CN109076040B - 相位补偿装置、相位补偿方法和通信装置 - Google Patents

相位补偿装置、相位补偿方法和通信装置 Download PDF

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Abstract

码元相位差补偿部(6)计算从接收信号提取出的已知模式与其真值的相位差即第1相位差，根据第1相位差进行针对接收信号的相位补偿。暂行判定部(12)对码元相位差补偿部(6)的输出信号进行暂行判定，求出相位估计值。相位差取得部(13)取得输出信号的相位与暂行判定部(12)求出的相位估计值的相位差即第2相位差。相位差补偿部(14)根据第2相位差进行针对输出信号的相位补偿。

Description

相位补偿装置、相位补偿方法和通信装置
技术领域
本发明涉及在数据通信中补偿相位变动的相位补偿装置、相位补偿方法和通信装置。
背景技术
在相关光通信中，在接收信号的频率与局部振荡光源的频率之间产生作为频率差的频率偏移(频率误差)。此外，由于非线性光学效应、光纤的振动等，在接收信号中产生相位噪声等相位变动。
与此相对，提出有在对输入信号进行n次方并去除相位项(基于调制的相位变化)之后检测频率误差并反馈到输入侧来补偿频率偏移的技术(例如，参照专利文献1)。但是，频率偏移能够以一定程度进行补偿，但相位噪声会有较多残留。
此外，提出有以根据振幅所设定的阈值对接收信号进行暂行判定并补偿原来的相位与接收信号的相位之差的技术(例如，参照专利文献2)。但是，如果仅是暂行判定，则相位噪声补偿的精度低，因此，通过对频率误差或在计算中途出现的相位误差进行反馈来减少暂行判定前的相位变动，提高了精度。
此外，提出有从接收信号提取在发送侧插入的已知模式(pattern)，检测原来的相位与接收信号的相位之差来补偿相位噪声的技术(例如，参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-76727号公报
专利文献2：日本特开2014-175991号公报
专利文献3：日本特开2014-155194号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，即使利用现有技术进行相位噪声补偿，也具有相位变动无法去除干净而残留的问题。此外，反馈结构需要高速的频率/相位控制的性能，因此难以实现。
本发明正是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于获得一种能够在不使用反馈结构的情况下提高相位变动补偿的精度的相位补偿装置、相位补偿方法和通信装置。
用于解决问题的手段
本发明的相位补偿装置的特征在于，具有：码元相位差补偿部，其计算从接收信号提取出的已知模式与其真值的相位差即第1相位差，根据所述第1相位差进行针对所述接收信号的相位补偿；暂行判定部，其对所述码元相位差补偿部的输出信号进行暂行判定，求出相位估计值；第1相位差取得部，其取得所述输出信号的相位与所述暂行判定部求出的所述相位估计值的相位差即第2相位差；以及第1相位差补偿部，其根据所述第2相位差进行针对所述输出信号的相位补偿。
发明效果
根据本发明，能够在不使用反馈结构的情况下，提高相位变动补偿的精度。
附图说明
图1是示出本发明实施方式1的通信装置的图。
图2是示出本发明实施方式1的相位补偿装置的图。
图3是示出本发明实施方式2的相位补偿装置的图。
图4是在星座图上描绘码元(symbol)相位差补偿部的输出信号的图。
图5是示出本发明实施方式2的暂行判定部设定的多个阈值区域的图。
图6是示出比较例的暂行判定部设定的多个阈值区域的图。
图7是说明基于阈值线的判定的图。
图8是示出本发明实施方式3的相位补偿装置的图。
具体实施方式
参照附图，对本发明实施方式的相位补偿装置、相位补偿方法和通信装置进行说明。有时对相同或对应的结构要素标注相同标号，并省略重复说明。
实施方式1.
