JP2015005804A

JP2015005804A - シンボル判定装置

Info

Publication number: JP2015005804A
Application number: JP2013128376A
Authority: JP
Inventors: 福太郎濱岡; Fukutaro Hamaoka; 松田　俊哉; Toshiya Matsuda; 俊哉松田; 明那賀; Akira Naga
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2015-01-08

Abstract

【課題】位相変調信号のシンボル判定時において、隣接シンボル間のシンボル判定閾値を変化させることにより、シンボル判定精度を向上させる。
【解決手段】位相変調信号を入力し、初期設定したシンボル判定閾値内における平均値をそれぞれ計算して出力する平均値計算部と、平均値を入力し、隣接シンボルにおいて平均値の中点を計算し、隣接シンボル間のシンボル判定閾値として出力するシンボル判定閾値計算部と、位相変調信号とシンボル判定閾値計算部から出力されるシンボル判定閾値を入力し、位相変調信号のシンボルを出力するシンボル判定部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相変調信号のシンボル判定を行うシンボル判定装置に関する。

位相変調信号を用いた通信技術は、光通信や無線通信分野で広く用いられている（非特許文献１）。通信の大容量・高速化を実現するために、位相変調信号としてＭ値のＰＳＫ（Phase Shift Keying）信号や、Ｍ値のＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation ）信号が用いられる。位相変調信号は、受信後にデジタル信号処理により波形等化された後に、シンボル判定される。

位相変調信号のシンボル判定は、予め設定したシンボル判定領域に基づいて行われる。ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying ）信号が図５に示す位相点配置をとる場合、Ｉ軸（同相軸）とＱ軸（直交軸）を基準としてシンボル判定を行う。例えばＩ＞０かつＱ＞０における位相変調信号のシンボルは「００」となる。16ＱＡＭ信号が図６に示す位相点配置をとる場合、例えばＩ＞１かつＱ＞１における位相変調信号のシンボルは「００００」となる。

美野真司，山崎裕史，山田貴，郷隆司，才田隆志，都築健，石井元速，土居芳行，福満高雄，"ＰＬＣ−ＬＮハイブリッド集積技術を用いた高速多値光変調器"，ＮＴＴ技術ジャーナル，pp.57-61，2011.3.

位相変調信号のシンボル判定は、予め設定したシンボル判定領域に基づいて行われるため、位相変調信号の位相点配置が歪んでいる場合には、シンボル判定において信号品質を低下させてしまう。

例えば、光通信分野において位相変調信号を送信する場合、光変調器に印加するバイアス電圧Ｖ_Bを適切な動作点に調整して位相変調信号を出力している。位相変調時にバイアス電圧Ｖ_Bが動作点からずれた場合、位相変調信号の位相点配置が歪んでしまう。この現象はＩＱインバランスと呼ばれており、ＱＰＳＫ信号や16ＱＡＭ信号の位相点配置が菱形状に歪んでしまい、受信後のシンボル判定時に伝送品質を劣化させる要因になる。

また、光変調器にマルチバイナリ信号を入力してＱＡＭ信号を出力する構成をとる場合は、マルチバイナリ信号の振幅差によりＩＱインバランスが生じる。また、光変調器を多段構成にしてＱＡＭ信号を出力する場合も、光カプラの分岐比が完全ではない場合にＩＱインバランスが生じる。

本発明は、位相変調信号のシンボル判定時において、隣接シンボル間のシンボル判定閾値を変化させることにより、シンボル判定精度を向上させるシンボル判定装置を提供することを目的とする。

第１の発明のシンボル判定装置は、位相変調信号を入力し、初期設定したシンボル判定閾値内における平均値をそれぞれ計算して出力する平均値計算部と、平均値を入力し、隣接シンボルにおいて平均値の中点を計算し、隣接シンボル間のシンボル判定閾値として出力するシンボル判定閾値計算部と、位相変調信号とシンボル判定閾値計算部から出力されるシンボル判定閾値を入力し、位相変調信号のシンボルを出力するシンボル判定部とを備える。

第２の発明のシンボル判定装置は、位相変調信号を入力し、初期設定したシンボル判定領域内における平均値をそれぞれ計算して出力する平均値計算部と、位相変調信号と前期平均値を入力し、初期設定したシンボル判定閾値内における分散をそれぞれ計算して出力する分散計算部と、平均値と分散を入力し、隣接シンボルにおける正規分布の確率密度関数の交点を計算し、隣接シンボル間のシンボル判定閾値として出力するシンボル判定閾値計算部と、位相変調信号とシンボル判定閾値計算部から出力されるシンボル判定閾値を入力し、位相変調信号のシンボルを出力するシンボル判定部とを備える。

