别具备以树状层级化的多个查找表。分布匹配电路的最上层的查找表将作为客户端信号或者帧化后的信号而从外部输入的通信对象的信息(外部输入信息)的一部分变换为指定正下方的层级的多个查找表各自管理的信号空间中的信号点群的组合的指定信息，将指定信息分别输出到正下方的层级的多个查找表，从最上层的正下方至最下层的正上方为止的各个层级的查找表将包括外部输入信息的一部分和从属于正上方的层级的查找表输入的指定信息的比特序列变换为指定正下方的层级的多个查找表各自管理的信号空间中的信号点群的组合的指定信息，将指定信息分别输出到正下方的层级的多个查找表，最下层的多个查找表分别将包括外部输入信息的一部分和从正上方的层级的查找表输入的指定信息的比特序列变换为表示最下层的多个查找表各自管理的信号空间的信号星座图的信号点信息，输出信号点信息。分布解匹配电路中的处理为针对分布匹配电路中的处理而调换输入和输出的处理。

根据本发明，多个查找表的输出数据依次指定正下方的层级的查找表管理的信号空间中的信号点群的组合，在最下层针对每个查找表而输出分布匹配后的信号点信息。分布解匹配电路中的处理为针对分布匹配电路中的处理而调换输入和输出的处理。通过使用层级化后的多个查找表，从而无需在分布匹配中按顺序进行多次整数乘法或者整数加法，也可以不并联安装多个运算电路。由此，能够降低分布匹配电路以及分布解匹配电路的电路规模。

附图说明

图1是示出实施方式1的分布匹配电路的结构的框图。

图2是示出实施方式1的分布匹配方法的流程图。

图3是示出实施方式1的分布匹配方法的概要的示意图。

图4是示出实施方式2的分布解匹配电路的结构的框图。

图5是示出实施方式2的分布解匹配方法的流程图。

图6是示出实施方式2的分布解匹配方法的概要的示意图。

图7的图7A是示出实现实施方式1的分布匹配电路或者实施方式2的分布解匹配电路的功能的硬件结构的框图。图7B是示出执行实现实施方式1的分布匹配电路或者实施方式2的分布解匹配电路的功能的软件的硬件结构的框图。

图8是示出实施方式3的光传输系统的结构的框图。

图9是示出图8的编码电路的结构的框图。

图10是示出图8的解码电路的结构的框图。

图11是示出实施方式4的编码电路的结构的框图。

图12是示出实施方式4的解码电路的结构的框图。

图13是示出实施方式5的编码电路的结构的框图。

图14是示出实施方式5的解码电路的结构的框图。

符号说明

1、1111、1111B：分布匹配电路；2－0、3－0、3－1、4－0、4－1、4－2、4－3、6－0、6－1、6－2、6－3、7－0、7－1、8－0：查找表(LUT)；5、2111、2111A、2111B：分布解匹配电路；9：光传输系统；10：光发送装置；11：光接收装置；12：光传输路；100：处理电路；101：处理器；102：存储器；1100：发送信号处理电路；1110、1110A、1110B：编码电路；1112、1112A、1112B：符号映射电路；1113：纠错编码电路；1114：第2纠错编码电路；1115：第1纠错编码电路；1120：发送信号补偿处理电路；1200：DA变换器；1300、2300：光源；1400：光调制器；2100：接收信号处理电路；2110、2110A、2110B：解码电路；2112：符号解映射电路；2113：纠错解码电路；2114：第2纠错解码电路；2115：第1纠错解码电路；2120：接收信号补偿处理电路；2200：AD变换器；2400：光接收器。

具体实施方式

以下，为了更详细地说明本发明，依照附图说明本发明的具体实施方式。

实施方式1.

图1是示出实施方式1的分布匹配电路1的结构的框图。分布匹配电路1例如设置于光发送装置，在光发送装置进行的发送信号的光调制中使信号点的概率分布匹配。分布匹配电路1具备查找表2－0、查找表3－0、查找表3－1、查找表4－0、查找表4－1、查找表4－2以及查找表4－3。这些查找表如图1所示以树状层级化。以后，将查找表简记为LUT。这些LUT分别登记有与地址对应起来的数据。

在图1中，记载有具有以3层的树状层级化的LUT的分布匹配电路1。但是，LUT的层级数也可以为两层以下或者4层以上。LUT2－0为作为最上层的第二层的LUT。LUT3－0以及LUT3－1为作为中间层的第1层的LUT，正下方的层级的LUT3－0和LUT3－1连接于LUT2－0。LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3为作为最下层的第0层的LUT。正下方的层级的LUT4－0和LUT4－1连接于LUT3－0，正下方的层级的LUT4－2和LUT4－3连接于LUT3－1。

LUT2－0、LUT3－0、LUT3－1、LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3分别管理信号空间。例如，LUT4－0管理的信号空间为两个QAM信号的空间(S0)，LUT4－1管理的信号空间为另两个QAM信号的空间(S1)，LUT4－2管理的信号空间为又两个QAM信号的空间(S2)，LUT4－3管理的信号空间为再两个QAM信号的空间(S3)。此时，LUT3－0管理的信号空间为LUT4－0以及LUT4－1管理的信号空间S0以及S1，LUT3－1管理的信号空间为LUT4－2以及LUT4－3管理的信号空间S2以及S3。LUT2－0管理的信号空间为LUT3－0以及LUT3－1管理的信号空间S0、S1、S2以及S3。信号点为信号空间图中的复数振幅值的点。

对LUT2－0、LUT3－0、LUT3－1、LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3分别输入外部输入信息的一部分。外部输入信息为通信对象的信息比特序列，作为客户端信号或者帧化后的信号而从外部输入到分布匹配电路1。在一个时钟周期中，外部输入信息的比特数的合计值为用任意的正的整数表示的数。例如，当将逻辑电路的动作频率设为500MHz时，时钟周期为2纳秒。向各LUT的输入比特数为0以上的任意的整数。

