JP2017158181A - 信号送信装置、キャリア位相復元装置及び方法 - Google Patents

信号送信装置、キャリア位相復元装置及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、信号送信装置、キャリア位相復元装置及び方法を提供する。【解決手段】データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い計算複雑度を有する。また、插入された位相変調信号が振幅可変なものであるので、データ変調信号に該位相変調信号を柔軟に配置することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、通信技術分野に関し、特に、信号送信装置、キャリア位相復元装置及び方法に関する。
光通信システムは、巨大の伝送バンド幅、極大の容量拡大潜在力、極低の伝送損失、及び低価格の製造コストなどの利点で、通信伝送ネットワーク中で重要な地位を占めている。高速DAC（Digital-to-analog Conversion、DAC）チップ、ADC（Analog-to-digital Conversion、ADC）チップ及びDSP（digital Signal Processing、DSP）チップの発展につれて、デジタルコヒーレント光通信技術は、次世代通信の主流になっている。
低コスト、大容量、高スペクトル効率の光通信ネットワークを構築するために、適切な変調フォーマットの選択が重要である。柔軟な変調フォーマットは、伝送レートを向上させるための最有効な手段として注目されている。しかし、複雑の変調フォーマットは、レーザーの位相ノイズに特に敏感であり、酷いビットエラーを引き起こすことができるため、システムの伝送効率を大きく制限する。よって、従来のデジタルコヒーレント受信機では、受信信号に対してのキャリア位相復元は、必要不可欠な処理の１つである。また、実際の応用では、往々して、非フィードバックのブラインド（blind）位相推定方法を採用することが望ましい。これにより、フィードバック遅延及び訓練（training）シーケンスによる伝送コストを避け、情報伝送効率を向上させることができる。
従来のキャリア位相復元（回復）（Carrier Phase Recovery、CPR）方法では、良く用いられる方法の１つは、ビタビ（Viterbi-Viterbi）アルゴリズムである。該方法の原理は、受信した信号に対して４乗の運算を行うことで、変調位相項の情報を除去してノイズ項のみを含む情報を取得し、そして、角度を取って4で除算することで、位相ノイズ推定値を得ることである。また、良く用いられる方法のもう１つは、ブラインド位相捜索（検索）アルゴリズム（Blind Phase Search、BPS）であり、該方法の基本思想は、受信した複素信号をn個のテスト角度回転させた後に、該信号とその判定位置との間のオフセット距離を逐一計算することで、比較により最小オフセット距離を得ることである。
しかし、上述のビタビアルゴリズムは、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying、QPSK）のような定モジュラス変調信号のみに適用することができ、高次QAM（Quadrature Amplitude Modulation、QAM）信号に直接応用することができない。また、ブラインド位相捜索アルゴリズムは、複数種の変調フォーマットに用いることができるが、計算複雑度がかなり高くて、ハードウェア中で実現され難い。
本発明の実施例は、信号送信装置、キャリア位相復元装置及び方法を提供し、それらは、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い計算複雑度を有する。また、データ変調信号中で位相変調信号を柔軟に構成することができるため、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。
本発明の実施例の第一側面によれば、信号送信装置が提供され、前記装置は、受信端でキャリア位相復元を行うように、データ変調信号に少なくとも１つの振幅（amplitude）可変な位相変調信号を挿入するための插入ユニット；及び、前記データ変調信号に前記位相変調信号が挿入された後に形成された送信信号を送信するための送信ユニットを含む。
本発明の実施例の第二側面によれば、キャリア位相復元装置が提供され、前記装置は、受信信号中での位相変調信号を抽出するための抽出ユニットであって、前記位相変調信号は、送信端で送信されるデータ変調信号に插入された振幅可変な位相変調信号である、抽出ユニット；前記受信信号中での位相変調信号に基づいて、前記受信信号の位相ノイズを推定するための推定ユニット；及び、前記受信信号の位相ノイズに基づいて、前記受信信号に対して位相補償を行うための補償ユニットを含む。
本発明の実施例の第三側面によれば、送信機が提供され、前記送信機は、本発明の実施例の第一側面に記載の信号送信装置を含む。
本発明の実施例の第四側面によれば、受信機が提供され、前記受信機は、本発明の実施例の第二側面に記載のキャリア位相復元装置を含む。
本発明の実施例の第五側面によれば、信号送信方法が提供され、前記方法は、データ変調信号に少なくとも１つの振幅可変な位相変調信号を、受信端でキャリア位相復元を行うように挿入し；及び、前記データ変調信号に前記位相変調信号が挿入された後に形成された送信信号を送信することを含む。
