JP2010268404A - Digital signal processing circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve signal quality by following updating of a tap coefficient of an FIR (Finite Impulse Response) filter with respect to high-speed carrier frequency/phase variation and polarization variation. <P>SOLUTION: A frame synchronizing clock section 11 outputs a frame synchronizing clock synchronized with an arrival time timing of a known pattern portion included in a received signal. The FIR filter 14 prepares a signal obtained by giving different delay amounts to received signals, multiplies the delayed signals by a certain tap coefficient and adds results. A subtracting section 12 compares an equalized output pattern output from the FIR filter 14 with a known pattern stored in a receiving section and calculates an error therebetween. An FIR tap coefficient control section 13 uses the frame synchronizing clock to operate in the known pattern portion and controls the FIR tap coefficient of the FIR filter 14 so as to minimize an error amount output from the subtracting section 12. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、デジタル信号処理回路に関する。   The present invention relates to a digital signal processing circuit.

光伝送システムの大容量化が望まれており、そこでは従来システムの伝送距離を維持しつつ、伝送容量の増大を実現することが必要となる。現在、光ファイバの伝送可能な帯域はほぼ限界近くまで使用されており、同じ伝送帯域でさらに多くの情報を伝達できる周波数利用効率の高い伝送方式が望まれている。
偏波多重方式は、周波数利用効率を2倍にできる有望な手法である。受信端では、光ファイバ伝送中に偏波が回転するため、受信端においてこの偏波を分離する方法として、デジタル信号処理を用いた偏波分離を行う方法がある。そこでは、FIR(Finite Impulse Response;適応等化)フィルタを用いて受信した2つの直交成分を合成することで、多重された2つの偏波成分を分離することが可能である(非特許文献1、2)。また、このFIRフィルタは、波長分散の残留成分、キャリア位相ずれ、偏波モード分散など信号歪み要因を補償する役割も担っている。FIRフィルタの最適なタップ係数を推定する方法として、ブラインド推定法と既知信号を用いて推定する方法がある。既知信号を用いて推定する方法では、既知信号と受信信号との誤差が最小になるように、LMS(Least Mean Square:最小平均二乗)などのアルゴリズムを用いてフィルタタップ係数を推定する。
It is desired to increase the capacity of an optical transmission system, and it is necessary to increase the transmission capacity while maintaining the transmission distance of the conventional system. Currently, the transmittable bandwidth of an optical fiber is used almost to the limit, and a transmission method with high frequency utilization efficiency that can transmit more information in the same transmission bandwidth is desired.
The polarization multiplexing method is a promising method that can double the frequency utilization efficiency. Since the polarization rotates at the reception end during optical fiber transmission, there is a method of performing polarization separation using digital signal processing as a method of separating the polarization at the reception end. There, it is possible to separate two multiplexed polarization components by synthesizing two orthogonal components received using a FIR (Finite Impulse Response) filter (Non-Patent Document 1). 2). The FIR filter also plays a role of compensating for signal distortion factors such as residual components of chromatic dispersion, carrier phase shift, and polarization mode dispersion. As a method for estimating the optimum tap coefficient of the FIR filter, there are a blind estimation method and a method using a known signal. In the estimation method using the known signal, the filter tap coefficient is estimated using an algorithm such as LMS (Least Mean Square) so that the error between the known signal and the received signal is minimized.

H.Masuda、外13名、”No-Guard-Interval Coherent OFDM Transmission over 6,248km using SNR Maximized Second-order DRA in the Extended L-band”、[online]、Optical Society of America、[平成21年5月12日検索]、インターネット〈URL: http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=NFOEC-2009-PDPB5〉H. Masuda, 13 others, “No-Guard-Interval Coherent OFDM Transmission over 6,248km using SNR Maximized Second-order DRA in the Extended L-band”, [online], Optical Society of America, [May 2009 12 days search], Internet <URL: http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=NFOEC-2009-PDPB5> Jianjun Yu、外2名、”Polarization insensitive wavelength conversion for 4×112Gbit/s polarization multiplexing RZ-QPSK signals”、[online]、Optical Society of America、[平成21年5月12日検索]、インターネット〈URL: http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-16-26-21161〉Jianjun Yu, 2 others, “Polarization insensitive wavelength conversion for 4 × 112 Gbit / s polarization multiplexing RZ-QPSK signals”, [online], Optical Society of America, [Search May 12, 2009], Internet <URL: http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-16-26-21161>

ところで、光通信では送信側と受信側に別々のレーザを用いており、その2つのレーザはそれぞれ独立に動作している。レーザの発振周波数は制御されているものの、その周波数には数GHz程度のずれがあり、また時間変動する。また、レーザの発振周波数は、共振モードの競合などによりホップする場合もある。また、周波数制御のために意図的にディザリングを掛ける方式もある。このように、キャリア周波数・位相は高速に時間変動する。また、偏波の急激な変動も想定される。
しかしながら、従来技術においては、このような高速なキャリア周波数・位相変動、偏波変動に対して、FIRフィルタのタップ係数の更新を追従させることができず、信号品質が低下するという欠点があった。
By the way, in the optical communication, separate lasers are used on the transmission side and the reception side, and the two lasers operate independently of each other. Although the oscillation frequency of the laser is controlled, the frequency has a deviation of about several GHz and fluctuates with time. The laser oscillation frequency may hop due to resonance mode competition or the like. There is also a method of intentionally dithering for frequency control. Thus, the carrier frequency / phase varies with time at high speed. Also, sudden fluctuations in polarization are assumed.
However, the conventional technique has a drawback in that the update of the tap coefficient of the FIR filter cannot follow the high-speed carrier frequency / phase fluctuation and polarization fluctuation, and the signal quality is lowered. .

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速なキャリア周波数・位相変動、偏波変動に対して、FIRフィルタのタップ係数の更新を追従させることができ、信号品質を向上させることができるデジタル信号処理回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to allow the update of the tap coefficient of the FIR filter to follow high-speed carrier frequency / phase fluctuation and polarization fluctuation, thereby improving the signal quality. It is an object of the present invention to provide a digital signal processing circuit that can improve the performance.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明は、光ファイバ伝送システムにおいて利用される受信器におけるデジタル信号処理回路であって、前記デジタル信号処理回路は、局発光を用いて、入力された信号光の光電界を直交する成分に分離してコヒーレント受信し、前記直交する成分の時間波形を入力とし、デジタル演算を用いて受信データを復調し、受信信号に含まれる既知パターン部分の到来時間タイミングに同期したフレーム同期クロックを出力するフレーム同期クロック部と、前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンを比較して、その誤差を算出する減算器と、前記フレーム同期クロックを用いることで既知パターン部分において動作し、前記減算器から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路である。   The present invention has been made to solve the above problems, and the present invention is a digital signal processing circuit in a receiver used in an optical fiber transmission system, wherein the digital signal processing circuit emits local light. The received signal light is separated into orthogonal components and coherently received, the time waveform of the orthogonal components is input, the received data is demodulated using digital arithmetic, and is included in the received signal Prepare a frame synchronization clock unit that outputs a frame synchronization clock that is synchronized with the arrival time timing of the known pattern part, and a signal with a different amount of delay applied to the received signal, and multiply each delayed signal by a tap coefficient. The adaptive equalization filter to be added, the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter, and the reception unit stored in the The adaptive equalization is performed so that a subtractor that compares patterns and calculates an error thereof, and operates in a known pattern portion by using the frame synchronization clock, and an error amount output from the subtractor is minimized. And an adaptive equalization tap coefficient control unit that controls the tap coefficient of the filter.

また、本発明は、光ファイバ伝送システムにおいて利用される受信器におけるデジタル信号処理回路であって、前記デジタル信号処理回路は、局発光を用いて、入力された信号光の光電界を直交する成分に分離してコヒーレント受信し、前記直交する成分の時間波形を入力とし、デジタル演算を用いて受信データを復調し、受信信号に含まれる既知パターン部分の到来時間タイミングに同期したフレーム同期クロックを検出して、出力するフレーム同期クロック部と、前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、前記適応等化フィルタから出力されるデータを入力して、デジタル判定後のパターンを出力する識別判定部と、前記フレーム同期クロックを用いることで、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、受信部で記憶している既知パターンを目標パターンとして出力し、それ以外の時間部分では前記識別判定部から出力される判定後パターンを目標パターンとして出力するスイッチ部と、前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、前記スイッチ部から出力される目標パターンとの誤差を算出する減算器と、前記減算器から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路である。   The present invention is also a digital signal processing circuit in a receiver used in an optical fiber transmission system, wherein the digital signal processing circuit uses local light to orthogonally cross the optical electric field of input signal light. The received signal is coherently received, the time waveform of the orthogonal component is input, the received data is demodulated using digital calculation, and the frame synchronization clock synchronized with the arrival time timing of the known pattern part included in the received signal is detected A frame synchronization clock unit to output, and an adaptive equalization filter that prepares a signal having a different delay amount to the received signal, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds An identification determination unit that inputs data output from the adaptive equalization filter and outputs a pattern after digital determination; and the frame synchronization clock When a known pattern of the received signal arrives, a known pattern stored in the receiving unit is output as a target pattern, and a determination output from the identification determining unit at other time portions. A switch unit that outputs a post-pattern as a target pattern; a subtractor that calculates an error between an equalized output pattern output from the adaptive equalization filter and a target pattern output from the switch unit; and the subtraction A digital signal processing circuit comprising: an adaptive equalization tap coefficient control unit that controls tap coefficients of the adaptive equalization filter so that an error amount output from the detector is minimized.

また、本発明は、光ファイバ伝送システムにおいて利用される受信器におけるデジタル信号処理回路であって、前記デジタル信号処理回路は、局発光を用いて、入力された信号光の光電界を直交する成分に分離してコヒーレント受信し、前記直交する成分の時間波形を入力とし、デジタル演算を用いて受信データを復調し、受信信号に含まれる既知パターン部分の到来時間タイミングに同期したフレーム同期クロックを検出して、出力するフレーム同期クロック部と、前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、前記適応等化フィルタから出力されるデータを入力して、デジタル判定後のパターンを出力する識別判定部と、前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンとの誤差を算出する第一の減算器と、前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、前記識別判定部から出力される判定後パターンとの誤差を算出する第二の減算器と、前記フレーム同期クロックを用いることで、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、第一の減算器からの誤差を、それ以外の時間部分では第二の減算器から出力される誤差を出力するスイッチ部と、前記スイッチ部から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路である。   The present invention is also a digital signal processing circuit in a receiver used in an optical fiber transmission system, wherein the digital signal processing circuit uses local light to orthogonally cross the optical electric field of input signal light. The received signal is coherently received, the time waveform of the orthogonal component is input, the received data is demodulated using digital calculation, and the frame synchronization clock synchronized with the arrival time timing of the known pattern part included in the received signal is detected A frame synchronization clock unit to output, and an adaptive equalization filter that prepares a signal having a different delay amount to the received signal, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds An identification determination unit that inputs data output from the adaptive equalization filter and outputs a pattern after digital determination; and the adaptive equalization filter A first subtractor for calculating an error between the output pattern after equalization output from and a known pattern stored in the receiver, and an output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter, By using the second subtractor that calculates an error from the post-determination pattern output from the identification determination unit and the frame synchronization clock, the first subtraction is performed in the time portion where the known pattern of the received signal arrives The adaptive equalization filter so that the error amount output from the switch unit is minimized, and the switch unit that outputs the error output from the second subtractor in the other time portion, and the error amount output from the switch unit And an adaptive equalization tap coefficient control unit that controls the tap coefficient of the digital signal processing circuit.

また、本発明は、上記のデジタル信号処理回路であって、前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンなどの目標パターンとの誤差を算出する減算器と、前記減算器から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、前記適応等化フィルタに入力される受信信号の周波数ずれを補正するための周波数補償部と、前記適応等化タップ係数制御部から出力されるタップ係数から前記局発光と送信信号のキャリア周波数差を算出し、周波数補償部で与える周波数補償量を算出する周波数オフセット量算出部と、を備えることを特徴とする。   In addition, the present invention provides the above-described digital signal processing circuit, in which a signal with a different delay amount is prepared for the received signal, and a tap coefficient is added to each delayed signal and added. Output from the equalization filter, an output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter, and a target pattern such as a known pattern stored in the receiver, and output from the subtractor An adaptive equalization tap coefficient control unit for controlling the tap coefficient of the adaptive equalization filter, and a frequency for correcting the frequency shift of the received signal input to the adaptive equalization filter so that the error amount is minimized. The carrier frequency difference between the local light and the transmission signal is calculated from the tap coefficient output from the compensation unit and the adaptive equalization tap coefficient control unit, and the frequency compensation amount given by the frequency compensation unit is calculated Characterized in that it comprises a wavenumber offset amount calculating section.

また、本発明は、上記のデジタル信号処理回路であって、前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンなどの目標パターンとの誤差を算出する減算器と、前記減算器から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、前記適応等化フィルタに入力される受信信号の周波数ずれを補正するための周波数補償部と、前記目標パターンと適応等化フィルタ出力を比較して、誤差を算出し、タップ係数、及び周波数補償部の入力信号を用いて、前記誤差が最小になるように、周波数補償量を制御する周波数補償量制御部と、を備えることを特徴とする。   In addition, the present invention provides the above-described digital signal processing circuit, in which a signal with a different delay amount is prepared for the received signal, and a tap coefficient is added to each delayed signal and added. Output from the equalization filter, an output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter, and a target pattern such as a known pattern stored in the receiver, and output from the subtractor An adaptive equalization tap coefficient control unit for controlling the tap coefficient of the adaptive equalization filter, and a frequency for correcting the frequency shift of the received signal input to the adaptive equalization filter so that the error amount is minimized. Compensating unit, comparing the target pattern with the adaptive equalization filter output, calculating the error, and using the tap coefficient and the input signal of the frequency compensating unit, the frequency is such that the error is minimized. A frequency compensation amount controller for controlling the 償量, characterized in that it comprises a.

また、本発明は、上記のデジタル信号処理回路であって、前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンなどの目標パターンとの誤差を算出する減算器と、前記減算器から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、前記適応等化フィルタに入力される受信信号の周波数ずれを補正するための周波数補償部と、適応等化フィルタ出力パターンから局発光と送信レーザの位相ずれ量を推定するキャリア位相推定部と、前記キャリア位相推定部から出力される位相ずれ量の時間変化から前記局発光と送信レーザ光の周波数ずれ量を算出し、そのずれが小さくなるように前記周波数補償部の補償量を制御する周波数補償量制御部と、前記キャリア位相推定部から出力される位相ずれ量を用いて、前記適応等化フィルタからの出力信号の位相を補償する位相補償部と、を備えることを特徴とする。   In addition, the present invention provides the above-described digital signal processing circuit, in which a signal with a different delay amount is prepared for the received signal, and a tap coefficient is added to each delayed signal and added. Output from the equalization filter, an output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter, and a target pattern such as a known pattern stored in the receiver, and output from the subtractor An adaptive equalization tap coefficient control unit for controlling the tap coefficient of the adaptive equalization filter, and a frequency for correcting the frequency shift of the received signal input to the adaptive equalization filter so that the error amount is minimized. A compensation unit, a carrier phase estimation unit for estimating a phase shift amount of the local light and the transmission laser from the adaptive equalization filter output pattern, and a time of the phase shift amount output from the carrier phase estimation unit The frequency deviation amount between the local light and the transmitted laser light is calculated from the calculation, and the frequency compensation amount control unit that controls the compensation amount of the frequency compensation unit so that the deviation is reduced, and is output from the carrier phase estimation unit And a phase compensation unit that compensates the phase of the output signal from the adaptive equalization filter using a phase shift amount.

また、本発明は、光ファイバ伝送システムにおいて利用される受信器におけるデジタル信号処理回路であって、前記デジタル信号処理回路は、局発光を用いて、入力された信号光の光電界を直交する成分に分離してコヒーレント受信し、前記直交する成分の時間波形を入力とし、デジタル演算を用いて受信データを復調し、前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する第一の適応等化フィルタと、前記第一の適応等化フィルタからの出力信号の振幅が一定になるように前記第一の適応等化フィルタのタップ係数を制御する第一の適応等化タップ係数制御部と、前記第一の適応等化フィルタからの出力を用いて、前記局発光と送信レーザ光のキャリア位相ずれ量を推定するキャリア位相推定部と、前記受信信号にキャリア位相推定部から出力される位相ずれ量を用いて、受信信号のキャリア位相ずれ量を補償する位相補償部と、前記位相補償部からの出力信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する第二の適応等化フィルタと、
前記第二の適応等化フィルタからの出力信号と、受信部で記憶している既知の目標パターンとの誤差が最小になるように前記第二の適応等化フィルタのタップ係数を制御する第二の適応等化タップ係数制御部と、を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路である。
The present invention is also a digital signal processing circuit in a receiver used in an optical fiber transmission system, wherein the digital signal processing circuit uses local light to orthogonally cross the optical electric field of input signal light. And receiving the time waveform of the orthogonal components, demodulating the received data using digital computation, preparing signals with different delay amounts to the received signal, and receiving the respective delays The first adaptive equalization filter to be multiplied by a tap coefficient and added, and the first adaptive equalization filter so that the amplitude of the output signal from the first adaptive equalization filter is constant. Estimate the carrier phase shift amount of the local light and the transmitted laser light using the output from the first adaptive equalization tap coefficient control unit for controlling the tap coefficient and the first adaptive equalization filter. Carrier phase estimation unit, a phase compensation unit for compensating the carrier phase shift amount of the received signal using the phase shift amount output from the carrier phase estimation unit to the received signal, and an output signal from the phase compensation unit A second adaptive equalization filter that prepares signals with different delay amounts, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds them,
A second controller that controls the tap coefficient of the second adaptive equalization filter so that the error between the output signal from the second adaptive equalization filter and the known target pattern stored in the receiving unit is minimized. And an adaptive equalization tap coefficient control unit of the digital signal processing circuit.

また、本発明は、上記のデジタル信号処理回路であって、前記位相補償部への入力される信号パターンの到来時間と、前記キャリア位相推定部が出力する位相ずれ量が適応できる信号パターンの到来時間が一致するように、遅延量をあたえる遅延部を備えることを特徴とする。   The present invention is the above digital signal processing circuit, wherein the arrival time of the signal pattern to which the arrival time of the signal pattern input to the phase compensation unit and the phase shift amount output from the carrier phase estimation unit can be adapted is provided. A delay unit is provided that provides a delay amount so that the times coincide.

また、本発明は、上記のデジタル信号処理回路であって、受信信号に含まれる既知パターン部分の到来時間タイミングに同期したフレーム同期クロックを検出して、出力するフレーム同期クロック部と、前記フレーム同期クロック部から出力されるフレーム同期クロックを用いることで、既知パターン部分においてのみ前記第二の適応等化フィルタタップ係数を更新するように制御することを特徴とする第二の適応等化タップ係数制御部と、を備えることを特徴とする。   The present invention is also the above digital signal processing circuit, wherein the frame synchronization clock unit detects and outputs the frame synchronization clock synchronized with the arrival time timing of the known pattern portion included in the received signal, and the frame synchronization A second adaptive equalization tap coefficient control, wherein the second adaptive equalization filter tap coefficient is controlled to be updated only in a known pattern portion by using a frame synchronization clock output from the clock unit. And a section.

また、本発明は、上記のデジタル信号処理回路であって、適応等化フィルタから出力されるデータを入力して、デジタル判定後のパターンを出力する識別判定部と、前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンとの誤差を算出する第一の減算器と、前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、識別判定部から出力される判定後パターンとの誤差を算出する第二の減算器と、前記フレーム同期クロックを用いることで、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、受信部で記憶している既知パターンを目標パターンとして出力し、それ以外の時間部分では前記識別判定部から出力される判定後パターンを目標パターンとして出力するスイッチ部と、前記第二の適応等化フィルタからの出力信号と、前記スイッチ部から出力される目標パターンとの誤差が最小になるように前記第二の適応等化フィルタのタップ係数を制御する第二の適応等化タップ係数制御部と、を備えることを特徴とする。   In addition, the present invention provides the above-described digital signal processing circuit, wherein the data output from the adaptive equalization filter is input, the discrimination determination unit that outputs the pattern after digital determination, and the output from the adaptive equalization filter A first subtractor that calculates an error between the output pattern after equalization and the known pattern stored in the receiver, and the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter, By using the second subtractor for calculating an error from the post-determination pattern output from the determination unit and the frame synchronization clock, the reception unit stores the time portion where the known pattern of the received signal arrives. A switch unit that outputs a known pattern as a target pattern, and outputs a post-determination pattern output from the identification determination unit as a target pattern at other time portions; Second adaptive equalization tap coefficient control for controlling the tap coefficient of the second adaptive equalization filter so that an error between the output signal from the equalization filter and the target pattern output from the switch unit is minimized. And a section.

また、本発明は、上記のデジタル信号処理回路であって、前記キャリア位相推定部が既知パターンを入力し、既知パターン到来時間部分においては、既知パターンと前記第一の適応等化フィルタの出力パターンとを比較することでキャリア位相ずれを検出し、前記第一の適応等化フィルタからの出力信号のみから推定したキャリア位相ずれと合成して、位相回転量を出力するキャリア位相推定部を備えることを特徴とする。   The present invention is the above digital signal processing circuit, wherein the carrier phase estimation unit inputs a known pattern, and the known pattern and the output pattern of the first adaptive equalization filter in the known pattern arrival time portion. And a carrier phase estimation unit that outputs a phase rotation amount by detecting a carrier phase shift and combining it with a carrier phase shift estimated from only the output signal from the first adaptive equalization filter. It is characterized by.