作为最上层的第二层的LUT2－0将外部输入信息的一部分变换为指定作为正下方的层级的第1层的LUT3－0和LUT3－1管理的信号空间中的信号点群的组合的指定信息，将指定信息输出到作为中间层的第1层的LUT3－0和LUT3－1。该变换处理通过表查找来进行。此外，表查找是事先保存地址与数据的关系，当被指定地址时，读出与该地址对应的数据的处理。向LUT的输入相当于LUT的地址，来自LUT的输出相当于LUT的数据。地址与数据的关系通常一对一地对应。

第1层的LUT3－0将包括外部输入信息的一部分和来自作为正上方的层级的第二层的LUT2－0的信号点群的指定信息的比特序列变换为指定作为正下方的层级的第0层的LUT4－0和LUT4－1管理的信号空间中的信号点群的组合的指定信息，将指定信息输出到最下层的LUT4－0和LUT4－1。即，LUT输入地址的一部分为正上方的层级的LUT输出数据，LUT输入地址的剩余部分为外部输入信息的一部分，由它们分别构成指定信息。LUT3－1将包括外部输入信息的一部分和来自正上方的层级的LUT2－0的信号点群的指定信息的比特序列变换为指定正下方的层级的LUT4－2和LUT4－3管理的信号空间中的信号点群的组合的指定信息，将指定信息输出到最下层的LUT4－2和LUT4－3。

作为最下层的第0层的LUT4－0和LUT4－1将包括外部输入信息的一部分和来自作为正上方的层级的第1层的LUT3－0的信号点群的指定信息的比特序列变换为表示LUT4－0和LUT4－1管理的信号空间的信号星座图的信号点信息，将信号点信息输出到外部。LUT4－2和LUT4－3将包括外部输入信息和来自正上方的层级的LUT3－1的信号点群的指定信息的比特序列变换为表示LUT4－2和LUT4－3管理的信号空间的信号星座图的信号点信息，将信号点信息输出到外部。

此外，在分布匹配电路1整体中，在一个时钟周期中输出的比特数通常比在一个时钟周期中输入的外部输入信息的比特数多。

分布匹配电路1通过该冗余化使通信信号的分布匹配。关于外部输入信息，通常标记率约为0.5，能够视为在时间上不相关的比特序列。

在以太网(注册商标)信号中，还存在标记率接近0的情况，但在该情况下，在外部进行比特加扰而将标记率调整为0.5附近的情况多。

外部输入信息通常能够视为在时间上不相关的比特序列，相对于此，理想的是，在根据输出比特序列通过QAM等调制后的信号点的概率分布中，与成为目标的高斯信道匹配。实际上难以完全地匹配，但QAM等信号点的概率分布以使电力小的信号点可取的概率高，使电力大的信号点可取的概率低的方式被控制，相对调制信号的平均电力的信号点间的最小距离扩大。

另外，关于分布匹配电路1具备的各个LUT的输入输出比特数，以使输入比特数与输出比特数相同或使输出比特数比输入比特数多的方式，选择输入输出接口的参数。另外，在图1中，层级间的分支数为2，但分支数为任意的正的整数即可。

此外，分支数为与正上方的层级的LUT连接的正下方的层级的LUT的数量。

接下来，说明动作。

图2是示出实施方式1的分布匹配方法的流程图。图3是示出实施方式1的分布匹配方法的概要的示意图。以下，参照图3所示的示意图，说明实施方式1的分布匹配方法。在图3中，LUT的层级数为Lm+1，Lm为0以上的整数。最上层为第Lm层，最下层为第0层。从第0个至第M[Lm－1]个为止的LUT属于第(Lm－1)层，从第0个至第M[1]个为止的LUT属于第1层。从第0个至第M[0]个为止的LUT属于第0层。另外，LUT(Lm－1)－0为第(Lm－1)层的第0个LUT，LUT0－M[0]为第0层的第M[0]个LUT。

最上层的LUT将外部输入信息的一部分变换为指定正下方的层级的多个LUT各自管理的信号空间中的信号点群的组合的指定信息，将指定信息分别输出到正下方的层级的多个LUT(步骤ST1)。该处理为图3中的“最上层信号指定”。第Lm层的LUT将外部输入信息的比特序列的一部分变换为作为指定从第(Lm－1)层的第0个至第M[Lm－1]个为止的LUT所设定的信号空间中的信号点群的组合的指定信息的信号点群指定比特，将信号点群指定比特分别输出到从第0个至第M[Lm－1]个为止的LUT。

从最上层的正下方至最下层的正上方为止的各个层级的LUT将包括外部输入信息的一部分和从正上方的层级的LUT输入的指定信息的比特序列变换为指定正下方的层级的多个LUT各自管理的信号空间中的信号点群的组合的指定信息，将指定信息分别输出到正下方的层级的多个LUT(步骤ST2)。该处理为图3中的“中间层信号指定”。从第(Lm－1)层的第0个至第1层的第M[0]个为止的LUT将包括外部输入信息的一部分和从正上方的层级的LUT输入的信号点群指定比特的比特序列变换为作为指定正下方的层级的多个LUT各自管理的信号空间中的信号点群的组合的指定信息的信号点群指定比特，将信号点群指定比特分别输出到正下方的层级的多个LUT。