图1是示出本发明实施方式1的通信装置的图。该通信装置是接收从发送侧发送的光信号的数字相关光接收器。
局部振荡光源1(Local Oscillator)是对与光信号相同频率的激光进行振荡的光源。但是，由于局部振荡光源1的个体差等，在光信号的频率与局部振荡光源1的输出光的频率之间存在频率差。
光相位混合器2将光信号和从局部振荡光源1输出的局部光混合，生成相互正交的1组光信号。1组光信号中的一方通过对光信号与局部光进行合成而获得，称作I(In-phase，同相)成分的光信号。1组光信号中的另一方能够通过对光信号与将局部光的相位旋转90度后得到的激光进行合成而获得，称作Q(Quadrature-phase，正交相)成分的光信号。
光电转换部3将1组光信号转换为1组模拟电信号。即，光电转换部3将I成分的光信号和Q成分的光信号分别转换为I成分的电信号和Q成分的电信号。
AD(Analog to Digital：模拟-数字)转换部4通过以规定的采样频率对1组模拟电信号进行采样而将其转换为1组数字电信号。即，AD转换部4将I成分的模拟电信号和Q成分的模拟电信号分别转换为I成分的数字电信号和Q成分的数字电信号。
数字信号处理部5通过对从AD转换部4输出的数字电信号进行数字信号处理，对发送数据进行恢复(解调)。数字信号处理部5具有以下进行说明的相位补偿装置。
图2是示出本发明实施方式1的相位补偿装置的图。在光信号中，在发送侧针对数据信号以固定间隔插入有已知模式。这具有在比较短的周期中插入1个码元或者多个码元的特征。但是，在相同时刻同时插入到同时发送的多个数据串(物理通道(physical lane))中。例如，针对几十个码元各插入1个码元。以下，将其称作“短周期/短已知模式”。因此，在作为与光信号对应的数字电信号的接收信号中也插入有短周期/短已知模式。码元相位差补偿部6计算从接收信号提取出的短周期/短已知模式与其真值的相位差即第1相位差，根据第1相位差进行针对接收信号的相位补偿。
在码元相位差补偿部6中，已知模式提取部7提取插入到接收信号中的短周期/短已知模式。在参考信号存储部8中预先存储有在发送侧插入到数据信号中的短周期/短已知模式的真值，作为参考信号。参考信号具有短周期/短已知模式原本能够取得的相位。相位差取得部9取得已知模式提取部7提取出的短周期/短已知模式与参考信号的相位差即第1相位差。相位差补偿部10根据第1相位差进行针对接收信号的相位补偿。例如，使接收信号相位旋转第1相位差。不限于此，也可以进行电场信息的运算，通过电场向量的乘法来补偿第1相位差。
码元相位差补偿部6的输出信号输入到暂行判定相位补偿部11。在暂行判定相位补偿部11中，暂行判定部12对码元相位差补偿部6的输出信号进行暂行判定，求出相位估计值(原本应取得的相位)。相位差取得部13取得码元相位差补偿部6的输出信号的相位与暂行判定部12求出的相位估计值的相位差即第2相位差。相位差补偿部14根据第2相位差进行针对码元相位差补偿部6的输出信号的相位补偿。
如以上所说明那样，在本实施方式中，在码元相位差补偿部6的后级配置有暂行判定相位补偿部11，因此，能够利用暂行判定相位补偿部11去除无法由码元相位差补偿部6完全补偿的相位噪声。而且，码元相位差补偿部6和暂行判定相位补偿部11均是简单的前馈结构。并且，可利用码元相位差补偿部6去除相位噪声的大部分，因此，也无需在暂行判定之前对相位误差进行反馈。因此，能够在不使用复杂的反馈结构的情况下，提高相位变动补偿的精度。
实施方式2.
