JP2017163485A - Optical receiver and optical symbol label identification method in optical receiver - Google Patents

Optical receiver and optical symbol label identification method in optical receiver Download PDF

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洋二郎 森
佐藤 健一
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健一 佐藤
長谷川 浩
Hiroshi Hasegawa
浩 長谷川
弘嗣 川瀬
Hiroshi Kawase
弘嗣 川瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems that, in a complex amplitude label decision using a machine learning technique in the prior arts, examinations including cycle slip are not made, a cycle slip in which phase estimation of a carrier at a reception side is failed occurs due to deterioration of an optical signal caused by phase instability or optical transmission characteristics of a laser, the occurrence is random and difficult to predict, it is difficult to prevent such a phenomenon itself as long as the laser has phase instability, and a more stable optical receiver taking the cycle slip into account is desired.SOLUTION: The present invention discloses a novel receiver system for constructing a boundary of complex amplitude labels by using a machine learning technique while also taking various kinds of phase noise generated in a laser light source used for an optical receiver, in particular, occurrence of cycle slip into account. The receiver system is operated in such a manner that the occurrence of the cycle slip is monitored and when a fixed discrimination condition is satisfied and the occurrence of the cycle slip is detected, a label of a received complex amplitude value is corrected, thereby removing phase offset that occurs in the cycle slip.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、光ネットワークの光受信器(光受信装置)に関する。より詳細には、光信号受信器において受信した光信号のシンボルラベルを識別する技術に関する。   The present invention relates to an optical receiver (optical receiver) of an optical network. More specifically, the present invention relates to a technique for identifying a symbol label of an optical signal received by an optical signal receiver.

高精細な動画配信サービスや移動体通信の普及などにより、ネットワークを流れるトラフィック量は膨大なものとなっており、さらに年々増加を続けている。このようなトラフィック需要に応えうる大容量光ネットワークの構築に向け、光の周波数利用効率を高めるための研究開発が広く行われている。   With the spread of high-definition video distribution services and mobile communications, the amount of traffic flowing through the network has become enormous and continues to increase year by year. Research and development for increasing the frequency utilization efficiency of light is being carried out toward the construction of a large-capacity optical network that can meet such traffic demands.

光ネットワークにおいては、搬送波である光波の形を情報に応じて意図的に変形させることによって情報を伝送している。例えば直交振幅変調(QAM:Quadrature Amplitude Modulation)では、直交する2つの搬送波の振幅をそれぞれ変化させ、2つの搬送波を合波して、送信側から伝送する。対向する受信側の受信器では、受信した光波を直交する2つの成分に分波することで、2つの振幅値(振幅値の組)、すなわち光複素振幅値を得ることができる。光複素振幅値は、信号空間ダイアグラムと呼ばれるグラフ上に点としてプロットすることができる(信号点図とも言う)。光複素振幅値の点は「信号点」とも呼ばれ、1つの信号点が1以上の情報データビットで構成される1つのシンボルに対応している。またこの信号点には、伝送された情報ビットを表す複素振幅ラベルが対応付けられる。受信側では、受信した複素振幅の信号空間ダイアグラム上の信号点座標から、複素振幅ラベルを判定するための複素振幅ラベル判定境界を構築・保持することができる。構築された境界に基づいて複素振幅ラベルを特定することで、情報ビットを特定し、送信側から受信側への情報の伝送を実現できる。さらに、複素振幅ラベルと複素振幅値の対応関係を増やすこと、すなわち信号空間ダイアグラムにおいて、複素振幅ラベルと対応付けられた複素振幅座標の数を増やして密に配置することができる。これによって、1つの複素振幅の組が伝送できる情報量を増加して、いわゆる多値度を大きくすることができ、光周波数の利用効率を高めることができる。   In an optical network, information is transmitted by intentionally changing the shape of a light wave as a carrier wave according to information. For example, in quadrature amplitude modulation (QAM), the amplitudes of two orthogonal carriers are changed, and the two carriers are combined and transmitted from the transmission side. In the receiver on the opposite reception side, two amplitude values (a set of amplitude values), that is, an optical complex amplitude value can be obtained by demultiplexing the received light wave into two orthogonal components. Optical complex amplitude values can be plotted as points on a graph called a signal space diagram (also called a signal point diagram). A point of the optical complex amplitude value is also called a “signal point”, and one signal point corresponds to one symbol composed of one or more information data bits. Also, this signal point is associated with a complex amplitude label representing the transmitted information bits. On the receiving side, a complex amplitude label determination boundary for determining a complex amplitude label can be constructed and held from the signal point coordinates on the signal space diagram of the received complex amplitude. By identifying the complex amplitude label based on the constructed boundary, it is possible to identify the information bit and realize transmission of information from the transmission side to the reception side. Further, the correspondence relationship between the complex amplitude label and the complex amplitude value can be increased, that is, in the signal space diagram, the number of complex amplitude coordinates associated with the complex amplitude label can be increased and densely arranged. As a result, the amount of information that can be transmitted by one set of complex amplitudes can be increased, the so-called multilevel can be increased, and the utilization efficiency of the optical frequency can be increased.

しかしながら、このような光信号を光ファイバにより伝送することによって、様々な種類の雑音が混入してしまう。結果として受信側において得られる複素振幅値は、送信時の理想的な複素振幅座標上の複素振幅値に分散が加わったものとなる。すなわち、受信側において得られる信号空間ダイアグラム上の信号点の位置にはバラつきが生じる。そこで、現在一般的な複素振幅ラベル判定では、2次元の信号空間ダイアグラムを、複素振幅ラベル数の正方形の領域へ重畳が無いように分割して、各領域をそれぞれ1つの複素振幅ラベルに対応させる。各領域と受信した光信号の複素振幅値との関係に基づいて、光ファイバに加わる雑音に関わらず、複素振幅ラベルの判定が行われる。   However, by transmitting such an optical signal through an optical fiber, various types of noise are mixed. As a result, the complex amplitude value obtained on the receiving side is obtained by adding dispersion to the complex amplitude value on the ideal complex amplitude coordinate at the time of transmission. That is, the position of the signal point on the signal space diagram obtained on the receiving side varies. Therefore, in the currently general complex amplitude label determination, a two-dimensional signal space diagram is divided so as not to be superimposed on a square region having the number of complex amplitude labels, and each region is associated with one complex amplitude label. . Based on the relationship between each region and the complex amplitude value of the received optical signal, the complex amplitude label is determined regardless of the noise applied to the optical fiber.

図1は、複素振幅ラベルの数を16とした直交振幅変調方式(16QAM)における判定境界と、各ラベルの理想的な複素振幅点を示す図である。図1では、直交する2つの太い矢印が、直交する2つの搬送波に対応している。一方は同相(I:In-phase)軸であり、もう一方が直交(Q:Quadrature)軸である。16QAMにおいて、I−Q平面上で16の正方形の領域2を構成する点線で示したラベル判定境界と、16のラベルの各々の理想的な複素振幅点(信号点)1を示す。各信号点には、0〜15までのラベルが付されている。各信号点(ラベル)を通信シンボルと関連付け、1つのシンボルで4つの情報ビットを表すことができる。図1のような複素振幅ラベル判定領域を用いることで、分散の加わった複素振幅値を受信しても、複素振幅ラベルを判定することができる。送信複素振幅値に加わる分散が正規分布に従うのであれば、前述した判定方法のみで最適な複素振幅ラベル判定を行うことができる。しかしながら、実際には光ファイバにおいて生じる非線形効果も、複素振幅値すなわち信号点の分布を歪ませる大きな要因となる。   FIG. 1 is a diagram showing determination boundaries in the quadrature amplitude modulation method (16QAM) in which the number of complex amplitude labels is 16, and ideal complex amplitude points of each label. In FIG. 1, two orthogonal thick arrows correspond to two orthogonal carrier waves. One is an in-phase (I) axis, and the other is a quadrature (Q) axis. In 16QAM, a label determination boundary indicated by a dotted line constituting 16 square regions 2 on the IQ plane and an ideal complex amplitude point (signal point) 1 of each of the 16 labels are shown. Each signal point is labeled 0-15. Each signal point (label) is associated with a communication symbol, and one information symbol can represent four information bits. By using the complex amplitude label determination region as shown in FIG. 1, the complex amplitude label can be determined even when a complex amplitude value with added dispersion is received. If the variance added to the transmission complex amplitude value follows a normal distribution, the optimum complex amplitude label determination can be performed only by the above-described determination method. However, the nonlinear effect that actually occurs in the optical fiber is also a major factor that distorts the complex amplitude value, that is, the distribution of signal points.

図2は、光ファイバにおける非線形効果が受信複素振幅の分布に与える影響を説明する図である。図2の(a)は、非線形効果の影響が少ない場合の信号点分布を示し、(b)は、非線形効果の影響が大きい場合の信号点分布を示している。(a)を参照すれば非線形効果の影響が少ない場合には、各信号点は図1に示した各理想信号点を中心として、例えば点線の概ね円形の領域21、22内に固まって分布し、信号点が0〜15の内のどのラベルに対応しているのかを明瞭に識別可能である。一方で、(b)を参照すれば非線形効果の影響が大きい場合には、2次元グラフ上にプロットされる信号点が大きくばらついて分布している。(a)の円形領域21が、(b)の楕円形領域23に対応しており、信号点が分布する領域の形状はいびつに変形しその大きさも拡大しており、隣接するラベル信号点分布と重なっていることがわかる。(a)の円形領域22が(b)の楕円形領域24に対応しており、円形領域21の信号点と同じような状況にある。   FIG. 2 is a diagram for explaining the influence of the nonlinear effect in the optical fiber on the distribution of the reception complex amplitude. FIG. 2A shows the signal point distribution when the influence of the nonlinear effect is small, and FIG. 2B shows the signal point distribution when the influence of the nonlinear effect is large. Referring to (a), when the influence of the non-linear effect is small, each signal point is distributed tightly within, for example, the substantially circular regions 21 and 22 of the dotted line, centering on each ideal signal point shown in FIG. , It is possible to clearly identify which label of signal points 0 to 15 corresponds to. On the other hand, referring to (b), when the influence of the non-linear effect is large, the signal points plotted on the two-dimensional graph vary widely and are distributed. The circular area 21 in (a) corresponds to the elliptical area 23 in (b), the shape of the area in which the signal points are distributed is deformed into an irregular shape and the size thereof is enlarged, and the adjacent label signal point distribution You can see that it overlaps. The circular area 22 in (a) corresponds to the elliptical area 24 in (b), and is in the same situation as the signal points in the circular area 21.