また、本発明は、上記のデジタル信号処理回路であって、前記第一の適応等化フィルタ、および位相補償部に入力される受信信号の周波数ずれを補正するための周波数補償部と、前記キャリア位相推定部から出力される位相ずれ量の時間変化から前記局発光と送信レーザ光の周波数ずれ量を算出し、そのずれが小さくなるように前記周波数補償部の補償量を制御する周波数補償量制御部と、を備えることを特徴とする。   The present invention also provides the digital signal processing circuit described above, the first adaptive equalization filter, a frequency compensation unit for correcting a frequency shift of a received signal input to the phase compensation unit, and the carrier Frequency compensation amount control for calculating a frequency deviation amount between the local light and the transmitted laser light from a time change of the phase deviation amount output from the phase estimation unit, and controlling the compensation amount of the frequency compensation unit so that the deviation is reduced. And a section.

本発明によれば、デジタル信号処理回路は、FIRフィルタから出力される等化後の出力パターンと受信部で記憶している既知パターンを比較してその誤差を算出し、誤差量が最小になるようにFIRフィルタのタップ係数を更新するので、高速なキャリア周波数・位相変動、偏波変動に対して、FIRフィルタのタップ係数の更新を追従させることができ、信号品質を向上させることができる。
また、本発明によれば、デジタル信号処理回路は、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、受信部で記憶している既知パターンを目標パターンとして出力し、それ以外の時間部分では、識別判定部から出力される判定後パターンを目標パターンとして出力し、等化後の出力パターンと目標パターンとの誤差量が最小になるように、FIRフィルタのタップ係数を更新する。これにより、デジタル信号処理回路は、受信信号に頻繁に既知パターンを挿入しなくても、FIRタップ係数が追従でき、信号品質を向上させることができる。また、信号に頻繁に既知パターンを挿入して、ペイロード部分が少なくなり、データの伝送効率が劣化することを防止することができる。さらに、時間変動要因によって受信信号が徐々に変化する場合でも、その変動に対してFIRタップ係数を追従することができ、信号品質を向上させることができる。
また、本発明によれば、デジタル信号処理回路は、FIRフィルタ出力パターンから局発光と送信レーザの位相ずれ量を推定し、位相ずれ量の時間変化から局発光と送信レーザ光の周波数ずれ量を算出し、そのずれが小さくなるように周波数補償部の補償量を制御する。これにより、デジタル信号処理回路は、送信端のレーザ光と受信端の局発光の間の周波数差、位相差ずれの時間変化がある場合であっても、位相回転に追従してFIRタップ係数を追従することができ、信号品質を向上させることができる。
また、本発明によれば、デジタル信号処理回路は、FIRタップ係数又は位相回転量から局発光と送信信号のキャリア周波数差を算出して周波数補償量を算出し、算出した周波数補償量に基づいてFIRフィルタに入力される受信信号の周波数ずれを補正する。これにより、デジタル信号処理回路は、送信端のレーザ光と受信端の局発光の間の周波数差がある場合であっても、周波数ずれを補償してFIRタップ係数を追従することができ、信号品質を向上させることができる。
According to the present invention, the digital signal processing circuit calculates the error by comparing the equalized output pattern output from the FIR filter and the known pattern stored in the receiving unit, and the error amount is minimized. Since the tap coefficient of the FIR filter is updated as described above, the update of the tap coefficient of the FIR filter can follow the high-speed carrier frequency / phase fluctuation and polarization fluctuation, and the signal quality can be improved.
Further, according to the present invention, the digital signal processing circuit outputs the known pattern stored in the receiving unit as the target pattern in the time portion when the known pattern of the received signal arrives, and identifies in the other time portion. The post-determination pattern output from the determination unit is output as a target pattern, and the tap coefficient of the FIR filter is updated so that the error amount between the equalized output pattern and the target pattern is minimized. Accordingly, the digital signal processing circuit can follow the FIR tap coefficient without frequently inserting a known pattern into the received signal, and can improve the signal quality. Further, it is possible to prevent a known pattern from being frequently inserted into a signal to reduce a payload portion and to deteriorate data transmission efficiency. Furthermore, even when the received signal gradually changes due to a time fluctuation factor, the FIR tap coefficient can follow the fluctuation, and the signal quality can be improved.
Further, according to the present invention, the digital signal processing circuit estimates the phase shift amount between the local light and the transmission laser from the FIR filter output pattern, and calculates the frequency shift amount between the local light and the transmission laser light from the time change of the phase shift amount. The compensation amount of the frequency compensator is controlled so that the deviation is reduced. As a result, the digital signal processing circuit follows the phase rotation and sets the FIR tap coefficient even when there is a time change in the frequency difference and phase difference between the laser light at the transmitting end and the local light at the receiving end. It is possible to follow, and the signal quality can be improved.
According to the present invention, the digital signal processing circuit calculates the frequency compensation amount by calculating the carrier frequency difference between the local light and the transmission signal from the FIR tap coefficient or the phase rotation amount, and based on the calculated frequency compensation amount. The frequency shift of the received signal input to the FIR filter is corrected. Thereby, even if there is a frequency difference between the laser light at the transmitting end and the local light at the receiving end, the digital signal processing circuit can follow the FIR tap coefficient by compensating for the frequency shift. Quality can be improved.

本発明の第1の実施形態に係るデジタル信号処理回路を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram showing a digital signal processing circuit according to a first embodiment of the present invention. 本実施形態に係るデジタル信号処理回路を示す別の概略ブロック図である。It is another schematic block diagram which shows the digital signal processing circuit which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るフレーム同期クロック抽出の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the frame synchronous clock extraction which concerns on this embodiment. 本発明の第2の実施形態に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本実施形態の変形例に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification of this embodiment. 本実施形態に係るスイッチ部での切り替えを示す概略図である。It is the schematic which shows switching by the switch part which concerns on this embodiment. 本発明の第3の実施形態に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本実施形態の変形例1に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 1 of this embodiment. 本実施形態の変形例2に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 2 of this embodiment. 位相補償による効果の実験評価を示す概略図である。It is the schematic which shows the experimental evaluation of the effect by phase compensation. LMS収束係数とQ値との関係を示す概略図であるIt is the schematic which shows the relationship between a LMS convergence coefficient and Q value. フレームサイズ依存性の実験評価結果の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the experimental evaluation result of frame size dependence. 本実施形態の変形例3に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 3 of this embodiment. 本実施形態の変形例4に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 4 of this embodiment. フレームサイズ依存性の実験評価結果の別の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of the experimental evaluation result of frame size dependence. 本実施形態の変形例5に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 5 of this embodiment. 本発明の第4の実施形態に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本実施形態に係る周波数オフセット量算出部の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the frequency offset amount calculation part which concerns on this embodiment. 本実施形態の変形例1に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 1 of this embodiment. フレームサイズ依存性の実験評価結果の別の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of the experimental evaluation result of frame size dependence. 本実施形態の変形例2に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 2 of this embodiment. 本実施形態の変形例3に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 3 of this embodiment. 本発明の第5の実施形態に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本実施形態の変形例1に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 1 of this embodiment. 本実施形態の変形例2に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 2 of this embodiment. 本実施形態の変形例3に係るデジタル信号処理回路の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the digital signal processing circuit which concerns on the modification 3 of this embodiment.

(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第1の実施形態について詳しく説明する。
光ファイバ伝送を行う受信端では、偏波多重信号光を局発光を用いてコヒーレント受信する場合、直交する偏波、X偏波、Y偏波の2つの成分の時間波形を得る。さらに、信号は光搬送波に乗って送信されるため、その波動として与えられるため、直交する2つの成分を有しており、最も一般的な直交分離法として局発光と同位相成分と直交位相成分に分離する方法がある。従って、デジタル信号処理部には4つの直交する成分が入力される。直交する同位相成分と直交位相成分については、複素数を用いることで1つの数値として表すことができるため、同位相成分と直交位相成分を合成して複素数で表すことにする。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the receiving end that performs optical fiber transmission, when coherently receiving polarization multiplexed signal light using local light, a time waveform of two components of orthogonal polarization, X polarization, and Y polarization is obtained. Furthermore, since the signal is transmitted on an optical carrier wave, it is given as its wave, so it has two components that are orthogonal, and the most common orthogonal separation method is the same phase component and orthogonal phase component as local light. There is a way to separate. Therefore, four orthogonal components are input to the digital signal processing unit. Since the orthogonal in-phase component and the orthogonal phase component can be expressed as a single numerical value by using complex numbers, the in-phase components and the orthogonal phase components are combined and expressed as complex numbers.

光ファイバ伝送においては、光ファイバ伝送路が有する波長分散を受けるため、受信信号は波長分散を受けて波形が劣化した信号が受信される。一般に、波長分散による時間の広がりは大きいため、この補償にはタップ数が大きいFIRフィルタを用いる。ここでは、波長分散を補償した後の信号を対象としている。
偏波多重信号光は、光信号が有する偏波の自由度を用いて、その2つの偏波に別々データを載せて送信する。しかし、光ファイバ伝送路では、偏波がランダムに回転するため、受信端で検出される直交する一方の偏波成分としては、送信端の2つの直交偏波成分が混ざり合ったものが検出される。このため、受信端で検出された2つの成分から送信端で送信された2つの直交成分を推定する必要があり、FIRフィルタを用いることで分離できる。そこでは、そのFIRフィルタのタップ係数(FIRタップ係数という)を的確に推定する必要があり、その方法として既知信号を用いてFIRタップ係数を推定するための構成を述べる。
In optical fiber transmission, since it receives the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line, the received signal receives a signal whose waveform has deteriorated due to the chromatic dispersion. In general, since time spread due to wavelength dispersion is large, an FIR filter having a large number of taps is used for this compensation. Here, the signal after compensating for chromatic dispersion is targeted.
The polarization multiplexed signal light is transmitted with separate data on the two polarizations using the degree of freedom of polarization of the optical signal. However, in the optical fiber transmission line, since the polarization rotates randomly, one orthogonal polarization component detected at the receiving end is detected as a mixture of two orthogonal polarization components at the transmitting end. The For this reason, it is necessary to estimate two orthogonal components transmitted at the transmitting end from the two components detected at the receiving end, which can be separated by using an FIR filter. Therefore, it is necessary to accurately estimate the tap coefficient of the FIR filter (referred to as FIR tap coefficient), and a configuration for estimating the FIR tap coefficient using a known signal will be described as the method.

送受信信号は、既知パターンが挿入された部分と、送信したデータが挿入されたペイロード部分から構成され、2つの部分をあわせたものをフレームと呼ぶ。一般に、クライアント信号のデータ転送効率を高めるため、ペイロード部がフレームの大きな割合を占める。そして、既知信号部分はある一定の時間間隔で挿入することを想定する。まず、受信端では既知信号を用いて、最適なFIRフィルタのFIRタップ係数を推定する。従って、受信された信号に含まれる既知信号が到来する時間タイミングを検出し、それを維持する必要がある。ここでは、フレーム内の既知信号が到来する時間タイミングをフレーム同期クロックと呼ぶことにする。   The transmission / reception signal is composed of a part in which a known pattern is inserted and a payload part in which transmitted data is inserted, and a combination of the two parts is called a frame. In general, the payload portion occupies a large proportion of the frame in order to increase the data transfer efficiency of the client signal. It is assumed that the known signal portion is inserted at a certain time interval. First, the receiving end estimates a FIR tap coefficient of an optimum FIR filter using a known signal. Therefore, it is necessary to detect and maintain the time timing when the known signal included in the received signal arrives. Here, the time timing when a known signal in a frame arrives is called a frame synchronization clock.

図1、図2は、本発明の第1の実施形態に係るデジタル信号処理回路1を示す概略ブロック図である。なお、このデジタル信号処理回路1は、光ファイバ伝送を行う受信端に備えられる。
図1において、フレーム同期クロック部11は、受信信号に含まれる既知パターン部分の到来時間タイミングに同期したフレーム同期クロックを出力する。FIRフィルタ14(適応等化フィルタ)は、受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるFIRタップ係数を掛けて、加算する。減算部12(減算器)は、FIRフィルタ14から出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンを比較して、その誤差を算出する。FIRタップ係数制御部13(適応等化タップ係数制御部)は、フレーム同期クロックを用いることで既知パターン部分において動作し、減算部12から出力される誤差量が最小になるように、FIRフィルタ14のFIRタップ係数を制御する。具体的には、FIRタップ係数制御部13は、誤差量が最小になるFIRタップ係数を算出し、FIRフィルタ14に出力する。
図2のFIRフィルタ14内で、文字列「T」が記載されたブロック(例えば、符号141を付したブロック;遅延部)は、入力された受信信号に遅延を与える。また、▽の図形のブロック(例えば、符号141を付したブロック;乗算部)は、入力信号を乗算する。また、文字列「+」が記載されたブロック(例えば、符号143を付したブロック;加算部)は、信号を加算することを示す。なお、減算部12及びFIRタップ係数制御部13が持つ機能は、それぞれ、図1の減算部12及びFIRタップ係数制御部13が持つ機能と同じであるので説明は省略する。
1 and 2 are schematic block diagrams showing a digital signal processing circuit 1 according to the first embodiment of the present invention. The digital signal processing circuit 1 is provided at a receiving end that performs optical fiber transmission.
In FIG. 1, the frame synchronization clock unit 11 outputs a frame synchronization clock synchronized with the arrival time timing of the known pattern portion included in the received signal. The FIR filter 14 (adaptive equalization filter) prepares signals having different delay amounts for received signals, multiplies FIR tap coefficients in the signals subjected to the respective delays, and adds them. The subtractor 12 (subtractor) compares the equalized output pattern output from the FIR filter 14 with the known pattern stored in the receiver, and calculates the error. The FIR tap coefficient control unit 13 (adaptive equalization tap coefficient control unit) operates in the known pattern portion by using the frame synchronization clock, and the FIR filter 14 so that the error amount output from the subtraction unit 12 is minimized. Controls the FIR tap coefficient of. Specifically, the FIR tap coefficient control unit 13 calculates an FIR tap coefficient that minimizes the error amount, and outputs the FIR tap coefficient to the FIR filter 14.
In the FIR filter 14 of FIG. 2, a block in which the character string “T” is described (for example, a block denoted by reference numeral 141; a delay unit) gives a delay to the input received signal. In addition, a block of a figure of ▽ (for example, a block denoted by reference numeral 141; a multiplication unit) multiplies the input signal. A block in which the character string “+” is written (for example, a block denoted by reference numeral 143; an adding unit) indicates that signals are added. The functions of the subtraction unit 12 and the FIR tap coefficient control unit 13 are the same as the functions of the subtraction unit 12 and the FIR tap coefficient control unit 13 of FIG.

図1の構成では、フレーム同期クロックをFIRフィルタ係数制御部13に入力して、受信信号に含まれる既知パターン部分と、受信端で記憶している標本既知パターンを比較する際に、両者の時間フェーズが完全に一致するようにしている。
図2は、FIRフィルタ14として、2つの入力信号に対してそれぞれ異なる時間遅延を与えた成分に重みをつけて加算するトランスバーサル型のFIRフィルタを用いる構成の例である。図2の構成は、X偏波、Y偏波の2つの入力成分から、X偏波、もしくはY偏波の一方の成分を抽出する構成である。従って、このような構成が各偏波出力に対して必要になる。FIRタップ係数制御部13は、2つの偏波出力に対して協調して動作してもよい。
図2に示すように、X偏波の受信成分と、Y偏波の受信成分には、個別にそれぞれのFIRフィルタのタップ係数を最適化する必要がある。光伝送においては、キャリア周波数が数百THz(テラヘルツ)などが非常に高いため、キャリアの位相雑音が大きい。また、例えば自己位相変調、相互位相変調などの伝送路の光非線形効果によってキャリア位相の変動が発生する性質がある。また、光ファイバの伝送距離が長く、その振動が音響光学効果などを介して光信号の変動を発生することによって、高速に偏波変動が発生することもある。また、受信端での局発光とのミキシングに用いる90度ハイブリッド、偏波分離器などの調整不完全性、時間変動によって、X偏波、Y偏波それぞれの受信信号が、個別の位相変動を受けることもある。以上のことから、X偏波、Y偏波に対して、個別にFIRタップ係数の最適化制御することが受信品質の向上につながる。
また、FIRタップ係数の制御においては、時間平均をするため更新速度が比較的遅い特徴がある。一方、キャリア位相変動は高速に発生する特徴がある。キャリア位相変動分を別に検知して、その補償を高速に実施する方法が有効である。また、受信信号のX偏波成分、Y偏波成分の個別の位相変動を受ける特徴があるが、パイロット信号を用いることによって、左記の個別の位相変動を検出することが可能になる。
In the configuration of FIG. 1, when the frame synchronization clock is input to the FIR filter coefficient control unit 13 and the known pattern portion included in the received signal is compared with the sample known pattern stored at the receiving end, both times The phases are perfectly matched.
FIG. 2 shows an example of a configuration using a transversal type FIR filter that adds weighted components to two input signals given different time delays as the FIR filter 14. The configuration of FIG. 2 is a configuration in which one component of X polarization or Y polarization is extracted from two input components of X polarization and Y polarization. Therefore, such a configuration is required for each polarization output. The FIR tap coefficient control unit 13 may operate in cooperation with the two polarization outputs.
As shown in FIG. 2, it is necessary to individually optimize the tap coefficients of the respective FIR filters for the X polarization reception component and the Y polarization reception component. In optical transmission, since the carrier frequency is very high, such as several hundred THz (terahertz), the phase noise of the carrier is large. In addition, there is a property that carrier phase fluctuations occur due to optical nonlinear effects in the transmission path such as self phase modulation and cross phase modulation. In addition, the transmission distance of the optical fiber is long, and the vibration causes the fluctuation of the optical signal through the acoustooptic effect or the like, so that the polarization fluctuation may occur at a high speed. In addition, the 90-degree hybrid used for mixing with local light at the receiving end, imperfect adjustment of the polarization separator, etc., and time fluctuations cause the received signals of the X polarization and Y polarization to have individual phase fluctuations. Sometimes I get it. From the above, the optimization control of the FIR tap coefficient individually for the X polarization and the Y polarization leads to an improvement in reception quality.
Further, in the control of the FIR tap coefficient, there is a feature that the update speed is relatively slow because time averaging is performed. On the other hand, carrier phase fluctuations are characterized by high speed. It is effective to detect the carrier phase fluctuation separately and perform the compensation at high speed. Further, although there is a characteristic that the individual polarization fluctuations of the X polarization component and the Y polarization component of the received signal are received, it is possible to detect the individual phase fluctuations described on the left by using the pilot signal.

まず、初期のフレーム同期クロックを検出する段階では、その検出が容易な特別な送信データパターンを送信して、受信端で解析することでフレーム同期クロックを確立する。一旦フレーム同期が確立すると、その維持が課題となる。
図3は、本実施形態に係るフレーム同期クロック抽出の一例を示す概略図である。この図において、FIRフィルタ14から出力される信号の既知信号部分、及びその前後数シンボルを抜き出し、それと標本既知パターンの相互相関をとる。ここで、相互相関をとる際に、両者にシンボル単位の時間ずれを与えて、スイープし、相関が最も高い部分をピーク検出することで、フレーム同期クロックを検出、維持できる。また、相互相関を取る際に、受信既知パターン、及び標本既知パターンをFFTなどを用いてフーリエ変換し、一方を一方で割り算する。さらに、それを逆フーリエ変換することで、相互相関のピークを検出することができる。
First, at the stage of detecting the initial frame synchronization clock, a special transmission data pattern that is easy to detect is transmitted and analyzed at the receiving end to establish the frame synchronization clock. Once frame synchronization is established, maintaining it becomes a challenge.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of frame synchronization clock extraction according to the present embodiment. In this figure, the known signal portion of the signal output from the FIR filter 14 and several symbols before and after it are extracted, and the cross-correlation of the known sample pattern is obtained. Here, when taking the cross-correlation, the frame synchronization clock can be detected and maintained by giving a time lag in symbol units to the both, sweeping, and detecting the peak with the highest correlation. Further, when taking the cross-correlation, the received known pattern and the sample known pattern are subjected to Fourier transform using FFT or the like, and one of them is divided by one. Furthermore, the cross correlation peak can be detected by inverse Fourier transforming the same.