图3是示出本发明实施方式2的相位补偿装置的图。图4是在星座图上描绘码元相位差补偿部的输出信号的图。另外，星座图也称作信号空间图，是在复平面上表现数字调制信号的图。
旋转折叠部15针对码元相位差补偿部6的输出信号，将全部象限的信号折叠到第1象限。即，位于第1象限的信号保持不变，位于第2象限的信号旋转-π/2，折叠到第1象限，位于第3象限的信号旋转-π，折叠到第1象限，位于第4象限的信号旋转+π/2(＝-3π/2)，折叠到第1象限。然后，暂行判定部12和相位差取得部13对由旋转折叠部15折叠后的输出信号进行处理。由此，能够减少电路规模。另外，在本例子中示出了向第1象限的折叠，但不限于此，也能够通过使位于其它象限的信号旋转并折叠到第1至第4象限中的任意1个象限而获得相同的效果。
暂行判定部12针对星座图上的多个阈值区域分别设定相位估计值，求出与包含有码元相位差补偿部6的输出信号的阈值区域对应的相位估计值。
图5是示出本发明实施方式2的暂行判定部设定的多个阈值区域的图。图6是示出比较例的暂行判定部设定的多个阈值区域的图。在比较例中，多个阈值区域全部为相同的四边形，配置成网眼状。与此相对，在本实施方式中，多个阈值区域具有第1阈值区域16以及第2阈值区域17，所述第2阈值区域与振幅比和第1阈值区域16对应的信号大的信号对应。与比较例同样，第1阈值区域16全部为相同的四边形，配置成网眼状。另一方面，第2阈值区域17相比第1阈值区域16在相位旋转方向上延伸。振幅越大，码元相位差补偿部6的输出信号越在相位旋转方向上扩展分布，因此，通过如本实施方式那样设定阈值区域，能够减少错误判定。因此，不容易进行错误的相位补偿，能够减少相位补偿误差。
在相位差取得部13中，复共轭部18计算折叠到第1象限后的信号的复共轭。乘法部19通过对该复共轭与暂行判定部12输出的信号进行相乘，可计算具有这些信号的相位差的电场信息的复信号。而且，在平均化部20取几个码元的平均之后，振幅标准化部21将振幅标准化为1。这是为了使得不由相位差补偿部14对码元相位差补偿部6的输出信号的振幅产生影响。
相位差补偿部14将标准化后的复信号乘以码元相位差补偿部6的输出信号。由此，能够针对带有相位噪声的残留量的输出信号补偿相位变动。
另外，作为平均化部20进行的平均化，可以使用按照每几个码元取移动平均的方法、按照每个块取平均化的块平均化的方法。此外，还可以使用将如按照每半块取移动平均的块平均化和插值功能组合的方法。
通过旋转折叠而折叠到第1象限，由此，能够将阈值判定的条件数削减为1/4，因此，具有能够削减电路规模的优点。但是，还能够省略旋转折叠部15。在该情况下，在全部象限中设定暂行判定阈值，进行暂行判定，由此，获得相位估计值。通过按照每个象限单独地设定暂行判定阈值，有时在IQ平面上具有特定的失真的情况下，能够按照每个象限对暂行判定阈值进行优化，能够提高性能。最佳的暂行判定阈值根据调制方式多值度、白噪声量、相位噪声量等而发生变化。因此，通过采用能够设定暂行判定阈值的可变电路结构，能够选择最佳的暂行判定阈值，能够减少相位估计误差，从而能够提高性能。此外，采用设定暂行判定阈值的可变电路结构，并且，采用从暂行判定部输出的发送侧的理想IQ映射位置也是设定可变的电路结构，由此，能够通过相同的电路结构估计不同调制方式的载波相位。在阈值判定中，能够通过用I、Q轴上的阈值线表示阈值，进行判定。