図2の(b)のように歪が生じた場合、2次元グラフ上で単純に正方形に分割された領域に基づいて複素振幅ラベルを判定すると、正確なラベルの識別が難しくなり大きな伝送誤りを引き起こす。一般によく知られているように、理想的な複素振幅座標の信号点同士の間隔がより狭い方式、すなわち1つの搬送波において区別される異なるレベルの数が多く、1つの複素振幅値の組によって伝送できる振幅レベルの種類が多い高次多値変調方式となるほど、複素振幅ラベルの誤判定は生じやすくなる。非特許文献1では、多値度の大きい光変調方式を導入した場合の伝送可能距離を評価した結果が報告されている。   When distortion occurs as shown in FIG. 2 (b), it is difficult to accurately identify the label when the complex amplitude label is determined based on the area simply divided into squares on the two-dimensional graph. cause. As is generally well-known, the distance between signal points of the ideal complex amplitude coordinate is narrower, that is, the number of different levels distinguished in one carrier is large, and transmitted by one set of complex amplitude values. As the number of types of amplitude levels that can be generated becomes higher, the higher-order multi-level modulation method, the more likely that a complex amplitude label is erroneously determined. Non-Patent Document 1 reports a result of evaluating a transmittable distance when an optical modulation method having a large multilevel is introduced.

上述の非線形歪みの問題に対処するための技術として、非特許文献2では、図2で説明した非線形に歪んだ複素振幅分布にも適応可能な複素振幅ラベルの判定境界構築技術が開示されている。この技術では、情報伝送を始める前に、予め複素振幅ラベルが既知の信号を受信する。受信信号から得られた受信信号点の座標および対応する既知の複素振幅ラベルの組み合わせの集合から、機械学習手法によって複素振幅ラベルの判別境界が構築される。これにより、光ファイバにおいて生じる非線形な歪みに対しても適応性の高い複素振幅ラベル判定境界を構築することが可能となる。   As a technique for coping with the above-mentioned problem of nonlinear distortion, Non-Patent Document 2 discloses a complex amplitude label determination boundary construction technique that can be applied to the nonlinearly distorted complex amplitude distribution described in FIG. . In this technique, a signal with a known complex amplitude label is received before information transmission is started. A discrimination boundary of complex amplitude labels is constructed by a machine learning method from a set of combinations of received signal point coordinates obtained from the received signal and corresponding known complex amplitude labels. This makes it possible to construct a complex amplitude label determination boundary that is highly adaptable to non-linear distortion that occurs in an optical fiber.

引用文献2に示された機械学習手法を用いた複素振幅ラベル判定は、主に学習フェーズおよび判定フェーズの2つのフェーズによって行われる。学習フェーズにおいては、まず所定の多値伝送方式によって、既知の複素振幅値を持つ学習用信号を受信側へ伝送する。このとき、伝送される学習用信号を構成する複素振幅値に対応する複素振幅ラベルは、予め受信側へ与えられており、受信側ではどのようなラベルが伝送されて来るかがわかっている。したがって、学習用信号を受信することによって、受信側において、実際に受信された複素振幅値(2つの実数値)および複素振幅ラベルの組み合わせを多数用意することができる。以下、この複素振幅値およびそのラベルの組み合わせを学習データと呼ぶ。さらに、学習データの集合を学習データセットと呼ぶ。尚、学習信号は、教師信号とも呼ばれることがある。   The complex amplitude label determination using the machine learning method shown in the cited document 2 is mainly performed in two phases, a learning phase and a determination phase. In the learning phase, first, a learning signal having a known complex amplitude value is transmitted to the receiving side by a predetermined multilevel transmission method. At this time, the complex amplitude label corresponding to the complex amplitude value constituting the transmitted learning signal is given in advance to the receiving side, and it is known what label is transmitted on the receiving side. Therefore, by receiving the learning signal, a large number of combinations of actually received complex amplitude values (two real values) and complex amplitude labels can be prepared on the receiving side. Hereinafter, the combination of this complex amplitude value and its label is referred to as learning data. Furthermore, a set of learning data is called a learning data set. The learning signal may also be called a teacher signal.

学習フェーズにおいて上述の学習用信号を受信し、十分な学習データが蓄積された後で、獲得した学習データセットを基に、機械学習アルゴリズムによって複素振幅ラベルの判別境界を構築する。学習フェーズではこのような操作により、信号空間ダイアグラム上での複素振幅座標と複素振幅ラベルの対応関係を求めることができる。学習フェーズを完了すると、判定フェーズにおいて、求められた複素振幅ラベル境界を用いて、実際の情報データの伝送で受信した複素振幅値の座標から複素振幅のラベルを判定することができる。   After receiving the above-described learning signal in the learning phase and accumulating sufficient learning data, a discrimination boundary for complex amplitude labels is constructed by a machine learning algorithm based on the acquired learning data set. In the learning phase, the correspondence between the complex amplitude coordinate and the complex amplitude label on the signal space diagram can be obtained by such an operation. When the learning phase is completed, in the determination phase, the complex amplitude label can be determined from the coordinates of the complex amplitude value received in the actual transmission of the information data, using the obtained complex amplitude label boundary.

Bosco, G.; Curri, V.; Carena, A.; Poggiolini, P.; Forghieri, F., "On the Performance of Nyquist-WDM Terabit Superchannels Based on PM-BPSK, PM-QPSK, PM-8QAM or PM-16QAM Subcarriers," in Journal of Lightwave Technology, vol. 29, no. 1, pp. 53-61, 2011年1月1日Bosco, G .; Curri, V .; Carena, A .; Poggiolini, P .; Forghieri, F., "On the Performance of Nyquist-WDM Terabit Superchannels Based on PM-BPSK, PM-QPSK, PM-8QAM or PM -16QAM Subcarriers, "in Journal of Lightwave Technology, vol. 29, no. 1, pp. 53-61, January 1, 2011 Minliang Li; Song Yu; Jie Yang; Zhixiao Chen; Yi Han; Wanyi Gu, "Nonparameter Nonlinear Phase Noise Mitigation by Using M-ary Support Vector Machine for Coherent Optical Systems," in Photonics Journal, IEEE , vol. 5, no. 6, 2013年12月Minliang Li; Song Yu; Jie Yang; Zhixiao Chen; Yi Han; Wanyi Gu, "Nonparameter Nonlinear Phase Noise Mitigation by Using M-ary Support Vector Machine for Coherent Optical Systems," in Photonics Journal, IEEE, vol. 5, no. 6, December 2013

このような機械学習手法を用いた複素振幅ラベル判定は、学習用信号が光ファイバを伝送することによって得られた、実際に歪んだ複素振幅を用いてラベル境界を構築する。このため、信号が現実に受けた非線形な歪みを反映させながら、複素振幅ラベルの判定を行うことができる。学習用信号の受信によって識別精度の高い実用的な複素振幅ラベル判定境界を構築するためには、学習データを誤りなく収集することが不可欠である。   In complex amplitude label determination using such a machine learning method, a label boundary is constructed using complex amplitudes that are actually distorted obtained by transmitting a learning signal through an optical fiber. Therefore, the complex amplitude label can be determined while reflecting the nonlinear distortion actually received by the signal. In order to construct a practical complex amplitude label determination boundary with high identification accuracy by receiving a learning signal, it is essential to collect learning data without error.

しかしながら、従来技術の複素振幅ラベル判定には、依然として送信側および受信側におけるレーザ光源の位相不安定性が原因で、複素振幅ラベルの判定の精度が十分でなくさらなる改善が求められていた。例えば、16QAMの復調過程では、信号空間ダイアグラム上の座標上の信号点の複素振幅値、すなわち極座標で見たとき振幅と位相によって情報を識別する。したがって、受信信号を精度良く復調・復号するためには、受信器の例えば局部発振レーザ光源の位相が安定している必要がある。光受信器ではレーザ光源の位相の不安定性を除去するために、レーザ光源の位相を安定化させる光位相同期ループ(PLL)か、受信複素振幅値から位相変動を推定するデジタル搬送波位相推定器を用いる。これらを使用した受信器においては、サイクルスリップと呼ばれる、一定の確率で、本来の受信複素振幅の位相にオフセットが加わった状態で複素振幅値を検出してしまう現象の発生が不可避である。   However, in the conventional complex amplitude label determination, the accuracy of the determination of the complex amplitude label is not sufficient due to the phase instability of the laser light source on the transmission side and the reception side, and further improvement is required. For example, in the 16QAM demodulation process, information is identified by the complex amplitude value of the signal point on the coordinates on the signal space diagram, that is, the amplitude and phase when viewed in polar coordinates. Therefore, in order to accurately demodulate and decode the received signal, the phase of the local oscillation laser light source of the receiver needs to be stable. In order to eliminate the instability of the phase of the laser light source, the optical receiver uses an optical phase locked loop (PLL) that stabilizes the phase of the laser light source or a digital carrier phase estimator that estimates the phase fluctuation from the received complex amplitude value. Use. In a receiver using these, it is inevitable that a phenomenon called a cycle slip that detects a complex amplitude value with an offset added to the phase of the original received complex amplitude with a certain probability is inevitable.

サイクルスリップの本質的な原因は、レーザの出力光電界の位相の時間的不安定性にあることが知られている。このため、光受信器側にある局部発振レーザだけでなく、送信器側に用いられているレーザもサイクルスリップの原因となり得る。このレーザ光源自体が持つ位相不安定性と、伝送路による信号劣化、変調方式、位相推定回路の特性が相まってサイクルスリップが生じる。   It is known that the essential cause of cycle slip is the temporal instability of the phase of the laser output optical electric field. For this reason, not only the local oscillation laser on the optical receiver side but also the laser used on the transmitter side can cause cycle slip. A cycle slip occurs due to the phase instability of the laser light source itself, the signal degradation due to the transmission path, the modulation method, and the characteristics of the phase estimation circuit.