本発明は、位相変調信号のシンボル判定時において、隣接シンボル間のシンボル判定閾値を変化させることにより、シンボル判定精度を高めて、信号品質を向上させることができる。

本発明のデジタル信号処理装置の実施例１の構成を示す図である。 16ＱＡＭ信号の位相点配置と平均値計算部２１が出力する平均値を示す図である。 16ＱＡＭ信号の位相点配置とシンボル判定閾値計算部２２が出力するシンボル判定閾値を示す図である。本発明のデジタル信号処理装置の実施例２の構成を示す図である。ＱＰＳＫ信号の位相点配置を示す図である。 16ＱＡＭ信号の位相点配置を示す図である。

図１は、本発明のシンボル判定装置の実施例１の構成を示す。ここでは、光通信分野におけるデジタルコヒーレント送受信システムのデジタルコヒーレント受信機に適用した例を示すが、このデジタルコヒーレント受信機のシンボル判定装置に限定されるものではない。

図１において、デジタルコヒーレント送受信システムは、位相変調信号を送信する送信機１と、伝送路を介して伝送された位相変調信号を受信して復調するデジタルコヒーレント受信機１０から構成される。デジタルコヒーレント受信機１０は、伝送路からの位相変調信号とローカル光源２からのローカル光をコヒーレント受信器１１に入力し、コヒーレント検波技術により高感度に電気信号に変換し、それをＡＤコンバータ１２でデジタル信号に変換し、等化器１３でデジタル信号処理により伝送路で生じたデジタル信号（位相変調信号）の歪みを等化する。シンボル判定装置２０Ａのシンボル判定部２３は、等化器１３で波形等化されたデジタル信号を入力し、シンボル判定してシンボルを出力する。

本実施例のシンボル判定装置２０Ａの特徴は、平均値計算部２１およびシンボル判定閾値計算部２２を備え、デジタル信号（位相変調信号) のシンボル判定を行うシンボル判定部２３で用いるシンボル判定閾値を調整するところにある。平均値計算部２１は、デジタル信号（位相変調信号) を入力し、初期設定したシンボル判定閾値内における平均値をそれぞれ計算してシンボル判定閾値計算部２２へ入力する。シンボル判定閾値計算部２２は、隣接シンボルにおける平均値の中点を計算し、それをシンボル判定閾値としてシンボル判定部２３へ入力する。シンボル判定部２３は、そのシンボル判定閾値を用いてデジタル信号（位相変調信号）のシンボル判定を行い、シンボルを出力する。

図２は、16ＱＡＭ信号の位相点配置と平均値計算部２１が出力する平均値を示す。
図２において、Ｉ＝−１、Ｉ＝０、Ｉ＝１、Ｑ＝−１、Ｑ＝０、Ｑ＝１の実線は、平均値計算部２１において初期設定したシンボル判定閾値を示す。また、ｍ₁〜ｍ₁₆はシンボル判定領域 <1>〜<16>における平均値計算部２１が出力する平均値を示す。例えば、シンボル判定領域<1> における平均値ｍ₁＝（ｍ_I1，ｍ_Q1）は、Ｉ＞１かつＱ＞１の場合における位相変調信号の平均値である。シンボル判定領域 <2>〜<16>における平均値ｍ₂＝（ｍ_I2，ｍ_Q2）〜ｍ₁₆＝（ｍ_I16，ｍ_Q16）についても同様に計算する。

この平均値ｍ₁〜ｍ₁₆をシンボル判定閾値計算部２２へ入力し、隣接シンボルにおける判定閾値をＩ軸およびＱ軸方向の平均値の中点として計算する。例えば、シンボル判定領域<1> の判定閾値は、平均値ｍ₁，ｍ₂，ｍ₈を用いて、
Ｉ＞（ｍ_I1＋ｍ_I2)／２
Ｑ＞（ｍ_Q1＋ｍ_Q8)／２
となる。シンボル判定領域 <2>〜<16>のシンボル判定閾値についても、隣接シンボルの平均値を用いて同様に計算する。

図３は、16ＱＡＭ信号の位相点配置とシンボル判定閾値計算部２２が出力するシンボル判定閾値を示す。

図３において、点線は初期設定したシンボル判定閾値を示し、実線はシンボル判定閾値計算部２２が出力するシンボル判定閾値を示す。

シンボル判定部２３は、図３の実線で示すシンボル判定閾値を用いて、デジタル信号のシンボル判定を行った結果、ＢＥＲ（Bit Error Rate）は5.56×10^-5となる。一方、初期設定したシンボル判定閾値を用いてシンボル判定した場合のＢＥＲは5.13×10^-4となり、本発明によって信号品質の向上が確認できた。