图7是说明基于阈值线的判定的图。各判定区域对应于与发送侧的映射对应的64点的星座图。该图示出了第1象限中的判定区域，并示出了I＝1/8、3/8、5/8、7/8、Q＝1/8、3/8、5/8、7/8的坐标的星座图的判定区域。例如，考虑接收到(I、Q)＝(0.8、0.9)作为接收信号的情况。在该情况下，首先，调查接收信号是否进入星座图(5/8、7/8)的判定区域。该情况下的阈值线用0＝An＊I+Bn＊Q+Cn(n＝1～4)表示。如果对该式进行变形，则成为Q＝－An/Bn＊I－Cn/Bn，在IQ平面上表示直线。特别是，在设为Bn＝0的情况下，能够表示与Q轴平行的直线，在设为An＝0的情况下，能够表示与I轴平行的直线。通过对将接收到的I值输入到上述式中并由此获得的Q值与实际接收到的Q值进行比较，能够较容易地判定存在于哪一个阈值线。另外，通过设定通过点、斜率，能够较容易地求出阈值线的变量An、Bn、Cn。例如，n＝1的阈值线示出了设定为A1＝1、B1＝1、C1＝－15/8，成为A1＊0.8+B1＊0.9+C1＝－0.175<0，接收信号位于比该阈值线靠下方的位置。n＝2的阈值线中，示出了设定为A2＝5/12、B2＝7/12、C2＝－5/12(3/8+5/8)/2－7/12(7/8+7/8)/2，成为A2＊0.8+B2＊0.9+C2＝0.139583＞0，接收信号位于比该阈值线靠上方的位置。这里，将上述阈值线中的系数C2设定成作为通过点为(3/8，7/8)与(5/8，7/8)的中间点。并且，n＝3的阈值线示出了设定为A3＝－1、B3＝1、C3＝0，成为A3＊0.8+B3＊0.9+C3＝0.1＞0，接收信号位于比该阈值线靠上方的位置。n＝4的阈值线示出了设定为A4＝1、B4＝0、C4＝0，成为I＝0.8＞0，接收信号位于比该阈值线靠正侧的位置。
综上所述，能够判断为接收信号(0.8、0.9)位于星座图(5/8、7/8)的判定区域且是与(5/8、7/8)对应的数据。上述示出了阈值线为直线的情况，但当然还能够用2次曲线表示。另外，如果上述变量A和B还能够设为可变，并且能够从外部设定，则能够与接收状况对应地变更阈值。
实施方式3.
图8是示出本发明实施方式3的相位补偿装置的图。到乘法部19计算复信号为止的结构与实施方式2相同。旋转角度计算部22根据复信号计算与第2相位差△Φ对应的旋转角度。然后，在平均化部20取数个码元的平均之后，由指数表达式部23用指数表达式EXPj(△Φ)来表示。
相位差补偿部14对利用指数表达式表示的旋转角度乘以码元相位差补偿部6的输出信号。由此，能够针对带有相位噪声的残留量的输出信号补偿相位变动。
另外，也可以通过将用于实现实施方式1～3的相位补偿装置的功能的程序记录到计算机可读取的记录介质中，使计算机系统或者可编程的逻辑器件读入并执行该记录介质所记录的程序，进行相位补偿。此外，假设此处所说的“计算机系统”包含OS和周边设备等硬件。此外，“计算机系统”还包含具有主页提供环境(或显示环境)的WWW系统。此外，“计算机可读取的记录介质”是指软盘、磁光盘、ROM、CD-ROM等可移动介质，内置在计算机系统中的硬盘等存储装置。并且，“计算机可读取的记录介质”还包含在一定时间内保持程序的介质，比如经由互联网等网络或电话线路等通信线路发送了程序时的作为服务器或客户端的计算机系统内部的易失性存储器(RAM)。此外，上述程序可以从将该程序存储到了存储装置等的计算机系统经由传输介质或通过传输介质中的传输波传输到其他计算机系统。这里，传输程序的“传输介质”是如互联网等网络(通信网)或电话线路等通信线路(通信线)那样具有传输信息的功能的介质。此外，上述程序也可以是用于实现上述功能的一部分的程序。并且，也可以是能够通过与已经记录在计算机系统中的程序的组合实现上述功能的、所谓差分文件(差分程序)。
标号说明