この現象が一旦発生すると、以降の受信複素振幅にも同様にオフセットが加わった形で複素振幅値が検出されてしまう。その結果、誤った学習データを含んだ学習データセットに基づいて複素振幅ラベル判定境界が構築されてしまう。すなわち、サイクルスリップは、基準位相の突然のシフト(オフセット)として観察され、その位相シフト(オフセット)の量は、変調方式に応じて変わってくる。具体的には、信号点の回転対称のグループにおける隣接する2点の位相間隔の整数倍となる。例えば、16QAMの場合には、90度の整数倍の単位で、また、8PSK(Phase shift keying)の場合には、45度の整数倍の単位で位相のオフセットが発生する。   Once this phenomenon occurs, the complex amplitude value is detected in the form in which an offset is similarly added to the subsequent received complex amplitude. As a result, a complex amplitude label determination boundary is constructed based on a learning data set including erroneous learning data. That is, the cycle slip is observed as a sudden shift (offset) of the reference phase, and the amount of the phase shift (offset) varies depending on the modulation method. Specifically, it is an integral multiple of the phase interval between two adjacent points in the rotationally symmetric group of signal points. For example, in the case of 16QAM, the phase offset is generated in units of an integer multiple of 90 degrees, and in the case of 8PSK (Phase shift keying), the phase offset is generated in units of an integer multiple of 45 degrees.

無線の発振周波数は数GHzであるのに対して、光ファイバ通信の発振周波数(レーザ出力の周波数)は196THz(テラヘルツ)程度であり、このような高周波の位相を制御することは容易ではない。このため、レーザの位相は無線の発振回路などと比較してはるかに不安定な状態にある。現在知られている種々のサイクルスリップの原因の特性から発生確率を推定することは可能であるが、発生タイミングの予測は原理上不可能である。したがって、サイクルスリップはランダムな発生となり、数十ピコ秒(光通信における1シンボル時間長程度に相当)から∞秒と、様々の時間間隔で起こり得る。   While the oscillation frequency of radio is several GHz, the oscillation frequency (laser output frequency) of optical fiber communication is about 196 THz (terahertz), and it is not easy to control the phase of such a high frequency. For this reason, the phase of the laser is in a much unstable state as compared with a wireless oscillation circuit or the like. Although it is possible to estimate the occurrence probability from the characteristics of various causes of cycle slip that are currently known, it is impossible in principle to predict the occurrence timing. Therefore, the cycle slip occurs randomly, and can occur at various time intervals from several tens of picoseconds (corresponding to one symbol time length in optical communication) to ∞ seconds.

図3は、サイクルスリップが生じない場合の学習データ分布およびラベル判別境界の例を示す図である。図3の(a)は、16QAMの信号空間ダイアグラム上の学習データをラベルごとに色(彩度)を変えてプロットしたものであって、概ね、図2の(a)の信号点分布と同様に、各々のラベルで学習データの信号点同士はまとまって近くに分布しており、異なるラベルが認識できる。(b)は、(a)の学習データを基に構築されたラベル判定の境界を示しており、中心部の各々のラベルの領域は概ね四角形であり、周辺部のラベルでも四角形からずれてはいるが1つのまとまった領域になっている。このラベル判定境界を用いれば、例えば受信した信号の複素新振幅値が信号点30にあるととき、その複素新振幅値は、領域31に属するラベルを持つと判定できる。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a learning data distribution and a label discrimination boundary when no cycle slip occurs. FIG. 3A is a plot of learning data on a 16QAM signal space diagram with different colors (saturation) for each label, which is generally the same as the signal point distribution of FIG. In addition, the signal points of the learning data are grouped and distributed near each label, and different labels can be recognized. (B) shows the boundary of the label determination constructed based on the learning data of (a), and each label area in the central part is generally quadrangular, and the labels in the peripheral part should not deviate from the quadrangle. However, it is a single area. By using this label determination boundary, for example, when the complex new amplitude value of the received signal is at the signal point 30, it can be determined that the complex new amplitude value has a label belonging to the region 31.

図4は、サイクルスリップが生じた場合の学習データ分布およびラベル判別境界の例を示す図である。図4の(a)は、図3の(a)と同様に16QAMの信号空間ダイアグラム上の学習データをラベルごとに色(彩度)を変えてプロットしたものであるが、各々のラベルの学習データの信号点が分散して分布しており、異なるラベルの領域は判別し難い。(b)は、(a)の学習データを基に構築されたラベル判定の境界を示しているが、中心部の各々のラベル判定領域の形状は著しく歪んでおり領域の大きさもまちまちである。周辺部では、2つの領域41a、41bや、42a、42bのように、同一のラベルを表しているにも関わらず2つの領域に分かれた飛び地となって複数個の領域が現われてしまう。図4の(b)のようなラベル判定境界は、サイクルスリップの発生のために、受信された複素振幅値の位相に予期せぬオフセットが含まれているにもかかわらず、このオフセットを含んだままで境界を構築したことで生じている。予期せぬ位相オフセットが含まれていれば、本来想定した信号点の位置とは異なる位置に観測されているのに、意図した信号点のままであると誤認していることになる。誤った学習データによって生成した境界で複素振幅ラベルの判定を行えば、その精度は十分ではなく、判定結果にも誤りが含まれることになる。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a learning data distribution and a label discrimination boundary when a cycle slip occurs. FIG. 4 (a) is a plot of learning data on a 16QAM signal space diagram with different colors (saturation) for each label, similar to FIG. 3 (a). Data signal points are distributed and distributed, and regions with different labels are difficult to distinguish. (B) shows the boundary of label determination constructed based on the learning data of (a), but the shape of each label determination area in the central part is significantly distorted and the size of the area varies. In the peripheral portion, a plurality of regions appear as enclaves divided into two regions, although the same label is represented, such as the two regions 41a and 41b and 42a and 42b. The label determination boundary as shown in FIG. 4B does not include this offset even though the phase of the received complex amplitude value includes an unexpected offset due to the occurrence of cycle slip. This is caused by the construction of boundaries. If an unexpected phase offset is included, it is misunderstood that the intended signal point remains as it is, although it is observed at a position different from the originally assumed signal point position. If the complex amplitude label is determined at the boundary generated by incorrect learning data, the accuracy is not sufficient, and the determination result also includes an error.

従来技術の機械学習手法を用いた複素振幅ラベル判定では、サイクルスリップを考慮した検討すら未だ為されていない。光ファイバを用いた伝送では、電波の伝搬時のようにフェージングがあるわけではないので受信光信号レベルは安定しているが、局部発振光源などのレーザ光源の位相はレーザの様々な雑音が原因でサイクルスリップが生じる。その発生がランダムであって予測することが難しい。また、サイクルスリップは、シンボルからビット変換するときの差動符号化やグレイマッピングなどのビットレベルでのエラー訂正手段が適用される前の段階で起こり、光信号の位相に情報を含める位相変調信号の「生」の位相に直接エラーを与える。レーザ光源が位相不安定性を持つ限りは、サイクルスリップ現象自体を防止することは難しく、サイクルスリップの発生を考慮した、より安定な光受信器が望まれていた。   In the complex amplitude label determination using the machine learning method of the prior art, the examination considering the cycle slip has not been made yet. In optical fiber transmission, the received optical signal level is stable because there is no fading as in radio wave propagation, but the phase of a laser light source such as a local oscillation light source is caused by various laser noises. Cycle slip occurs. The occurrence is random and difficult to predict. In addition, cycle slip occurs at a stage before error correction means at the bit level such as differential encoding and gray mapping at the time of bit conversion from a symbol, and includes a phase modulation signal that includes information in the phase of the optical signal Gives an error directly to the "raw" phase of As long as the laser light source has phase instability, it is difficult to prevent the cycle slip phenomenon itself, and a more stable optical receiver considering the occurrence of the cycle slip has been desired.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光信号の複素振幅値を識別するために、従来技術と比べて、より安定でかつ精度の高い複素振幅ラベル識別境界を構築し、より良好な通信品質を得ることにある。   The present invention has been made in view of such problems, and its object is to identify a complex amplitude value of an optical signal, which is more stable and accurate than the prior art. It is to construct a complex amplitude label identification boundary and obtain better communication quality.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、複素振幅座標上において原点に対して回転対称の位置にある複数の信号点を少なくとも一部に含む変調方式によって変調された光波を受信する受信装置において、前記変調方式を使用してデータ列で変調された教師信号を受信し、前記複素振幅座標上の信号点のいずれかに対応する複素振幅を順次出力する位相推定回路と、前記位相推定回路から出力された前記複素振幅を順次受信して、受信した複素振幅の位相を算出し、および、前記複素振幅の位相にオフセットを生じさせるサイクルスリップの発生を検出する検出回路と、前記順次受信された複素振幅、並びに、前記複素振幅に対応する信号点が運ぶ情報の内容を表示している対応するラベルの複数の組からなる学習データセットを記憶する回路と、前記サイクルスリップの発生の前記検出に応答して、前記検出回路によって検出された位相オフセットに基づいて、前記検出がされた複素振幅に対応する前記記憶された複素振幅値(ラベル)を訂正する回路と、前記訂正された複素振幅値(ラベル)を含む前記記憶された学習データセットに基づいて、前記複素振幅に対応する複数の信号点の異なるラベルを識別するための境界を構築するよう構成された回路とを備えたことを特徴とする受信装置である。尚、後述するように、サイクルスリップの発生の検出に基づいて訂正をする対象は、記憶する回路に記憶された複素振幅値であっても、ラベルであっても良い。
請求項2に記載の発明は、請求項1の受信装置であって、前記検出回路は、前記変調方式で回転対称の位置にある各信号点に対応する前記記憶された複数の複素振幅の平均位相をそれぞれ計算する平均位相計算回路と、所定の回転対称角度だけ回転させることによって前記複素振幅座標上で重ね合わせることのできる前記回転対称な位置にある信号点を1つのグループとし、1以上のグループを構成したとき、現在の複素振幅の位相と、前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点であって前記現在の複素振幅に対応する信号点を除いた信号点のラベルに対応する前記平均位相との間の位相差を計算する位相差計算回路と、計算された前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点の各々との位相差に基づいて、所定のサイクルスリップ発生判断条件を満たすかどうかを判定し、前記サイクルスリップ発生判断条件を満たした信号点のラベルを前記現在の複素振幅の更新されるラベルとして特定する位相差監視回路とを含むこと特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a modulation system including at least a part of a plurality of signal points that are rotationally symmetric with respect to an origin on complex amplitude coordinates. Receiving a teacher signal modulated with a data sequence using the modulation method, and sequentially outputting complex amplitudes corresponding to any of the signal points on the complex amplitude coordinates A phase estimation circuit that sequentially receives the complex amplitude output from the phase estimation circuit, calculates a phase of the received complex amplitude, and generates a cycle slip that causes an offset in the phase of the complex amplitude A detection circuit for detecting, and a plurality of sets of corresponding labels indicating the contents of information carried by the sequentially received complex amplitudes and signal points corresponding to the complex amplitudes A circuit for storing a training data set and the stored complex corresponding to the detected complex amplitude based on a phase offset detected by the detection circuit in response to the detection of the occurrence of the cycle slip Based on the circuit for correcting the amplitude value (label) and the stored learning data set including the corrected complex amplitude value (label), different labels of a plurality of signal points corresponding to the complex amplitude are identified. And a circuit configured to construct a boundary for the receiver. As will be described later, the object to be corrected based on the detection of the occurrence of cycle slip may be a complex amplitude value stored in a circuit to be stored or a label.
The invention according to claim 2 is the receiving apparatus according to claim 1, wherein the detection circuit is an average of the plurality of stored complex amplitudes corresponding to each signal point at a rotationally symmetric position in the modulation scheme. An average phase calculation circuit for calculating each phase and a signal point at the rotationally symmetric position that can be superimposed on the complex amplitude coordinates by rotating by a predetermined rotational symmetric angle are grouped into one group. When configuring a group, it corresponds to the phase of the current complex amplitude and the label of the signal point excluding the signal point in the group to which the current complex amplitude belongs and corresponding to the current complex amplitude Based on the phase difference between the phase difference calculation circuit for calculating the phase difference between the average phase and each of the signal points in the group to which the current complex amplitude belongs, a predetermined cycle time is calculated. And a phase difference monitoring circuit that determines whether or not a loop generation determination condition is satisfied, and specifies a label of a signal point that satisfies the cycle slip generation determination condition as an updated label of the current complex amplitude, and To do.