最下层的多个LUT分别将包括外部输入信息的一部分和从正上方的层级的LUT输入的指定信息的比特序列变换为信号点信息，输出信号点信息(步骤ST3)。该处理为图3中的“最下层信号指定”。从第0层的第0个至第M[0]个为止的各个LUT将包括外部输入信息的一部分和从作为正上方的层级的第1层的LUT输入的信号点群指定比特的比特序列变换为信号点信息，将信号点信息输出到外部。信号点信息为表示在从第0层的第0个至第M[0]个为止的LUT中分别设定的信号空间的信号星座图的信息，为针对在光发送装置中配置于分布匹配电路1的后级的符号映射电路的输入信息。

如以上那样，在实施方式1的分布匹配电路1中，以树状层级化的多个LUT输出数据依次指定正下方的层级的LUT管理的信号空间中的信号点群的组合，在最下层针对每个LUT而输出分布匹配后的信号点信息。通过使用层级化后的多个LUT，从而无需在分布匹配中按顺序进行多次整数乘法或者整数加法，也可以不并联安装多个运算电路。由此，能够降低分布匹配电路的电路规模。另外，电路规模降低，所以还能够降低分布匹配电路的消耗电力。

此外，分布匹配电路1也可以为没有图1所示的中间层的LUT而仅具备图1所示的最上层的LUT以及最下层的LUT的结构。例如，分布匹配电路1具备层级化成两层的多个LUT。上层的LUT2－0将外部输入信息的一部分变换为指定属于正下方的层级的LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3各自管理的信号空间中的信号点群的组合的指定信息，将指定信息分别输出到正下方的层级的LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3。下层的LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3分别将包括外部输入信息的一部分和从正上方的层级的LUT2－0输入的指定信息的比特序列变换为表示最下层的LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3各自管理的信号空间的信号星座图的信号点信息，输出信号点信息。此外，LUT的具体的动作与在实施方式1中说明的动作内容相同。

进而，分布匹配电路1也可以为没有图1所示的最上层的LUT和中间层的LUT而仅具备最下层的LUT的结构。例如，分布匹配电路1具备属于1层的LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3。对该层的LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3分别输入外部输入信息的一部分和指定该层的LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3各自管理的信号空间中的信号点群的组合的指定信息，将包括外部输入信息的一部分和指定信息的比特序列变换为表示该层的LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3各自管理的信号空间的信号星座图的信号点信息，将信号点信息输出到外部。在该结构中，LUT的具体的动作也与在实施方式1中说明的动作内容相同。

实施方式2.

图4是示出实施方式2的分布解匹配电路5的结构的框图。分布解匹配电路5例如设置于光接收装置，对从光发送装置接收到的接收信号所包含的信号点信息进行分布解匹配，从而复原输入到分布匹配电路1的外部输入信息。分布解匹配电路5如图4所示具备LUT6－0、LUT6－1、LUT6－2、LUT6－3、LUT7－0、LUT7－1以及LUT8－0。这些LUT以树状层级化，各LUT登记有与地址对应起来的数据。

在图4中记载有具有层级化成3层的LUT的分布解匹配电路5。但是，LUT的层级数只要为与分布匹配电路1相同的层级数，也可以为两层以下或者4层以上。LUT6－0、LUT6－1、LUT6－2以及LUT6－3为作为最下层的第0层的LUT。LUT7－0以及LUT7－1为作为中间层的第1层的LUT。正下方的层级的LUT6－0和LUT6－1连接于LUT7－0，正下方的层级的LUT6－2和LUT6－3连接于LUT7－1。LUT8－0为作为最上层的第二层的LUT。正下方的层级的LUT7－0和LUT7－1连接于LUT8－0。

LUT6－0、LUT6－1、LUT6－2、LUT6－3、LUT7－0、LUT7－1以及LUT8－0分别管理信号空间。例如，LUT6－0管理的信号空间为两个QAM信号的空间(S0)，LUT6－1管理的信号空间为另两个QAM信号的空间(S1)，LUT6－2管理的信号空间为又两个QAM信号的空间(S2)，LUT6－3管理的信号空间为再两个QAM信号的空间(S3)。此时，LUT7－0管理的信号空间为LUT6－0以及LUT6－1管理的信号空间S0以及S1，LUT7－1管理的信号空间为LUT6－2以及LUT6－3管理的信号空间S2以及S3。LUT8－0管理的信号空间为LUT7－0以及LUT7－1管理的信号空间S0、S1、S2以及S3。信号点为信号空间图中的复数振幅值的点。

对LUT6－0、LUT6－1、LUT6－2以及LUT6－3输入分布匹配电路1中的、来自LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3的信号点信息。LUT6－0以及LUT6－1从信号点信息的比特序列复原分布匹配电路1中的、输入到LUT4－0以及LUT4－1的外部输入信息的一部分和来自正上方的层级的LUT3－0的指定信息。LUT6－2以及LUT6－3从信号点信息的比特序列复原分布匹配电路1中的、输入到LUT4－2以及LUT4－3的外部输入信息的一部分和来自正上方的层级的LUT3－1的指定信息。

作为中间层的第1层的LUT7－0从通过正下方的LUT6－0以及LUT6－1复原后的指定信息的比特序列复原分布匹配电路1中的、外部输入信息的一部分和来自第二层的LUT2－0的指定信息。同样地，第1层的LUT7－1从通过LUT6－2以及LUT6－3复原后的指定信息的比特序列复原分布匹配电路1中的、外部输入信息一部分和来自第二层的LUT2－0的指定信息。作为最上层的第二层的LUT8－0从通过正下方的层级的LUT7－0以及LUT7－1复原后的指定信息的比特序列复原分布匹配电路1中的、输入到第二层的LUT2－0的外部输入信息的一部分，将复原后的所有外部输入信息输出到外部。