本発明の実施例の第六側面によれば、キャリア位相復元方法が提供され、前記方法は、受信信号中での位相変調信号を抽出し、そのうち、前記位相変調信号は、送信端で送信されるデータ変調信号に插入された振幅可変な位相変調信号であり；前記受信信号中での位相変調信号に基づいて、前記受信信号の位相ノイズを推定し；及び、前記受信信号の位相ノイズに基づいて、前記受信信号に対して位相補償を行うことを含む。
本発明の有益な効果は、データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い計算複雑度を有する。また、插入される位相変調信号が振幅可変なものであるため、データ変調信号中で該位相変調信号を柔軟に配置することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。
本発明の実施例1における信号送信装置を示す図である。 本発明の実施例1における送信信号のフレーム構造を示す図である。 本発明の実施例1における送信信号のフレーム構造を示す他の図である。 本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムを示す第1図である。 本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムの第2図である。 本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムの第3図である。 本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムの第4図である。 本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムの第5図である。 本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムの第6図である。 本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムの第7図である。 本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムの第8図である。 本発明の実施例1における異なるパワー下でのキャリア位相復元パフォーマンスを示す図である。 本発明の実施例1における異なるパワー下でのキャリア位相復元パフォーマンスを示す他の図である。 本発明の実施例2におけるキャリア位相復元装置を示す図である。 本発明の実施例2における受信信号のうちから位相変調信号を抽出することを示す図である。 本発明の実施例2における推定ユニット1402を示す図である。 本発明の実施例2における位相変調信号の位相ノイズに対しての補間処理を示す図である。 本発明の実施例3における送信機を示す図である。 本発明の実施例3における送信機のシステム構成図である。 本発明の実施例4における受信機を示す図である。 本発明の実施例4における受信機のシステム構成図である。 本発明の実施例5における通信システムを示す図である。 本発明の実施例6における信号送信方法を示す図である。 本発明の実施例7におけるキャリア位相復元方法を示す図である。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明を実施するための好適な形態を詳細に説明する。
本発明の実施例による信号送信装置、キャリア位相復元装置及び方法は、位相ノイズが存在するすべての通信システムに適用することができる。本発明の実施例では、光通信システムを例として例示的に説明しているが、本発明の実施例は、光通信システムに限定されない。
図1は、本発明の実施例1における信号送信装置を示す図である。図1に示すように、該装置100は、次のようなものを含む。
插入ユニット101：データ変調信号に少なくとも１つの振幅可変な位相変調信号を挿入し、これにより、受信端でキャリア位相復元を行い；
送信ユニット102：該データ変調信号に該位相変調信号を挿入した後に形成された送信信号を送信する。
本実施例から分かるように、データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い計算複雑度を有する。また、插入される位相変調信号が振幅可変なものであるので、データ変調信号に該位相変調信号を柔軟に設定することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的に小さい。
本実施例では、插入ユニット101は、データ変調信号に少なくとも１つの振幅可変な位相変調信号を挿入し、そのうち、該データ変調信号は、任意フォーマットのデータ変調信号、例えば、非定モジュラス変調の32QAM、64QAM信号であっても良い。
本実施例では、該データ変調信号は、複数種変調フォーマットの信号を含んでも良く、例えば、該データ変調信号は、16QAM、32QAM、64QAMなどの複数種変調フォーマットの信号を含む。また、該データ変調信号は、さらに、所定の訓練シーケンスを含んでも良く、又は、訓練シーケンスを含まなくても良い。
本実施例では、插入される位相変調信号は、１つであっても良く、複数であっても良く、その数量は、実際のニーズに応じて設定されても良い。なお、本実施例では、複数の位相変調信号を挿入するケースを例として説明する。
本実施例では、データ変調信号に位相変調信号を挿入する位置及び方式は、実際のニーズに応じて設定されても良く、例えば、插入ユニット101は、時間領域上で連続して又は所定間隔でデータ変調信号に該位相変調信号を挿入しても良い。