請求項3に記載の発明は、請求項2の受信装置であって、前記変調方式は16QAMであって、前記複素振幅座標上の16の異なる信号点に対して、90度回転対称な4つのシンボルからなる4つのグループが構成され、前記位相差計算回路は、現在の複素振幅の位相と、前記現在の複素振幅前記現が属するグループの内の信号点であって前記現在の複素振幅に対応する信号点を除いた3つの信号点のラベルに対応する前記平均位相との間の位相差を求め、前記位相差監視回路は、前記サイクルスリップ発生判断条件の一部として、前記3つの信号点のラベルに対応する前記求められた位相差が45度以内であるかどうかを監視し、前記検出回路は、前記求められた位相差が45度以内であること満たすことが、現在の複素振幅に加えて、前記順次受信された複素振幅に対して連続して起こった回数を計測するカウント回路であって、前記計測された回数が所定の値を越えたときに、前記サイクルスリップの発生を決定する、カウント回路をさらに含んでいることを特徴とする。   A third aspect of the present invention is the receiving apparatus according to the second aspect, wherein the modulation scheme is 16QAM, and the four different 90-degree rotational symmetry points with respect to 16 different signal points on the complex amplitude coordinate. Four groups of symbols are configured, and the phase difference calculation circuit corresponds to the phase of the current complex amplitude and the signal point in the group to which the current complex amplitude belongs and corresponds to the current complex amplitude. A phase difference between the average phase corresponding to the labels of the three signal points excluding the signal points to be obtained is obtained, and the phase difference monitoring circuit is configured to include the three signal points as part of the cycle slip occurrence determination condition. Monitoring whether the determined phase difference corresponding to the label is within 45 degrees, and the detection circuit satisfies that the determined phase difference is within 45 degrees to satisfy the current complex amplitude Plus before A count circuit for measuring the number of times that has occurred successively with respect to sequentially received complex amplitudes, and determining the occurrence of the cycle slip when the measured number exceeds a predetermined value. Is further included.

請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3いずれかの受信装置であって、前記教師信号として、予め定められたデータ列で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記データ列に対応する既知のラベルを前記学習データセットとして記憶するよう動作する学習モードと、前記教師信号として、未知のペイロード信号で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記複素振幅のラベルを判定して前記判定されたラベルをビット変換し、誤り訂正をされたビットがさらにビット/ラベル変換されたラベルを前記学習データセットとして記憶し、前記ペイロード信号のラベル判定およびラベル識別するための境界の再構築を並行して行うよう動作する追跡モードとの間を切り替えるよう構成されたことを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the receiving apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a learning data signal modulated by a predetermined data sequence is received as the teacher signal, and the learning data signal is received from the learning data signal. A learning mode that operates to store the obtained complex amplitude and a known label corresponding to the data string as the learning data set, and a learning data signal modulated with an unknown payload signal as the teacher signal Then, the complex amplitude obtained from the learning data signal and the label of the complex amplitude are determined, the determined label is bit-converted, and the error-corrected bit is further subjected to bit / label conversion. It is stored as the learning data set, and is operated to perform the boundary determination for the payload signal and the boundary reconstruction for label identification in parallel. Characterized in that it is configured to switch between the modes.

請求項5に記載の発明は、請求項4の受信装置であって、前記追跡モードにおいて、ラベル識別するための境界の前記再構築を一定の間隔で行うことを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the receiving apparatus according to claim 4, wherein in the tracking mode, the reconstruction of the boundary for label identification is performed at regular intervals.

以上説明したように、光ネットワークの信号受信部の複素振幅値の識別境界を構築する受信器において、安定かつ精度の高い複素振幅の識別境界を構築することが可能となり、通信品質が向上する。   As described above, in a receiver that constructs an identification boundary of complex amplitude values of a signal receiver of an optical network, it is possible to construct a complex amplitude identification boundary that is stable and highly accurate, and communication quality is improved.

図1は、直交振幅変調方式(16QAM)における判定境界と、各ラベルの理想的な信号点を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating determination boundaries in quadrature amplitude modulation (16QAM) and ideal signal points for each label. 図2は、光ファイバにおける非線形効果が受信複素振幅の分布に与える影響を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the influence of the nonlinear effect in the optical fiber on the distribution of the reception complex amplitude. 図3は、サイクルスリップが生じない場合の学習データ分布およびラベル判別境界の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a learning data distribution and a label discrimination boundary when no cycle slip occurs. 図4は、サイクルスリップが生じた場合の学習データ分布およびラベル判別境界の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a learning data distribution and a label discrimination boundary when a cycle slip occurs. 図5は、光ノードにおける本発明の受信器の構成概要を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an outline of the configuration of the receiver of the present invention in the optical node. 図6は、本発明の光受信器における複素振幅ラベル判定回路の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a complex amplitude label determination circuit in the optical receiver of the present invention. 図7は、本発明の実施例1の光受信器で使用される16QAM方式の複素振幅の配置を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating the arrangement of 16QAM complex amplitudes used in the optical receiver according to the first embodiment of the present invention. 図8は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路における平均位相の計算およびグループ化を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining average phase calculation and grouping in the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention. 図9は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるグループ選択の動作例を説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining an operation example of group selection in the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention. 図10は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるグループ選択の別の動作例を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining another operation example of group selection in the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention. 図11は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路における位相差の計算動作の例を説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the phase difference calculation operation in the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention. 図12は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるサイクルスリップの発生の判定動作を説明する図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the operation of determining the occurrence of cycle slip in the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention. 図13は、位相差監視部においてサイクルスリップの発生の判定に使用されるカウンタの構成例を示した図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a counter used for determining occurrence of a cycle slip in the phase difference monitoring unit. 図14は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路によって得られる通信品質を従来技術と比較して説明する図である。FIG. 14 is a diagram for explaining the communication quality obtained by the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention in comparison with the prior art.

本発明は、光受信器に用いられるレーザ光源で生じる様々な位相雑音、取り分け、サイクルスリップの発生も考慮して、機械学習法を用いて複素振幅ラベルの境界を構築する、新規な受信器システムを明らかにする。本発明の受信器システムでは、サイクルスリップの発生を監視して、一定の条件を満たすことによってサイクルスリップの発生を検出すると、受信した複素振幅値のラベルを訂正し、サイクルスリップで生じる位相のオフセットを除去するよう動作する。本発明の受信器システムは、様々な方法で実施できるが、デジタル信号プロセッサ(DSP:Digital signal processor)を用いた演算処理によって実施するのに好適であり、すべての処理をデジタル領域で行うこともできる。また、既知の学習用データを受信して複素振幅ラベルの境界を構築する学習フェーズと、その後の通常のデータ受信を行ってラベルの判定を行う判定フェーズとで動作させることができる(非追跡モード)。さらに、実際の受信信号から得られたデータから、ビット/シンボル(ラベル)再変換を行って受信データビットを再シンボル化して、学習データ用のラベル情報として使用する追跡モードでも動作させることができる。   The present invention is a novel receiver system that constructs a complex amplitude label boundary using a machine learning method in consideration of various phase noises generated by a laser light source used in an optical receiver, and in particular, generation of cycle slip. To clarify. In the receiver system of the present invention, when the occurrence of the cycle slip is detected by monitoring the occurrence of the cycle slip and satisfying a certain condition, the label of the complex amplitude value received is corrected, and the phase offset caused by the cycle slip is corrected. Works to remove. The receiver system of the present invention can be implemented in various ways, but is suitable for implementation by arithmetic processing using a digital signal processor (DSP), and all processing can be performed in the digital domain. it can. In addition, it can be operated in a learning phase that receives known learning data and constructs a boundary of a complex amplitude label, and a determination phase that performs subsequent normal data reception to determine a label (non-tracking mode) ). Furthermore, it is possible to operate in a tracking mode in which received data bits are re-symbolized by performing bit / symbol (label) reconversion from data obtained from an actual received signal and used as label information for learning data. .

以下、図面を参照しながら本発明の様々な実施形態を説明するが、本発明は下記の実施形態だけに限定されるものではない。以下の説明で、受信信号から得られる「複素振幅」は、I−Q座標平面で表される信号空間ダイアグラム上における信号点の振幅値の組(I軸の振幅値およびQ軸の振幅値)を意味する。また、「複素振幅」は、極座標形式で表すことも可能であって、その場合は振幅と位相値よって表現することもできる。   Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. In the following description, “complex amplitude” obtained from a received signal is a set of amplitude values of signal points (I-axis amplitude value and Q-axis amplitude value) on a signal space diagram represented by an IQ coordinate plane. Means. The “complex amplitude” can also be expressed in a polar coordinate format, and in that case, it can also be expressed by an amplitude and a phase value.