此外，在分布解匹配电路5整体中，在一个时钟周期中输出的比特数通常比在一个时钟周期中输入的比特数少。这对应于关于对在分布匹配中被冗余化并在通过QAM等调制后的信号点的概率分布中存在偏重的信号进行解映射后的比特序列而进行分布解匹配，复原通信对象的信息比特序列。通信对象的信息比特序列相当于分布匹配中的外部输入信息，通常为标记率约为0.5且在时间上不相关的比特序列。另外，在图4中，层级间的分支数为2，但分支数为任意的正的整数即可。

接下来，说明动作。

图5是示出实施方式2的分布解匹配方法的流程图。图6是示出实施方式2的分布解匹配方法的概要的示意图。以下，参照图6所示的示意图，说明实施方式2的分布解匹配方法。在图6中，LUT的层级数为Lm+1，Lm为0以上的整数。最上层为第Lm层，最下层为第0层。从第0个至第M[Lm－1]个为止的LUT属于第(Lm－1)层，从第0个至第M[1]个为止的LUT属于第1层。从第0个至第M[0]个为止的LUT属于第0层。另外，LUT(Lm－1)－0为第(Lm－1)层的第0个LUT，LUT0－M[0]为第0层的第M[0]个LUT。

属于最下层的多个LUT分别从自分布匹配电路1输出并经由任意的通信用传播路径得到的信号点信息的比特序列复原外部输入信息和来自正上方的层级的LUT的指定信息(步骤ST1a)。该处理为图6中的“最下层信号复原”。此外，作为上述通信用传播路径，包括发送侧的符号映射电路，还包括接收侧的符号解映射电路。从第0层的第0个至第M[0]个为止的各个LUT将构成上述信号点信息的比特序列变换为指定作为正上方的层级的第1层的LUT管理的信号空间中的信号点群的组合的信号点群指定比特的复原数据和外部输入信息的一部分的复原数据，将信号点群指定比特的复原数据输出到第1层的LUT，将外部输入信息的一部分的复原数据输出到外部。该变换处理通过表查找来进行。向LUT的输入相当于地址，来自LUT的输出相当于数据。地址与数据的关系通常一对一地对应。该外部输入信息的一部分的复原数据是复原在分布匹配电路1中输入到第0层的LUT的外部输入信息后的数据。

从最下层的正上方至最上层的正下方为止的各个层级的LUT从通过正下方的层级的LUT复原后的指定信息的比特序列复原外部输入信息的一部分和来自正上方的层级的LUT的指定信息(步骤ST2a)。该处理为图6中的“中间层信号复原”。从第1层的第0个至第(Lm－1)层的第M[Lm－1]个为止的LUT将构成通过正下方的层级的LUT复原后的信号点群指定比特的比特序列变换为指定正上方的层级的LUT的信号空间中的信号点群的组合的信号点群指定比特的复原数据和外部输入信息的一部分的复原数据，将信号点群指定比特的复原数据输出到正上方的层级的LUT，将外部输入信息的一部分的复原数据输出到外部。该外部输入信息的一部分的复原数据是复原在分布匹配电路1中从对应的第1层输入到第(Lm－1)层的LUT的外部输入信息后的数据。

最上层的LUT从通过正下方的层级的LUT复原后的指定信息的比特序列复原分布匹配电路1中的外部输入信息的一部分，将复原后的所有外部输入信息输出到外部(步骤ST3a)。该处理为图6中的最上层信号复原。第Lm层的LUT将从自第(Lm－1)层的第0个至第M[Lm－1]个为止的LUT输入的信号点群指定比特变换为外部输入信息的一部分的复原数据，将外部输入信息的一部分的复原数据输出到外部。该外部输入信息是复原分布匹配电路1中的输入到第Lm层的LUT的外部输入信息后的数据。

如以上那样，在实施方式2的分布解匹配电路5中，以树状层级化的多个LUT复原在分布匹配电路1中输入到对应的层级的LUT的外部输入信息的一部分和指定信息，最上层的LUT复原在分布匹配电路1中输入到对应的层级的LUT的外部输入信息而输出。由于使用层级化后的多个LUT，所以无需在分布解匹配中按顺序进行多次整数乘法或者整数加法，也可以不并联安装多个运算电路。由此，能够降低分布解匹配电路的电路规模以及消耗电力。另外，即使在包含信号点信息的接收信号中存在错误，也能够部分地复原分布匹配电路1中的外部输入信息，所以分布解匹配后的信号中的错误数不会显著。因此，在现有技术中，无法进行针对分布解匹配后的信号的纠错，但基于分布解匹配电路5的分布解匹配后的信号能够进行纠错。

接下来，说明实现分布匹配电路1或者分布解匹配电路5的功能的硬件结构。

分布匹配电路1中的LUT的功能以及分布解匹配电路5中的LUT的功能由处理电路实现。即，分布匹配电路1具备用于执行图2所示的步骤ST1至步骤ST3的处理的处理电路。另外，分布解匹配电路5具备用于执行图5所示的步骤ST1a至步骤ST3a的处理的处理电路。处理电路也可以为专用的硬件，但也可以为执行存储于存储器的程序的CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)。

图7A是示出实现分布匹配电路1或者分布解匹配电路5的功能的硬件结构的框图。图7B是示出执行实现分布匹配电路1或者分布解匹配电路5的功能的软件的硬件结构的框图。

在处理电路为图7A所示的专用的硬件的处理电路100的情况下，处理电路100例如对应于单一电路、复合电路、程序化后的处理器、并行程序化后的处理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者将它们组合而成的结构。既可以利用各自的处理电路来实现分布匹配电路1中的LUT的功能或者分布解匹配电路5中的LUT的功能，也可以将这些功能集中地利用1个处理电路来实现。