図2は、本発明の実施例1における送信信号のフレーム構造を示す図である。図2に示すように、データAは、データ変調信号を表し、データBは、位相変調信号を表し、時間領域上では、所定間隔で複数の位相変調信号を挿入する。
図3は、本発明の実施例1における送信信号のフレーム構造を示す他の図である。図3に示すように、データAは、データ変調信号を表し、データBは、位相変調信号を表し、時間領域上では、連続して複数の位相変調信号を挿入する。
本実施例では、図2及び図3中でのデータA及びデータBの長さは、実際のニーズに応じて任意設定されても良く、また、データB、即ち、位相変調信号は、送信信号中で占める比は、可変なものであり、それは、実際のニーズに応じて構成されても良い。
本実施例では、該位相変調信号の振幅は、可変なものであり、例えば、データ変調信号中で、該位相変調信号は、振幅が異なる複数の位相変調信号を含んでも良く、振幅が同じである複数の位相変調信号、例えば、QPSK信号を含んでも良い。
本実施例では、該位相変調信号の数量が複数である時に、任意の２つの位相変調信号の間の位相差は、（mπ)/nと設定されても良く、m、nは、ゼロでない整数である。例えば、周波数上で隣接する２つの位相変調信号の間の位相差は、π/2と設定することができる。
本実施例では、插入される位相変調信号は、データ変調信号の信号空間ダイヤグラム（constellation diagram（信号星座図とも言う））上での所定の星座点と重なり合っても良い。このように、従来送信機のハードウェアにより実現することができるため、従来システムとの互換性をより一層向上させ、計算複雑度をより一層低減することができる。
以下、振幅が同じである複数の位相変調信号、即ち、QPSK信号を例として、位相変調信号に挿入されるデータ変調信号の構造について例示的に説明する。
図4は、本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムを示す第1図である。図5は、本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムを示す第2図である。図6は、本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムを示す第3図である。図7は、本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムを示す第4図である。図8は、本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムを示す第5図である。図4〜図8に示すように、○は、データ変調信号を表し、
（外１）
Figure 2017158181
は、データ変調信号に挿入される位相変調信号を表し、データ変調信号は、32QAM信号であり、插入される位相変調信号は、信号空間ダイヤグラムの所定円形上での星座点に位置する。
図4に示すように、插入される位相変調信号は、32QAM信号の信号空間ダイヤグラムの最内側の円形上での星座点に位置し、図5に示すように、插入される位相変調信号は、32QAM信号の信号空間ダイヤグラムの内から2番目の円形上での星座点に位置し、図6に示すように、插入される位相変調信号は、32QAM信号の信号空間ダイヤグラムの内から3番目の円形上での星座点に位置し、図7に示すように、插入される位相変調信号は、32QAM信号の信号空間ダイヤグラムの内から4番目の円形上での星座点に位置し、図8に示すように、插入される位相変調信号は、32QAM信号の信号空間ダイヤグラムの最外側の円形上での星座点に位置する。そのうち、隣接する位相変調信号の位相差は、π/2である。
以下、振幅が異なる複数位相変調信号を例として、位相変調信号に挿入されるデータ変調信号の構造について例示的に説明する。
図9は、本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムを示す第6図であり、図10は、本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムを示す第7図であり、図11は、本発明の実施例1における送信信号の信号空間ダイヤグラムを示す第8図である。図9〜図11に示すように、○は、データ変調信号を示し、
（外２）
Figure 2017158181
は、データ変調信号に挿入される位相変調信号を表し、插入される位相変調信号は、信号空間ダイヤグラムのπ/4と3π/4の交差線上での星座点に位置する。
図9に示すように、データ変調信号は、32QAM信号であり、插入される位相変調信号は、32QAM信号の信号空間ダイヤグラムの最内側の円形及び内から3番目の円形上での星座点に位置し、即ち、32QAM信号空間ダイヤグラムのπ/4と3π/4の交差線上での星座点に位置し、図10に示すように、データ変調信号は、64QAM信号であり、插入される位相変調信号は、64QAM信号の信号空間ダイヤグラムの内からの1番目、3番目、5番目、7番目の円形上での星座点に位置し、即ち、64QAM信号空間ダイヤグラムのπ/4と3π/4の交差線上での星座点に位置し、図11に示すように、データ変調信号は、64QAM信号であり、插入される位相変調信号は、64QAM信号の信号空間ダイヤグラムの内からの1番目、3番目、5番目の円形上での星座点に位置し、即ち、64QAM信号空間ダイヤグラムのπ/4と3π/4の交差線上での星座点に位置する。