既知パターンを用いたFIRフィルタタップ係数推定では、既知パターンが到来した際にFIRタップ係数の更新が可能である。従って、図3の構成では、フレーム同期クロックを用いて、既知パターンが到来した際に、受信信号中の既知パターンと、受信端で記憶している標本既知パターンの誤差を反映してFIRタップ係数の更新を実施する。この際、減算部12に入力される標本既知パターン、FIRフィルタ出力パターン、FIR入力パターンの時間フェーズを一致させる必要がある。FIRフィルタ入力と、FIRフィルタ出力の時間フェーズは固定されているため、受信端デジタル演算回路内のそれぞれの信号の伝播路中に遅延器、バッファなどを挿入するなどして、時間フェーズを一致させることができる。設計時に両者の時間フェーズが一致するように、設計してもよい。また、既知パターンの時間フェーズは、生成部にもフレーム同期クロックを提供して、発生部で同期したパターンを生成してもよい。また、既知パターンの伝播路中にバッファなどを挿入して、時間フェーズをあわせてもよい。
また、フレームにおけるペイロード部分の時間長を、既知信号部分の時間長の整数倍に設定することで、既知パターンを繰り返し発生し続けるだけで、自動的にFIRフィルタ出力パターン、入力パターン、既知パターンの時間フェーズを同期できる。
In FIR filter tap coefficient estimation using a known pattern, the FIR tap coefficient can be updated when a known pattern arrives. Therefore, in the configuration of FIG. 3, when a known pattern arrives using the frame synchronization clock, the FIR tap coefficient reflects the error between the known pattern in the received signal and the sample known pattern stored at the receiving end. Update of. At this time, it is necessary to match the time phases of the known sample pattern, the FIR filter output pattern, and the FIR input pattern input to the subtracting unit 12. Since the time phases of the FIR filter input and the FIR filter output are fixed, the time phases are matched by inserting a delay device, a buffer, or the like in the propagation path of each signal in the receiving end digital arithmetic circuit. be able to. You may design so that both time phases may correspond at the time of design. In the time phase of the known pattern, a frame synchronization clock may be provided to the generation unit to generate a pattern synchronized with the generation unit. Further, a time phase may be adjusted by inserting a buffer or the like in the propagation path of the known pattern.
In addition, by setting the time length of the payload part in the frame to an integral multiple of the time length of the known signal part, the FIR filter output pattern, input pattern, You can synchronize the time phase.

FIRタップ係数制御部13においては、受信された既知パターンと受信端で記憶している既知パターンの誤差をとり、その誤差が最小になるようにFIRタップ係数を更新する。その具体的な方法として、最小平均二乗(LMS)アルゴリズムがある。この方法は、徐々に誤差が小さくなるようにFIRタップ係数を変化させて、最適なFIRタップ係数まで落とし込む方法である。具体的には、以下のような数値演算を実施する。ただし、k番目のシンボルにおけるX偏波、Y偏波の誤差量をそれぞれe_x(k)、e_y(k)、 X偏波、Y偏波のFIRフィルタ出力をそれぞれX_r、Y_r、 パイロット信号のX偏波、Y偏波の目標信号をそれぞれX_p、Y_p、X偏波、Y偏波のFIRフィルタ入力をそれぞれx、y、FIRフィルタのFIRタップ係数をH_xx、H_xy、H_yx、H_yy、収束係数をmとする。 The FIR tap coefficient control unit 13 takes an error between the received known pattern and the known pattern stored at the receiving end, and updates the FIR tap coefficient so that the error is minimized. As a specific method, there is a least mean square (LMS) algorithm. In this method, the FIR tap coefficient is changed so that the error gradually decreases, and the optimum FIR tap coefficient is reduced. Specifically, the following numerical calculation is performed. However, the error amounts of the X polarization and Y polarization in the kth symbol are e_x (k), e_y (k), the X polarization and Y polarization FIR filter outputs are X_r, Y_r, and the pilot signal X, respectively. Polarization and Y polarization target signals are respectively X_p, Y_p, X polarization and Y polarization FIR filter inputs are x * and y * , and FIR tap coefficients of the FIR filter are H_xx, H_xy, H_yx, and H_yy, respectively. Let the coefficient be m.

誤差は、e_x(k)=X_p−X_r、e_y(k)=Y_p−Y_rで表わされる。また、FIRタップ係数の更新は、次式(1)で表わされる。   The error is represented by e_x (k) = X_p−X_r and e_y (k) = Y_p−Y_r. The update of the FIR tap coefficient is expressed by the following equation (1).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

従って、既知信号の部分が到来したタイミングにおいて、上記のFIRタップ係数の更新を実施する。   Therefore, the FIR tap coefficient is updated at the timing when the known signal portion arrives.

このように、本実施形態によれば、デジタル信号処理回路1は、FIRフィルタから出力される等化後の出力パターンと受信部で記憶している既知パターンを比較してその誤差を算出し、誤差量が最小になるように、FIRタップ係数を更新する。これにより、デジタル信号処理回路1は、高速なキャリア周波数・位相変動、偏波変動に対して、FIRタップ係数の更新を追従させることができ、信号品質を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the digital signal processing circuit 1 compares the output pattern after equalization output from the FIR filter with the known pattern stored in the reception unit, calculates the error, The FIR tap coefficient is updated so that the error amount is minimized. Accordingly, the digital signal processing circuit 1 can follow the update of the FIR tap coefficient with respect to high-speed carrier frequency / phase fluctuation and polarization fluctuation, and can improve the signal quality.

(第2の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第2の実施形態について詳しく説明する。
第1の実施形態に係るデジタル信号処理回路1では、既知パターン以外の時間においては、FIRタップ係数を制御していないため、既知パターンを偏波状態、波長分散、偏波モード分散、送信レーザの周波数・位相、受信端LO(Local Oscillator)レーザ(局発光)の周波数・位相などの時間的な変動要因の変動時間に対して、十分頻繁に既知パターンを挿入する必要が生じる。また、上記の時間変動要因によって受信信号が徐々に変化する場合には、その変動に対してFIRタップ係数が追従できないため、誤り率の向上など受信信号品質の劣化が避けられない。
本実施形態に係るデジタル信号処理回路では、受信信号に既知パターンが含まれない時間、つまりペイロード部分では、FIRフィルタの後にデジタル判定した判定後パターンを、既知パターンの代わりに目標パターンとして用いて、その誤差が最小になるようにFIRタップ係数を推定する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the digital signal processing circuit 1 according to the first embodiment, since the FIR tap coefficient is not controlled at times other than the known pattern, the known pattern is changed to the polarization state, chromatic dispersion, polarization mode dispersion, and transmission laser. It is necessary to insert a known pattern sufficiently frequently with respect to the fluctuation time of the temporal fluctuation factors such as the frequency / phase and the frequency / phase of the receiving end LO (Local Oscillator) laser (local light). In addition, when the received signal gradually changes due to the above-described time fluctuation factor, the FIR tap coefficient cannot follow the fluctuation, and thus the degradation of the received signal quality such as improvement in error rate is inevitable.
In the digital signal processing circuit according to the present embodiment, in the time when the received signal does not include the known pattern, that is, in the payload portion, the post-determination pattern digitally determined after the FIR filter is used as the target pattern instead of the known pattern, FIR tap coefficients are estimated so that the error is minimized.

図4は、本発明の第2の実施形態に係るデジタル信号処理回路2の構成を示す概略ブロック図である。デジタル信号処理回路2では、フレーム同期クロックを用いて、既知パターン部分では目標パターンとして既知パターンを、その他のペイロード部分では判定後のパターンを出力するようなスイッチ部を用いることで、目標パターンを切り替える。   FIG. 4 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 2 according to the second embodiment of the present invention. The digital signal processing circuit 2 uses the frame synchronization clock to switch the target pattern by using a switch unit that outputs a known pattern as a target pattern in a known pattern portion and a pattern after determination in other payload portions. .

図4において、識別判定部26は、FIRフィルタ14から出力されるデータを入力して、デジタル判定後のパターンを出力する。例えばQPSKの場合、90度ずつシフトした4つの決められたシンボル位置がある。一方、識別判定部26に入力される信号は、波形劣化、雑音によりランダムな位置となる。識別判定部26が、これを決められた4つのシンボル位置のどれかとして判断することをデジタル判定という。また、4つのシンボル位置として生成した信号系列をデジタル判定後パターンという。スイッチ部25は、フレーム同期クロックを用いることで、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、受信端で記憶している既知パターンを目標パターンとして出力し、それ以外の時間部分では識別判定部26から出力される判定後パターンを目標パターンとして出力する。例えば、スイッチ部25は、フレーム同期クロックが入力された時間を既知パターンが到来する時間部分の開始時間として選択し、既知パターンの信号の入力を選択する。スイッチ部25は、この開始時間から予め記憶する既知パターンの時間部分の時間を計時し、この時間が経過した時間をペイロード部分の時間部分の開始時間として選択し、判定後パターンの信号の入力に切り替える。減算部12は、FIRフィルタ14から出力される等化後の出力パターンと、スイッチ部25から出力される目標パターンとの誤差を算出する。FIRタップ係数制御部13は、減算部12から出力される誤差量が最小になるように、FIRフィルタ14のFIRタップ係数を制御する。なお、図4において、フレーム同期クロック部11及びFIRフィルタ14が持つ機能は、第1の実施形態に係るデジタル信号処理回路1のものと同じであるので説明は省略する。   In FIG. 4, the identification determination unit 26 receives data output from the FIR filter 14 and outputs a pattern after digital determination. For example, in the case of QPSK, there are four determined symbol positions shifted by 90 degrees. On the other hand, the signal input to the identification determination unit 26 has a random position due to waveform deterioration and noise. Determining this as one of the determined four symbol positions by the identification determination unit 26 is called digital determination. A signal series generated as four symbol positions is called a post-digital decision pattern. The switch unit 25 uses the frame synchronization clock to output the known pattern stored at the receiving end as the target pattern in the time portion when the known pattern of the received signal arrives, and in the other time portion, the identification determination unit The post-determination pattern output from 26 is output as a target pattern. For example, the switch unit 25 selects the time when the frame synchronization clock is input as the start time of the time portion where the known pattern arrives, and selects the input of the signal of the known pattern. The switch unit 25 measures the time of the time portion of the known pattern stored in advance from this start time, selects the time when this time has passed as the start time of the time portion of the payload portion, and inputs the signal of the post-determination pattern signal Switch. The subtraction unit 12 calculates an error between the equalized output pattern output from the FIR filter 14 and the target pattern output from the switch unit 25. The FIR tap coefficient control unit 13 controls the FIR tap coefficient of the FIR filter 14 so that the error amount output from the subtraction unit 12 is minimized. In FIG. 4, the functions of the frame synchronization clock unit 11 and the FIR filter 14 are the same as those of the digital signal processing circuit 1 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

図4では、同じく既知パターン部分では、受信端で生成した既知パターンを用いて、それ以外の部分ではデジタル判定後のパターンを用いて、FIRタップ係数を制御する。デジタル信号処理回路2と、第1の実施形態に係るデジタル信号処理回路1(図1)との差分は、既知パターンから算出された誤差量と、判定後パターンから算出された誤差量を、スイッチ部25(スイッチ部)で切り替える点である。   In FIG. 4, the FIR tap coefficient is controlled using the known pattern generated at the receiving end in the known pattern portion and the pattern after digital determination in the other portions. The difference between the digital signal processing circuit 2 and the digital signal processing circuit 1 according to the first embodiment (FIG. 1) is a switch between the error amount calculated from the known pattern and the error amount calculated from the post-determination pattern. It is a point switched by the part 25 (switch part).

また、図5に示すように、既知パターンと判定後パターンをある結合割合で持って、結合してFIRタップ係数制御部13に入力する。既知パターンによるx偏波、y偏波の誤差量をそれぞれe_t_x、e_t_y、判定後パターンによる誤差量をe_d_x、e_d_yとし、それらの結合割合をα、βとすると、FIRタップ係数制御部13に提供する誤差量e_x、e_yは、e_x=αe_t_x+βe_d_x,e_y=αe_t_y+βe_d_yで与えられる。フレーム同期クロックを用いて、既知パターン部分ではαが大きく、βが小さくなるように、それ以外の部分ではαがゼロ、もしくは非常に小さく、βが大きくなるように値を制御する。また、パイロット信号部分では収束係数を大きくして、例えばαを1以上の数値にするなど、更新速度を増加させてもよい。   Further, as shown in FIG. 5, the known pattern and the post-determination pattern are combined at a certain combination ratio and combined and input to the FIR tap coefficient control unit 13. Provided to the FIR tap coefficient controller 13 when the error amounts of the x-polarization and y-polarization according to the known pattern are e_t_x and e_t_y, the error amounts according to the pattern after determination are e_d_x and e_d_y, respectively, and the coupling ratios are α and β. The error amounts e_x, e_y to be given are given by e_x = αe_t_x + βe_d_x, e_y = αe_t_y + βe_d_y. Using the frame synchronization clock, the value is controlled so that α is large and β is small in the known pattern portion, and α is zero or very small and β is large in the other portions. Further, the update speed may be increased by increasing the convergence coefficient in the pilot signal portion so that, for example, α is a numerical value of 1 or more.

図5は、本実施形態の変形例に係るデジタル信号処理回路3の構成を示す概略ブロック図である。
図5において、減算部12−1(第一の減算器)は、FIRフィルタ14から出力される等化後の出力(第二の減算器)パターンと、受信部で記憶している既知パターンとの誤差を算出する。減算部12−2は、FIRフィルタから出力される等化後の出力パターンと、識別判定部26から出力される判定後パターンとの誤差を算出する。スイッチ部25は、フレーム同期クロックを用いることで、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、減算部12−1からの誤差を、それ以外の時間部分では減算部12−2から出力される誤差を出力する。FIRタップ係数制御部13は、スイッチ部25から出力される誤差量が最小になるように、FIRフィルタ14のFIRタップ係数を制御する。なお、図5において、フレーム同期クロック部11、FIRフィルタ14、及び識別判定部26が持つ機能は、デジタル信号処理回路2(図4)のものと同じであるので、説明は省略する。
FIG. 5 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 3 according to a modification of the present embodiment.
In FIG. 5, the subtractor 12-1 (first subtractor) includes an equalized output (second subtractor) pattern output from the FIR filter 14, and a known pattern stored in the receiver. The error is calculated. The subtraction unit 12-2 calculates an error between the equalized output pattern output from the FIR filter and the post-determination pattern output from the identification determination unit 26. By using the frame synchronization clock, the switch unit 25 outputs an error from the subtracting unit 12-1 in the time portion where the known pattern of the received signal arrives, and outputs from the subtracting unit 12-2 in the other time portions. Output error. The FIR tap coefficient control unit 13 controls the FIR tap coefficient of the FIR filter 14 so that the error amount output from the switch unit 25 is minimized. In FIG. 5, since the functions of the frame synchronization clock unit 11, the FIR filter 14, and the identification determination unit 26 are the same as those of the digital signal processing circuit 2 (FIG. 4), the description thereof is omitted.

図6は、本実施形態に係るスイッチ部25での切り替えを示す概略図である。この図において、上図は受信信号を示す。下図は、スイッチ部25の出力を示す。下図において、「1」で示す信号がスイッチ部25の出力を示す。この図は、スイッチ部25が、ペイロードの時間部分で判定後パターンを出力し、既知パターンの時間部分で既知パターンを出力することを示す。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating switching in the switch unit 25 according to the present embodiment. In this figure, the upper figure shows a received signal. The figure below shows the output of the switch unit 25. In the figure below, the signal indicated by “1” indicates the output of the switch unit 25. This figure shows that the switch unit 25 outputs the post-determination pattern in the time portion of the payload and outputs the known pattern in the time portion of the known pattern.

このように、本実施形態によれば、デジタル信号処理回路2、3は、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、受信部で記憶している既知パターンを目標パターンとして出力し、それ以外の時間部分では、識別判定部から出力される判定後パターンを目標パターンとして出力し、等化後の出力パターンと目標パターンとの誤差量が最小になるように、FIRタップ係数を更新する。これにより、デジタル信号処理回路2、3は、受信信号に頻繁に既知パターンを挿入しなくても、FIRタップ係数が追従でき、信号品質を向上させることができる。また、信号に頻繁に既知パターンを挿入して、ペイロード部分が少なくなり、データの伝送効率が劣化することを防止することができる。さらに、時間変動要因によって受信信号が徐々に変化する場合でも、その変動に対してFIRタップ係数を追従することができ、信号品質を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the digital signal processing circuits 2 and 3 output the known pattern stored in the receiving unit as the target pattern in the time portion when the known pattern of the received signal arrives, and otherwise In this time portion, the post-determination pattern output from the identification determination unit is output as a target pattern, and the FIR tap coefficient is updated so that the error amount between the equalized output pattern and the target pattern is minimized. Accordingly, the digital signal processing circuits 2 and 3 can follow the FIR tap coefficient without frequently inserting a known pattern into the received signal, and can improve the signal quality. Further, it is possible to prevent a known pattern from being frequently inserted into a signal to reduce a payload portion and to deteriorate data transmission efficiency. Furthermore, even when the received signal gradually changes due to a time fluctuation factor, the FIR tap coefficient can follow the fluctuation, and the signal quality can be improved.

(第3の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第3の実施形態について詳しく説明する。
送信端のレーザ光と受信端の局発光の間の周波数差、位相差ずれの時間変化がある場合、既知信号を用いたタップ係数推定では、その周波数差による位相回転に追従するようにFIRタップ係数が変化する必要がある。その周波数差が大きい場合には、位相回転に追従できなく、FIR出力が回転方向に広がる可能性がある。
本実施形態に係るデジタル信号処理回路では、位相のずれを補償する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
When there is a change in the time difference of the frequency difference and phase difference between the laser light at the transmitting end and the local light at the receiving end, the FIR tap is used in the tap coefficient estimation using a known signal to follow the phase rotation due to the frequency difference. The coefficient needs to change. If the frequency difference is large, the phase rotation cannot be followed and the FIR output may spread in the rotation direction.
The digital signal processing circuit according to this embodiment compensates for a phase shift.

図7は、本発明の第3の実施形態に係るデジタル信号処理回路4の構成を示す概略ブロック図である。第一のFIRフィルタ44−1は、受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるFIRタップ係数(第一のFIRタップ係数という)を掛けて、加算する。第一のFIRタップ係数制御部43−1は、第一のFIRフィルタ44−1からの出力信号の振幅が一定になるように第一のFIRタップ係数を制御する。具体的には、第一のFIRタップ係数制御部43−1は、誤差量が最小になる第一のFIRタップ係数を算出し、第一のFIRフィルタ44−1に出力する。なお、第一のFIRタップ係数制御部43−1は、図1で示した減算部12を含んで構成される(図示せず)。キャリア位相推定部47は、第一のFIRフィルタ44−1からの出力を用いて、局発光と送信レーザ光のキャリア位相ずれ量を推定する。位相補償部48は、受信信号にキャリア位相推定部47から出力される位相ずれ量を用いて、受信信号のキャリア位相ずれ量を補償する。   FIG. 7 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 4 according to the third embodiment of the present invention. The first FIR filter 44-1 prepares signals with different delay amounts added to the received signal, multiplies each delayed signal by the FIR tap coefficient (referred to as the first FIR tap coefficient), and adds the signals. To do. The first FIR tap coefficient control unit 43-1 controls the first FIR tap coefficient so that the amplitude of the output signal from the first FIR filter 44-1 is constant. Specifically, the first FIR tap coefficient control unit 43-1 calculates the first FIR tap coefficient that minimizes the error amount, and outputs the first FIR tap coefficient to the first FIR filter 44-1. The first FIR tap coefficient control unit 43-1 includes the subtraction unit 12 shown in FIG. 1 (not shown). The carrier phase estimation unit 47 uses the output from the first FIR filter 44-1 to estimate the carrier phase shift amount between the local light and the transmission laser light. The phase compensation unit 48 compensates the carrier phase shift amount of the reception signal using the phase shift amount output from the carrier phase estimation unit 47 for the reception signal.

第二のFIRフィルタ44−2は、位相補償部48からの出力信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるFIRタップ係数(第二のFIRタップ係数という)を掛けて、加算する。第二のFIRタップ係数制御部43−2は、第二のFIRフィルタ44−2からの出力信号と、受信部で記憶している既知の目標パターンとの誤差が最小になるように第二のFIRタップ係数を制御する。なお、第二のFIRフィルタ44−2は、図1で示した減算部12を含んで構成される(図示せず)。具体的には、第二のFIRタップ係数制御部43−2は、誤差量が最小になる第二のFIRタップ係数を算出し、第二のFIRフィルタ44−2に出力する。   The second FIR filter 44-2 prepares signals obtained by giving different delay amounts to the output signal from the phase compensator 48, and FIR tap coefficients (referred to as second FIR tap coefficients) in the respective delayed signals. ) And add. The second FIR tap coefficient control unit 43-2 controls the second FIR tap coefficient control unit 43-2 so that the error between the output signal from the second FIR filter 44-2 and the known target pattern stored in the receiving unit is minimized. Control FIR tap coefficients. The second FIR filter 44-2 includes the subtracting unit 12 shown in FIG. 1 (not shown). Specifically, the second FIR tap coefficient control unit 43-2 calculates a second FIR tap coefficient that minimizes the error amount, and outputs the second FIR tap coefficient to the second FIR filter 44-2.

図7に示すデジタル信号処理回路4は、キャリア位相ずれ量を推定するために、第一のFIRフィルタ44−1と第一のFIRフィルタ係数制御部43−1を用意して、キャリア位相ずれ量を随時検出して、既知信号パターンを用いて第二のFIRタップ係数を更新する第二のFIRフィルタ44−2へ入力される前に、このキャリア位相ずれを補償する構成である。   The digital signal processing circuit 4 shown in FIG. 7 prepares the first FIR filter 44-1 and the first FIR filter coefficient control unit 43-1 in order to estimate the carrier phase shift amount, and the carrier phase shift amount. Is detected at any time and this carrier phase shift is compensated before being input to the second FIR filter 44-2 that updates the second FIR tap coefficient using a known signal pattern.