在处理电路为图7B所示的处理器101的情况下，分布匹配电路1中的LUT的功能或者分布解匹配电路5中的LUT的功能由软件、固件或者软件与固件的组合实现。此外，软件或者固件作为程序而记述，存储于存储器102。处理器101通过读出并执行存储于存储器102的程序，从而实现分布匹配电路1中的LUT的功能或者分布解匹配电路5中的LUT的功能。即，分布匹配电路1具备存储器102，该存储器102用于存储在由处理器101执行时在结果上执行图2所示的步骤ST1至步骤ST3的处理的程序。同样地，分布解匹配电路5具备存储器102，该存储器102用于存储在由处理器101执行时在结果上执行图5所示的步骤ST1a至步骤ST3a的处理的程序。

这些程序使计算机执行分布匹配电路1中的LUT或者分布解匹配电路5中的LUT的过程或者方法。存储器102也可以为存储有用于使计算机作为分布匹配电路1中的LUT或者分布解匹配电路5中的LUT发挥功能的程序的计算机可读存储介质。

作为存储器102，例如对应于RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、闪速存储器、EPROM(Erasable Programmable ReadOnly Memory，可擦可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically－EPROM，电可擦可编程只读存储器)等非易失性或者易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩光盘、迷你光盘、DVD等。

实施方式3.

图8是示出实施方式3的光传输系统9的结构的框图。在图8中，光传输系统9具备光发送装置10、光接收装置11以及光传输路12。光发送装置10将对外部输入信息进行编码后的光信号输出到光传输路12。外部输入信息为客户端信号或者帧信号。即，光发送装置10生成对客户端信号或者帧信号进行编码后的光信号，输出到光传输路12。

光接收装置11根据经由光传输路12接收到的光信号，对外部输入信息进行解码。例如，光接收装置11将从光发送装置10接收到的光信号变换为客户端信号或者帧信号，输出到外部。光传输路12为从光发送装置10向光接收装置11传输光信号的传输路，例如具备光纤、光放大器、波长复用器、波长解复用器、光功率监视器以及波长选择开关。

光发送装置10如图8所示具备发送信号处理电路1100、DA变换器1200、光源1300以及光调制器1400。发送信号处理电路1100对作为外部输入信息的客户端信号或者帧信号进行信号处理，输出到DA变换器1200。发送信号处理电路1100具备编码电路1110以及发送信号补偿处理电路1120。

编码电路1110对从外部输入的客户端信号或者帧信号进行编码处理，将编码处理后的信号输出到发送信号补偿处理电路1120。发送信号补偿处理电路1120对从编码电路1110输入的编码处理后的信号进行信号频谱的整形以及关于光发送装置10的非线性响应补偿，将补偿后的信号输出到DA变换器1200。DA变换器1200对从发送信号处理电路1100输入的数字信号进行数字模拟变换处理和电放大，输出到光调制器1400。

光源1300为生成连续光而输出到光调制器1400的发送光源。连续光例如为在波长1550nm下振荡的连续光。光调制器1400利用从DA变换器1200输入的电信号对从光源1300输入的连续光进行调制，将调制后的光信号输出到光传输路12。作为光调制器1400，例如利用使用了铌酸锂的偏振复用马赫－曾德尔(Mach－Zehnder)型的正交相位光调制器。

光接收装置11如图8所示具备接收信号处理电路2100、AD变换器2200、光源2300以及光接收器2400。光源2300为生成连续光而输出到光接收器2400的局部振荡光源。连续光例如为在波长1550nm下振荡的连续光。光接收器2400使经由光传输路12从光发送装置10接收到的光信号与从光源2300输入的连续光混合干涉，在对该光信号进行光电变换之后，输出到AD变换器2200。作为光接收器2400，例如利用偏振相位分集型相干接收器。

AD变换器2200在使从光接收器2400输入的电信号放大之后，实施模拟数字变换，输出到接收信号处理电路2100。接收信号处理电路2100根据从AD变换器2200输入的数字信号，复原作为外部输入信息的客户端信号或者帧信号，输出到外部。

接收信号处理电路2100具备解码电路2110以及接收信号补偿处理电路2120。接收信号补偿处理电路2120对从AD变换器2200输入的数字信号进行采样相位同步、波形均衡、载波频率和相位的复原，输出到解码电路2110。解码电路2110对从接收信号补偿处理电路2120输入的数字信号进行解码处理，将复原后的客户端信号或者帧信号输出到外部。

图9是示出图8的编码电路1110的结构的框图。编码电路1110如图9所示具备分布匹配电路1111以及符号映射电路1112。分布匹配电路1111为实施方式1所示的分布匹配电路1，输入作为外部输入信息的客户端信号或者帧信号，进行实施方式1所示的分布匹配，将通过分布匹配得到的信号点信息输出到符号映射电路1112。

符号映射电路1112将从分布匹配电路1111输入的信号点信息变换为调制符号，将调制符号输出到发送信号补偿处理电路1120。例如，符号映射电路1112将来自分布匹配电路1111的最下层的LUT的信号点信息各3比特地汇总，生成振幅为8值的单侧脉冲振幅调制符号。8个振幅值为－7、－5、－3、－1、1、3、5、7。此时，在振幅值相差1级的情况下，使用输入比特相差1比特的格雷码。

在分布匹配电路1111为图1所示的结构的情况下，例如，也可以在下述条件下对从作为最下层的第0层的LUT4－0、LUT4－1、LUT4－2以及LUT4－3分别输出的信号点信息进行排序而列表化。从地址小的一侧起与列表化后的信号点信息对应起来。