以上、本実例の位相変調信号の插入方式について例示的に説明したが、插入される位相変調信号は、データ変調信号の信号空間ダイヤグラム上での所定の星座点と重なり合わなくても良い。例えば、所定の星座点と一定角度を成す方式で位相変調信号を設置しても良い。
本実施例では、送信ユニット102は、該データ変調信号に該位相変調信号を挿入した後に形成された送信信号を送信し、それは、従来の信号送信方法を用いて送信を行っても良い。
本実施例では、信号送信装置100は、さらに、次のようなものを含んでも良い。
確定ユニット103：位相変調信号の、データ変調信号の信号空間ダイヤグラム上での位置を確定し、これにより、該位相変調信号が該位置にあるときに、受信端でのビット誤り率が最も低くなるようにさせる。本実施例では、確定ユニット103は、オプションであり、図1中で点線で表される。
例えば、データ変調信号のフォーマットが32QAMであり、時間領域上でk個のデータ変調信号（QAM符号（symbol））毎に１つの位相変調信号を挿入し、kが正整数であるとする。そのうち、Q値を評価基準として、MATLABなどのソフトウェアに基づくシミュレーションにより、異なるQPSKパワーのキャリア位相復元パフォーマンスを取得しており、それは、受信端でのビット誤り率を表すことができ、また、異なるQPSKパワーは、QPSKが異なる插入位置を表す。
図12は、本発明の実施例1における異なるパワー下でのキャリア位相復元パフォーマンスを示す図である。図12に示すように、kが8であり、即ち、時間領域上で8個のQAM符号毎に１つの位相変調信号を挿入し、信号空間ダイヤグラム中での最小単位が1と正規化されるとすると、32QAM信号の平均パワーは、20であり、図4〜図8に示す5種の位相変調信号（QPSK符号）のパワーは、順に、2、10、18、26、34であり、線幅無しの場合、最適のパワーの計算結果は、10であり、レーザーの線幅が10kHz、100kHz及び300kHzの場合、最適のQPSKパワーは、依然として10であり、即ち、図5に示すQPSKパワーが10である星座点の位置を、位相変調信号の信号空間ダイヤグラム上での位置と確定する。
図13は、本発明の実施例1における異なるパワー下でのキャリア位相復元パフォーマンスを示す他の図である。図13に示すように、kが16であり、即ち、16個のQAM符号毎に１つの位相変調信号を挿入し、信号空間ダイヤグラム中での最小単位が1と正規化されるとすると、32QAM信号の平均パワーは20であり、図4〜図8に示す5種の位相変調信号（QPSK符号）のパワーは、順に、2、10、18、26、34であり、線幅なしの場合、最適のパワーの計算結果は、10であり、レーザーの線幅が10kHz、100kHz及び300kHzの場合、最適のQPSKパワーは、それぞれ、10、18及び26であり、即ち、図4、図5又は図6にそれぞれ示すQPSKパワーが10、18又は26である星座点の位置を、位相変調信号の信号空間ダイヤグラム上での位置と確定する。
本実施例から分かるように、データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い計算複雑度を有する。また、插入される位相変調信号が振幅可変なものであるので、データ変調信号に該位相変調信号を柔軟に配置することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。
また、插入される位相変調信号は、データ変調信号の信号空間ダイヤグラム上での所定星座点と重なり合っても良い。このように、従来送信機のハードウェアにより実現することができるため、従来システムとの互換性をより一層向上させ、計算複雑度をより一層低減することができる。
本発明の実施例は、さらに、キャリア位相復元装置を提供する。図14は、本発明の実施例2におけるキャリア位相復元装置を示す図である。図14に示すように、該装置1400は、次のようなものを含む。
抽出ユニット1401：受信信号中での位相変調信号を抽出し、そのうち、該位相変調信号は、送信端で送信されるデータ変調信号に插入された振幅可変な位相変調信号であり；
推定ユニット1402：受信信号中での位相変調信号に基づいて、受信信号の位相ノイズを推定し；
補償ユニット1403：受信信号の位相ノイズに基づいて、受信信号に対して位相補償を行う。
本実施例から分かるように、データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い計算複雑度を有する。また、插入される位相変調信号が振幅可変なものであるので、データ変調信号に該位相変調信号を柔軟に構成することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。
本実施例では、抽出ユニット1401は、受信信号中での位相変調信号を抽出し、該受信信号は、実施例1に記載の信号送信装置が送信した信号が伝送リンクを経た後に、受信端で受信された信号である。
本実施例では、抽出ユニット1401が位相変調信号を抽出する方法は、従来方法を採用しても良い。
例えば、図15は、本発明の実施例2における受信信号から位相変調信号を抽出することを示す図である。図15に示すように、時間領域上で各8個の受信符号に１つの位相変調信号（例えば、QPSK符号）、及び、7個の連続したデータ変調信号（例えば、QAM符号）を有するとする。QPSK符号とQAM符号のモジュラス値の平均値が異なるため、所定期間内でのモジュラス値の平均値を計算することにより、現在の符号がQPSK符号又はQAM符号であるかを直接判断することができる。