また、用語「複素振幅ラベル」は、変調方式によって決定される信号空間ダイアグラム上の複数の信号点に対してそれぞれ付けられ、その信号点で伝送される1以上の情報ビットを表す表示である。冗長を避けるため、単に「ラベル」と言う場合もある。このラベルによって、その信号点により運ばれる伝送情報ビットの内容を特定できる。上述の複数の信号点は、1つの変調シンボル時間にいずれかの信号点が1対1に対応しているので、ある時点において、ラベルとシンボルも1対1に対応する。以下の説明では、ラベルとシンボルの用語が交換可能に使用できる場合もあることに留意されたい。以下図面を参照しながら、本発明のシステム構成の概要、ラベル境界判定の動作概要、より具体的な装置動作について順次説明する。   The term “complex amplitude label” is a display that is attached to each of a plurality of signal points on the signal space diagram determined by the modulation scheme and represents one or more information bits transmitted at the signal points. In order to avoid redundancy, the label is sometimes simply referred to as “label”. With this label, the contents of the transmission information bits carried by the signal point can be specified. Since any one of the above-described plurality of signal points has a one-to-one correspondence in one modulation symbol time, the label and the symbol also have a one-to-one correspondence at a certain time. Note that in the following description, the terms label and symbol may be used interchangeably. Hereinafter, an outline of a system configuration, an outline of operation of label boundary determination, and a more specific apparatus operation will be sequentially described with reference to the drawings.

以下では、本発明を光受信器の発明として説明していくが、光通信システムで使用され光の位相または振幅に情報を乗せ、受信側においてこの情報を識別できる変調方式で変調された光信号を受信するものである限り、どのような光受信装置にも適用できる。当然に光信号の送信機能も含む装置であっても良い。また、以下説明する複素振幅ラベル判定回路において、サイクルスリップの発生も考慮した機械学習法を用いて、複素振幅ラベルの境界を構築する方法の発明としても実施できる。さらに、この方法の各段階を実施するコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体の発明としても実施できる。
1.システム構成
図5は、光ノードにおける本発明の光受信器の構成概要を示す図である。図5に示すように、本発明の光受信器50は、その基本的な受信器の機能を実現する部分として、偏波補償回路51、位相推定回路52、複素振幅ラベル判定回路54および前方誤り訂正回路55により構成される。光受信器50が光信号を受信すると、まず偏波補償回路51において偏波状態に依存する信号歪みが補償される。次に、位相推定回路52において、所定の変調方法および変調レートに応じたシンボルレートのタイミングで、搬送波の位相が推定され、受信信号の複素振幅を出力する。複素振幅の出力は、後述する本発明の複素振幅ラベル判定回路54に入力され、予め構築しておいた複素振幅ラベル判定境界および受信した複素振幅の位置関係に応じて、複素振幅ラベルが判定される。その後、判定された複素振幅ラベルは、シンボルからビット系列に変換され、前方誤り訂正回路55によって、受信されたビット系列の誤り検出・訂正が行われる。光受信器50からは、誤り訂正されたビット列59が出力される。複素振幅ラベル判定回路54以降のブロックは、合わせてビット列復号回路53とも呼ぶ。
In the following, the present invention will be described as an invention of an optical receiver. An optical signal that is used in an optical communication system and that carries information on the phase or amplitude of light and is modulated by a modulation method that can identify this information on the receiving side. As long as it can receive the light, it can be applied to any optical receiver. Naturally, it may be an apparatus including an optical signal transmission function. In addition, in the complex amplitude label determination circuit described below, the present invention can be implemented as an invention of a method for constructing a complex amplitude label boundary by using a machine learning method that also considers the occurrence of cycle slip. Furthermore, the present invention can also be implemented as an invention of a storage medium storing a computer program for executing each step of the method.
1. System Configuration FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an optical receiver of the present invention in an optical node. As shown in FIG. 5, the optical receiver 50 of the present invention includes a polarization compensation circuit 51, a phase estimation circuit 52, a complex amplitude label determination circuit 54, and a forward error as a part for realizing the basic receiver function. The correction circuit 55 is used. When the optical receiver 50 receives an optical signal, the polarization compensation circuit 51 first compensates for signal distortion depending on the polarization state. Next, the phase estimation circuit 52 estimates the phase of the carrier wave at the timing of the symbol rate corresponding to the predetermined modulation method and modulation rate, and outputs the complex amplitude of the received signal. The output of the complex amplitude is input to the complex amplitude label determination circuit 54 of the present invention, which will be described later, and the complex amplitude label is determined according to the complex amplitude label determination boundary constructed in advance and the positional relationship between the received complex amplitudes. The Thereafter, the determined complex amplitude label is converted from a symbol to a bit sequence, and the forward error correction circuit 55 performs error detection / correction on the received bit sequence. From the optical receiver 50, an error-corrected bit string 59 is output. The blocks after the complex amplitude label determination circuit 54 are also collectively referred to as a bit string decoding circuit 53.

後述するが、本発明の光受信器では、学習用データを使って受信器の非通常動作時にラベル判定境界の構築を行う非追跡モードに加えて、学習用データではなく実際の情報データを受信しながら、複素振幅ラベル判定境界を構築することもできる。これは、追跡モードと呼ばれる動作モード(実施例2)であり、このときビットシンボル変換部56において復号したビット列を再びシンボルに再変換して学習用データとして利用する。スイッチ57は、上述の追跡モードおよび非追跡モードの切り替えを概念的に示している。次に、図8の点線で囲った複素振幅ラベル判定回路のより詳細な構成を説明する。   As will be described later, the optical receiver of the present invention receives actual information data instead of learning data in addition to the non-tracking mode in which the label determination boundary is constructed at the time of non-normal operation of the receiver using the learning data. However, complex amplitude label decision boundaries can also be constructed. This is an operation mode called the tracking mode (Example 2). At this time, the bit string decoded by the bit symbol conversion unit 56 is converted again into symbols and used as learning data. The switch 57 conceptually shows the switching between the tracking mode and the non-tracking mode. Next, a more detailed configuration of the complex amplitude label determination circuit surrounded by the dotted line in FIG. 8 will be described.

図6は、本発明の光受信器における複素振幅ラベル判定回路の構成を示す図である。図6に示すように、複素振幅ラベル判定回路は、大まかに点線で囲って示した2つのブロック、すなわちサイクルスリップ検出・訂正部78と、ラベル境界構築・ラベル判定部79とにより構成される。後述するように、一部の機能は上記の2つのブロックに共通している。以下の図6の説明では、各機能ブロックの相互の接続関係と、各機能ブロックで入出力されるデータ、情報、動作の概要などについて説明される。詳細な動作は、別に実施例とともに説明する。また以下の説明では、光受信器で受信され、位相推定回路52から出力された複素振幅値61がスイッチ80へ入力されて、非追跡モードが選択されており、さらにスイッチ81によって学習フェーズの動作が選択されている状態を説明する。このとき、スイッチ82によって非追跡モードが選択されており、受信器のいずれかの場所から提供される既知の学習用データの複素振幅ラベル62が、複素振幅ラベル判定回路に与えられる。   FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a complex amplitude label determination circuit in the optical receiver of the present invention. As shown in FIG. 6, the complex amplitude label determination circuit includes two blocks roughly surrounded by a dotted line, that is, a cycle slip detection / correction unit 78 and a label boundary construction / label determination unit 79. As will be described later, some functions are common to the above two blocks. In the following description of FIG. 6, the mutual connection relationship among the functional blocks, data input / output in each functional block, information, an outline of the operation, and the like will be described. Detailed operations will be described separately together with examples. In the following description, the complex amplitude value 61 received by the optical receiver and output from the phase estimation circuit 52 is input to the switch 80, the non-tracking mode is selected, and the operation of the learning phase is further performed by the switch 81. The state where is selected will be described. At this time, the non-tracking mode is selected by the switch 82, and the complex amplitude label 62 of known learning data provided from any place of the receiver is given to the complex amplitude label determination circuit.

図6のサイクルスリップ検出・訂正部78は、光受信器で受信され位相推定回路52から出力された複素振幅値61から、サイクルスリップの発生を検知し、検知に応答して受信複素振幅を訂正するよう構成されている。サブブロックとして、学習データ記憶部66、学習データ分配部67、平均位相計算部74、平均位相グループ化部75、グループ選択部76、平均位相差計算部63、平均位相差監視部64および受信複素振幅訂正部65により構成される。各サブブロック間の矢印が情報またはデータの流れを示しており、矢印の名称はデータの数を示している。図6の各ブロックは、後に説明するラベルの学習データ収集や、サイクルスリップの検知、受信した複素振幅値の訂正、ラベル判定境界の構築などの演算処理毎に、各処理内容に対応したブロックとして描いているものであって、別個のハードウェアブロックとしてそれぞれ構成しなければならないわけではない。すべての機能ブロックは、例えばDSPを使った演算処理の一まとまりとして実施できるものであり、演算処理の具体的な方法によっては、図6のようなブロック分けだけに限定されないことに留意されたい。   The cycle slip detection / correction unit 78 in FIG. 6 detects the occurrence of cycle slip from the complex amplitude value 61 received by the optical receiver and output from the phase estimation circuit 52, and corrects the received complex amplitude in response to the detection. It is configured to As sub-blocks, a learning data storage unit 66, a learning data distribution unit 67, an average phase calculation unit 74, an average phase grouping unit 75, a group selection unit 76, an average phase difference calculation unit 63, an average phase difference monitoring unit 64, and a reception complex An amplitude correction unit 65 is included. Arrows between the sub-blocks indicate the flow of information or data, and the name of the arrow indicates the number of data. Each block in FIG. 6 is a block corresponding to each processing content for each of arithmetic processing such as collection of label learning data, detection of cycle slip, correction of received complex amplitude values, construction of a label determination boundary, which will be described later. It is drawn and does not have to be configured as separate hardware blocks. It should be noted that all the functional blocks can be implemented as a group of arithmetic processing using a DSP, for example, and depending on a specific method of arithmetic processing, the functional blocks are not limited to block division as shown in FIG.