(1)按照在由符号映射电路1112将信号点信息变换为调制符号之后定义的调制符号电力从小到大的顺序进行排序。

(2)按照信号点信息所包含的0的数量从多到少的顺序进行排序。

(3)按照信号点信息所包含的1的数量从多到少的顺序进行排序。

另外，也可以是属于正上方的层级的LUT对属于正下方的层级的LUT中的表查找施加制约。在分布匹配电路1111为图1所示的结构的情况下，例如，第1层的LUT对第0层的LUT中的表查找施加制约。“对表查找施加制约”意味着指定在信号空间中能够取得的信号点群。例如，属于正上方的层级的LUT在下述条件下对输出到属于正下方的层级的LUT的信号点群指定比特进行排序。按照地址从小到大的顺序与排序后的信号点群指定比特对应起来。

(1)按照在由符号映射电路1112将信号点信息变换为调制符号之后定义的调制符号电力的期待值从小到大的顺序进行排序。

(2)按照信号点信息所包含的0的数量的期待值从多到少的顺序进行排序。

(3)按照信号点信息所包含的1的数量的期待值从多到少的顺序进行排序。

将这样规定LUT的地址与数据的关系而生成的信号点信息输入到符号映射电路1112而得到的调制符号例如具有如取电力小的信号点的概率高、取电力大的信号点的概率低那样的偏重。

图10是示出图8的解码电路2110的结构的框图。解码电路2110如图10所示具备分布解匹配电路2111以及符号解映射电路2112。符号解映射电路2112对从接收信号补偿处理电路2120输入的数字信号进行软判定似然的生成或者硬判定。软判定似然为接收比特似然，硬判定值为接收比特序列。

在符号解映射电路2112中，考虑由编码电路1110生成的调制符号的出现概率。例如，在输出软判定值的情况下，用3值以上表现对数事后概率比(事后L－value)，在进行硬判定的情况下，用2值(1比特)表现硬判定值。由符号解映射电路2112得到的似然或者硬判定值被输出到分布解匹配电路2111。

分布解匹配电路2111为实施方式2所示的分布解匹配电路5。分布解匹配电路2111对从符号解映射电路2112输入的信号进行实施方式2所示的分布解匹配，将通过分布解匹配复原后的客户端信号或者帧信号输出到外部。

此外，在光传输系统9中，光发送装置10具备的分布匹配电路1111和光接收装置11具备的分布解匹配电路2111需要使LUT的输入输出比特数成为对。例如，在分布匹配电路1111为图1所示的分布匹配电路1，分布解匹配电路2111为图4所示的分布解匹配电路5的情况下，分布匹配电路1中的第1层的第0个LUT3－0的输入比特数与分布解匹配电路5中的第1层的相同编号(第0个)的LUT7－0的输出比特数相等。另外，第1层的第0个LUT3－0的输出比特数与第1层的相同编号的LUT7－0的输入比特数相等。进而，第1层的第0个LUT3－0的输入比特或者输出比特所包含的信息比特的比特数以及信号点群指定比特的比特数与第1层的相同编号的LUT7－0相等。这些关系在分布匹配电路1和分布解匹配电路5中的对应的层级的LUT中共同。

在分布匹配电路1111具备的LUT和分布解匹配电路2111具备的LUT中，地址与数据的关系相反。例如，在分布匹配电路1111为图1所示的分布匹配电路1，分布解匹配电路2111为图4所示的分布解匹配电路5的情况下，如果在第1层的LUT3－0中，为第1地址指定第1数据的关系，则在对应的第1层的LUT7－0中，作为第1数据的第2地址指定作为第1地址的第2数据。即，在LUT3－0利用包括外部输入信息的信息比特和从正上方的层级的LUT输入的信号点群指定比特的第1地址作为第1数据而指定信号点群指定比特的情况下，在LUT7－0中，将第1数据作为第2地址，指定作为第1地址的第2数据。这些关系在分布匹配电路1和分布解匹配电路5中的对应的层级的LUT中共同。

在分布匹配电路1111具备的LUT的输入输出接口中，也可以以使输出比特数比输入比特数多的方式进行参数选择。例如，在将分布匹配电路1111具备的LUT作为发送侧的LUT，将分布解匹配电路2111具备的LUT作为接收侧的LUT的情况下，当发送侧的LUT使输出比特数比输入比特数多时，接收侧的LUT的情况下的LUT的地址的比特数比发送侧的LUT多。因而，有可能在接收侧的LUT中存在发送侧的LUT中没有的地址。

当在输入到分布解匹配电路2111的信号中完全没有错误的情况下，发送侧的LUT的输出数据与成对的接收侧的LUT的地址完全对应，但并不适用于在输入到分布解匹配电路2111的信号中残留有错误的情况。因而，在光传输系统9中，在接收侧的LUT定义在发送侧的LUT中不存在的地址与数据的关系。即，也可以作为分布解匹配电路2111侧的数据列表而使用分布匹配电路1111侧的地址列表，作为分布解匹配电路2111侧的地址列表而至少使用分布匹配电路1111侧的数据列表，进而，作为针对分布匹配电路1111侧的数据列表中没有的地址的数据，从分布解匹配电路2111侧的地址列表容许重复地选择。

例如，在用2比特表现LUT4－0的地址，用3比特表现数据的情况下，地址为2的2次方即4种，分配与各自对应的3比特的输出数据。例如，假定为对地址0、1、2、3分别分配数据0、1、2、4。此时，在接收侧的对应的LUT6－0中，地址为3比特，数据为2比特。由LUT6－0可取的地址为2的3次方即8种(0、1、2、3、4、5、6、7)，但从LUT4－0输出的数据为8种中的4种(0、1、2、4)。在此，当考虑在从LUT4－0对LUT6－0转送信号时可能产生错误时，关于在LUT4－0的输出数据列表(0、1、2、4)中不存在的数据，也需要包含于LUT6－0的输入地址列表。在此，对应于3、5、6、7。LUT4－0的输出数据中没有的3、5、6、7当然也不存在与其对应的输入地址。因而，以使通过LUT6－0之后的错误变少的方式，从0、1、2、3适当地选择针对LUT6－0的输入地址3、5、6、7的输出数据。例如，还容许重复，设为1、2、3、3。