ここで、第一のFIRフィルタ44−1を用いる理由は、この第一のFIRタップ係数の更新においては、キャリア位相ずれによる受信パターンの位相回転に対して自由度を持つように制御することで、FIRタップ係数の時間変化を抑えることが可能になる点にある。一般に、位相変調信号の受信パターンは、横軸に受信信号の実数部、縦軸に受信信号の虚数部を割り当て、2次元面に受信パターンをプロットするコンスタレーションで表現できる。4値位相変調(QPSK)方式では、90度ずつ位相がシフトした同心円上の4つのポイントにプロットされる。一方、キャリア位相ずれがある場合、この4つのポイントが同心円状を回転して、尾を引いたようなコンスタレーションになる。従って、キャリア位相ずれに対して、自由度をもつようにFIRタップ係数を制御するには、ドーナツ円状のコンスタレーションになるように、FIRタップ係数を制御すればよい。この手法として、著名なものに、Constant Modulus Algorithm(CMA)がある。そこでのFIRタップ係数の更新には、以下の式が利用できる。まず、第一のFIRフィルタ44−1の動作としては、受信したX偏波、及びY偏波のM個の信号x_in(k)、y_in(k)、及びM個の成分を持つFIRタップ係数Hxx(m)、Hxy(m)、Hyx(m)、Hyy(m)を用いて、FIRフィルタ出力のX偏波成分、Y偏波成分x_out(k)、y_out(k)は、次式(2)で表される。   Here, the reason for using the first FIR filter 44-1 is that in the update of the first FIR tap coefficient, the first FIR filter 44-1 is controlled so as to have a degree of freedom with respect to the phase rotation of the reception pattern due to the carrier phase shift. This is because it is possible to suppress the time change of the FIR tap coefficient. In general, a reception pattern of a phase modulation signal can be represented by a constellation in which a real part of a reception signal is assigned to the horizontal axis and an imaginary part of the reception signal is assigned to the vertical axis, and the reception pattern is plotted on a two-dimensional plane. In the quaternary phase modulation (QPSK) system, plotting is performed at four points on concentric circles whose phases are shifted by 90 degrees. On the other hand, when there is a carrier phase shift, these four points rotate concentrically, resulting in a constellation with a tail. Therefore, in order to control the FIR tap coefficient so as to have a degree of freedom with respect to the carrier phase shift, the FIR tap coefficient may be controlled so as to form a donut-shaped constellation. A prominent method is Constant Modulus Algorithm (CMA). The following formula can be used for updating the FIR tap coefficient. First, as the operation of the first FIR filter 44-1, the received X polarization and Y polarization M signals x_in (k), y_in (k), and FIR tap coefficients having M components Using Hxx (m), Hxy (m), Hyx (m), and Hyy (m), the X polarization component, Y polarization component x_out (k), and y_out (k) of the FIR filter output 2).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

X、Y偏波の誤差量e_x、e_yは、次式で表わされる。   The error amounts e_x and e_y of the X and Y polarization are expressed by the following equations.

Figure 2010268404
Figure 2010268404

式(3)に示す誤差量を用いて、次式(4)でFIRタップ係数を更新できる。   Using the error amount shown in Equation (3), the FIR tap coefficient can be updated by the following Equation (4).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

ここで、μは更新の速度を決定するパラメータであり、収束係数と呼ぶ。1以下の値である。
次に、第一のFIRフィルタ44−1の出力からキャリア位相ずれを推定する。QPSK変調信号では、第一のFIRフィルタ44−1の出力信号を4乗すると、変調パターンにかかわらず全てのシンボルがコンスタレーション上で同一の1点に収束する。一般に、x−PSKではx乗することで、一点に収束する。ここでは、QPSK方式で説明する。
さらに、FIRフィルタ出力を4乗した後に、前後Mシンボルで平均化する。具体的には、次式(5)式で表わされる。
Here, μ is a parameter that determines the update speed, and is called a convergence coefficient. The value is 1 or less.
Next, the carrier phase shift is estimated from the output of the first FIR filter 44-1. In the QPSK modulation signal, when the output signal of the first FIR filter 44-1 is raised to the fourth power, all symbols converge to the same point on the constellation regardless of the modulation pattern. In general, x-PSK converges to one point by raising to the power of x. Here, the QPSK method will be described.
Furthermore, after the FIR filter output is raised to the fourth power, it is averaged with M symbols before and after. Specifically, it is represented by the following formula (5).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

さらに、x_avg(k−M/2)、y_avg(k−M/2)の複素平面状での位相角を取ることで、データ変調パターンに関わらずキャリア位相のずれを検知できる。具体的な例を、次式で示す。k番目の位相ずれ量をφ_x(k)、φ_y(k)とすると、φ_x(k)、φ_y(k)の更新式は、次式(6)で表される。   Further, by taking the phase angle in the complex plane of x_avg (k−M / 2) and y_avg (k−M / 2), it is possible to detect the carrier phase shift regardless of the data modulation pattern. A specific example is shown by the following formula. When the k-th phase shift amount is φ_x (k) and φ_y (k), the update equations for φ_x (k) and φ_y (k) are expressed by the following equation (6).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

ここで、Arg[ ]は、複素平面状での位相角を計算する表記である。
また、位相角を計算する前に、k−1番目の位相ずれの逆位相回転を与えて、位相ずれ量のk−1からk番目までの変化のみにしている。これによって、Argの内部が小さくなり、Arg関数の360度不確定性の課題を回避、もしくは小さくできる。
Here, Arg [] is a notation for calculating the phase angle in the complex plane.
Further, before calculating the phase angle, an anti-phase rotation of the (k−1) th phase shift is given to change only the phase shift amount from k−1 to the kth. As a result, the inside of the Arg becomes small, and the problem of the 360 degree uncertainty of the Arg function can be avoided or reduced.

検出された位相ずれ量は、位相補償部48に提供される。位相補償部48は、入力されたx及びy偏波成分に対して、この位相ずれ量分を逆回転として与えることで、位相ずれを補償する。その後、第二のFIRフィルタ44−2に入力することで、第二のFIRタップ係数の更新において、位相ずれ量、およびその時間変化は取り除かれているため、第二のFIRタップ係数の更新はこれを除いて更新できるので、偏波回転、位相ずれ量の残留成分などの比較的変化速度の小さい成分のみを補償することになるので、第二のFIRタップ係数の時間変化が比較的低速となる。これにより、第二のフィルタタップ係数制御部43−2の収束係数を小さくして、タップ係数推定においける平均時間を長くすることができ、雑音などによる誤差を最小限に抑えて、FIRタップ係数の真の最適値へ近づけることができる。   The detected phase shift amount is provided to the phase compensation unit 48. The phase compensator 48 compensates for the phase shift by giving this phase shift amount as reverse rotation to the input x and y polarization components. Thereafter, by inputting to the second FIR filter 44-2, the phase shift amount and its time change are removed in the update of the second FIR tap coefficient, so the update of the second FIR tap coefficient is Since it can be updated except for this, only the component with a relatively small change rate such as polarization rotation and the residual component of the phase shift amount is compensated, so that the time change of the second FIR tap coefficient is relatively slow. Become. As a result, the convergence coefficient of the second filter tap coefficient control unit 43-2 can be reduced, the average time in the tap coefficient estimation can be lengthened, and errors due to noise or the like can be minimized, and the FIR tap can be reduced. It can approach the true optimal value of the coefficient.

図8は、本実施形態の変形例1に係るデジタル信号処理回路5の構成を示す概略ブロック図である。図8において、遅延部59は、位相補償部48への入力される信号パターンの到来時間と、キャリア位相推定部47が出力する位相ずれ量が適応できる信号パターンの到来時間が一致するように、遅延量をあたえる。なお、図8において、第一のFIRフィルタ44−1、第一のFIRタップ係数制御部43−1、キャリア位相推定部47、位相補償部48、第二のFIRフィルタ44−2、及び第二のFIRタップ係数制御部43−2は、デジタル信号処理回路4(図7)のものと同じであるので、説明は省略する。   FIG. 8 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 5 according to the first modification of the present embodiment. In FIG. 8, the delay unit 59 matches the arrival time of the signal pattern input to the phase compensation unit 48 with the arrival time of the signal pattern to which the phase shift amount output by the carrier phase estimation unit 47 can be adapted. Give the amount of delay. In FIG. 8, the first FIR filter 44-1, the first FIR tap coefficient control unit 43-1, the carrier phase estimation unit 47, the phase compensation unit 48, the second FIR filter 44-2, and the second Since the FIR tap coefficient control unit 43-2 is the same as that of the digital signal processing circuit 4 (FIG. 7), description thereof is omitted.

デジタル信号処理回路5は、キャリア位相推定から出力される位相回転量を入力信号の位相補償に適用する場合、キャリア位相推定での平均回数、および第一のFIRフィルタによって遅延が生じるため、この分の時間遅延を位相補償前に与える構成である。式(5)でも示すように、Mシンボルの平均を取るため、少なくともキャリア位相推定部分での遅延量がM/2程度は生じる。最適な遅延量は、FIRフィルタでの遅延と、キャリア位相推定での平均化シンボル数の半分を足し合わせた量程度である。   When applying the phase rotation amount output from the carrier phase estimation to the phase compensation of the input signal, the digital signal processing circuit 5 causes a delay due to the average number of times in the carrier phase estimation and the first FIR filter. This time delay is given before phase compensation. As shown in Equation (5), since the average of M symbols is taken, at least the delay amount in the carrier phase estimation portion is about M / 2. The optimum delay amount is about the sum of the delay in the FIR filter and half the number of averaged symbols in the carrier phase estimation.

図9は、本実施形態の変形例2に係るデジタル信号処理回路6の構成を示す概略ブロック図である。デジタル信号処理回路6では、キャリア位相ずれ量を推定するために、X偏波及びY編波に対応して、それぞれ、第一のFIRフィルタ44−11及び44−12と第一のFIRタップ係数制御部43−11及び43−12とを用意して、粗い偏波分離、偏波モード分散補償、残留CD補償を実施する。そして、その後段のキャリア位相推定において、キャリア位相ずれ量を随時検出して、キャリア位相ずれを補償する。
なお、図9の第一のFIRフィルタ44−11及び44−12と図7の第一のFIRフィルタ44−1、図9の第一のFIRタップ係数制御部43−1及び43−12と図7の第一のFIRタップ係数制御部43−1、図9のキャリア位相推定部47−11及び47−12と図7のキャリア位相推定部47、図9の位相補償部48−11及び48−12と図7の位相補償部48、は同じものであるので、説明は省略する。また、第二のFIRフィルタ44−2、及び第二のFIRタップ係数制御部43−2は、デジタル信号処理回路4(図7)のものと同じであるので、説明は省略する。
FIG. 9 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 6 according to the second modification of the present embodiment. In the digital signal processing circuit 6, in order to estimate the carrier phase shift amount, the first FIR filters 44-11 and 44-12 and the first FIR tap coefficient are respectively corresponding to the X polarized wave and the Y knitted wave. Controllers 43-11 and 43-12 are prepared to perform rough polarization separation, polarization mode dispersion compensation, and residual CD compensation. Then, in the subsequent carrier phase estimation, the carrier phase shift amount is detected as needed to compensate for the carrier phase shift.
The first FIR filters 44-11 and 44-12 in FIG. 9, the first FIR filter 44-1 in FIG. 7, the first FIR tap coefficient control units 43-1 and 43-12 in FIG. 7 first FIR tap coefficient control unit 43-1, carrier phase estimation units 47-11 and 47-12 in FIG. 9, carrier phase estimation unit 47 in FIG. 7, phase compensation units 48-11 and 48- in FIG. 12 and the phase compensation unit 48 in FIG. The second FIR filter 44-2 and the second FIR tap coefficient control unit 43-2 are the same as those of the digital signal processing circuit 4 (FIG. 7), and thus the description thereof is omitted.

ここで、第一のFIRフィルタ44−11及び44−12を用いる理由は、このフィルタタップ係数の更新においては、キャリア位相ずれによる受信パターンの位相回転に対して自由度を持つように制御することで、FIRタップ係数の時間変化を抑えることが可能になる点にある。一般に、位相変調信号の受信パターンは、横軸に受信信号の実数部、縦軸に受信信号の虚数部を割り当て、2次元面に受信パターンをプロットするコンスタレーションで表現できる。4値位相変調(QPSK)方式では、90度ずつ位相がシフトした同心円上の4つのポイントにプロットされる。一方、キャリア位相ずれがある場合、この4つのポイントが同心円状を回転して、尾を引いたようなコンスタレーションになる。従って、キャリア位相ずれに対して、自由度をもつようにFIRタップ係数を制御するには、ドーナツ円状のコンスタレーションになるように、FIRタップ係数を制御すればよい。この手法として、著名なものに、Constant Modulus Algorithmがある。そこでのFIRタップ係数の更新には、以下の式が利用できる。
まず、FIRフィルタの動作としては、受信したX偏波、及びY偏波のM個の信号x_in(k)、y_in(k)、及びM個の成分を持つタップ係数Hxx(m)、Hxy(m)、Hyx(m)、Hyy(m)を用いて、FIRフィルタ出力のX偏波成分、Y偏波成分x_out(k)、y_out(k)は、式(2)で表される。後段の第二のFIRフィルタ44−2では、第一のFIRフィルタ44−11及び44−12で粗い補償がされたものが入力され、その高精度な補償を実施する。このメリットは、キャリア位相ずれによる位相回転を抑圧できることに加え、残留波長分散、偏波分離の不完全性、偏波モード分散などの劣化の残留分を取り除くことができる点である。第二のFIRフィルタ44−2のFIRタップ係数の最適化制御も、X偏波、もしくはY偏波それぞれ個別に実施することで、より精度の高い補償演算が実施できる。
Here, the reason for using the first FIR filters 44-11 and 44-12 is that, in updating the filter tap coefficients, control is performed so as to have a degree of freedom with respect to the phase rotation of the received pattern due to the carrier phase shift. Thus, it is possible to suppress the time change of the FIR tap coefficient. In general, a reception pattern of a phase modulation signal can be expressed by a constellation in which a real part of a reception signal is assigned to the horizontal axis and an imaginary part of the reception signal is assigned to the vertical axis, and the reception pattern is plotted on a two-dimensional plane. In the quaternary phase modulation (QPSK) system, plotting is performed at four points on concentric circles whose phases are shifted by 90 degrees. On the other hand, when there is a carrier phase shift, these four points rotate concentrically, resulting in a constellation with a tail. Therefore, in order to control the FIR tap coefficient so as to have a degree of freedom with respect to the carrier phase shift, the FIR tap coefficient may be controlled so as to form a donut-shaped constellation. A prominent example of this technique is Constant Modulus Algorithm. The following formula can be used for updating the FIR tap coefficient.
First, as an operation of the FIR filter, received X polarization and Y polarization M signals x_in (k) and y_in (k), and tap coefficients Hxx (m) and Hxy (Mxy) having M components. m), Hyx (m), and Hyy (m) are used to express the X polarization component, Y polarization component x_out (k), and y_out (k) of the FIR filter output by Expression (2). In the second FIR filter 44-2 at the subsequent stage, the coarsely compensated signals of the first FIR filters 44-11 and 44-12 are input, and the highly accurate compensation is performed. This merit is that in addition to suppressing phase rotation due to carrier phase shift, it is possible to remove residual components of deterioration such as residual chromatic dispersion, polarization imperfection, and polarization mode dispersion. The optimization control of the FIR tap coefficient of the second FIR filter 44-2 is also performed individually for each of the X polarization and the Y polarization, so that a more accurate compensation calculation can be performed.

本実施形態に係るデジタル信号処理回路4の効果を、実験データを用いて調べた結果を示す。QPSKデータを用いた結果である。上記で説明した位相補償がない場合と、位相補償ありの場合のコンスタレーションを図10(a)、(b)にそれぞれ示す。
図10は、位相補償による効果の実験評価を示す概略図である。この図において、位相補償により、位相の回転が止められているのがわかる。また、位相補償がない場合には、位相回転だけでなく、分布の広がりもみられる。これは、FIRタップ係数の真値が位相回転により変化するために、最適化の精度がとれないためと考えられる。
信号品質を表すQ値を、誤り率から計算すると、位相補償なしでは10.4dB、位相補償ありでは12.6dBであった。一方、位相補償がある場合には、LMS収束係数をさらに小さくすると、より誤り率は低下する。用いた第二のFIRタップ係数の更新では、LMSアルゴリズムを用いており、その収束係数は(a)(b)ともに0.01に設定した。
The result of having investigated the effect of the digital signal processing circuit 4 which concerns on this embodiment using experimental data is shown. It is a result using QPSK data. FIGS. 10A and 10B show constellations in the case where there is no phase compensation described above and in the case where there is phase compensation, respectively.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an experimental evaluation of the effect of phase compensation. In this figure, it can be seen that the phase rotation is stopped by the phase compensation. Further, when there is no phase compensation, not only the phase rotation but also the distribution spread is observed. This is probably because the true value of the FIR tap coefficient changes due to the phase rotation, so that the optimization accuracy cannot be obtained.
When the Q value representing the signal quality was calculated from the error rate, it was 10.4 dB without phase compensation and 12.6 dB with phase compensation. On the other hand, when there is phase compensation, if the LMS convergence coefficient is further reduced, the error rate is further lowered. In updating the second FIR tap coefficient used, the LMS algorithm was used, and the convergence coefficient was set to 0.01 for both (a) and (b).

図11は、LMS収束係数とQ値との関係を示す概略図である。
図11(a)に示すように、位相補償を用いない場合、0.01〜0.012程度が最適値であった。一方、図11(b)に示すように、第一のFIRフィルタ44−1、及びキャリア位相推定47から出力される位相ずれ量を用いた位相補償を適用する場合、LMS収束係数の許容範囲が広く、0.01以下であれば限界値に近い十分高いQ値を示している。最適値は0.001等より小さい値で最適をとっているが、この実験評価では光ファイバ伝送路を伝送していないため、偏波変動などが発生していない状況での評価になっていることが上げられる。
この実験は、QPSK変調、及び偏波多重されたサブキャリアが、2つ直交周波数多重された変調フォーマットで評価した。シングルキャリア変調フォーマットの場合でも、多少の差分はあるものの傾向は同様と考えられる。シンボルレートは13.9Gbaud、ビットレートは111Gbpsである。既知信号のシンボル数は2047であり、150ナノ秒の時間長に相当する。図10、図11ではフレーム長は20470シンボルであり、既知信号パターンの10倍という条件である。また、キャリア位相推定の平均化シンボル数は、M=32で実施した。
FIG. 11 is a schematic diagram showing the relationship between the LMS convergence coefficient and the Q value.
As shown in FIG. 11A, when the phase compensation is not used, the optimum value is about 0.01 to 0.012. On the other hand, as shown in FIG. 11B, when applying phase compensation using the phase shift amount output from the first FIR filter 44-1 and the carrier phase estimation 47, the allowable range of the LMS convergence coefficient is Widely, 0.01 or less indicates a sufficiently high Q value close to the limit value. Although the optimum value is less than 0.001 or the like, this experiment is evaluated in a situation where no polarization fluctuation occurs because the optical fiber transmission line is not transmitted. Can be raised.
This experiment was evaluated using a modulation format in which two subcarriers subjected to QPSK modulation and polarization multiplexing were orthogonal frequency multiplexed. Even in the case of the single carrier modulation format, although there are some differences, the tendency is considered to be the same. The symbol rate is 13.9 Gbaud and the bit rate is 111 Gbps. The number of symbols of the known signal is 2047, which corresponds to a time length of 150 nanoseconds. 10 and 11, the frame length is 20470 symbols, which is a condition of 10 times the known signal pattern. Further, the average number of symbols for carrier phase estimation was M = 32.

偏波変動として10kHz、20kHz、もしくは50kHz程度を想定すると、100、50、もしくは20マイクロ秒の時変動周期に相当する。パイロット信号を用いてFIRフィルタのFIRタップ係数を更新する場合、左記の変動に追従するためには、それらの少なくとも10倍から100倍の以上頻度でパイロット信号を送信する必要がある。従って、パイロット信号の送付時間間隔は、10、5、もしくは2マイクロ秒〜1,0.5、もしくは0.2マイクロ秒程度以下となる。従って、高い頻度で送信パイロット信号を挿入する必要がある。この頻度で挿入した場合を想定し、さらにパイロット信号の送付によるビットレートの上昇率を仮に1パーセント以下に抑えるためには、パイロット信号の時間長をその約1パーセント分に相当する100、50、もしくは20ナノ秒〜10、5、2ナノ秒程度以下に抑える必要がある。1パーセントは例であり、0.5%など、設計によって決まるものである。   Assuming a polarization fluctuation of about 10 kHz, 20 kHz, or 50 kHz, this corresponds to a time fluctuation period of 100, 50, or 20 microseconds. When the FIR tap coefficient of the FIR filter is updated using the pilot signal, it is necessary to transmit the pilot signal at a frequency of at least 10 times to 100 times or more in order to follow the fluctuation described on the left. Therefore, the pilot signal transmission time interval is about 10, 5, or 2 microseconds to 1,0.5, or 0.2 microseconds or less. Therefore, it is necessary to insert a transmission pilot signal at a high frequency. Assuming that the frequency is inserted at this frequency and further suppressing the rate of increase in the bit rate due to the transmission of the pilot signal to 1% or less, the time length of the pilot signal is equivalent to about 1%, 100, 50, Alternatively, it is necessary to suppress it to about 20 nanoseconds to 10 or 5 or 2 nanoseconds or less. One percent is an example, and 0.5% is determined by the design.