図４は、本発明のシンボル判定装置の実施例２の構成を示す。ここでは、実施例１と同様に、光通信分野におけるデジタルコヒーレント送受信システムのデジタルコヒーレント受信機に適用した例を示すが、このデジタルコヒーレント受信機のシンボル判定装置に限定されるものではない。

図４において、送信機１、ローカル光源２、デジタルコヒーレント受信機１０、デジタルコヒーレント受信機１０を構成するコヒーレント受信器１１、ＡＤコンバータ１２、等化器１３は、図１に示す実施例１の構成と同様の機能を有する。

本実施例のシンボル判定装置２０Ｂの特徴は、平均値計算部２１、分散計算部２４およびシンボル判定閾値計算部２５を備え、デジタル信号（位相変調信号) のシンボル判定を行うシンボル判定部２３で用いるシンボル判定閾値を調整するところにある。平均値計算部２１は、デジタル信号（位相変調信号) を入力し、初期設定したシンボル判定閾値内における平均値をそれぞれ計算して分散計算部２４へ入力する。分散計算部２４は、平均値とデジタル信号を用いて、初期設定したシンボル判定閾値内における分散をそれぞれ計算してシンボル判定閾値計算部２５へ入力する。シンボル判定閾値計算部２５は、平均値計算部２１で得られた平均値と、分散計算部２４で得られた分散を用いて、隣接シンボルにおける正規分布の確率密度関数の交点を計算し、それをシンボル判定閾値としてシンボル判定部２３へ入力する。シンボル判定部２３は、そのシンボル判定閾値を用いてデジタル信号（位相変調信号）のシンボル判定を行い、シンボルを出力する。

図２に示す波形等化された16ＱＡＭ信号において、分散計算部２４が出力するシンボル判定領域 <1>〜<16>におけるＩ軸方向の分散をσ_I1 ²〜σ_I16 ²、Ｑ軸方向の分散をσ_Q1 ²〜σ_Q16 ²とすると、判定領域 <1>〜<16>におけるＩ軸方向およびＱ軸方向の確率密度関数ｆ_n(I)およびｆ_n(Q)は、以下で示される（ｎ＝1, 2, …, 16）。

例えば、シンボル判定領域<1> の判定閾値は、確率密度関数ｆ₁(I)およびｆ₂(I)の交点をＩ₁₂' 、ｆ₁(Q)およびｆ₈(Q)の交点をＱ₁₈' とすると、Ｉ＞Ｉ₁₂' 、Ｑ＞Ｑ₁₈' となる。シンボル判定領域 <2>〜<16>についても隣接シンボルの確率密度関数を用いて同様に計算する。

シンボル判定部２３は、このシンボル判定閾値を用いて、デジタル信号のシンボル判定を行った結果、ＢＥＲは6.12×10^-5となる。一方、初期設定したシンボル判定閾値を用いてシンボル判定した場合のＢＥＲは5.13×10^-4となり、本発明によって信号品質の向上が確認できた。

本実施例では、16ＱＡＭ信号に対して本発明のデジタル信号処理を用いたが、いかなる位相変調方式の信号にも適用することができる。また、光通信分野におけるデジタルコヒーレント受信機において、本発明のデジタル信号処理装置を用いたが、無線通信における位相変調信号の受信機においても適用することができる。

１送信機
２ローカル光源
１０デジタルコヒーレント受信機
１１コヒーレント受信器
１２ＡＤコンバータ
１３等化器
２０Ａ，２０Ｂシンボル判定装置
２１平均値計算部
２２シンボル判定閾値計算部
２３シンボル判定部
２４分散計算部
２５シンボル判定閾値計算部

Claims

位相変調信号を入力し、初期設定したシンボル判定閾値内における平均値をそれぞれ計算して出力する平均値計算部と、
前記平均値を入力し、隣接シンボルにおいて前記平均値の中点を計算し、隣接シンボル間のシンボル判定閾値として出力するシンボル判定閾値計算部と、
前記位相変調信号と前記シンボル判定閾値計算部から出力される前記シンボル判定閾値を入力し、前記位相変調信号のシンボルを出力するシンボル判定部と
を備えたことを特徴とするシンボル判定装置。
位相変調信号を入力し、初期設定したシンボル判定領域内における平均値をそれぞれ計算して出力する平均値計算部と、
前記位相変調信号と前期平均値を入力し、初期設定したシンボル判定閾値内における分散をそれぞれ計算して出力する分散計算部と、
前記平均値と前記分散を入力し、隣接シンボルにおける正規分布の確率密度関数の交点を計算し、隣接シンボル間のシンボル判定閾値として出力するシンボル判定閾値計算部と、
前記位相変調信号と前記シンボル判定閾値計算部から出力される前記シンボル判定閾値を入力し、前記位相変調信号のシンボルを出力するシンボル判定部と
を備えたことを特徴とするシンボル判定装置。