进而，当在下述条件下构成光传输系统9时，能够简化电路安装。

(1)关于分布匹配电路以及分布解匹配电路的各个电路，在属于相同层级的LUT中固定地址与数据的关系。

(2)关于分布匹配电路以及分布解匹配电路的各个电路，在属于相同层级的LUT中固定输入比特数。

(3)关于分布匹配电路以及分布解匹配电路的各个电路，在属于相同层级的LUT中固定输出比特数。

(4)将LUT的输入比特数以及输出比特数设为16以下。

(5)在接收信号补偿处理电路2120中，根据已知信号(例如，导频信号)使均衡器以及载波的复原电路进行动作。

上述(1)、(2)、(3)的条件能够使保存于LUT的地址与数据的关系的组合的数量大幅减少。由此，能够压缩保持地址与数据的关系的源数据的容量，能够同时进行向LUT的写入，还能够缩小LUT的写入所需的时间。另外，通过使LUT的接口条件共同化，能够使用已设计电路。(4)的条件直接有助于各个LUT的规模缩小。当使LUT的输入比特数增加时，地址数以指数函数的方式增加，所以使LUT层级化，抑制每一个的输入比特数。分布匹配侧的输入比特数对应于分布解匹配侧的输出比特数，分布匹配侧的输出比特数对应于分布解匹配侧的输入比特数，所以优选将双方的输入比特数、输出比特数都抑制得小。(5)的条件对应于优选即使灵活地变更信号星座图或者各信号点的出现概率，各种信号的恢复处理仍进行正常动作，与依赖于信号点条件的处理相比，优选为能够不依赖于信号点条件地进行动作的处理。

在光传输系统9中，分布匹配电路1111也可以为作为以树状层级化的多个LUT的多个发送系统并联地配置的结构。进而，分布解匹配电路2111也可以为作为以树状层级化的多个LUT的多个接收系统并联地配置的结构。由此，能够并行地进行使用了分布匹配电路1111的LUT的处理，同样地能够并行地进行使用了分布解匹配电路2111的LUT的处理，所以能够高效地进行处理。

在分布匹配电路1111以及分布解匹配电路2111中，也可以设置不输入主信号，即输入数据不固定的时钟周期。主信号为客户端信号或者帧信号。例如，也可以在比主信号的动作频率高1％的频率下使电路进行动作，使主信号输入100个时钟周期量，相对于此，不进行1个时钟周期量的主信号的输入，在该1个时钟周期中更新LUT的内容。

进而，作为外部输入信息，也可以包含构成信息的有效比特和不构成信息的无效比特这两方。例如，在光传输系统9中，将在分布匹配电路1111的上游进行有效比特和无效比特的重排后的外部输入信息输入到分布匹配电路1111。另外，在分布解匹配电路2111的下游进行由分布解匹配电路2111复原后的外部输入信息的有效比特和无效比特的重排。此外，驱动光调制器1400的电信号的符号率例如设为64Gsymbol/s即可。

如以上那样，在实施方式3的光传输系统9中，光发送装置10具有分布匹配电路1111和符号映射电路1112，光接收装置11具有符号解映射电路2112和分布解匹配电路2111。通过具有该结构，光传输系统9能够得到实施方式1以及实施方式2所示的效果。

实施方式4.

图11是示出实施方式4的编码电路1110A的结构的框图。在图11中，对与图9相同的构成要素附加相同的符号，省略详细的说明。在图8所示的光发送装置10中，不设置编码电路1110而设置编码电路1110A。图12是示出实施方式4的解码电路2110A的结构的框图。在图12中，对与图10相同的构成要素附加相同的符号，省略详细的说明。在图8所示的光接收装置11中，不设置解码电路2110而设置解码电路2110A。

编码电路1110A如图11所示具备分布匹配电路1111、符号映射电路1112A以及纠错编码电路1113。纠错编码电路1113对从分布匹配电路1111输入的信号点信息进行系统的纠错编码，将纠错信息比特以及纠错校验比特输出到符号映射电路1112A。此外，分布匹配电路1111也可以将输出到纠错编码电路1113的信号设为事先确保纠错校验区域的帧形式。

符号映射电路1112A根据从纠错编码电路1113输入的纠错信息比特以及纠错校验比特，生成调制符号，输出到发送信号补偿处理电路1120。纠错校验比特的标记率通常无法控制(0.5附近)，无法进行概率整形。在该情况下，符号映射电路1112A作为控制调制符号的正负的极性的正负号比特，分配上述纠错校验比特。例如，在振幅为8值的单侧脉冲振幅调制符号中，对调制符号的振幅造成影响的比特(所谓的振幅比特)为2比特。符号映射电路1112A维持该2比特的组合，进行校验比特的分配。但是，在无法满足这些制约的情况下，例如也可以将纠错校验比特分配给振幅比特或者对分布匹配后的振幅比特进行正负号比特分配。

解码电路2110A如图12所示具备分布解匹配电路2111A、符号解映射电路2112以及纠错解码电路2113。纠错解码电路2113对从符号解映射电路2112输入的信号进行纠错解码，将修正后的纠错信息比特输出到分布解匹配电路2111A。

分布解匹配电路2111A对从纠错解码电路2113输入的信号进行实施方式2所示的分布解匹配，将复原后的客户端信号或帧信号输出到外部。另外，分布解匹配电路2111A也可以将从纠错解码电路2113输入的信号作为事先确保纠错校验区域的帧形式的信号处置。