この頻度を低減する方法として、ペイロード部分では判定後の信号を目標のパターンとして用いることで、ペイロード部分でもFIRタップ係数を更新し続ける判定帰還LMSがある。
また、フレームサイズ、既知パターンサイズ、既知パターン送信頻度などを決定するパラメータとして、後段に配置される誤り訂正回路の特徴が挙げられる。後段の誤り訂正回路において、あるブロックごとに誤り訂正のための符号化、復号化する特徴を持つが、連続してビット誤りが発生した場合においてもエラー訂正できる最大値、つまり許容連続誤り数がある。伝送信号のフレーム長をこの誤り数程度以下に設定することで、急峻な偏波変動、位相変動、周波数変動、非線形歪みなどによってフレームのペイロード部分において伝送路推定の追従に失敗した場合でも、誤り訂正後のエラー発生を回避できる。それは、既知パターン部分を用いて伝送路推定を早急に実施することで、エラー発生を単一フレームにとどめることができるからである。
As a method of reducing this frequency, there is a determination feedback LMS that continuously updates the FIR tap coefficient in the payload portion by using the signal after determination as a target pattern in the payload portion.
Further, as a parameter for determining the frame size, the known pattern size, the known pattern transmission frequency, and the like, the characteristics of the error correction circuit arranged in the subsequent stage can be mentioned. The error correction circuit in the subsequent stage has the feature of encoding and decoding for error correction for each block, but the maximum value that can be corrected even when bit errors occur continuously, that is, the allowable number of consecutive errors is is there. By setting the frame length of the transmission signal to be less than or equal to this number of errors, even if the tracking of channel estimation fails in the payload part of the frame due to steep polarization fluctuations, phase fluctuations, frequency fluctuations, nonlinear distortion, etc. The occurrence of errors after correction can be avoided. This is because error generation can be limited to a single frame by promptly performing transmission path estimation using a known pattern portion.

図12は、フレームサイズ依存性の実験評価結果の一例を示す概略図である。この図において、実線で表わされたグラフは位相補償ありの場合、破線で表わされたグラフは位相補償なしの場合を示す。この図は、位相補償なし、ありの場合におけるQ値の既知パターン長を固定とし、既知パターン長を1としてフレームサイズを変化させたもので、横軸はフレーム長/既知パターン長に相当する。例えば、10の場合には、既知パターンが2047シンボル、ペイロード部が18423シンボル、フレーム長は20470シンボルである。   FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of an experimental evaluation result of frame size dependency. In this figure, the graph represented by a solid line shows the case with phase compensation, and the graph represented by a broken line shows the case without phase compensation. In this figure, the known pattern length of the Q value in the case without phase compensation is fixed, the known pattern length is set to 1, and the frame size is changed. The horizontal axis corresponds to the frame length / known pattern length. For example, in the case of 10, the known pattern is 2047 symbols, the payload portion is 18423 symbols, and the frame length is 20470 symbols.

図13は、本実施形態の変形例3に係るデジタル信号処理回路7の構成を示す概略ブロック図である。図13において、フレーム同期クロック部11は、受信信号に含まれる既知パターン部分の到来時間タイミングに同期したフレーム同期クロックを検出して、出力する。第二のFIRタップ係数制御部は、フレーム同期クロック部11から出力されるフレーム同期クロックを用いることで、既知パターン部分においてのみ第二のFIRタップ係数を更新するように制御する。なお、第一のFIRフィルタ44−1、第一のFIRタップ係数制御部43−1、キャリア位相推定部47、位相補償部48、及び第二のFIRフィルタ44−2は、デジタル信号処理回路4(図7)のものと同じであるので、説明は省略する。   FIG. 13 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 7 according to the third modification of the present embodiment. In FIG. 13, the frame synchronization clock unit 11 detects and outputs a frame synchronization clock synchronized with the arrival time timing of the known pattern portion included in the received signal. The second FIR tap coefficient control unit controls to update the second FIR tap coefficient only in the known pattern portion by using the frame synchronization clock output from the frame synchronization clock unit 11. The first FIR filter 44-1, the first FIR tap coefficient control unit 43-1, the carrier phase estimation unit 47, the phase compensation unit 48, and the second FIR filter 44-2 are included in the digital signal processing circuit 4. Since it is the same as that of (FIG. 7), description is abbreviate | omitted.

第二のFIRタップ係数の更新においては、既知パターンを用いたFIRタップ係数推定では、既知パターンが到来した際にFIRタップ係数の更新が可能である。従って、図13の構成では、フレーム同期クロックを用いて、既知パターンが到来した際に、受信既知パターンと、受信端で記憶している既知パターンの誤差を反映して第二のFIRタップ係数の更新を実施する。
この際、減算部に入力される受信端で記憶している既知パターン、FIRフィルタ出力パターン、FIR入力パターンの時間フェーズを一致させる必要がある。FIRフィルタ入力と、FIRフィルタ出力の時間フェーズは固定されているため、受信端デジタル演算回路内のそれぞれの信号の伝播路中に遅延器、バッファなどを挿入するなどして、時間フェーズを一致させることができる。設計時に両者の時間フェーズが一致するように、設計してもよい。また、既知パターンの時間フェーズは、生成部にもフレーム同期クロックを提供して、発生部で同期したパターンを生成してもよい。また、既知パターンの伝播路中にバッファなどを挿入して、時間フェーズをあわせてもよい。
In updating the second FIR tap coefficient, in the FIR tap coefficient estimation using the known pattern, the FIR tap coefficient can be updated when the known pattern arrives. Therefore, in the configuration of FIG. 13, when a known pattern arrives using the frame synchronization clock, the second FIR tap coefficient is reflected by reflecting the error between the received known pattern and the known pattern stored at the receiving end. Update.
At this time, it is necessary to match the time phases of the known pattern, the FIR filter output pattern, and the FIR input pattern stored at the receiving end inputted to the subtracting unit. Since the time phases of the FIR filter input and the FIR filter output are fixed, the time phases are matched by inserting a delay device, a buffer, or the like in the propagation path of each signal in the receiving end digital arithmetic circuit. be able to. You may design so that both time phases may correspond at the time of design. In the time phase of the known pattern, a frame synchronization clock may be provided to the generation unit to generate a pattern synchronized with the generation unit. Further, a time phase may be adjusted by inserting a buffer or the like in the propagation path of the known pattern.

図14は、本実施形態の変形例4に係るデジタル信号処理回路8の構成を示す概略ブロック図である。図14において、識別判定部26は、FIRフィルタから出力されるデータを入力して、デジタル判定後のパターンを出力する。スイッチ部25は、フレーム同期クロックを用いることで、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、受信部で記憶している既知パターンを目標パターンとして出力し、それ以外の時間部分では識別判定部26からから出力される判定後パターンを目標パターンとして出力する。第二のFIRタップ係数制御部43−2は、第二のFIRフィルタ44−2から出力される等化後の出力パターンと、スイッチ部25から出力される目標パターンとの誤差を算出する。また、第二のFIRタップ係数制御部43−2は、算出した誤差量が最小になるように、第二のFIRタップ係数を制御する。なお、フレーム同期クロック11、第一のFIRフィルタ44−1、第一のFIRタップ係数制御部43−1、キャリア位相推定部47、位相補償部48、及び第二のFIRフィルタ44−2は、デジタル信号処理回路7(図13)のものと同じであるので、説明は省略する。   FIG. 14 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 8 according to the fourth modification of the present embodiment. In FIG. 14, the identification determination unit 26 receives data output from the FIR filter and outputs a pattern after digital determination. The switch unit 25 uses the frame synchronization clock to output the known pattern stored in the receiving unit as a target pattern in the time portion when the known pattern of the received signal arrives, and in the other time portion, the identification determination unit The post-determination pattern output from 26 is output as a target pattern. The second FIR tap coefficient control unit 43-2 calculates an error between the equalized output pattern output from the second FIR filter 44-2 and the target pattern output from the switch unit 25. The second FIR tap coefficient control unit 43-2 controls the second FIR tap coefficient so that the calculated error amount is minimized. The frame synchronization clock 11, the first FIR filter 44-1, the first FIR tap coefficient control unit 43-1, the carrier phase estimation unit 47, the phase compensation unit 48, and the second FIR filter 44-2 are: Since it is the same as that of the digital signal processing circuit 7 (FIG. 13), description thereof is omitted.

図13で示すデジタル信号処理回路7では、既知パターン以外の時間においては、FIRタップ係数を制御していないため、既知パターンを偏波状態、波長分散、偏波モード分散、送信レーザの周波数・位相、受信端LOレーザの周波数・位相などの時間的な変動要因の変動時間に対して、十分頻繁に既知パターンを挿入する必要が生じる。また、上記の時間変動要因によって受信信号が徐々に変化する場合には、その変動に対してFIRタップ係数が追従できないため、誤り率の向上など受信信号品質の劣化が避けられない。
図14に示すデジタル信号処理回路8では、受信信号に既知パターンが含まれない時間、つまりペイロード部分では、FIRフィルタの後にデジタル判定した判定後パターンを、既知パターンの代わりに目標パターンとして用いて、その誤差が最小になるようにFIRタップ係数を推定する構成である。この場合、フレーム同期クロックを用いて、既知パターン部分では目標パターンとして既知パターンを、その他のペイロード部分では判定後のパターンを出力するようなスイッチ部を用いることで、目標パターンを切り替える。
In the digital signal processing circuit 7 shown in FIG. 13, since the FIR tap coefficient is not controlled at times other than the known pattern, the known pattern is changed to the polarization state, chromatic dispersion, polarization mode dispersion, and the frequency / phase of the transmission laser. Therefore, it is necessary to insert a known pattern sufficiently frequently with respect to the fluctuation time of temporal fluctuation factors such as the frequency and phase of the receiving end LO laser. In addition, when the received signal gradually changes due to the above-described time fluctuation factor, the FIR tap coefficient cannot follow the fluctuation, and thus the degradation of the received signal quality such as improvement in error rate is inevitable.
In the digital signal processing circuit 8 shown in FIG. 14, in the time when the received signal does not include the known pattern, that is, in the payload portion, the determined pattern digitally determined after the FIR filter is used as the target pattern instead of the known pattern, In this configuration, the FIR tap coefficient is estimated so that the error is minimized. In this case, using the frame synchronization clock, the target pattern is switched by using a switch unit that outputs a known pattern as a target pattern in the known pattern portion and a pattern after determination in the other payload portions.

また、図4に示すデジタル信号処理回路2のように、既知パターンから算出された誤差量と、判定後パターンから算出された誤差量を、スイッチ部で切り替えてもよい。また、図5に示すデジタル信号処理回路3のように、既知パターンと判定後パターンをある結合割合で持って、結合してFIRタップ係数制御部に入力してもよい。既知パターンによるx偏波、y偏波の誤差量をそれぞれe_t_x、e_t_y、判定後パターンによる誤差量をe_d_x、e_d_yとし、それらの結合割合をα、βとすると、FIRタップ係数制御部に提供する誤差量e_x、e_yは、e_x = αe_t_x+βe_d_x、e_y =αe_t_y+βe_d_yで与えられる。フレーム同期クロックを用いて、既知パターン部分ではαが大きく、βが小さくなるように、それ以外の部分ではαがゼロ、もしくは非常に小さく、βが大きくなるように値を制御する。   Further, as in the digital signal processing circuit 2 shown in FIG. 4, the error amount calculated from the known pattern and the error amount calculated from the post-determination pattern may be switched by the switch unit. Further, like the digital signal processing circuit 3 shown in FIG. 5, the known pattern and the post-determination pattern may be combined at a certain combination ratio and combined and input to the FIR tap coefficient control unit. Provided to the FIR tap coefficient controller if the error amounts of the x-polarization and y-polarization due to the known pattern are e_t_x and e_t_y, respectively, and the error amounts due to the pattern after determination are e_d_x and e_d_y, respectively, and their coupling ratios are α and β. The error amounts e_x and e_y are given by e_x = αe_t_x + βe_d_x, e_y = αe_t_y + βe_d_y. Using the frame synchronization clock, the value is controlled so that α is large and β is small in the known pattern portion, and α is zero or very small and β is large in the other portions.

図15は、フレームサイズ依存性の実験評価結果の別の一例を示す概略図である。この図において、実線で表わされたグラフは判定帰還LMSを用いる場合(デジタル信号処理回路8)、破線で表わされたグラフは判定帰還LMSを用いない場合(デジタル信号処理回路7)を示す。この図は、判定帰還LMSに用いる場合と、用いない場合のQ値のフレームサイズ依存性を実験評価した結果である。
図15(a)では、CMAを用いた第一のFIRフィルタによるキャリア位相推定も適用しており、大きなキャリア位相ずれの時間変動は補償されているため、第二のFIRフィルタのFIRタップ係数の真値の時間変動は小さい条件である。それでも、フレームサイズが大きくなり、既知パターンの頻度が小さくなると、判定帰還LMSを併用する場合の方がQ値が高く維持される。一方、図15(b)では、CMAを用いた第一のFIRフィルタによるキャリア位相推定がない場合である。この場合、判定帰還LMSの有無による差分が大きい。これは、キャリア位相ずれの時間変動を判定帰還LMSが補っているためである。一方、図15(a)に比較して、Q値の絶対値が低く、LMSタップ係数の真値がキャリア位相推定で時間変化することで、LMSタップ係数の最適化が難しいためである。
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating another example of the experimental evaluation result of the frame size dependency. In this figure, a graph represented by a solid line shows a case where the determination feedback LMS is used (digital signal processing circuit 8), and a graph represented by a broken line shows a case where the determination feedback LMS is not used (digital signal processing circuit 7). . This figure shows the result of experimental evaluation of the frame size dependence of the Q value when used for the decision feedback LMS and when not used.
In FIG. 15A, carrier phase estimation by the first FIR filter using CMA is also applied, and the time variation of the large carrier phase shift is compensated, so the FIR tap coefficient of the second FIR filter is True time fluctuation is a small condition. Even so, when the frame size increases and the frequency of known patterns decreases, the Q value is maintained higher when the decision feedback LMS is used together. On the other hand, FIG. 15B shows a case where there is no carrier phase estimation by the first FIR filter using CMA. In this case, the difference due to the presence or absence of the determination feedback LMS is large. This is because the determination feedback LMS compensates for the time variation of the carrier phase shift. On the other hand, compared to FIG. 15A, the absolute value of the Q value is low, and the true value of the LMS tap coefficient changes with time in the carrier phase estimation, which makes it difficult to optimize the LMS tap coefficient.

図16は、本実施形態の変形例5に係るデジタル信号処理回路9の構成を示す概略ブロック図である。図16において、キャリア位相推定部87は、既知パターンを入力し、既知パターン到来時間部分においては、既知パターンと第一のFIRフィルタの出力パターンとを比較することでキャリア位相ずれを検出し、第一のFIRフィルタからの出力信号のみから推定したキャリア位相ずれと合成して、位相回転量を出力する。なお、フレーム同期クロック11、第一のFIRフィルタ44−1、第一のFIRタップ係数制御部43−1、位相補償部48、第二のFIRフィルタ44−2、及び第二のFIRフィルタ44−2は、デジタル信号処理回路5(図8)のものと同じであるので、説明は省略する。   FIG. 16 is a schematic block diagram showing a configuration of a digital signal processing circuit 9 according to Modification 5 of the present embodiment. In FIG. 16, a carrier phase estimation unit 87 inputs a known pattern, and detects a carrier phase shift by comparing the known pattern with the output pattern of the first FIR filter in the known pattern arrival time portion. The phase rotation amount is output by combining with the carrier phase shift estimated from only the output signal from one FIR filter. The frame synchronization clock 11, the first FIR filter 44-1, the first FIR tap coefficient control unit 43-1, the phase compensation unit 48, the second FIR filter 44-2, and the second FIR filter 44- Since 2 is the same as that of the digital signal processing circuit 5 (FIG. 8), description thereof is omitted.

図16は、キャリア位相推定において、既知パターンを利用する構成である。受信信号に既知パターンが含まれる時間部分では、標本既知パターンと受信既知パターンの複素平面による位相回転を検出して、キャリア位相ずれを推定する。一方、ペイロード部分では、4乗法を用いてキャリア位相ずれ量を推定する。
まず、既知パターン部分では、第一のFIRフィルタ出力に既知パターンが含まれる時間位置を把握する必要があり、フレーム同期クロックを用いて既知パターンの到来時間を把握する。この方法としては、受信データと既知パターンの相互相関を計算し、相関係数の高い両者の時間遅延位置を検出することで、両者の遅延量を把握できる。また、周波数領域で相関ピークを検出する方法もある。受信既知パターンの離散時間関数をフーリエ変換し、標本既知パターンの離散時間関数もフーリエ変換し、一方を一方で割り、さらに逆フーリエ変換する。その上で、ピーク検出を実施して、最大のピーク時間遅延位置を検出することで、後者に対する前者の遅延量を把握できる。そのうえで、この遅延量を補償した上で、受信既知パターンと標本既知パターンの複素平面状での回転量を検出して、キャリア位相ずれを推定する。ここでは、第一のFIRフィルタから出力されるk番目の受信された既知信号のX偏波、Y偏波をそれぞれx(k)、y(k)とし、標本既知パターンの信号のX偏波、Y偏波をそれぞれpx(k)、py(k)とすると、X偏波、Y偏波それぞれに対して、位相ずれによる複素平面上の変位量の平均は、それぞれpx_avg(k−M/2)、py_avg(k−M/2)とすると、次式(7)で与えられる。
FIG. 16 shows a configuration using a known pattern in carrier phase estimation. In a time portion in which the received signal includes a known pattern, the phase rotation of the sample known pattern and the received known pattern by the complex plane is detected, and the carrier phase shift is estimated. On the other hand, in the payload portion, the carrier phase shift amount is estimated using the fourth power method.
First, in the known pattern portion, it is necessary to grasp the time position where the known pattern is included in the first FIR filter output, and the arrival time of the known pattern is grasped using the frame synchronization clock. As this method, by calculating the cross-correlation between the received data and the known pattern and detecting the time delay positions of both having a high correlation coefficient, the delay amount of both can be grasped. There is also a method for detecting a correlation peak in the frequency domain. The discrete time function of the received known pattern is Fourier transformed, the discrete time function of the sample known pattern is also Fourier transformed, one is divided by one, and further the inverse Fourier transformed. Then, peak detection is performed and the maximum peak time delay position is detected, whereby the former delay amount with respect to the latter can be grasped. Then, after compensating for this delay amount, the amount of rotation in the complex plane between the received known pattern and the known sample pattern is detected to estimate the carrier phase shift. Here, the X polarization and Y polarization of the k-th received known signal output from the first FIR filter are respectively x (k) and y (k), and the X polarization of the signal of the sample known pattern , Y polarization is px (k) and py (k), respectively, the average displacement amount on the complex plane due to phase shift for each of the X polarization and Y polarization is px_avg (k−M / 2), py_avg (k−M / 2), it is given by the following equation (7).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

さらに、px_avg(k−M/2)、py_avg(k-M/2)の複素平面状での位相角を取ることで、既知パターンを用いてキャリア位相のずれを検知できる。具体的な例を、次式で示す。k番目の位相ずれ量をφ_x(k)、φ_y(k)とすると、φ_x(k)、φ_y(k)の更新式は、次式(8)で表される。   Further, by taking the phase angle in the complex plane of px_avg (k−M / 2) and py_avg (k−M / 2), it is possible to detect a carrier phase shift using a known pattern. A specific example is shown by the following formula. When the k-th phase shift amount is φ_x (k) and φ_y (k), the update equations for φ_x (k) and φ_y (k) are expressed by the following equation (8).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

ここで、Arg[ ]は、複素平面状での位相角を計算する表記である。
一方、ペイロード部分では、Viterbi−Viterbi法を用いてキャリア位相ずれを推定する。QPSK変調信号では、第一のFIRフィルタからの出力信号を4乗すると、変調パターンにかかわらず全てのシンボルがコンスタレーション上で同一の1点に収束する。一般に、x−PSKではx乗することで、一点に収束する。ここでは、QPSK方式で説明する。
さらに、FIRフィルタ出力を4乗した後に、前後Mシンボルで平均化する。具体的には、次式(9)である。
Here, Arg [] is a notation for calculating the phase angle in the complex plane.
On the other hand, in the payload portion, the carrier phase shift is estimated using the Viterbi-Viterbi method. In the QPSK modulation signal, when the output signal from the first FIR filter is raised to the fourth power, all symbols converge to the same point on the constellation regardless of the modulation pattern. In general, x-PSK converges to one point by raising to the power of x. Here, the QPSK method will be described.
Furthermore, after the FIR filter output is raised to the fourth power, it is averaged with M symbols before and after. Specifically, it is the following formula (9).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

さらに、x_avg(k−M/2)、y_avg(k−M/2)の複素平面状での位相角を取ることで、データ変調パターンに関わらずキャリア位相のずれを検知できる。具体的な例を、次式で示す。k番目の位相ずれ量をφ_x(k)、φ_y(k)とすると、φ_x(k)、φ_y(k)の更新式は、次式(10)で表される。   Further, by taking the phase angle in the complex plane of x_avg (k−M / 2) and y_avg (k−M / 2), it is possible to detect the carrier phase shift regardless of the data modulation pattern. A specific example is shown by the following formula. When the k-th phase shift amount is φ_x (k) and φ_y (k), the update equations for φ_x (k) and φ_y (k) are expressed by the following equation (10).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

ここで、Arg[ ]は、複素平面状での位相角を計算する表記である。
また、位相角を計算する前に、k−1番目の位相ずれの逆位相回転を与えて、位相ずれ量のk−1からk番目までの変化のみにしている。これによって、Argの内部が小さくなり、Arg関数の360度不確定性の課題を回避、もしくは小さくできる。
また、既知パターン部分とペイロード部分への切り替え時にも、両者の推定量を融合することで、スムーズな位相推定の切り替えが可能になる。切り替え以外の時間では、どちらか一方のキャリア位相推定で閉じており、Mシンボルの平均化ができる。一方、切り替え時には、一方の平均化シンボル数がnとなり、他方の平均化シンボル数がM−nとなる。ここでも、両者を融合して平均化することができれば、スムーズに切り替えができ、その間も位相回転量の変化を追従できる。
Here, Arg [] is a notation for calculating the phase angle in the complex plane.
Further, before calculating the phase angle, an anti-phase rotation of the (k−1) th phase shift is given to change only the phase shift amount from k−1 to the kth. As a result, the inside of the Arg becomes small, and the problem of the 360 degree uncertainty of the Arg function can be avoided or reduced.
Further, even when switching between the known pattern portion and the payload portion, it is possible to smoothly switch the phase estimation by combining the estimated amounts of both. At times other than switching, either carrier phase estimation is closed, and M symbols can be averaged. On the other hand, at the time of switching, one averaged symbol number is n, and the other averaged symbol number is M−n. Again, if both can be fused and averaged, switching can be performed smoothly, and changes in the amount of phase rotation can be followed during that time.