本実施例では、抽出ユニット1401が受信信号中での位相変調信号を抽出した後に、推定ユニット1402は、受信信号中での位相変調信号に基づいて、受信信号の位相ノイズを推定する。
以下、本実施例における推定ユニット1402の構造及び受信信号の位相ノイズの推定方法について例示的に説明する。
図16は、本発明の実施例2における推定ユニット1402を示す図である。図16に示すように、推定ユニット1402は、次のようなものを含む。
第一推定ユニット1601：該位相変調信号の位相ノイズを推定し；
補間ユニット1602：該位相変調信号の位相ノイズに対して補間処理を行い、受信信号の位相ノイズを得る。
本実施例では、第一推定ユニット1601は、従来方法により該位相変調信号の位相ノイズを推定しても良い。例えば、ビタビ（Viterbi-Viterbi）アルゴリズムを用いて位相ノイズ推定を行う。
受信信号が次の式（1）で表されるとし、即ち、
I=A・exp(j(θsignal+θnoise)) （1）
である
そのうち、Aは、受信信号の振幅を表し、θsignal及びθnoiseは、それぞれ、変調位相及びノイズ位相を表す。
式（1）に対して４乗の演算を行った後に、次の式（2）を得ることができ、即ち、
I4=A4・exp(j(4θsignal+4θnoise)) （2）
である。
図4〜図11に示す位相変調信号について、隣接する位相変調信号が位置する星座点の間にπ/2の位相間隔を有し、変調位相θsignal=n・π/4であり、n=1、3、5、7であり、この場合、exp(j4θsignal)=-1であり、変調信号の位相情報を除去することができる。
長さがNであるデータブロックの平均位相ノイズを計算することにより、第i個目の符号の位相ノイズの推定値φiを得ることができ、それは、次の式（3）で表すことができる。
Figure 2017158181
 （3）
そのうち、φiは、第i個目の符号の位相ノイズ推定値を表し、arg()は、角度を取る操作を表し、ceil()は、CEILING関数（切り上げ）を表し、floor()は、FLOOR関数（切り捨て）を表す。
本実施例では、図4、図6、図9、図10及び図11中での位相変調信号について、上述のViterbi-Viterbiアルゴリズムを直接用いて位相ノイズを推定しても良く、図5、図7及び図8中での3種の単一振幅位相変調信号について、Viterbi-Viterbiアルゴリズムを用いる前に、入力信号Iを、対応する角度回転する必要があり、回転角度は、それぞれ、arctan(1/3)、arctan(1/5)及びarctan(3/5)である。
本実施例では、補間ユニット1602は、従来方法により該位相変調信号の位相ノイズに対して補間処理を行っても良く、例えば、Constant Interpolation法、線形補間法及Cubic Spline Interpolation法などである。
図17は、本発明の実施例2における対位相変調信号の位相ノイズに対しての補間処理を示す図である。図17に示すように、時間領域上で各8個の受信符号に１つの位相変調信号（例えば、QPSK符号）、及び、7個の連続したデータ変調信号（例えば、QAM符号）を有し、符号位置1、9、17、25の所がQPSK符号であることが既知とすると、計算された対応する4個の位相ノイズ推定値に基づいて、補間計算により4組のQAM符号の位相推定値を取得することで、受信信号の位相ノイズ推定を完成することができる。
本実施例では、受信信号の位相ノイズを推定した後に、補償ユニット1403は、受信信号の位相ノイズに基づいて、受信信号に対して位相補償を行う。
本実施例から分かるように、データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的小さい計算複雑度を有する。また、插入される位相変調信号が振幅可変なものであるので、データ変調信号に柔軟に該位相変調信号を構成することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。
本発明の実施例は、さらに、送信機を提供する。図18は、本発明の実施例3における送信機を示す図である。図18に示すように、該送信機1800は、信号送信装置1801を含み、該信号送信装置1801の構造及び機能は、実施例1と同じであるため、ここの詳しい記載が省略される。
図19は、本発明の実施例3における送信機のシステム構成図である。図19に示すように、送信機1900は、插入ユニット1901、送信ユニット1902、DACユニット1903及び光変調器ユニット1904を含む。
そのうち、插入ユニット1901は、データ変調信号に少なくとも１つの振幅可変な位相変調信号を、受信端でキャリア位相復元を行うために挿入し；送信ユニット1902は、データ変調信号に位相変調信号が挿入された後に形成された送信信号を送信し、該送信信号は、デジタル信号であり、插入ユニット1901及び送信ユニット1902の構造及び機能は、実施例1と同じであるため、ここでの詳しい説明が省略され；DACユニット1903は、該デジタル信号に対してDACを行い；光変調器ユニット1904は、該DACユニット1903の変換後の信号を変調信号として光信号に対して変調を行う。
本実施例から分かるように、データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い計算複雑度を有する。また、插入される位相変調信号が振幅可変なものであるので、データ変調信号に該位相変調信号を柔軟に配置することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。