另外，也可以在分布匹配电路1111与纠错编码电路1113之间进行比特的重排。例如，用于纠错编码的低密度校验检查码在码空间上存在修正能力的强弱。因此，有时将调制比特中的性能差的比特配置于修正能力高的一侧，将调制比特中的性能好的比特配置于修正能力低的一侧。例如，对一个振幅为8值的脉冲振幅调制符号分配有3比特，在其比特间，性能不同。在该情况下，比特级有3个。针对纠错的码空间的比特级的分派被称为比特级映射。在分布匹配电路1111与纠错编码电路1113之间进行的比特级映射在纠错解码电路2113与分布解匹配电路2111A之间恢复到原来的状态。该处理被称为比特级解映射。

如以上那样，实施方式4的编码电路1110A具有纠错编码电路1113，符号映射电路1112A将由纠错编码电路1113进行纠错编码后的信号点信息变换为调制符号。实施方式4的解码电路2110A具有纠错解码电路2113，分布解匹配电路2111A根据由纠错解码电路2113进行纠错解码后的结果，使外部输入信息复原。在现有技术中，当在进行分布解匹配的信号中残存有错误时，无法进行解码，1个字量整体上错误。相对于此，在实施方式4的解码电路2110A中，即使在输入到分布解匹配电路2111A的信号中残存错误，也能够部分地解码。由此，能够修正残存于信号的错误。

实施方式5.

图13是示出实施方式5的编码电路1110B的结构的框图。在图13中，对与图9相同的构成要素附加相同的符号，省略详细的说明。在图8所示的光发送装置10中，不设置编码电路1110而设置编码电路1110B。图14是示出实施方式5的解码电路2110B的结构的框图。在图14中，对与图10相同的构成要素附加相同的符号，省略详细的说明。在图8所示的光接收装置11中，不设置解码电路2110而设置解码电路2110B。

编码电路1110B如图13所示具备分布匹配电路1111B、符号映射电路1112B、第2纠错编码电路1114、第1纠错编码电路1115。第1纠错编码电路1115对从外部输入的客户端信号或者帧信号进行任意的纠错编码，将编码后的比特输出到分布匹配电路1111B。将通过由第1纠错编码电路1115进行的纠错编码得到的纠错信息比特称为外码纠错信息比特。

分布匹配电路1111B对从第1纠错编码电路1115输入的信号进行实施方式1所示的分布匹配，将通过分布匹配得到的信号点信息输出到第2纠错编码电路1114。第2纠错编码电路1114对从分布匹配电路1111B输入的信号点信息进行系统的纠错编码，将纠错信息比特以及纠错校验比特输出到符号映射电路1112B。此外，将通过由第2纠错编码电路1114进行的纠错编码得到的纠错信息比特以及纠错校验比特称为内码纠错信息比特以及内码纠错校验比特。

符号映射电路1112B根据从第2纠错编码电路1114输入的内码纠错信息比特以及内码纠错校验比特，生成调制符号，输出到发送信号补偿处理电路1120。此时，在内码纠错校验比特的标记率成为0.5附近而无法进行概率整形的情况下，符号映射电路1112B作为控制调制符号的正负的极性的正负号比特而分配内码纠错校验比特。

解码电路2110B如图14所示具备分布解匹配电路2111B、符号解映射电路2112、第2纠错解码电路2114以及第1纠错解码电路2115。第2纠错解码电路2114对从符号解映射电路2112输入的信号进行纠错解码，将通过纠错解码得到的纠错信息比特输出到分布解匹配电路2111B。将通过由第2纠错解码电路2114进行的纠错解码得到的纠错信息比特称为内码纠错信息比特。

分布解匹配电路2111B对从第2纠错解码电路2114输入的内码纠错信息比特进行实施方式2所示的分布解匹配，将通过分布解匹配复原后的客户端信号或帧信号输出到第1纠错解码电路2115。第1纠错解码电路2115对从分布解匹配电路2111B输入的信号进行纠错解码，将得到的纠错信息比特作为复原后的客户端信号或者帧信号而输出到外部。将通过由第1纠错解码电路2115进行的纠错解码得到的纠错信息比特称为外码纠错信息比特。

如以上那样，实施方式5的编码电路1110B具有第1纠错编码电路1115和第2纠错编码电路1114。分布匹配电路1111B输入由第1纠错编码电路1115进行纠错编码后的外部输入信息，输出信号点信息，符号映射电路1112B将由第2纠错编码电路1114进行纠错编码后的信号点信息变换为调制符号。实施方式5的解码电路2110B具有第1纠错解码电路2115和第2纠错解码电路2114。分布解匹配电路2111B根据由第2纠错解码电路2114得到的内码纠错信息比特复原外部输入信息。由第1纠错解码电路2115对从分布解匹配电路2111B输出的外部输入信息进行纠错解码，外码纠错信息比特作为复原后的外部输入信息而输出到外部。

通过在从实施方式3至实施方式5为止所示的光传输系统中进行概率整形，能够针对不进行概率整形而实现相同的频率利用效率的信号，将为了得到通常的通信质量而所需的SNR降低例如0.3～1.1dB。

另外，分布匹配电路和分布解匹配电路所需的电路资源为小规模的LUT用的RAM或者ROM、延迟调整用的触发器以及选择器这样的资源，不需要需要比特精度的加法处理以及乘法处理。由此，也可以不并联安装多个运算电路，能够实现分布匹配电路的电路规模的降低和消耗电力的降低。另外，对于大容量光传输有用。

此外，本发明并不限定于上述实施方式，在本发明的范围内，能够进行实施方式各自的自由的组合或者实施方式各自的任意的构成要素的变形或实施方式各自中的任意的构成要素的省略。

工业上的可利用性

本发明的分布匹配电路能够降低电路规模，所以能够用于光传输系统的光发送装置。