以下はそのひとつの方法である。ペイロード部分から既知パターン部分への切り替えを想定し、nシンボルの既知パターンでの平均化と、M−nシンボルのペイロード部分の平均化を融合する例である。まず、既知パターンでの複素平面状での変位量の平均値は、次式(11)で表わされる。   The following is one method. Assuming switching from the payload portion to the known pattern portion, this is an example in which the averaging of the n symbols with the known pattern and the averaging of the payload portion of the MN symbols are fused. First, the average value of the displacement amount in the complex plane shape in the known pattern is expressed by the following equation (11).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

また、ペイロード部分での複素平面状での変位量の平均値は、次式(12)で表わされる。   Moreover, the average value of the displacement amount in the complex plane shape in the payload portion is expressed by the following equation (12).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

k番目の位相ずれ量φ(k)とすると、これらを用いて、φ_x(k)、φ_y(k)の更新式が次式(13)で表される。   Assuming that the k-th phase shift amount φ (k) is used, an update equation for φ_x (k) and φ_y (k) is expressed by the following equation (13).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

α、βはペイロード部分、および既知パターン部分からの寄与率を表し、簡単な方法としては、平均化シンボル数n、Mで重みをつける方法が考案される。以下の例では、シンボル数に比例した寄与率を設定する例である。α=(1−n/M)、β=n/Mと設定する方法がある。また、既知パターンからの寄与率を高くするなど、その他の関数系もある。α+βが1になるように設定するのが、安定動作のために有効である。 α and β represent the contribution ratios from the payload portion and the known pattern portion. As a simple method, a method of weighting with the averaged symbol numbers n and M is devised. In the following example, a contribution rate proportional to the number of symbols is set. There is a method of setting α = (1−n / M) and β = n / M. There are other functional systems such as increasing the contribution rate from known patterns. Setting α + β to be 1 is effective for stable operation.

このように、本実施形態によれば、デジタル信号処理回路4〜9は、FIRフィルタ出力パターンから局発光と送信レーザの位相ずれ量を推定し、位相ずれ量の時間変化から局発光と送信レーザ光の周波数ずれ量を算出し、そのずれが小さくなるように周波数補償部の補償量を制御する。これにより、デジタル信号処理回路4〜9は、送信端のレーザ光と受信端の局発光の間の周波数差、位相差ずれの時間変化がある場合であっても、位相回転に追従してFIRタップ係数を追従することができ、信号品質を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the digital signal processing circuits 4 to 9 estimate the phase shift amount of the local light and the transmission laser from the FIR filter output pattern, and the local light and the transmission laser from the time change of the phase shift amount. The amount of light frequency shift is calculated, and the amount of compensation of the frequency compensator is controlled so that the shift is reduced. As a result, the digital signal processing circuits 4 to 9 follow the phase rotation even when there is a time change in the frequency difference and phase difference between the laser light at the transmitting end and the local light at the receiving end. The tap coefficient can be followed, and the signal quality can be improved.

(第4の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第4の実施形態について詳しく説明する。
送信端のレーザ光と受信端の局発光の間の周波数差がある場合、既知信号を用いたFIRタップ係数推定では、その周波数差による位相回転に追従するようにFIRタップ係数が変化する必要がある。その周波数差が大きい場合には、位相回転に追従できなく、FIR出力が回転方向に広がる可能性がある。
本実施形態に係るデジタル信号処理回路では、この回転を止めるためには、周波数ずれをモニタして、FIRフィルタに入力される前に周波数ずれを補償する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
When there is a frequency difference between the laser light at the transmitting end and the local light at the receiving end, the FIR tap coefficient estimation using a known signal needs to change the FIR tap coefficient so as to follow the phase rotation due to the frequency difference. is there. If the frequency difference is large, the phase rotation cannot be followed and the FIR output may spread in the rotation direction.
In the digital signal processing circuit according to the present embodiment, in order to stop this rotation, the frequency deviation is monitored and the frequency deviation is compensated before being input to the FIR filter.

図17は、本発明の第4の実施形態に係るデジタル信号処理回路10の構成を示す概略ブロック図である。デジタル信号処理回路10では、この周波数ずれをFIRタップ係数の時間変化から推定して、FIRフィルタへの入力信号の周波数を事前に補償する。   FIG. 17 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 10 according to the fourth embodiment of the present invention. In the digital signal processing circuit 10, this frequency shift is estimated from the time change of the FIR tap coefficient, and the frequency of the input signal to the FIR filter is compensated in advance.

図17において、FIRフィルタ部14は、受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるFIRタップ係数を掛けて、加算する。減算部12は、FIRフィルタ14から出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンなどの目標パターンとの誤差を算出する。FIRタップ係数制御部13は、減算部12から出力される誤差量が最小になるように、FRIタップ係数を制御する。周波数オフセット量算出部97は、FIRタップ係数制御部13から出力されるFRIタップ係数から前記局発光と送信信号のキャリア周波数差を算出し、周波数補償部97で与える周波数補償量を算出する。周波数補償部98は、周波数オフセット量算出部97が算出した周波数補償量に基づいて、FIRフィルタ14に入力される受信信号の周波数ずれを補正する。   In FIG. 17, the FIR filter unit 14 prepares signals with different delay amounts added to the received signals, adds the FIR tap coefficients in the signals subjected to the respective delays, and adds them. The subtractor 12 calculates an error between the equalized output pattern output from the FIR filter 14 and a target pattern such as a known pattern stored in the receiver. The FIR tap coefficient control unit 13 controls the FRI tap coefficient so that the error amount output from the subtraction unit 12 is minimized. The frequency offset amount calculation unit 97 calculates the carrier frequency difference between the local light and the transmission signal from the FRI tap coefficient output from the FIR tap coefficient control unit 13, and calculates the frequency compensation amount given by the frequency compensation unit 97. The frequency compensation unit 98 corrects the frequency shift of the reception signal input to the FIR filter 14 based on the frequency compensation amount calculated by the frequency offset amount calculation unit 97.

周波数オフセットがある場合、周波数オフセットによるキャリア位相回転を打ち消すように、FIRタップ係数が更新される。そのため、FIRタップ係数の位相回転が発生する。従って、FIRタップ係数の位相回転の時間変動を検出することで、FIRタップ係数から周波数オフセット量を推定できる。   If there is a frequency offset, the FIR tap coefficient is updated so as to cancel the carrier phase rotation due to the frequency offset. Therefore, phase rotation of the FIR tap coefficient occurs. Therefore, the frequency offset amount can be estimated from the FIR tap coefficient by detecting the time variation of the phase rotation of the FIR tap coefficient.

図18は、本実施形態に係る周波数オフセット量算出部97の構成を示す概略ブロック図である。時間遅延部971は、入力されたFIRタップ係数を、時間ΔTだけ遅延させて出力する。位相共役部972は、入力されたFIRタップ係数を位相共益変換する。乗算部973は、入力された値を乗算する。平均化部974は、乗算部973が乗算した値の平均値を算出する。位相角部975は、平均化部974が算出した平均値の位相角を抽出する。除算部976は、位相角部975が抽出した位相角からΔTを除算する。   FIG. 18 is a schematic block diagram showing the configuration of the frequency offset amount calculation unit 97 according to this embodiment. The time delay unit 971 delays the input FIR tap coefficient by a time ΔT and outputs it. The phase conjugate unit 972 performs phase mutual benefit conversion on the input FIR tap coefficient. The multiplier 973 multiplies the input value. The averaging unit 974 calculates an average value of the values multiplied by the multiplication unit 973. The phase angle unit 975 extracts the phase angle of the average value calculated by the averaging unit 974. The division unit 976 divides ΔT from the phase angle extracted by the phase angle unit 975.

例えば、ΔTを「1」とし、ある時刻kのFIRタップ係数をh(k)、時刻k+1のFIRタップ係数をh(k+1)とすると、この間のキャリア位相回転はh(k+1)・h(k)の位相回転量に等しい。この量を平均化するとで、変動を抑えることができるため、平均化することが望ましいが必須ではない。さらに、位相回転量ΔφはΔφ=Arg(h(k+1)・h(k))で与えられる。この量を時間間隔ΔTで割ることで、瞬時的な周波数オフセットΔf=Δφ/ΔTを得られる。この量には、光雑音などによる誤差が含まれるため、周波数補償部に周波数補償量として直接与えると、不要な変動を発生する。そのため、徐々に周波数オフセット補償することがのぞましい。 For example, if ΔT is “1”, the FIR tap coefficient at a certain time k is h (k), and the FIR tap coefficient at a time k + 1 is h (k + 1), the carrier phase rotation during this time is h (k + 1) · h (k ) Equal to the phase rotation amount of * . Averaging this amount can suppress fluctuations, so averaging is desirable but not essential. Further, the phase rotation amount Δφ is given by Δφ = Arg (h (k + 1) · h (k) * ). By dividing this amount by the time interval ΔT, an instantaneous frequency offset Δf = Δφ / ΔT can be obtained. Since this amount includes an error due to optical noise or the like, if it is directly given to the frequency compensator as a frequency compensation amount, an unnecessary fluctuation occurs. For this reason, it is desirable to gradually compensate the frequency offset.

図19は、本実施形態の変形例1に係るデジタル信号処理回路11の構成を示す概略ブロック図である。デジタル信号処理回路11は、検出された周波数オフセット量を周波数補償に与える際に、平均化して徐々に反映する構成である。周波数オフセット量算出部97が、FIRタップ係数から推定した周波数オフセットを、そのまま周波数補償部98における周波数補償量として与えるのではなく、乗算部1003が、検出された周波数オフセットに1以下の係数を乗算し、加算部1001が、その分の変化を周波数補償部98に与える周波数補償量として更新して、周波数補償量として周波数補償部98に与える。例えば、乗算部1003は、周波数オフセット量算出部97が算出した周波数オフセットに1/Nを乗算する。加算部1001は、乗算部1003から入力された値を周波数補償部98に出力し、また、メモリ1002に記憶する。加算部1001は、メモリ1002に記憶された値を、N回、周波数補償部98に逐次出力する。
このように、徐々に周波数オフセットが減衰して、最適な周波数補償量になるように逐次的に制御する。
FIG. 19 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 11 according to the first modification of the present embodiment. The digital signal processing circuit 11 is configured to average and gradually reflect the detected frequency offset amount when giving the frequency compensation to the frequency compensation. The frequency offset amount calculation unit 97 does not directly give the frequency offset estimated from the FIR tap coefficient as the frequency compensation amount in the frequency compensation unit 98, but the multiplication unit 1003 multiplies the detected frequency offset by a coefficient of 1 or less. Then, the adding unit 1001 updates the change as a frequency compensation amount to be given to the frequency compensation unit 98 and gives it to the frequency compensation unit 98 as a frequency compensation amount. For example, the multiplication unit 1003 multiplies the frequency offset calculated by the frequency offset amount calculation unit 97 by 1 / N. The adder 1001 outputs the value input from the multiplier 1003 to the frequency compensator 98 and stores it in the memory 1002. The adder 1001 sequentially outputs the value stored in the memory 1002 to the frequency compensator 98 N times.
In this way, the frequency offset is gradually attenuated, and the control is sequentially performed so that the optimum frequency compensation amount is obtained.

図20は、フレームサイズ依存性の実験評価結果の別の一例を示す概略図である。この図において、実線で表わされたグラフはキャリア周波数オフセット補償ありの場合(デジタル信号処理回路10)、破線で表わされたグラフは位相補償なしの場合(デジタル信号処理回路1)を示す。この図は、FIRタップ係数の時間変化を用いたキャリア周波数オフセット補償の有無によるQ値のフレームサイズ依存性を示す。CMAを用いたFIRフィルタ、およびキャリア位相推定を用いない構成で評価した。この場合、周波数オフセットが大きいと、既知パターンを用いたFIRタップ係数の更新において、キャリア位相ずれの時間変化が大きいため、時事刻々FIRタップ係数の最適真値が変化する。そのため、既知パターンを用いたFIRタップ係数の推定が困難であり、精度よく係数を推定できない。一方、キャリア周波数オフセット補償を適用すると、周波数ずれが小さく抑えられるため、LMSタップ係数の時間変化が小さくなり、より精度よくFIRタップ係数を推定でき、Q値が向上する。   FIG. 20 is a schematic diagram illustrating another example of the experimental evaluation result of the frame size dependency. In this figure, a graph represented by a solid line shows a case with carrier frequency offset compensation (digital signal processing circuit 10), and a graph represented by a broken line shows a case without phase compensation (digital signal processing circuit 1). This figure shows the dependence of the Q value on the frame size depending on the presence or absence of carrier frequency offset compensation using the time change of the FIR tap coefficient. Evaluation was performed with a FIR filter using CMA and a configuration not using carrier phase estimation. In this case, if the frequency offset is large, since the time change of the carrier phase shift is large in the update of the FIR tap coefficient using the known pattern, the optimum true value of the FIR tap coefficient changes every moment. Therefore, it is difficult to estimate the FIR tap coefficient using the known pattern, and the coefficient cannot be estimated with high accuracy. On the other hand, when carrier frequency offset compensation is applied, the frequency shift is suppressed to be small, so that the time change of the LMS tap coefficient is reduced, the FIR tap coefficient can be estimated more accurately, and the Q value is improved.

図21は、本実施形態の変形例2に係るデジタル信号処理回路12の構成を示す概略ブロック図である。
デジタル信号処理回路12は、CMAを用いたFIRタップ係数更新及びキャリア位相推定を利用する場合の構成であり、この場合キャリア周波数オフセット量はキャリア位相推定から検出することができる。具体的には、周波数オフセット量算出部97には、FIRタップ係数に代えて、キャリア位相推定部87が推定したキャリア位相回転量が入力される。周波数オフセット量算出部97(図18参照)は、キャリア位相推定部87から入力されたキャリア位相回転量から周波数補償量を算出する。
FIG. 21 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 12 according to the second modification of the present embodiment.
The digital signal processing circuit 12 is configured to use FIR tap coefficient update and carrier phase estimation using CMA. In this case, the carrier frequency offset amount can be detected from the carrier phase estimation. Specifically, the carrier phase rotation amount estimated by the carrier phase estimation unit 87 is input to the frequency offset amount calculation unit 97 instead of the FIR tap coefficient. The frequency offset amount calculation unit 97 (see FIG. 18) calculates a frequency compensation amount from the carrier phase rotation amount input from the carrier phase estimation unit 87.

なお、キャリア位相推定部87は、Viterbi−Viterbiの4乗法を用いて、キャリア位相推定できる。QPSK変調信号では、第一のFIRフィルタからの出力信号を4乗すると、変調パターンにかかわらず全てのシンボルがコンスタレーション上で同一の1点に収束する。一般に、x−PSKではx乗することで、一点に収束する。ここでは、QPSK方式で説明する。
さらに、FIRフィルタ出力を4乗した後に、前後Mシンボルで平均化する。具体的には、上記の式(5)で表わされる。
The carrier phase estimation unit 87 can estimate the carrier phase using the Viterbi-Viterbi fourth power method. In the QPSK modulation signal, when the output signal from the first FIR filter is raised to the fourth power, all symbols converge to the same point on the constellation regardless of the modulation pattern. In general, x-PSK converges to one point by raising to the power of x. Here, the QPSK method will be described.
Furthermore, after the FIR filter output is raised to the fourth power, it is averaged with M symbols before and after. Specifically, it is represented by the above formula (5).

さらに、x_avg(k−M/2)、y_avg(k−M/2)の複素平面状での位相角を取ることで、データ変調パターンに関わらずキャリア位相のずれを検知できる。具体的な例を、式(6)で示す。k番目の位相ずれ量をφ_x(k)、φ_y(k)とすると、φ_x(k)、φ_y(k)の更新式は、上記の式(6)で表される。
また、位相角を計算する前に、k−1番目の位相ずれの逆位相回転を与えて、位相ずれ量のk−1からk番目までの変化のみにしている。これによって、Argの内部が小さくなり、Arg関数の360度不確定性の課題を回避、もしくは小さくできる。
Further, by taking the phase angle in the complex plane of x_avg (k−M / 2) and y_avg (k−M / 2), it is possible to detect the carrier phase shift regardless of the data modulation pattern. A specific example is shown by Formula (6). Assuming that the k-th phase shift amount is φ_x (k) and φ_y (k), the update equations for φ_x (k) and φ_y (k) are expressed by the above equation (6).
Further, before calculating the phase angle, an anti-phase rotation of the (k−1) th phase shift is given to change only the phase shift amount from k−1 to the kth. As a result, the inside of the Arg becomes small, and the problem of the 360 degree uncertainty of the Arg function can be avoided or reduced.

図22は、本実施形態の変形例3に係るデジタル信号処理回路13の構成を示す概略ブロック図である。デジタル信号処理回路13は、既知パターンを用いたFIRタップ係数補償の後に、キャリア位相推定を用いる場合の構成である。
キャリア位相推定部87は、FIRフィルタ14の出力からキャリア位相ずれを推定する。QPSK変調信号では、FIRフィルタからの出力信号を4乗すると、変調パターンにかかわらず全てのシンボルがコンスタレーション上で同一の1点に収束する。一般に、x−PSKではx乗することで、一点に収束する。ここでは、QPSK方式で説明する。
さらに、FIRフィルタ14の出力を4乗した後に、前後Mシンボルで平均化する。具体的には、上記の式(5)で表わされる。
FIG. 22 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 13 according to the third modification of the present embodiment. The digital signal processing circuit 13 is configured when carrier phase estimation is used after FIR tap coefficient compensation using a known pattern.
The carrier phase estimation unit 87 estimates the carrier phase shift from the output of the FIR filter 14. In the QPSK modulation signal, when the output signal from the FIR filter is raised to the fourth power, all symbols converge to one point on the constellation regardless of the modulation pattern. In general, x-PSK converges to one point by raising to the power of x. Here, the QPSK method will be described.
Further, after the output of the FIR filter 14 is raised to the fourth power, it is averaged by the front and rear M symbols. Specifically, it is represented by the above formula (5).

さらに、x_avg(k−M/2)、y_avg(k−M/2)の複素平面状での位相角を取ることで、データ変調パターンに関わらずキャリア位相のずれを検知できる。具体的な例を、式(6)で示す。k番目の位相ずれ量をφ_x(k)、φ_y(k)とすると、φ_x(k)、φ_y(k)の更新式は、上記の式(6)で表される。
また、位相角を計算する前に、k−1番目の位相ずれの逆位相回転を与えて、位相ずれ量のk−1からk番目までの変化のみにしている。これによって、Argの内部が小さくなり、Arg関数の360度不確定性の課題を回避、もしくは小さくできる。
検出された位相ずれ量は、位相補償部48及び周波数オフセット量算出部97に提供される。位相補償部48は、入力されたx及びy偏波成分に対して、この位相ずれ量分を逆回転として与えることで、位相ずれを補償する。また、周波数オフセット量算出部97(図18参照)は、キャリア位相推定部87から入力されたキャリア位相回転量から周波数補償量を算出する。
Further, by taking the phase angle in the complex plane of x_avg (k−M / 2) and y_avg (k−M / 2), it is possible to detect the carrier phase shift regardless of the data modulation pattern. A specific example is shown by Formula (6). Assuming that the k-th phase shift amount is φ_x (k) and φ_y (k), the update equations for φ_x (k) and φ_y (k) are expressed by the above equation (6).
Further, before calculating the phase angle, an anti-phase rotation of the (k−1) th phase shift is given to change only the phase shift amount from k−1 to the kth. As a result, the inside of the Arg becomes small, and the problem of the 360 degree uncertainty of the Arg function can be avoided or reduced.
The detected phase shift amount is provided to the phase compensation unit 48 and the frequency offset amount calculation unit 97. The phase compensator 48 compensates for the phase shift by giving this phase shift amount as reverse rotation to the input x and y polarization components. Further, the frequency offset amount calculation unit 97 (see FIG. 18) calculates a frequency compensation amount from the carrier phase rotation amount input from the carrier phase estimation unit 87.