本発明の実施例は、さらに、受信機を提供する。図20は、本発明の実施例4における受信機を示す図である。図20に示すように、該受信機2000は、キャリア位相復元装置2001を含み、該キャリア位相復元装置2001の構造及び機能は、実施例2と同じであるため、ここでの詳しい説明が省略される。
図21は、本発明の実施例4における受信機のシステム構成図である。図21に示すように、受信機2100は、次のようなものを含む。
フロントエンド：入力された光信号を２つの偏光状態のベースバンド信号を変換し、本実施例では、該２つの偏光状態は、H偏光状態及びV偏光状態を含んでも良い。
図21に示すように、該フロントエンドは、ローカル発振レーザー2110、光混合器（Optical 90deg hybrid）2101、光電検出器（O/E）2102、2104、2106、2108、アナログデジタル変換器（ADC）2103、2105、2107、2109、ダウンサンプリング器2111、イコライザー2112及び復元ユニット2113を含み、そのうち、復元ユニット2113は、実施例2に記載のキャリア位相復元装置と同じ構造及び機能を有しても良いため、ここでの詳しい説明が省略され；ローカル発振レーザー2110は、ロカール光源を提供し、光信号は、光混合器（Optical 90deg hybrid）2101、光電検出器（O/E）2102、2104、及びアナログデジタル変換器（ADC）2103、2105を経た後に、H偏光状態のベースバンド信号に変換され；また、該光信号は、光混合器（Optical 90deg hybrid）2101、光電検出器（O/E）2106、2108、及びアナログデジタル変換器（ADC）2107、2109を経た後に、V偏光状態のベースバンド信号に変換され、その具体的なプロセスは、従来技術に類似したため、ここでの詳細な記載が省略される。
本実施例から分かるように、データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い計算複雑度を有する。また、插入された位相変調信号が振幅可変なものであるので、データ変調信号に該位相変調信号を柔軟に設定することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。
本発明の実施例は、さらに、通信システムを提供する。図22は、本発明の実施例5における通信システムを示す図である。図22に示すように、通信システム2200は、送信機2201、伝送リンク2202及び受信機2203を含み、そのうち、送信機2201の構造及び機能は、実施例3と同じであり、受信機2203の構造及び機能は、実施例4と同じであるため、ここでは、その詳しい説明を省略する。伝送リンク2202は、従来伝送リンクの構造及び機能を有しても良く、本実施例は、伝送リンクの構造及び機能について限定しない。
本実施例から分かるように、データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い計算複雑度を有する。また、插入される位相変調信号が振幅可変なものであるので、データ変調信号に該位相変調信号を柔軟に配置することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。
本発明の実施例は、さらに、信号送信方法を提供し、該方法は、実施例1における信号送信装置に対応する。図23は、本実施例6における信号送信方法を示す図である。図23に示すように、該方法は、次のようステップを含む。
ステップ2301：データ変調信号に少なくとも１つの振幅可変な位相変調信号を、受信端でキャリア位相復元を行うように挿入し；
ステップ2302：データ変調信号に位相変調信号が挿入された後に形成された送信信号を送信する。
本実施例では、位相変調信号の挿入方法及び送信信号の送信方法は、実施例1と同じであるため、ここでは、その詳しい説明を省略する。
本実施例から分かるように、データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い算複雑度を有する。また、插入される位相変調信号が振幅可変なものであるので、データ変調信号に該位相変調信号を柔軟に配置することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。
本発明の実施例は、さらに、キャリア位相復元方法を提供し、該方法は、実施例2のキャリア位相復元装置に対応する。図24は、本実施例7におけるキャリア位相復元方法を示す図である。図24に示すように、該方法は、次のようなステップを含む。
ステップ2401：受信信号中での位相変調信号を抽出し、そのうち、該位相変調信号は、送信端で送信されるデータ変調信号に插入された振幅可変な位相変調信号であり；
ステップ2402：受信信号中での位相変調信号に基づいて、受信信号の位相ノイズを推定し；
ステップ2403：受信信号の位相ノイズに基づいて、受信信号に対して位相補償を行う。
本実施例では、受信信号中での位相変調信号の抽出方法、受信信号中での位相変調信号に基づく受信信号の位相ノイズの推定方法、及び受信信号に対しての位相補償の補償方法は、実施例2と同じであるため、ここでは、その詳細な記載を省略する。
