星座の形成

コンステレーションシェーピングは、データシンボルの連続均一分布をチャネルに合わせて変更することで、振幅位相シフトキーイング(APSK) と従来の直交振幅変調(QAM)を改良したデジタル信号変調のエネルギー効率向上方法です。加法性白色ガウスノイズ (AWGN)によって破損したチャネルでは、送信電力のガウス分布に近づくことを目標に、低エネルギー信号を高エネルギー信号よりも頻繁に送信することを意味します。

デジタル信号変調では、情報ビットが搬送波の電磁波信号を所望の位相、周波数、振幅状態のセットに変調します。この許容状態のセットは星座と呼ばれます。通常、情報ビットが 0 になる確率は 1 になる確率と同じであり、星座のすべての状態が等しい確率で出現します。ただし、AWGN などのほとんどの実用的なチャネルを介した最適な伝送には、伝送シンボルの確率が等しくないことが必要です。^[1]

整形されたコンステレーション送信では、一部の信号の組み合わせをより頻繁に送信し、他の組み合わせをより低い頻度で送信することで、送信先での信号品質を最適化したり、より少ない送信エネルギーで同じ品質を維持したりします。

確率的星座形成

確率的星座形成は、ユーザーデータと星座シンボルへのマッパー間の分布マッチャーを適用することにより、確率質量関数を直接変更しようとする。これを実現する実用的な送信機と受信機のアーキテクチャは、で提案された。 ^{[2]この技術は、2016年9月に}ノキアベル研究所がドイツの都市間で1 Tbit/sのデータ伝送チャネルを動作させたときにさらに注目を集めた。 ^[3] 2016年10月、アルカテルルーセントとベル研究所は、実験室での試験で6,600 km（4,100マイル）のシングルモードファイバーで65 Tbit/sの伝送を達成したと主張した。^[4] 業界初の商用フィールド試験は、2018年に中国電信と華為技術によって完了した。^[5]

幾何学的な星座の形成

幾何学的コンステレーションシェーピングは、コンステレーション状態自体を最適化することで送信電力の分布を変更しようとします。AWGN チャネルでは、これは通常、振幅が小さい領域の周りにより多くのコンステレーションポイントを集め、振幅が大きい領域にはポイントを少なくすることを意味します。他の種類のチャネルでは、たとえば増幅器の効率の問題により、振幅が大きいポイントをすべてクリップする必要があります。注目すべき例としては、QAM よりも APSK コンステレーションが好まれる衛星リンクがあります。

幾何学的コンステレーションシェーピングの利点は、分布マッチャーが不要で、送信機と受信機でのデジタル信号処理が簡素化されることです。ただし、幾何学的コンステレーションシェーピングでは、通常、コンステレーションポイントのグレイコードラベル付けが許可されないため、パフォーマンスが低下します。したがって、確率的シェーピングは、幾何学的シェーピングよりもわずかに効果的です。

参考文献

^ Thomas M. Cover、Joy A. Thomas、Elements of Information Theory、第 2 版、ISBN 978-0-471-24195-9、2006年 7 月
^ G. Böcherer、F. Steiner、P. Schulte、「帯域幅効率が高く、レートが一致する低密度パリティチェック符号化変調」、IEEE Transactions on Communications、vol. 63、no. 12、pp. 4651-4665、2015 年 12 月、doi: 10.1109/TCOMM.2015.2494016。
^ 「光ファイバーは1秒あたり1テラビットを伝送」ミュンヘン工科大学。2016年9月16日。2016年9月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年9月23日閲覧。
^ ジェフリー・コリン（2016年10月13日）。「ノキアの超高速海底データケーブルが競争相手を圧倒」。newatlas.com 。 2016年10月14日閲覧。
^ Huawei 2018年11月21日、Partner Perspectives。「China TelecomとHuaweiが共同で、商用WDMネットワークにおける業界初のPCSベース200G/400G超長距離フィールドトライアルを完了」。Light Reading 。 2020年10月28日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)

外部リンク

Fehenberger, Tobias; Alvarado, Alex; Böcherer, Georg ; Hanik, Norbert (2016-06-13). 「非線形ファイバーチャネルの直交振幅変調の確率的シェーピングについて」。Journal of Lightwave Technology。34 ( 21): 5063。arXiv : 1606.04073。Bibcode : 2016JLwT ... 34.5063F。doi :10.1109/JLT.2016.2594271。S2CID 1509175 。
Buchali, Fred ; Böcherer, Georg; Idler, Wilfried; Schmalen, Laurent; Schulte, Patrick; Steiner, Fabian (2015-09-29). 「確率的に整形された 64-QAM による容量増加とレート適応の実験的実証」。arXiv : 1509.08836 [cs.IT]。
Xiang, Xingyu; Valenti, Matthew C (2012-10-17). 「APSK の容量とのギャップを埋める: 星座形成と次数分布」. arXiv : 1210.4831 [cs.IT].
Häger, Christian; Alexandre Graell i Amat; Alvarado, Alex; Agrell, Erik (2012-09-24). 「非線形位相ノイズのあるコヒーレント光チャネルの APSK コンステレーションの設計」. IEEE Transactions on Communications . 61 (8): 3362– 3373. arXiv : 1209.5221 . Bibcode :2012arXiv1209.5221H. doi :10.1109/TCOMM.2013.061913.120713. S2CID 14595512.
確率的シェーピングを用いた光コヒーレント伝送のシミュレーション
確率的星座形成の仕組みの説明

[1] Thomas M. Cover、Joy A. Thomas、Elements of Information Theory、第 2 版、ISBN 978-0-471-24195-9、2006年 7 月

[2] G. Böcherer、F. Steiner、P. Schulte、「帯域幅効率が高く、レートが一致する低密度パリティチェック符号化変調」、IEEE Transactions on Communications、vol. 63、no. 12、pp. 4651-4665、2015 年 12 月、doi: 10.1109/TCOMM.2015.2494016。

[3] 「光ファイバーは1秒あたり1テラビットを伝送」ミュンヘン工科大学。2016年9月16日。2016年9月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年9月23日閲覧。

[4] ジェフリー・コリン（2016年10月13日）。「ノキアの超高速海底データケーブルが競争相手を圧倒」。newatlas.com 。 2016年10月14日閲覧。

[5] Huawei 2018年11月21日、Partner Perspectives。「China TelecomとHuaweiが共同で、商用WDMネットワークにおける業界初のPCSベース200G/400G超長距離フィールドトライアルを完了」。Light Reading 。 2020年10月28日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)

星座の形成

確率的星座形成

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参考文献

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