このように、本実施形態によれば、デジタル信号処理回路10〜13は、FIRタップ係数又は位相回転量から局発光と送信信号のキャリア周波数差を算出して周波数補償量を算出し、算出した周波数補償量に基づいてFIRフィルタに入力される受信信号の周波数ずれを補正する。これにより、デジタル信号処理回路10〜13は、送信端のレーザ光と受信端の局発光の間の周波数差がある場合であっても、周波数ずれを補償してFIRタップ係数を追従することができ、信号品質を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the digital signal processing circuits 10 to 13 calculate the frequency compensation amount by calculating the carrier frequency difference between the local light and the transmission signal from the FIR tap coefficient or the phase rotation amount. Based on the frequency compensation amount, the frequency shift of the received signal input to the FIR filter is corrected. Thereby, even if there is a frequency difference between the laser light at the transmitting end and the local light at the receiving end, the digital signal processing circuits 10 to 13 can compensate the frequency shift and follow the FIR tap coefficient. Signal quality can be improved.

(第5の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第5の実施形態について詳しく説明する。
光ファイバ伝送では、波長分散による波形歪みは、時間的な広がりが大きいため、偏波分離、偏波モード分散補償などのための適応等化フィルタとは別に、半固定型のFIRフィルタを用いる構成が有効である。本実施形態に係るデジタル信号処理回路では、初期の設定の際に、波長分散を測定して、半固定型FIRフィルタのタップ係数を決定する。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In optical fiber transmission, waveform distortion due to chromatic dispersion has a large temporal spread, so that a semi-fixed FIR filter is used separately from an adaptive equalization filter for polarization separation, polarization mode dispersion compensation, etc. Is effective. In the digital signal processing circuit according to the present embodiment, the chromatic dispersion is measured at the time of initial setting, and the tap coefficient of the semi-fixed FIR filter is determined.

図23は、本発明の第5の実施形態に係るデジタル信号処理回路14の構成を示す概略ブロック図である。図23において、初期の設定の際に、波長分散を測定して、半固定型FIRフィルタ14−1のFIRタップ係数を決定する。その際、波長分散量の推定量に誤差が含まれる。また、温度変化、応力変化などによる時間変化もある。従って、後段の適応等化FIRフィルタ14−2の部分で、パイロット信号、もしくはデジタル判定後の帰還信号を用いて、残留波長分散を推定することが可能である。この残留波長分散量を推定して、前段の半固定FIRフィルタ14−1のFIRタップ係数制御部13−2にフィードバックする。図22では、後段の適応等化フィルタ14−2のFIRタップ係数から算出する構成を示したが、別途残留波長分散量を推定するための回路を用意して、既知信号やデジタル判定後の帰還信号を用いて、残留波長分散を推定してもよい。   FIG. 23 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 14 according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 23, in the initial setting, the chromatic dispersion is measured to determine the FIR tap coefficient of the semi-fixed FIR filter 14-1. At this time, an error is included in the estimated amount of chromatic dispersion. There are also time changes due to temperature changes, stress changes, and the like. Accordingly, the residual chromatic dispersion can be estimated by using the pilot signal or the feedback signal after digital determination in the adaptive equalization FIR filter 14-2 in the subsequent stage. This residual chromatic dispersion amount is estimated and fed back to the FIR tap coefficient control unit 13-2 of the semi-fixed FIR filter 14-1 at the previous stage. FIG. 22 shows a configuration for calculating from the FIR tap coefficient of the adaptive equalization filter 14-2 at the subsequent stage. However, a circuit for estimating the residual chromatic dispersion amount is prepared separately, and feedback after a known signal or digital determination is made. The signal may be used to estimate residual chromatic dispersion.

(第6の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第6の実施形態について詳しく説明する。
本実施形態では、FIRフィルタのタップ係数の更新において、第一のFIRタップ係数制御部と第二のFIRタップ係数制御部を設ける。
(Sixth embodiment)
Hereinafter, the sixth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the present embodiment, a first FIR tap coefficient control unit and a second FIR tap coefficient control unit are provided in updating the tap coefficients of the FIR filter.

図24は、本発明の第6の実施形態に係るデジタル信号処理回路15の構成を示す概略ブロック図である。デジタル信号処理回路15は、FIRフィルタ14のFIRタップ係数の更新において、第一のFIRタップ係数制御部153−1と第二のFIRタップ係数制御部153−2を設ける構成である。   FIG. 24 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 15 according to the sixth embodiment of the present invention. The digital signal processing circuit 15 is configured to include a first FIR tap coefficient control unit 153-1 and a second FIR tap coefficient control unit 153-2 in updating the FIR tap coefficient of the FIR filter 14.

第一のFIRタップ係数制御部153−1では、既知パターンを目標パターンとして用いて、FIRフィルタ14の出力と目標パターンの誤差を算出し、その差分が小さくなるようにFIRタップ係数を制御する。
既知パターンとしては、X偏波とY偏波では異なるパターンを用いることによって、X偏波のFIRフィルタ14の出力にはX偏波の既知パターンとの誤差が小さくなるようにFIRタップ係数を制御する。一方、Y偏波のFIRフィルタ14の出力には、Y偏波の既知パターンとの誤差が小さくなるように制御する。これにより、X偏波とY偏波がそれぞれ異なる偏波成分を復調するように制御でき、X偏波、Y偏波のFIRフィルタ14の出力が、ともに同一偏波の出力になるような事象を避けることができる。なお、X偏波、Y偏波それぞれに対して、FIRフィルタ、及びそのタップ係数制御部を用意する。具体的な推定アルゴリズムとしては、LMSを用いる方法がある。その動作方法は上記で説明済みである。
The first FIR tap coefficient control unit 153-1 calculates an error between the output of the FIR filter 14 and the target pattern using the known pattern as the target pattern, and controls the FIR tap coefficient so that the difference between them is reduced.
By using different patterns for the X polarization and the Y polarization as the known pattern, the FIR tap coefficient is controlled so that an error from the known pattern of the X polarization becomes small in the output of the X polarization FIR filter 14. To do. On the other hand, the output of the Y-polarized FIR filter 14 is controlled so that an error from the known pattern of Y-polarized light is reduced. As a result, control can be performed so that the polarization components having different X polarization and Y polarization can be demodulated, and the output of the F polarization filter 14 of X polarization and Y polarization becomes the same polarization output. Can be avoided. A FIR filter and a tap coefficient control unit are prepared for each of the X polarization and the Y polarization. As a specific estimation algorithm, there is a method using LMS. The method of operation has been described above.

その後、ある程度タップ係数推定が収束し、誤差が小さくなったところで、第二のFIRタップ係数制御部153−2に制御を切り替える。ここで、切り替えた場合のFIRフィルタ14の特徴は、このFIRタップ係数の更新においては、キャリア位相ずれによる受信パターンの位相回転に対して自由度を持つように制御することで、FIRタップ係数の時間変化を抑えることが可能になる点にある。一般に、位相変調信号の受信パターンは、横軸に受信信号の実数部、縦軸に受信信号の虚数部を割り当て、2次元面に受信パターンをプロットするコンスタレーションで表現できる。4値位相変調(QPSK)方式では、90度ずつ位相がシフトした同心円上の4つのポイントにプロットされる。一方、キャリア位相ずれがある場合、この4つのポイントが同心円状を回転して、尾を引いたようなコンスタレーションになる。従って、キャリア位相ずれに対して、自由度をもつようにFIRタップ係数を制御するには、ドーナツ円状のコンスタレーションになるように、FIRタップ係数を制御すればよい。この手法として、著名なものに、Constant Modulus Algorithmがある。そこでのFIRタップ係数の更新には、以下の式が利用できる。まず、FIRフィルタの動作としては、受信したX偏波、及びY偏波のM個の信号x_in(k)、y_in(k)、及びM個の成分を持つタップ係数Hxx(m)、Hxy(m)、Hyx(m)、Hyy(m)を用いて、FIRフィルタ出力のX偏波成分、Y偏波成分x_out(k)、y_out(k)は、次式(14)で表される。   Thereafter, when the tap coefficient estimation converges to some extent and the error becomes small, the control is switched to the second FIR tap coefficient control unit 153-2. Here, the characteristics of the FIR filter 14 in the case of switching are that the FIR tap coefficient is updated by controlling the FIR tap coefficient so as to have a degree of freedom with respect to the phase rotation of the received pattern due to the carrier phase shift. It is in the point that it becomes possible to suppress the time change. In general, a reception pattern of a phase modulation signal can be represented by a constellation in which a real part of a reception signal is assigned to the horizontal axis and an imaginary part of the reception signal is assigned to the vertical axis, and the reception pattern is plotted on a two-dimensional plane. In the quaternary phase modulation (QPSK) method, plotting is performed at four points on concentric circles whose phases are shifted by 90 degrees. On the other hand, when there is a carrier phase shift, these four points rotate concentrically, resulting in a constellation with a tail. Therefore, in order to control the FIR tap coefficient so as to have a degree of freedom with respect to the carrier phase shift, the FIR tap coefficient may be controlled so as to form a donut-shaped constellation. A prominent example of this technique is Constant Modulus Algorithm. The following formula can be used for updating the FIR tap coefficient. First, as an operation of the FIR filter, received X polarization and Y polarization M signals x_in (k) and y_in (k), and tap coefficients Hxx (m) and Hxy (Mxy) having M components. m), Hyx (m), and Hyy (m) are used to express the X polarization component, Y polarization component x_out (k), and y_out (k) of the FIR filter output by the following equation (14).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

X、Y偏波の誤差量e_x、e_yは、次式(15)で表わされる。   The error amounts e_x and e_y of the X and Y polarization are expressed by the following equation (15).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

式(15)に示す誤差量を用いて、次式(16)でFIRタップ係数を更新できる。   Using the error amount shown in Expression (15), the FIR tap coefficient can be updated by the following Expression (16).

Figure 2010268404
ここで、μは更新の速度を決定するパラメータであり、収束係数と呼ぶ。1以下の値である。
次に、第一のFIRフィルタ出力からキャリア位相ずれを推定する。QPSK変調信号では、第一のFIRフィルタ出力信号を4乗すると、変調パターンにかかわらず全てのシンボルがコンスタレーション上で同一の1点に収束する。一般に、x−PSKではx乗することで、一点に収束する。ここでは、QPSK方式で説明する。
さらに、FIRフィルタ出力を4乗した後に、前後Mシンボルで平均化する。具体的には、以下の式である。
Figure 2010268404
Here, μ is a parameter that determines the update speed, and is called a convergence coefficient. The value is 1 or less.
Next, the carrier phase shift is estimated from the first FIR filter output. In the QPSK modulation signal, when the first FIR filter output signal is raised to the fourth power, all symbols converge to the same point on the constellation regardless of the modulation pattern. In general, x-PSK converges to one point by raising to the power of x. Here, the QPSK method will be described.
Furthermore, after the FIR filter output is raised to the fourth power, it is averaged with M symbols before and after. Specifically, it is the following formula.

Figure 2010268404
Figure 2010268404

さらに、x_avg(k−M/2)、y_avg(k−M/2)の複素平面状での位相角を取ることで、データ変調パターンに関わらずキャリア位相のずれを検知できる。具体的な例を、次式で示す。k番目の位相ずれ量をφ_x(k)、φ_y(k)とすると、φ_x(k)、φ_y(k)の更新式は、次式(18)で表される。   Further, by taking the phase angle in the complex plane of x_avg (k−M / 2) and y_avg (k−M / 2), it is possible to detect the carrier phase shift regardless of the data modulation pattern. A specific example is shown by the following formula. When the k-th phase shift amount is φ_x (k) and φ_y (k), the update equations for φ_x (k) and φ_y (k) are expressed by the following equation (18).

Figure 2010268404
Figure 2010268404

ここで、Arg[ ]は、複素平面状での位相角を計算する表記である。
また、位相角を計算する前に、k−1番目の位相ずれの逆位相回転を与えて、位相ずれ量のk−1からk番目までの変化のみにしている。これによって、Argの内部が小さくなり、Arg関数の360度不確定性の課題を回避、もしくは小さくできる。
Here, Arg [] is a notation for calculating the phase angle in the complex plane.
Further, before calculating the phase angle, an anti-phase rotation of the (k−1) th phase shift is given to change only the phase shift amount from k−1 to the kth. As a result, the inside of the Arg becomes small, and the problem of the 360 degree uncertainty of the Arg function can be avoided or reduced.

図25は、本実施形態の変形例1に係るデジタル信号処理回路16の構成を示す概略ブロック図である。デジタル信号処理回路16は、フレーム同期クロックを入力して、既知パターンが到来した時間に既知パターンを用いてタップ係数制御を実施する構成である。
また、既知パターンでなくペイロード部分が到来する時間においては、識別判定後のパターンを用いて、判定帰還LMSを用いてFIRタップ係数の更新を実施する方法がある。その詳細は、フレーム同期クロックを用いて目標パターン、もしくは誤差量を切り替える上記で述べた構成を用いる。
FIG. 25 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 16 according to the first modification of the present embodiment. The digital signal processing circuit 16 is configured to receive a frame synchronization clock and perform tap coefficient control using the known pattern at the time when the known pattern arrives.
In addition, there is a method in which the FIR tap coefficient is updated using the determination feedback LMS using the pattern after the identification determination at the time when the payload portion arrives instead of the known pattern. In detail, the above-described configuration for switching the target pattern or the error amount using the frame synchronization clock is used.

図26は、本実施形態の変形例2に係るデジタル信号処理回路17の構成を示す概略ブロック図である。
突発的な偏波変動、キャリア位相変動、もしくは光強度の変動などが発生した場合には、既知フレームとして数〜数10シンボル程度を挿入し、その既知信号と実際に受信した信号との誤差を計算し、誤差が大きい場合にはFIRタップ係数推定が異常状態に陥っていることを検出する。
通常状態ではこれまで説明したようなFIRタップ係数の制御を実施する。ただし、検知回路151において既知パターンとデジタル判定後のパターンを比較して、FIRタップ係数の妥当性、キャリア位相推定・補償の妥当性を確認する。そして、異常があった場合、誤差が急激に大きくなった場合、FIRタップ係数推定、もしくはキャリア位相推定に誤りがあると判断し、第二のタップ係数制御部153−2が推定したFIRタップ係数に変更する。ここで、第二のタップ係数制御部153−2では、既知信号を用いてタップ係数を推定する方式で動作しており、その収束係数を第一のタップ係数制御部153−1に比較して大きくしておく。その動作方法としては、既知パターン部分のみで収束するように収束係数を設定する。また、既知パターンが到来するタイミングにあわせて、FIRタップ係数を初期化するような動作方法でもよい。
また、第二のタップ係数制御部153−2を設けずに、検知回路151にて異常を検知した場合には、第一のFIRフィルタ係数制御部153−1のFIRタップ係数をリセットするような動作方法でもよい。
また、入力データをバッファなどに保存しておいて、異常検出時には、第二のタップ係数制御部などで新たに推定されたタップ係数を、保存した入力データに適用して、出力を計算しなおす構成でもよい。
FIG. 26 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 17 according to the second modification of the present embodiment.
When sudden polarization fluctuations, carrier phase fluctuations, or light intensity fluctuations occur, several to several tens of symbols are inserted as known frames, and errors between the known signals and the actually received signals are detected. When the error is large, it is detected that the FIR tap coefficient estimation is in an abnormal state.
In the normal state, the control of the FIR tap coefficient as described above is performed. However, the detection circuit 151 compares the known pattern with the digitally determined pattern to confirm the validity of the FIR tap coefficient and the validity of the carrier phase estimation / compensation. If there is an abnormality, if the error suddenly increases, it is determined that there is an error in FIR tap coefficient estimation or carrier phase estimation, and the FIR tap coefficient estimated by the second tap coefficient control unit 153-2 Change to Here, the second tap coefficient control unit 153-2 operates by a method of estimating the tap coefficient using a known signal, and the convergence coefficient is compared with the first tap coefficient control unit 153-1. Keep it big. As the operation method, the convergence coefficient is set so that the convergence is performed only in the known pattern portion. Further, an operation method in which the FIR tap coefficient is initialized in accordance with the timing when the known pattern arrives may be used.
In addition, when the detection circuit 151 detects an abnormality without providing the second tap coefficient control unit 153-2, the FIR tap coefficient of the first FIR filter coefficient control unit 153-1 is reset. The operation method may be used.
Also, the input data is saved in a buffer, and when an abnormality is detected, the tap coefficient newly estimated by the second tap coefficient control unit is applied to the saved input data and the output is recalculated. It may be configured.

図27は、本実施形態の変形例3に係るデジタル信号処理回路18の構成を示す概略ブロック図である。
デジタル信号処理回路18では、キャリア位相推定部47でも既知信号を用いて、キャリア位相オフセットを推定する方式であり、詳細は上記で述べた方法がある。ここで、検知回路151において異常が検知された場合には、切替信号を用いてキャリア位相オフセット推定を、通常のモードから既知パターンにフォーカスして推定するモードに切替る動作をする。この方法としては、平均化する際に、既知信号部で推定量に重みを大きく掛けて、平均化することで実現する。これによって、キャリア位相推定の誤りを正すことができる。
また、イニシャルモードでは、X偏波とY偏波が同一の信号パターンが到来する可能性がある。このような場合には、フレーム同期クロック、もしくは同一パターンが到来するタイミングを検知して、その時間にはFIRフィルタのタップ係数を更新しないように制御してもよい。また、イニシャルモードではFIRフィルタのタップ係数を更新しないという制御を行ってもよい。
FIG. 27 is a schematic block diagram showing the configuration of the digital signal processing circuit 18 according to the third modification of the present embodiment.
In the digital signal processing circuit 18, the carrier phase estimation unit 47 also uses a known signal to estimate the carrier phase offset, and there are methods described above in detail. Here, when an abnormality is detected in the detection circuit 151, the operation of switching the carrier phase offset estimation from the normal mode to the mode in which estimation is performed by focusing on the known pattern using the switching signal is performed. This method is realized by averaging the estimated amount with a large weight in the known signal portion when averaging. As a result, the carrier phase estimation error can be corrected.
Further, in the initial mode, there is a possibility that a signal pattern having the same X polarization and Y polarization arrives. In such a case, the timing at which the frame synchronization clock or the same pattern arrives may be detected, and control may be performed so that the tap coefficient of the FIR filter is not updated at that time. In the initial mode, control may be performed such that the tap coefficient of the FIR filter is not updated.

なお、上述した各実施形態におけるデジタル信号処理回路1〜18では、デジタル信号処理回路1〜18の一部の構成を、置換、追加、或いは削除してもよい。また、デジタル信号処理回路1〜18の一部の構成を、組み合わせてもよい。例えば、デジタル信号処理回路11(図19)のFIRタップ係数制御部13は、デジタル信号処理回路3(図5)の識別判定部26、減算部12−1、12−2、スイッチ部25を備えてもよい。この場合、減算部12−1は、FIRフィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンとの誤差を算出する。減算部12−2は、FIRフィルタ14から出力される等化後の出力パターンと、識別判定部26から出力される判定後パターンとの誤差を算出する。スイッチ部25は、フレーム同期クロックを用いることで、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、減算部12−1からの誤差を、それ以外の時間部分では減算部12−2から出力される誤差を出力する。FIRタップ係数制御部13は、スイッチ部25から出力される誤差量が最小になるように、FIRフィルタ14のFIRタップ係数を制御する。また、例えば、デジタル信号処理回路4(図7)〜9(図16)は、デジタル信号処理回路10(図17)の周波数補償部98及び周波数オフセット量算出部97を備えてもよい。この場合、第一のFIRタップ係数制御部43−1の出力が周波数オフセット量算出部97に入力され、周波数補償部98の出力が第一のFIRフィルタ44−1に入力される。
また、上述した各実施形態における図面で、同じ符号を付した各部は、同じ機能を持つ。
In the digital signal processing circuits 1 to 18 in each of the embodiments described above, a part of the configuration of the digital signal processing circuits 1 to 18 may be replaced, added, or deleted. Moreover, you may combine the one part structure of the digital signal processing circuits 1-18. For example, the FIR tap coefficient control unit 13 of the digital signal processing circuit 11 (FIG. 19) includes an identification determination unit 26, subtraction units 12-1 and 12-2, and a switch unit 25 of the digital signal processing circuit 3 (FIG. 5). May be. In this case, the subtraction unit 12-1 calculates an error between the equalized output pattern output from the FIR filter and the known pattern stored in the reception unit. The subtraction unit 12-2 calculates an error between the equalized output pattern output from the FIR filter 14 and the post-determination pattern output from the identification determination unit 26. By using the frame synchronization clock, the switch unit 25 outputs an error from the subtracting unit 12-1 in the time portion where the known pattern of the received signal arrives, and outputs from the subtracting unit 12-2 in the other time portions. Output error. The FIR tap coefficient control unit 13 controls the FIR tap coefficient of the FIR filter 14 so that the error amount output from the switch unit 25 is minimized. For example, the digital signal processing circuits 4 (FIG. 7) to 9 (FIG. 16) may include the frequency compensation unit 98 and the frequency offset amount calculation unit 97 of the digital signal processing circuit 10 (FIG. 17). In this case, the output of the first FIR tap coefficient control unit 43-1 is input to the frequency offset amount calculation unit 97, and the output of the frequency compensation unit 98 is input to the first FIR filter 44-1.
Moreover, in the drawings in the above-described embodiments, each part given the same reference numeral has the same function.