学習データ記憶部66は、学習データである受信した複素振幅および複素振幅ラベル62の組み合わせを多数記憶する。学習データ分配部67は、学習データそれぞれについて、複素振幅ラベルの内容に応じて異なる出力ポートにその学習データを出力する。ここで「出力ポート」と称しているのは、後述するサイクルスリップの検出やラベルの境界構築の演算処理が学習データセットの複素振幅ラベル毎に行われることに対応している。つまり情報処理が、少なくとも最初の段階で、複素振幅ラベル毎に行われることを表しており、何らかの物理的な信号が別個の出力ポートに出力されることを必ずしも意味してはいない。もちろん、少なくとも一部の演算処理を専用のハードウェアで実施することも可能であって、そのような場合には、物理信号を別個の出力ポートに出力することも有り得る。出力ポート、入力ポートなどの記載は、以下の他のブロックでも同様に考えることができる。   The learning data storage unit 66 stores many combinations of the received complex amplitude and the complex amplitude label 62 that are learning data. The learning data distribution unit 67 outputs the learning data for each learning data to different output ports according to the content of the complex amplitude label. Here, the term “output port” corresponds to the fact that calculation processing of cycle slip detection and label boundary construction described later is performed for each complex amplitude label of the learning data set. In other words, this means that information processing is performed for each complex amplitude label at least in the first stage, and does not necessarily mean that some physical signal is output to a separate output port. Of course, at least a part of the arithmetic processing can be performed by dedicated hardware. In such a case, the physical signal may be output to a separate output port. The description of the output port, the input port, and the like can be considered similarly in the following other blocks.

以下の説明において、各ブロックの演算処理は、所定の期間に受信器に入力された学習用データから刻々と復調される複素振幅値の入力61と同期して行うことができる。しかしながら、図6には記載していない記憶手段または学習データ記憶部66において、学習データセットとして複素振幅値61および対応する既知の複素振幅ラベル62を十分な量だけ記憶することができれば、一部の演算処理をまとめて行っても良いし、一部の処理を遅延させて実施しても良い。図6の本発明の光受信器における複素振幅ラベル判定回路特の1つの機能は、サイクルスリップを考慮したより正確な学習データセットを構築する点にある。「非追跡モード」では、実際のユーザデータの処理の必要がないので、各ブロックの処理が複素振幅値の入力61とリアルタイムで同期している必要は無い。平均位相の計算値がある程度の精度を持つためには、平均位相の演算処理をある程度先行して行って、その後、複素振幅の訂正処理を行っても良い。   In the following description, the arithmetic processing of each block can be performed in synchronization with the complex amplitude value input 61 that is demodulated every moment from the learning data input to the receiver during a predetermined period. However, if a sufficient amount of the complex amplitude value 61 and the corresponding known complex amplitude label 62 can be stored as a learning data set in the storage means or the learning data storage unit 66 not described in FIG. These calculation processes may be performed collectively, or some processes may be delayed. One characteristic of the complex amplitude label determination circuit in the optical receiver of the present invention shown in FIG. 6 is that a more accurate learning data set considering cycle slip is constructed. In the “non-tracking mode”, it is not necessary to process the actual user data, so that the processing of each block does not need to be synchronized with the complex amplitude value input 61 in real time. In order for the calculated value of the average phase to have a certain degree of accuracy, the calculation process of the average phase may be performed in advance, and then the complex amplitude correction process may be performed.

平均位相計算部74は、入力ポート毎、すなわち学習データ分配部67から与えられる複素振幅ラベル毎に、受信した複素振幅値61の位相の平均値を算出し出力する。したがって平均位相計算部74は、「ラベル数」の種類のデータが入力され、「ラベル数」の種類の平均位相値が出力される。ここで言う「ラベル数」の種類データは、受信器に学習用データが入力され、順次複素振幅値61が入力されるタイミングで、複素振幅値61に対応する既知の複素振幅ラベル62に応じた1つの入力ポートに順次入力され、平均位相が計算される。   The average phase calculation unit 74 calculates and outputs the average value of the phases of the received complex amplitude values 61 for each input port, that is, for each complex amplitude label given from the learning data distribution unit 67. Therefore, the average phase calculation unit 74 receives “label number” type data and outputs “label number” type average phase values. The type data of “number of labels” mentioned here corresponds to a known complex amplitude label 62 corresponding to the complex amplitude value 61 at the timing when the learning data is input to the receiver and the complex amplitude value 61 is sequentially input. The signals are sequentially input to one input port, and the average phase is calculated.

平均位相グループ化部75では、分散や歪みの無い理想的な複素振幅(信号点)配置において、回転対称な位置関係にある複数の複素振幅ラベルをグループ化し、同一のグループに属する複素振幅ラベルを持つ受信複素振幅について、複素振幅ラベル毎に平均位相を計算する。算出された平均位相もグループ化される。平均位相グループ化部75は、端的には、平均位相計算部74で計算された複素振幅ラベルの総数と同じ数の平均位相値を、「グループ数」の複数のグループに分類をしている。複素振幅ラベルのグループ化の詳細は、後述する。   The average phase grouping unit 75 groups a plurality of complex amplitude labels having a rotationally symmetrical positional relationship in an ideal complex amplitude (signal point) arrangement having no dispersion or distortion, and assigns complex amplitude labels belonging to the same group. For the received complex amplitude, the average phase is calculated for each complex amplitude label. The calculated average phase is also grouped. In short, the average phase grouping unit 75 classifies the same number of average phase values as the total number of complex amplitude labels calculated by the average phase calculation unit 74 into a plurality of groups of “number of groups”. Details of grouping of complex amplitude labels will be described later.

グループ選択部76は、学習データ記憶部66に入力され新たに学習データセットとして格納された複素振幅ラベル62と、平均位相グループ化部75からのグループ化された算術された平均位相とを入力とする。これらの入力に基づいて、入力された複素振幅ラベル62と同一グループであってかつ入力された複素振幅ラベル62を除いた複素振幅ラベルに対応する平均位相値を出力する。したがって、グループ選択部76では、「グループ数」の数の平均位相値が入力され、「グループ数−1」の数の平均位相値が出力される。   The group selection unit 76 receives the complex amplitude label 62 input to the learning data storage unit 66 and newly stored as a learning data set, and the grouped arithmetic average phase from the average phase grouping unit 75. To do. Based on these inputs, an average phase value corresponding to the complex amplitude label that is in the same group as the input complex amplitude label 62 and that excludes the input complex amplitude label 62 is output. Therefore, the group selection unit 76 receives the average phase value of “number of groups” and outputs the average phase value of “number of groups−1”.

位相差計算部63は、新たに学習データセットに格納された複素振幅値61の実際の位相と、平均位相グループ化部75から入力された複数の平均位相の差を計算し、その位相差の絶対値を180度以内に丸め込みして出力する。計算された位相差は、グループ選択部76と同様の方法で出力される。すなわち、実際に非線形ひずみを受ける光ファイバを経由して入力された学習用データからの複素振幅値61の位相と、複素振幅値61に対応する入力された複素振幅ラベル62と同一グループであってかつ入力された複素振幅ラベル62を除いた複素振幅ラベルに対応する平均位相値との差異を出力する。   The phase difference calculation unit 63 calculates the difference between the actual phase of the complex amplitude value 61 newly stored in the learning data set and the plurality of average phases input from the average phase grouping unit 75, and calculates the phase difference. The absolute value is rounded to within 180 degrees and output. The calculated phase difference is output in the same manner as the group selection unit 76. That is, the phase of the complex amplitude value 61 from the learning data input via the optical fiber that is actually subjected to nonlinear distortion is the same group as the input complex amplitude label 62 corresponding to the complex amplitude value 61. The difference from the average phase value corresponding to the complex amplitude label excluding the input complex amplitude label 62 is output.

位相差監視部64は、位相差計算部63からの出力に基づいてサイクルスリップの発生を検知し、受信した複素振幅の訂正部65へ通知する。位相差計算部63にて算出された、複数の丸め込まれた位相差の絶対値が入力される。同一の入力ポートからの位相差、すなわち同一の複素振幅ラベルの位相差が、予め設定した条件を満足した場合、サイクルスリップの発生を検知する。例えば、同一の複素振幅ラベルの位相差が予め設定した閾値以内となった連続回数をカウントし、予め設定した回数以上となる場合に、サイクルスリップの発生を検知するとして良い。位相差監視部64は、サイクルスリップの発生を検知した後で、サイクルスリップの発生が検知された複素振幅ラベルを受信複素振幅訂正部65へ通知する。例えば、サイクルスリップの発生が検知された入力ポート番号を受信複素振幅訂正部へ通知しても良い。受信複素振幅訂正部65は、入力された入力ポート番号、すなわちサイクルスリップの発生が検知された複素振幅ラベルおよび位相差計算部63で計算された位相差に基づいて、サイクルスリップによる位相のスリップ量を算出し、サイクルスリップの発生が検知された受信複素振およびその後の受信複素振幅のラベルを訂正する。   The phase difference monitoring unit 64 detects the occurrence of a cycle slip based on the output from the phase difference calculation unit 63 and notifies the correction unit 65 of the received complex amplitude. The absolute values of a plurality of rounded phase differences calculated by the phase difference calculator 63 are input. When the phase difference from the same input port, that is, the phase difference of the same complex amplitude label satisfies a preset condition, occurrence of a cycle slip is detected. For example, the number of consecutive times when the phase difference of the same complex amplitude label is within a preset threshold value is counted, and the occurrence of a cycle slip may be detected when the number is equal to or greater than the preset number of times. After detecting the occurrence of the cycle slip, the phase difference monitoring unit 64 notifies the reception complex amplitude correction unit 65 of the complex amplitude label in which the occurrence of the cycle slip is detected. For example, an input port number where occurrence of cycle slip is detected may be notified to the reception complex amplitude correction unit. The reception complex amplitude correction unit 65 is based on the input input port number, that is, the complex amplitude label in which the occurrence of the cycle slip is detected and the phase difference calculated by the phase difference calculation unit 63, and the phase slip amount due to the cycle slip. And the label of the reception complex amplitude in which the occurrence of the cycle slip is detected and the subsequent reception complex amplitude are corrected.