6：码元相位差补偿部；7：已知模式提取部；8：参考信号存储部；9、13：相位差取得部；10、14：相位差补偿部；12：暂行判定部；15：旋转折叠部。

Claims (7)

1.一种相位补偿装置，其特征在于，具有：
码元相位差补偿部，其计算从接收信号提取出的已知模式与其真值之间的相位差即第1相位差，根据所述第1相位差进行针对所述接收信号的相位补偿；
暂行判定部，其对所述码元相位差补偿部的输出信号进行暂行判定，求出相位估计值；
第1相位差取得部，其取得所述输出信号的相位与所述暂行判定部求出的所述相位估计值之间的相位差即第2相位差；以及
第1相位差补偿部，其根据所述第2相位差进行针对所述输出信号的相位补偿，
所述暂行判定部针对星座图上的多个阈值区域分别设定相位估计值，求出与包含有所述输出信号的阈值区域对应的相位估计值，
所述多个阈值区域有第1阈值区域以及第2阈值区域，所述第2阈值区域与振幅比和所述第1阈值区域对应的信号大的信号对应，
所述第2阈值区域与所述第1阈值区域相比在相位旋转方向上伸展，
所述第1阈值区域和所述第2阈值区域利用IQ平面上的直线所示的阈值线来表示。
2.根据权利要求1所述的相位补偿装置，其特征在于，
所述码元相位差补偿部具有：
已知模式提取部，其提取插入到所述接收信号中的所述已知模式；
参考信号存储部，其存储有所述已知模式的真值作为参考信号；
第2相位差取得部，其取得所述已知模式提取部提取出的所述已知模式与所述参考信号之间的相位差即所述第1相位差；以及
第2相位差补偿部，其根据所述第1相位差进行针对所述接收信号的相位补偿。
3.根据权利要求1或2所述的相位补偿装置，其特征在于，
该相位补偿装置还具有旋转折叠部，该旋转折叠部针对所述码元相位差补偿部的所述输出信号，使位于其它象限的信号旋转而折叠到星座图上的第1象限至第4象限中的任意1个象限，
所述暂行判定部和第1相位差取得部对由所述旋转折叠部折叠后的所述输出信号进行处理。
4.根据权利要求1或2所述的相位补偿装置，其特征在于，
所述第1相位差取得部计算所述输出信号的复共轭，对所述复共轭与所述暂行判定部输出的信号进行相乘，由此计算电场信息信号，根据所述电场信息信号取得所述第2相位差。
5.根据权利要求1或2所述的相位补偿装置，其特征在于，
所述第1相位差取得部计算所述输出信号的复共轭，对所述复共轭与所述暂行判定部输出的信号进行相乘，由此计算电场信息信号，根据所述电场信息信号计算旋转角度，由所述旋转角度取得所述第2相位差。
6.一种由相位补偿装置进行的相位补偿方法，该相位补偿方法的特征在于，具有以下步骤：
计算从接收信号提取出的已知模式与其真值之间的相位差即第1相位差，根据所述第1相位差进行针对所述接收信号的相位补偿，获得输出信号；
针对星座图上的多个阈值区域分别设定相位估计值，求出与包含有所述输出信号的阈值区域对应的相位估计值；取得所述输出信号的相位与所述相位估计值之间的第2相位差；以及
根据所述第2相位差进行针对所述输出信号的相位补偿，
所述多个阈值区域有第1阈值区域以及第2阈值区域，所述第2阈值区域与振幅比和所述第1阈值区域对应的信号大的信号对应，
所述第2阈值区域与所述第1阈值区域相比在相位旋转方向上伸展，
所述第1阈值区域和所述第2阈值区域利用IQ平面上的直线所示的阈值线来表示。
7.一种通信装置，其特征在于，具有：
光电转换部，其将光信号转换为模拟电信号；
AD转换部，其将所述模拟电信号转换为作为数字电信号的所述接收信号；以及
权利要求1或2所述的相位补偿装置，其进行针对所述接收信号的相位补偿。
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