なお、上述した実施形態におけるデジタル信号処理回路1〜18の一部、例えば、フレーム同期クロック部11、減算部12、12−1、12−2、FIRタップ係数制御部13、FIRフィルタ14、識別判定部26、スイッチ部25、第一のFIRタップ係数制御部43−1、第二のFIRタップ係数制御部43−2、第一のFIRフィルタ44−1、第二のFIRフィルタ44−2、キャリア位相推定部47、87、位相補償部48、遅延部59、周波数オフセット量算出部97、周波数補償部98をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、デジタル信号処理回路1〜18に内蔵されたコンピュータシステムであって、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。   A part of the digital signal processing circuits 1 to 18 in the above-described embodiment, for example, the frame synchronization clock unit 11, the subtraction units 12, 12-1, 12-2, the FIR tap coefficient control unit 13, the FIR filter 14, and the identification Determination unit 26, switch unit 25, first FIR tap coefficient control unit 43-1, second FIR tap coefficient control unit 43-2, first FIR filter 44-1, second FIR filter 44-2, The carrier phase estimation units 47 and 87, the phase compensation unit 48, the delay unit 59, the frequency offset amount calculation unit 97, and the frequency compensation unit 98 may be realized by a computer. In that case, the program for realizing the control function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read by a computer system and executed. Here, the “computer system” is a computer system built in the digital signal processing circuits 1 to 18 and includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” is a medium that dynamically holds a program for a short time, such as a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, In such a case, a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client may be included, and the one holding a program for a certain period of time may be included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.

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。   As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to

1〜18・・・デジタル信号処理回路、11・・・フレーム同期クロック部、12・・・減算部(減算器)、13、13−1、13−2・・・FIRタップ係数制御部(適応等化タップ係数制御部)、14・・・FIRフィルタ(適応等化フィルタ)、141・・・遅延部、142・・・乗算部、143・・・加算部、25・・・スイッチ部、26・・・識別判定部、12−1・・・減算部(第一の減算器)、12−2・・・減算部(第二の減算器)、43−1、43−11、43−12・・・第一のFIRタップ係数制御部、43−2・・・第二のFIRタップ係数制御部、44−1、44−11、44−12・・・第一のFIRフィルタ、44−2・・・第二のFIRフィルタ、47、87、47−11、47−12・・・キャリア位相推定部、48、48−11、48−12・・・位相補償部、59・・・遅延部、97・・・周波数オフセット量算出部、98・・・周波数補償部、971・・・時間遅延部、972・・・位相共役部、973・・・乗算部、974・・・平均化部、975・・・位相角部、976・・・除算部、1001・・・加算部、1002・・・メモリ、1003・・・乗算部、14−1・・・半固定FIRフィルタ、14−2・・・適応等化FIRフィルタ、140・・・残留波長分散算出部、151・・・切替制御部、152・・・スイッチ部、153−1・・・第一のFIRタップ係数制御部、153−2・・・第二のFIRタップ係数制御部、171・・・検知回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-18 ... Digital signal processing circuit, 11 ... Frame synchronous clock part, 12 ... Subtraction part (subtractor), 13, 13-1, 13-2 ... FIR tap coefficient control part (adaptive Equalization tap coefficient control unit), 14... FIR filter (adaptive equalization filter), 141... Delay unit, 142... Multiplication unit, 143. ... identification determination unit, 12-1 ... subtraction unit (first subtractor), 12-2 ... subtraction unit (second subtractor), 43-1, 43-11, 43-12 ... 1st FIR tap coefficient control part, 43-2 ... 2nd FIR tap coefficient control part, 44-1, 44-11, 44-12 ... 1st FIR filter, 44-2 ... Second FIR filter, 47, 87, 47-11, 47-12 ... Carrier phase Constant unit, 48, 48-11, 48-12 ... phase compensation unit, 59 ... delay unit, 97 ... frequency offset amount calculation unit, 98 ... frequency compensation unit, 971 ... time delay 972 ... Phase conjugate part, 973 ... Multiplying part, 974 ... Averaging part, 975 ... Phase angle part, 976 ... Division part, 1001 ... Adding part, 1002 ... Memory 1003... Multiplying unit 14-1... Semi-fixed FIR filter 14-2... Adaptive equalization FIR filter 140. , 152 ... switch unit, 153-1 ... first FIR tap coefficient control unit, 153-2 ... second FIR tap coefficient control unit, 171 ... detection circuit

Claims (12)

光ファイバ伝送システムにおいて利用される受信器におけるデジタル信号処理回路であって、
前記デジタル信号処理回路は、局発光を用いて、入力された信号光の光電界を直交する成分に分離してコヒーレント受信し、前記直交する成分の時間波形を入力とし、デジタル演算を用いて受信データを復調し、
受信信号に含まれる既知パターン部分の到来時間タイミングに同期したフレーム同期クロックを出力するフレーム同期クロック部と、
前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、
前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンを比較して、その誤差を算出する減算器と、
前記フレーム同期クロックを用いることで既知パターン部分において動作し、前記減算器から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、
を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit in a receiver used in an optical fiber transmission system,
The digital signal processing circuit uses local light to separate the optical electric field of the input signal light into orthogonal components for coherent reception, receives the time waveform of the orthogonal components as input, and receives it using digital computation Demodulate the data,
A frame synchronization clock unit that outputs a frame synchronization clock synchronized with the arrival time timing of the known pattern portion included in the received signal;
An adaptive equalization filter that prepares signals with different amounts of delay added to the received signals, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds them,
A subtractor that compares the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter with the known pattern stored in the receiver and calculates the error;
An adaptive equalization tap coefficient control unit that operates in a known pattern portion by using the frame synchronization clock and controls the tap coefficient of the adaptive equalization filter so that an error amount output from the subtractor is minimized; ,
A digital signal processing circuit comprising:
光ファイバ伝送システムにおいて利用される受信器におけるデジタル信号処理回路であって、
前記デジタル信号処理回路は、局発光を用いて、入力された信号光の光電界を直交する成分に分離してコヒーレント受信し、前記直交する成分の時間波形を入力とし、デジタル演算を用いて受信データを復調し、
受信信号に含まれる既知パターン部分の到来時間タイミングに同期したフレーム同期クロックを検出して、出力するフレーム同期クロック部と、
前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、
前記適応等化フィルタから出力されるデータを入力して、デジタル判定後のパターンを出力する識別判定部と、
前記フレーム同期クロックを用いることで、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、受信部で記憶している既知パターンを目標パターンとして出力し、それ以外の時間部分では前記識別判定部から出力される判定後パターンを目標パターンとして出力するスイッチ部と、
前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、前記スイッチ部から出力される目標パターンとの誤差を算出する減算器と、
前記減算器から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、
を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit in a receiver used in an optical fiber transmission system,
The digital signal processing circuit uses local light to separate the optical electric field of the input signal light into orthogonal components for coherent reception, receives the time waveform of the orthogonal components as input, and receives it using digital computation Demodulate the data,
A frame synchronization clock portion that detects and outputs a frame synchronization clock synchronized with the arrival time timing of the known pattern portion included in the received signal; and
An adaptive equalization filter that prepares signals with different amounts of delay added to the received signals, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds them,
An identification determination unit that inputs data output from the adaptive equalization filter and outputs a pattern after digital determination;
By using the frame synchronization clock, the known pattern stored in the receiving unit is output as the target pattern in the time portion where the known pattern of the received signal arrives, and is output from the identification determination unit in the other time portion. A switch unit that outputs a post-determination pattern as a target pattern;
A subtractor for calculating an error between the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter and the target pattern output from the switch unit;
An adaptive equalization tap coefficient control unit that controls tap coefficients of the adaptive equalization filter so that an error amount output from the subtractor is minimized;
A digital signal processing circuit comprising:
光ファイバ伝送システムにおいて利用される受信器におけるデジタル信号処理回路であって、
前記デジタル信号処理回路は、局発光を用いて、入力された信号光の光電界を直交する成分に分離してコヒーレント受信し、前記直交する成分の時間波形を入力とし、デジタル演算を用いて受信データを復調し、
受信信号に含まれる既知パターン部分の到来時間タイミングに同期したフレーム同期クロックを検出して、出力するフレーム同期クロック部と、
前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、
前記適応等化フィルタから出力されるデータを入力して、デジタル判定後のパターンを出力する識別判定部と、
前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンとの誤差を算出する第一の減算器と、
前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、前記識別判定部から出力される判定後パターンとの誤差を算出する第二の減算器と、
前記フレーム同期クロックを用いることで、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、第一の減算器からの誤差を、それ以外の時間部分では第二の減算器から出力される誤差を出力するスイッチ部と、
前記スイッチ部から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、
を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit in a receiver used in an optical fiber transmission system,
The digital signal processing circuit uses local light to separate the optical electric field of the input signal light into orthogonal components for coherent reception, receives the time waveform of the orthogonal components as input, and receives it using digital computation Demodulate the data,
A frame synchronization clock portion that detects and outputs a frame synchronization clock synchronized with the arrival time timing of the known pattern portion included in the received signal; and
An adaptive equalization filter that prepares signals with different amounts of delay added to the received signals, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds them,
An identification determination unit that inputs data output from the adaptive equalization filter and outputs a pattern after digital determination;
A first subtractor for calculating an error between the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter and the known pattern stored in the reception unit;
A second subtractor that calculates an error between the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter and the post-determination pattern output from the identification determination unit;
By using the frame synchronization clock, an error from the first subtracter is output in the time portion where the known pattern of the received signal arrives, and an error output from the second subtractor is output in the other time portions. A switch part;
An adaptive equalization tap coefficient control unit that controls tap coefficients of the adaptive equalization filter so that an error amount output from the switch unit is minimized;
A digital signal processing circuit comprising:
請求項1から3いずれかに記載のデジタル信号処理回路であって、
前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、
前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンなどの目標パターンとの誤差を算出する減算器と、
前記減算器から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、
前記適応等化フィルタに入力される受信信号の周波数ずれを補正するための周波数補償部と、
前記適応等化タップ係数制御部から出力されるタップ係数から前記局発光と送信信号のキャリア周波数差を算出し、周波数補償部で与える周波数補償量を算出する周波数オフセット量算出部と、
を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit according to any one of claims 1 to 3,
An adaptive equalization filter that prepares signals with different amounts of delay added to the received signals, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds them,
A subtractor that calculates an error between the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter and a target pattern such as a known pattern stored in the reception unit;
An adaptive equalization tap coefficient control unit that controls tap coefficients of the adaptive equalization filter so that an error amount output from the subtractor is minimized;
A frequency compensator for correcting a frequency shift of the received signal input to the adaptive equalization filter;
A frequency offset amount calculation unit that calculates a carrier frequency difference between the local light and the transmission signal from a tap coefficient output from the adaptive equalization tap coefficient control unit, and calculates a frequency compensation amount given by the frequency compensation unit;
A digital signal processing circuit comprising:
請求項1から4いずれかに記載のデジタル信号処理回路であって、
前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、
前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンなどの目標パターンとの誤差を算出する減算器と、
前記減算器から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、
前記適応等化フィルタに入力される受信信号の周波数ずれを補正するための周波数補償部と、
前記目標パターンと適応等化フィルタ出力を比較して、誤差を算出し、タップ係数、及び周波数補償部の入力信号を用いて、前記誤差が最小になるように、周波数補償量を制御する周波数補償量制御部と、
を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit according to any one of claims 1 to 4,
An adaptive equalization filter that prepares signals with different amounts of delay added to the received signals, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds them,
A subtractor that calculates an error between the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter and a target pattern such as a known pattern stored in the reception unit;
An adaptive equalization tap coefficient control unit that controls tap coefficients of the adaptive equalization filter so that an error amount output from the subtractor is minimized;
A frequency compensator for correcting a frequency shift of the received signal input to the adaptive equalization filter;
Frequency compensation is performed by comparing the target pattern with the output of the adaptive equalization filter, calculating an error, and using the tap coefficient and the input signal of the frequency compensation unit to control the frequency compensation amount so that the error is minimized. A quantity control unit;
A digital signal processing circuit comprising:
請求項1から5いずれかに記載のデジタル信号処理回路であって、
前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する適応等化フィルタと、
前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンなどの目標パターンとの誤差を算出する減算器と、
前記減算器から出力される誤差量が最小になるように、前記適応等化フィルタのタップ係数を制御する適応等化タップ係数制御部と、
前記適応等化フィルタに入力される受信信号の周波数ずれを補正するための周波数補償部と、
適応等化フィルタ出力パターンから局発光と送信レーザの位相ずれ量を推定するキャリア位相推定部と、
前記キャリア位相推定部から出力される位相ずれ量の時間変化から前記局発光と送信レーザ光の周波数ずれ量を算出し、そのずれが小さくなるように前記周波数補償部の補償量を制御する周波数補償量制御部と、
前記キャリア位相推定部から出力される位相ずれ量を用いて、前記適応等化フィルタからの出力信号の位相を補償する位相補償部と、
を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit according to any one of claims 1 to 5,
An adaptive equalization filter that prepares signals with different amounts of delay added to the received signals, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds them,
A subtractor that calculates an error between the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter and a target pattern such as a known pattern stored in the reception unit;
An adaptive equalization tap coefficient control unit that controls tap coefficients of the adaptive equalization filter so that an error amount output from the subtractor is minimized;
A frequency compensator for correcting a frequency shift of the received signal input to the adaptive equalization filter;
A carrier phase estimator that estimates the amount of phase shift between the local light and the transmission laser from the adaptive equalization filter output pattern;
Frequency compensation for calculating the amount of frequency deviation between the local light and the transmitted laser light from the time change of the amount of phase deviation output from the carrier phase estimation unit, and controlling the compensation amount of the frequency compensation unit so that the deviation is reduced A quantity control unit;
A phase compensation unit that compensates the phase of the output signal from the adaptive equalization filter using the phase shift amount output from the carrier phase estimation unit;
A digital signal processing circuit comprising:
光ファイバ伝送システムにおいて利用される受信器におけるデジタル信号処理回路であって、
前記デジタル信号処理回路は、局発光を用いて、入力された信号光の光電界を直交する成分に分離してコヒーレント受信し、前記直交する成分の時間波形を入力とし、デジタル演算を用いて受信データを復調し、
前記受信信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する第一の適応等化フィルタと、
前記第一の適応等化フィルタからの出力信号の振幅が一定になるように前記第一の適応等化フィルタのタップ係数を制御する第一の適応等化タップ係数制御部と、
前記第一の適応等化フィルタからの出力を用いて、前記局発光と送信レーザ光のキャリア位相ずれ量を推定するキャリア位相推定部と、
前記受信信号にキャリア位相推定部から出力される位相ずれ量を用いて、受信信号のキャリア位相ずれ量を補償する位相補償部と、
前記位相補償部からの出力信号に異なる遅延量を与えた信号を用意し、それぞれの遅延を受けた信号にあるタップ係数を掛けて、加算する第二の適応等化フィルタと、
前記第二の適応等化フィルタからの出力信号と、受信部で記憶している既知の目標パターンとの誤差が最小になるように前記第二の適応等化フィルタのタップ係数を制御する第二の適応等化タップ係数制御部と、
を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit in a receiver used in an optical fiber transmission system,
The digital signal processing circuit uses local light to separate the optical electric field of the input signal light into orthogonal components for coherent reception, receives the time waveform of the orthogonal components as input, and receives it using digital computation Demodulate the data,
A first adaptive equalization filter that prepares signals having different delay amounts to the received signal, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds them,
A first adaptive equalization tap coefficient control unit that controls the tap coefficient of the first adaptive equalization filter so that the amplitude of the output signal from the first adaptive equalization filter is constant;
Using the output from the first adaptive equalization filter, a carrier phase estimation unit for estimating the amount of carrier phase shift between the local light and the transmission laser beam;
A phase compensation unit that compensates for a carrier phase shift amount of the received signal using a phase shift amount output from the carrier phase estimation unit to the received signal;
A second adaptive equalization filter that prepares a signal that gives different delay amounts to the output signal from the phase compensator, multiplies each delayed signal by a tap coefficient, and adds them;
A second controller that controls the tap coefficient of the second adaptive equalization filter so that the error between the output signal from the second adaptive equalization filter and the known target pattern stored in the receiving unit is minimized. An adaptive equalization tap coefficient control unit,
A digital signal processing circuit comprising:
請求項7記載のデジタル信号処理回路であり、
前記位相補償部への入力される信号パターンの到来時間と、前記キャリア位相推定部が出力する位相ずれ量が適応できる信号パターンの到来時間が一致するように、遅延量をあたえる遅延部を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit according to claim 7,
A delay unit that provides a delay amount so that the arrival time of the signal pattern input to the phase compensation unit and the arrival time of the signal pattern to which the phase shift amount output from the carrier phase estimation unit can be matched A digital signal processing circuit.
請求項7又は8記載のデジタル信号処理回路であり、
受信信号に含まれる既知パターン部分の到来時間タイミングに同期したフレーム同期クロックを検出して、出力するフレーム同期クロック部と、
前記フレーム同期クロック部から出力されるフレーム同期クロックを用いることで、既知パターン部分においてのみ前記第二の適応等化フィルタタップ係数を更新するように制御することを特徴とする第二の適応等化タップ係数制御部と、
を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit according to claim 7 or 8,
A frame synchronization clock portion that detects and outputs a frame synchronization clock synchronized with the arrival time timing of the known pattern portion included in the received signal; and
A second adaptive equalization characterized in that the second adaptive equalization filter tap coefficient is controlled to be updated only in a known pattern portion by using a frame synchronous clock output from the frame synchronous clock unit. A tap coefficient control unit;
A digital signal processing circuit comprising:
請求項7から9のいずれかに記載のデジタル信号処理回路であって、
適応等化フィルタから出力されるデータを入力して、デジタル判定後のパターンを出力する識別判定部と、
前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、受信部で記憶している既知パターンとの誤差を算出する第一の減算器と、
前記適応等化フィルタから出力される等化後の出力パターンと、識別判定部から出力される判定後パターンとの誤差を算出する第二の減算器と、
前記フレーム同期クロックを用いることで、受信信号の既知パターンが到来する時間部分では、受信部で記憶している既知パターンを目標パターンとして出力し、それ以外の時間部分では前記識別判定部から出力される判定後パターンを目標パターンとして出力するスイッチ部と、
前記第二の適応等化フィルタからの出力信号と、前記スイッチ部から出力される目標パターンとの誤差が最小になるように前記第二の適応等化フィルタのタップ係数を制御する第二の適応等化タップ係数制御部と、
を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit according to any one of claims 7 to 9,
An identification determination unit that inputs data output from the adaptive equalization filter and outputs a pattern after digital determination;
A first subtractor for calculating an error between the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter and the known pattern stored in the reception unit;
A second subtractor that calculates an error between the output pattern after equalization output from the adaptive equalization filter and the post-determination pattern output from the identification determination unit;
By using the frame synchronization clock, the known pattern stored in the receiving unit is output as the target pattern in the time portion where the known pattern of the received signal arrives, and is output from the identification determination unit in the other time portion. A switch unit that outputs a post-determination pattern as a target pattern;
Second adaptation for controlling the tap coefficient of the second adaptive equalization filter so that the error between the output signal from the second adaptive equalization filter and the target pattern outputted from the switch unit is minimized. An equalization tap coefficient control unit;
A digital signal processing circuit comprising:
請求項7から10のいずれかに記載のデジタル信号処理回路であり、
前記キャリア位相推定部が既知パターンを入力し、既知パターン到来時間部分においては、既知パターンと前記第一の適応等化フィルタの出力パターンとを比較することでキャリア位相ずれを検出し、前記第一の適応等化フィルタからの出力信号のみから推定したキャリア位相ずれと合成して、位相回転量を出力するキャリア位相推定部を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit according to any one of claims 7 to 10,
The carrier phase estimation unit inputs a known pattern, and detects a carrier phase shift by comparing the known pattern with the output pattern of the first adaptive equalization filter in the known pattern arrival time portion. A digital signal processing circuit comprising a carrier phase estimation unit that outputs a phase rotation amount by combining with a carrier phase shift estimated only from an output signal from the adaptive equalization filter.
請求項7から11のいずれかに記載のデジタル信号処理回路であり、
前記第一の適応等化フィルタ、および位相補償部に入力される受信信号の周波数ずれを補正するための周波数補償部と、
前記キャリア位相推定部から出力される位相ずれ量の時間変化から前記局発光と送信レーザ光の周波数ずれ量を算出し、そのずれが小さくなるように前記周波数補償部の補償量を制御する周波数補償量制御部と、
を備えることを特徴とするデジタル信号処理回路。
A digital signal processing circuit according to any one of claims 7 to 11,
A frequency compensation unit for correcting a frequency shift of a reception signal input to the first adaptive equalization filter and the phase compensation unit;
Frequency compensation for calculating the amount of frequency deviation between the local light and the transmitted laser light from the time change of the amount of phase deviation output from the carrier phase estimation unit, and controlling the compensation amount of the frequency compensation unit so that the deviation is reduced A quantity control unit;
A digital signal processing circuit comprising:
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