図6の本発明の光受信器における複素振幅ラベル判定回路のもう1つのブロックであるラベル境界構築・ラベル判定部79は、複素振幅ラベル判定境界の構築、および複素振幅ラベルの判定を行うよう構成されている。ラベル境界構築・ラベル判定部79は、サイクルスリップ検出・訂正部78にも含まれていた学習データ記憶部66、学習データ分配部67に加えて、複素振幅ラベルの判定境界構築部68、複素振幅ラベルの判定境界記憶部69、複素振幅ラベル決定部70により構成される。   The label boundary construction / label judgment unit 79, which is another block of the complex amplitude label judgment circuit in the optical receiver of the present invention shown in FIG. 6, is configured to construct a complex amplitude label judgment boundary and judge a complex amplitude label. Has been. The label boundary construction / label determination unit 79 includes a complex amplitude label determination boundary construction unit 68, a complex amplitude in addition to the learning data storage unit 66 and the learning data distribution unit 67 included in the cycle slip detection / correction unit 78. A label determination boundary storage unit 69 and a complex amplitude label determination unit 70 are included.

学習データ記憶部66は、学習データである複素振幅および対応する複素振幅ラベルの組み合わせを多数記憶する。学習データ分配部67は、各複素振幅ラベルに対応した各学習データを、次のブロックにおける演算処理のためにラベルに応じて振り分けを行う。複素振幅ラベル判定の境界構築部68は、機械学習アルゴリズムによって、学習データ分配部67から供給された学習データからラベル判定のための境界を構築する。複素振幅ラベルの判定境界記憶部69は、複素振幅ラベル判定の境界構築部68で求められた信号空間ダイアグラム上のラベル判定境界を記憶する。複素振幅ラベル決定部70は、前段の複素振幅ラベル判定の境界構築部68にて得られた複素振幅ラベル判定境界と、光受信器に入力されたペイロード信号のような複素振幅ラベルが未知である複素振幅とを照らし合わせることで、対応する複素振幅ラベルを判定する。   The learning data storage unit 66 stores many combinations of complex amplitudes and corresponding complex amplitude labels that are learning data. The learning data distribution unit 67 distributes each learning data corresponding to each complex amplitude label according to the label for arithmetic processing in the next block. The complex amplitude label determination boundary construction unit 68 constructs a boundary for label determination from the learning data supplied from the learning data distribution unit 67 by a machine learning algorithm. The complex amplitude label determination boundary storage unit 69 stores the label determination boundary on the signal space diagram obtained by the complex amplitude label determination boundary construction unit 68. The complex amplitude label determination unit 70 does not know the complex amplitude label determination boundary obtained by the complex amplitude label determination boundary construction unit 68 in the preceding stage and the complex amplitude label such as the payload signal input to the optical receiver. The corresponding complex amplitude label is determined by comparing with the complex amplitude.

図6の本発明の光受信器における複素振幅ラベル判定回路では、複素振幅ラベル決定部70で決定されたラベルからラベル/ビット変換部71において、ビット列に変換する。ラベルは、信号空間ダイアグラム上の信号点のラベルであり、信号点はシンボルに1対1に対応しているので、ラベル/ビット変換は、シンボル/ビット変換と同じである。変換されたビット列は、前方誤り訂正部72で、誤り訂正処理がなされた後で、誤りのないビット列77が得られる。すなわち、図6の複素振幅ラベル判定回路は、位相推定器52からの入力された複素振幅値61から、本発明のサイクルスリップを考慮した学習法により構築された複素振幅ラベルの境界に基づいてラベル判定が行われ、誤りのないビット列77が得られる。次に、サイクルスリップを考慮した機械学習法により構築された複素振幅ラベルの境界に基づくラベル判定回路の動作について詳細に説明する。
2.複素振幅ラベル判定回路の動作
<動作の概要>
以下、図5および図6に示した構成を持つ本発明の光受信器における、複素振幅ラベル判定回路のより詳細な動作を説明する。
In the complex amplitude label determination circuit in the optical receiver of the present invention shown in FIG. 6, the label / bit conversion unit 71 converts the label determined by the complex amplitude label determination unit 70 into a bit string. The label is a label of a signal point on the signal space diagram, and the signal point corresponds to the symbol on a one-to-one basis, so the label / bit conversion is the same as the symbol / bit conversion. The converted bit string is subjected to error correction processing by the forward error correction unit 72, and then a bit string 77 without error is obtained. That is, the complex amplitude label determination circuit of FIG. 6 performs labeling based on the complex amplitude label boundary constructed from the complex amplitude value 61 inputted from the phase estimator 52 by the learning method considering the cycle slip of the present invention. A determination is made, and an error-free bit string 77 is obtained. Next, the operation of the label determination circuit based on the boundary of the complex amplitude label constructed by the machine learning method considering cycle slip will be described in detail.
2. Operation of complex amplitude label determination circuit <Overview of operation>
Hereinafter, a more detailed operation of the complex amplitude label determination circuit in the optical receiver of the present invention having the configuration shown in FIGS. 5 and 6 will be described.

本発明の光受信器は、複素振幅ラベル判定回路の動作の観点から非追跡モードおよび追跡モードの2つの動作モードを持つ。非追跡モードは、サイクルスリップを考慮した機械学習法を用いた複素振幅ラベル判定の境界の構築を、既知の学習用データを用いて、ペイロード信号のような実データの受信動作とは別個に独立して実施するモードである。一方追跡モードは、サイクルスリップを考慮した機械学習法を用いた複素振幅ラベル判定の境界の構築を、ペイロード信号のようなラベルが未知の実データの受信動作と同時に実施するモードである。図6では、スイッチ80およびスイッチ82によって、学習用データとしての受信した複素振幅値61や複素振幅ラベル62の経路を切り替えて、非追跡モードおよび追跡モードを切り替えることができる。ただし、図6のように信号経路の切替を行うハードウェアスイッチとして実装する必要性は無く、演算処理において信号または情報の流れが等価的に切り替えられれば良いのであって、学習用データの複素振幅ラベルをどのように学習データ記憶部に供給するか、および、受信した複素振幅を学習用データとして使用するか否かの方法を2つの異なる演算処理で実施できれば良い。   The optical receiver of the present invention has two operation modes, a non-tracking mode and a tracking mode, from the viewpoint of the operation of the complex amplitude label determination circuit. In non-tracking mode, the construction of the boundary of complex amplitude label determination using machine learning method considering cycle slip is independent of the reception operation of actual data such as payload signal using known learning data. This mode is implemented. On the other hand, the tracking mode is a mode in which the construction of the complex amplitude label determination boundary using the machine learning method considering cycle slip is performed simultaneously with the reception operation of the actual data whose label such as the payload signal is unknown. In FIG. 6, the non-tracking mode and the tracking mode can be switched by switching the path of the received complex amplitude value 61 or complex amplitude label 62 as learning data by the switch 80 and the switch 82. However, it is not necessary to implement as a hardware switch for switching the signal path as shown in FIG. 6, and it is sufficient that the signal or the information flow is switched equivalently in the arithmetic processing. It suffices that the method of supplying the label to the learning data storage unit and whether to use the received complex amplitude as learning data can be implemented by two different arithmetic processes.

非追跡モードの動作では、さらに、学習データの収集、および複素振幅ラベル判定境界の構築を行う学習フェーズと、ペイロード信号の複素振幅ラベル判定を行う判定フェーズを持っている。この2つのフェーズも、図6のスイッチ81による経路切替で示されている。   The operation in the non-tracking mode further includes a learning phase for collecting learning data and building a complex amplitude label determination boundary, and a determination phase for performing complex amplitude label determination of the payload signal. These two phases are also shown by path switching by the switch 81 in FIG.

本発明の受信器の複素振幅ラベル判定回路の動作においては、所定のタイミングでまたは所定の時間間隔を空けて機械学習のための学習用データとしての複素振幅値が入力されることを想定している。このデータは、既知の学習用信号のデータでも良いし、未知のペイロード信号のデータでも良い。学習フェーズにおいては、既知の学習用信号のデータを利用し、図6に示したように位相推定回路52からの複素振幅値61と同時に、対応する複素振幅ラベル62が到着する。伝送される複素振幅値61の順序は、予め送信側との間で定められているものとする。したがって、本発明の光受信器では、既知の複素振幅のパターンが記憶されており、複素振幅値61と同期して、記憶された複素振幅ラベル62が学習データ記憶部へ供給される。   In the operation of the complex amplitude label determination circuit of the receiver of the present invention, it is assumed that a complex amplitude value is input as learning data for machine learning at a predetermined timing or with a predetermined time interval. Yes. This data may be known learning signal data or unknown payload signal data. In the learning phase, using the data of a known learning signal, the corresponding complex amplitude label 62 arrives simultaneously with the complex amplitude value 61 from the phase estimation circuit 52 as shown in FIG. It is assumed that the order of the complex amplitude values 61 to be transmitted is determined in advance with the transmission side. Therefore, in the optical receiver of the present invention, a known complex amplitude pattern is stored, and in synchronization with the complex amplitude value 61, the stored complex amplitude label 62 is supplied to the learning data storage unit.

従来技術の光受信器では、学習フェーズにおいてサイクルスリップが発生した場合、実用的な複素振幅ラベル判定境界が構築できなくなる。本発明の受信器の複素振幅ラベル判定回路では、図6に示した新規なサイクルスリップ検出・訂正回路78によってまずサイクルスリップの発生を検知する。サイクルスリップの発生が認められた場合、その発生以後に受信される複素振幅値は、検出されたスリップ量に応じて修正される。修正は、受信した複素振幅データに適用しても良いし、ラベルに適用しても良い。サイクルスリップ検出・訂正回路78による修正によって、サイクルスリップによる信号点のシフトが除去される。サイクルスリップ検出・訂正回路78によって得られた「修正された複素振幅値」と複素振幅ラベルの組み合わせの集合に基づいて、機械学習アルゴリズムによって複素振幅ラベル判定境界を構築する。このとき、サイクルスリップの影響が排除されているので、複素振幅ラベル判定境界には、図4の(b)に示したような判定領域の飛び地などが生じず、図3の(b)に示したような形状が揃ったまとまった判定領域を形成することができる。より具体的な効果は、後述する。   In the conventional optical receiver, when a cycle slip occurs in the learning phase, a practical complex amplitude label determination boundary cannot be constructed. In the complex amplitude label determination circuit of the receiver of the present invention, the occurrence of cycle slip is first detected by the novel cycle slip detection / correction circuit 78 shown in FIG. When the occurrence of cycle slip is recognized, the complex amplitude value received after the occurrence is corrected according to the detected slip amount. The correction may be applied to the received complex amplitude data or may be applied to the label. Correction by the cycle slip detection / correction circuit 78 eliminates signal point shifts due to cycle slip. Based on a set of combinations of “corrected complex amplitude values” and complex amplitude labels obtained by the cycle slip detection / correction circuit 78, a complex amplitude label determination boundary is constructed by a machine learning algorithm. At this time, since the influence of the cycle slip is eliminated, the complex amplitude label determination boundary does not have the determination region jump as shown in FIG. 4B, and is shown in FIG. It is possible to form a determination region in which the shapes are uniform. More specific effects will be described later.