本実施例から分かるように、データ変調信号に振幅可変な位相変調信号を挿入することで、受信端で該位相変調信号に基づいて受信信号のキャリア位相復元を行う時に、各種変調フォーマットの通信システムに適用することができ、従来の通信システムとの互換性を有し、且つ比較的低い算複雑度を有する。また、插入される位相変調信号が振幅可変なものであるので、データ変調信号に該位相変調信号を柔軟に配置することができ、これにより、冗長を低減することができ、且つシステム容量への影響が比較的小さい。
本発明の実施例は、さらに、コンピュータ可読プログラムを提供し、そのうち、信号送信装置又は送信機中で前記プログラムを実行する時に、前記プログラムは、コンピュータに、前記信号送信装置又は送信機中で実施例6に記載の信号送信方法を実行させる。
本発明の実施例は、さらに、コンピュータ可読プログラムを提供し、そのうち、キャリア位相復元装置又は受信機中で前記プログラムを実行する時に、前記プログラムは、コンピュータに、前記キャリア位相復元装置又は受信機中で実施例7に記載のキャリア位相復元方法を実行させる。
本発明の実施例は、さらに、コンピュータ可読プログラムを記憶した記憶媒体を提供し、そのうち、前記コンピュータ可読プログラムは、コンピュータに、信号送信装置又は送信機中で実施例6に記載の信号送信方法を実行させる。
本発明の実施例は、さらに、コンピュータ可読プログラムを記憶した記憶媒体を提供し、そのうち、前記コンピュータ可読プログラムは、コンピュータに、キャリア位相復元装置又は受信機中で実施例7に記載のキャリア位相復元方法を実行させる。
本発明の実施例に記載の前記信号送信装置又は送信機中で実行される信号送信方法及びキャリア位相復元装置又は受信機中で実行されるキャリア位相復元方法は、ハードウェア、処理器により実行されるソフトウェアモジュール、又は両者の組み合わせにより実現されても良い。例えば、図1及び図14に示す機能ブロック図のうちの１つ又は複数及び／又は機能ブロック図の１つ又は複数の組み合わせは、コンピュータプログラムに関するソフトウェアモジュールに対応しても良く、各ハードウェアモジュールに対応しても良い。また、これらのソフトウェアモジュールは、それぞれ、図23及び図24に示す各ステップに対応しても良い。これらのハードウェアモジュールは、例えば、FPGA（field-programmable gate array）を用いて、これらのソフトウェアモジュールを固化して実現することができる。
また、本発明の実施例による装置及び方法は、ソフトウェアにより実現されても良く、ハードウェアにより実現されてもよく、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにより実現されても良い。また、本発明は、このようなコンピュータ可読プログラムにも関し、即ち、前記プログラムは、ロジック部品により実行される時に、前記ロジック部品に、上述の装置又は構成要素を実現させることができ、又は、前記ロジック部品に、上述の方法又はそのステップを実現させることができる。さらに、本発明は、上述のプログラムを記憶するための記憶媒体、例えば、ハードディスク、磁気ディスク、光ディスク、DVD、flashメモリなどにも関する。
また、上述の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記1）
信号送信装置であって、
データ変調信号に少なくとも１つの振幅可変な位相変調信号を、受信端でキャリア位相復元を行うために挿入するための插入ユニット；及び
前記データ変調信号に前記位相変調信号が挿入された後に形成された送信信号を送信するための送信ユニットを含む、装置。
（付記2）
付記1に記載の装置であって、
前記位相変調信号は、複数の振幅又は単一の振幅を有する、装置。
（付記3）
付記1に記載の装置であって、
前記插入ユニットは、データ変調信号に少なくとも2つの前記位相変調信号を挿入し、
少なくとも2つの前記位相変調信号のうちの任意の２つの位相変調信号の間の位相差は、（mπ）/nであり、m及びnは、ゼロでない整数である、装置。
（付記4）
付記1に記載の装置であって、
前記位相変調信号及び前記データ変調信号の信号空間ダイヤグラム上での所定の星座点は、重なり合う、装置。
（付記5）
付記1に記載の装置であって、
前記插入ユニットは、時間領域上で連続して又は所定間隔で前記データ変調信号に前記位相変調信号を挿入する、装置。
（付記6）
付記1に記載の装置であって、
前記位相変調信号が前記送信信号中で占める比は、可変なものである、装置。
（付記7）
付記1に記載の装置であって、さらに、
前記位相変調信号の、前記データ変調信号の信号空間ダイヤグラム上での位置を、前記位相変調信号が前記位置にある時に受信端でのビット誤り率が最も低くなるように確定するための確定ユニットを含む、装置。
（付記8）
キャリア位相復元装置であって、
受信信号中での位相変調信号を抽出するための抽出ユニットであって、前記位相変調信号は、送信端で送信されるデータ変調信号に插入された振幅可変な位相変調信号である、抽出ユニット；
前記受信信号中での位相変調信号に基づいて、前記受信信号の位相ノイズを推定するための推定ユニット；及び
前記受信信号の位相ノイズに基づいて、前記受信信号に対して位相補償を行うための補償ユニットを含む、装置。
（付記9）
付記8に記載の装置であって、
前記推定ユニットは、
前記位相変調信号の位相ノイズを推定するための第一推定ユニット；及び
前記位相変調信号の位相ノイズに対して補間処理を行い、前記受信信号の位相ノイズを得るための補間ユニットを含む、装置。
（付記10）
送信機であって、前記送信機は、付記1〜7のうちの任意の一項に記載の信号送信装置を含む、送信機。
（付記11）
受信機であって、前記受信機は、付記8又は9に記載のキャリア位相復元装置を含む、受信機。
（付記12）
通信システムであって、前記通信システムは、付記10に記載の送信機及び付記11に記載の受信機を含む、通信システム。
（付記13）
信号送信方法であって、
データ変調信号に少なくとも１つの振幅可変な位相変調信号を、受信端でキャリア位相復元を行うために挿入し；及び
前記データ変調信号に前記位相変調信号が挿入された後に形成された送信信号を送信することを含む、方法。
（付記14）
付記13に記載の方法であって、
前記位相変調信号は、複数の振幅又は単一の振幅を有する、方法。
（付記15）
付記13に記載の方法であって、
前記データ変調信号に少なくとも１つの振幅可変な位相変調信号を挿入することは、
データ変調信号に少なくとも2つの前記位相変調信号を挿入し、そのうち、少なくとも2つの前記位相変調信号のうちの任意の２つの位相変調信号の間の位相差は、（mπ）/nであり、m及びnは、ゼロでない整数である、方法。
（付記16）
付記13に記載の方法であって、
前記位相変調信号及び前記データ変調信号の信号空間ダイヤグラム上での所定の星座点は、重なり合う、方法。
（付記17）
付記13に記載の方法であって、
前記データ変調信号に少なくとも１つの振幅可変な位相変調信号を挿入することは、
時間領域上で連続して又は所定間隔で前記データ変調信号に前記位相変調信号を挿入することを含む、方法。
（付記18）
付記13に記載の方法であって、
前記位相変調信号が前記送信信号中で占める比は、可変なものである、方法。
（付記19）
付記13に記載の方法であって、さらに、
前記位相変調信号の、前記データ変調信号の信号空間ダイヤグラム上での位置を、前記位相変調信号が前記位置にある時に受信端でのビット誤り率が最も低くなるように確定することを含む、方法。
（付記20）
キャリア位相復元方法であって、
受信信号中での位相変調信号を抽出し、そのうち、前記位相変調信号は、送信端で送信されるデータ変調信号に插入された振幅可変な位相変調信号であり；
前記受信信号中での位相変調信号に基づいて、前記受信信号の位相ノイズを推定し；及び
前記受信信号の位相ノイズに基づいて、前記受信信号に対して位相補償を行うことを含む、方法。
（付記21）
付記20に記載の方法であって、
前記受信信号中での位相変調信号に基づいて、前記受信信号の位相ノイズを推定することは、
前記位相変調信号の位相ノイズを推定し；及び
前記位相変調信号の位相ノイズに対して補間処理を行い、前記受信信号の位相ノイズを得ることを含む、方法。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の技術的範囲に属する。

Claims (10)

  1. 信号送信装置であって、
    データ変調信号に少なくとも１つの振幅可変な位相変調信号を、受信端でキャリア位相復元を行うために挿入するための插入ユニット；及び
    前記データ変調信号に前記位相変調信号が挿入された後に形成された送信信号を送信するための送信ユニットを含む、装置。
  2. 請求項1に記載の装置であって、
    前記位相変調信号は、複数の振幅又は単一の振幅を有する、装置。
  3. 請求項1に記載の装置であって、
    前記插入ユニットは、データ変調信号に少なくとも2つの前記位相変調信号を挿入し、
    少なくとも2つの前記位相変調信号のうちの任意の2つの位相変調信号の間の位相差は、（mπ）/nであり、m及びnは、ゼロでない整数である、装置。
  4. 請求項1に記載の装置であって、
    前記位相変調信号と、前記データ変調信号の信号空間ダイヤグラム上での所定の星座点とは、重なり合う、装置。
  5. 請求項1に記載の装置であって、
    前記插入ユニットは、時間領域上で連続して又は所定間隔で前記データ変調信号に前記位相変調信号を挿入する、装置。
  6. 請求項1に記載の装置であって、
    前記位相変調信号が前記送信信号中で占める比は、可変なものである、装置。
  7. 請求項1に記載の装置であって、
    前記位相変調信号の、前記データ変調信号の信号空間ダイヤグラム上での位置を、前記位相変調信号が前記位置にある時に受信端でのビット誤り率が最も低くなるように確定するための確定ユニットをさらに含む、装置。
  8. キャリア位相復元装置であって、
    受信信号中での位相変調信号を抽出するための抽出ユニットであって、前記位相変調信号は、送信端で送信されるデータ変調信号に插入された振幅可変な位相変調信号である、抽出ユニット；
    前記受信信号中での位相変調信号に基づいて、前記受信信号の位相ノイズを推定するための推定ユニット；及び
    前記受信信号の位相ノイズに基づいて、前記受信信号に対して位相補償を行うための補償ユニットを含む、装置。
  9. 請求項8に記載の装置であって、
    前記推定ユニットは、
    前記位相変調信号の位相ノイズを推定するための第一推定ユニット；及び
    前記位相変調信号の位相ノイズに対して補間処理を行い、前記受信信号の位相ノイズを得るための補間ユニットを含む、装置。
  10. 送信機であって、
    前記送信機は、請求項1に記載の信号送信装置を含む、送信機。
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