非追跡モードでは、上述のサイクルスリップを考慮した複素振幅ラベル判定境界の構築を行う「学習フェーズ」が完了すると、この構築されたラベル判定境界を利用して、実データに対してラベル判定を行う「判定フェーズ」へ移行する。判定フェーズは光受信器の通常の動作である。学習フェーズは、ペイロード信号の受信が不要なタイミングで定期的に行っても良いし、不定期に行っても良い。通常、光ファイバ回線が一旦設置されればその光ファイバにおいて生じる非線形量は決まるので、短期的には1回学習フェーズを実施すれば、その結果得られたラベル判定境界を記憶していれば良い。光ファイバの増設や、経路の切り替えが行われれば、その光受信器が影響を受ける非線形の状態も変化する。また、比較的ゆっくりの、光ファイバ設置場所の環境温度変化や経時変化に対応する必要もある。したがって、学習フェーズを実施するタイミング頻度は、適宜決定すれば良い。   In the non-tracking mode, when the “learning phase” for constructing the complex amplitude label judgment boundary in consideration of the cycle slip described above is completed, label judgment is performed on the actual data using the constructed label judgment boundary. Move to “judgment phase”. The decision phase is the normal operation of the optical receiver. The learning phase may be periodically performed at a timing at which reception of the payload signal is unnecessary, or may be performed irregularly. Normally, once an optical fiber line is installed, the nonlinear amount generated in the optical fiber is determined. Therefore, if the learning phase is executed once in the short term, it is only necessary to store the label determination boundary obtained as a result. . If an optical fiber is added or a path is switched, the nonlinear state in which the optical receiver is affected also changes. In addition, it is necessary to cope with a relatively slow change in the environmental temperature of the optical fiber installation site and a change with time. Therefore, what is necessary is just to determine suitably the timing frequency which implements a learning phase.

図6のサイクルスリップ検出・訂正回路78は、以下に述べる判定フェーズまたは追跡モードにて用いても良い。判定フェーズは、複素振幅ラベルが未知であるペイロード信号の受信複素振幅を、学習フェーズにて獲得した複素振幅ラベル判定境界と照らし合わせることで、ペイロード信号の複素振幅ラベルを判定する。   The cycle slip detection / correction circuit 78 of FIG. 6 may be used in the determination phase or tracking mode described below. In the determination phase, the complex amplitude label of the payload signal is determined by comparing the reception complex amplitude of the payload signal whose complex amplitude label is unknown with the complex amplitude label determination boundary acquired in the learning phase.

追跡モードでは、図5に示した複素振幅ラベル判定回路54の次段に位置する前方誤り訂正回路55から、ラベルを判定したペイロード信号のビットから、再びビットシンボル変換回路56でされた正しい複素振幅ラベルが入力される。一般に、前方誤り訂正回路で誤り訂正された後のビット列59には誤りが存在しないので、ビットシンボル変換回路56でラベルに再変換された複素振幅レベルは正確である。したがって、ペイロード信号の受信複素振幅値のための学習用データとして再変換されたラベルを使用できる。ペイロード信号の受信複素振幅値と、誤り訂正後の正しい複素振幅ラベルを用いて、複素振幅ラベル判定境界の更新を行う。最初に非追跡モードの学習フェーズを経て、ラベル判定境界が構築されていれば、その境界データに基づいて、追跡モードを利用することでペイロード信号の受信を行いながら、サイクルスリップを考慮した複素振幅ラベル判定境界の構築を継続できる。   In the tracking mode, from the forward error correction circuit 55 located at the next stage of the complex amplitude label determination circuit 54 shown in FIG. A label is entered. In general, since there is no error in the bit string 59 after the error correction by the forward error correction circuit, the complex amplitude level reconverted into the label by the bit symbol conversion circuit 56 is accurate. Therefore, the reconverted label can be used as learning data for the received complex amplitude value of the payload signal. The complex amplitude label determination boundary is updated using the received complex amplitude value of the payload signal and the correct complex amplitude label after error correction. If a label decision boundary is established through the learning phase of the non-tracking mode first, based on the boundary data, the payload signal is received by using the tracking mode, and the complex amplitude considering the cycle slip is used. Continue building label judgment boundaries.

さらに詳細な動作は、実施例に置いて説明するが、本発明は、複素振幅座標上において原点に対して回転対称の位置にある複数の信号点を少なくとも一部に含む変調方式によって変調された光波を受信する受信装置(50、60)において、前記変調方式を使用してデータ列で変調された教師信号(61)を受信し、前記複素振幅座標上の信号点のいずれかに対応する複素振幅を順次出力する位相推定回路52と、前記位相推定回路から出力された前記複素振幅を順次受信して、受信した複素振幅の位相を算出し、および、前記複素振幅の位相にオフセットを生じさせるサイクルスリップの発生を検出する検出回路(74〜76、63、64)と、前記順次受信された複素振幅、並びに、前記複素振幅に対応する信号点が運ぶ情報の内容を表示している対応するラベルの複数の組からなる学習データセットを記憶する回路(66)と、前記サイクルスリップの発生の前記検出に応答して、前記検出回路によって検出された位相オフセットに基づいて、前記検出がされた複素振幅に対応する前記記憶されたラベルを訂正する回路65と、前記訂正されたラベルを含む前記記憶された学習データセットに基づいて、前記複素振幅に対応する複数の信号点の異なるラベルを識別するための境界を構築するよう構成された回路(68)とを備えたことを特徴とする受信装置として実施できる。   More detailed operation will be described in the embodiment, but the present invention is modulated by a modulation method including at least a part of a plurality of signal points that are rotationally symmetric with respect to the origin on the complex amplitude coordinate. A receiving device (50, 60) that receives a light wave receives a teacher signal (61) modulated with a data string using the modulation method, and outputs a complex signal corresponding to one of the signal points on the complex amplitude coordinate. A phase estimation circuit 52 that sequentially outputs amplitudes, and sequentially receives the complex amplitudes output from the phase estimation circuit, calculates a phase of the received complex amplitudes, and generates an offset in the phase of the complex amplitudes A detection circuit (74 to 76, 63, 64) for detecting the occurrence of a cycle slip, the sequentially received complex amplitudes, and the contents of information carried by signal points corresponding to the complex amplitudes. A circuit (66) for storing a learning data set comprising a plurality of corresponding sets of corresponding labels, and based on a phase offset detected by the detection circuit in response to the detection of the occurrence of the cycle slip, A circuit 65 for correcting the stored label corresponding to the detected complex amplitude, and a plurality of signal points corresponding to the complex amplitude based on the stored learning data set including the corrected label. And a circuit (68) configured to construct a boundary for identifying different labels.

上述のように、本発明の光受信器におけるサイクルスリップを考慮した複素振幅ラベル判定境界の構築の実施は、非追跡モードおよび追跡モード非追跡モードのいずれでも使用できるし、いずれか一方のモードのみで使用するとしても良い。このような各モードおよび各フェーズの動作により、光ファイバの伝送によって生じる信号歪みに適応的な複素振幅ラベル判定を、サイクルスリップが発生する環境下でも安定的に行うことができる。   As described above, the implementation of the complex amplitude label determination boundary considering the cycle slip in the optical receiver of the present invention can be used in either the non-tracking mode or the tracking mode non-tracking mode, or only one of the modes. It may be used in. By the operation of each mode and each phase, the complex amplitude label determination adaptive to the signal distortion caused by the transmission of the optical fiber can be stably performed even in an environment where a cycle slip occurs.

以下、本発明の光受信器の各モードに具体的な実施例をより詳細に説明する。最初に実施例1として、非追跡モードにおける動作例を説明する。次に実施例2として、追跡モードにおける動作例を説明する。   Hereinafter, specific embodiments for each mode of the optical receiver of the present invention will be described in more detail. First, as Example 1, an operation example in the non-tracking mode will be described. Next, as Example 2, an operation example in the tracking mode will be described.

<非追跡モードにおける実施例>
図7は、本発明の実施例1の光受信器で使用される16QAM方式の複素振幅の配置を示す図である。16QAM方式では、信号空間ダイアグラム上で16種類の信号点が存在し、対応する0〜15の複素振幅ラベルが存在する。この信号空間ダイアグラムで、光受信器においてサイクルスリップが発生すると、信号点の回転対象の最小角度の整数倍の角度、すなわち90度、180度または270度の内のいずれかの位相のオフセットが加わり得る。符号化方式としては、グレイ符号化を用いる。サイクルスリップ発生の判定条件として、詳細は後述するが、位相差監視部64への入力が45度以下となることが同一のラベルにおいて5回連続で発生した場合に、サイクルスリップが発生したと決定するものとする。
<Example in non-tracking mode>
FIG. 7 is a diagram illustrating the arrangement of 16QAM complex amplitudes used in the optical receiver according to the first embodiment of the present invention. In the 16QAM system, there are 16 types of signal points on the signal space diagram, and corresponding complex amplitude labels of 0 to 15 exist. In this signal space diagram, when a cycle slip occurs in the optical receiver, an angle that is an integral multiple of the minimum rotation angle of the signal point, that is, a phase offset of 90 degrees, 180 degrees, or 270 degrees is added. obtain. Gray coding is used as the coding method. The condition for determining the occurrence of cycle slip will be described in detail later, but it is determined that a cycle slip has occurred when the input to the phase difference monitoring unit 64 is 45 degrees or less for 5 consecutive times on the same label. It shall be.

前述のように非追跡モードにおいては、「学習フェーズ」と「判定フェーズ」が存在する。始めに、学習データセットを獲得し、それに基づいて複素振幅ラベル識別境界を構築する学習フェーズについて説明する。本発明の光受信器では、送信側と間で、学習フェーズにて用いられる学習用データ(教師信号)の数、長さ、送信される順番などを予め定めておく。 したがって、学習用データの内容は光受信器において既知であって、その内容を光受信器のメモリに記憶しておくなどして、学習モードの時に読み出して利用する。   As described above, in the non-tracking mode, there are a “learning phase” and a “determination phase”. First, a learning phase in which a learning data set is acquired and a complex amplitude label identification boundary is constructed based on the learning data set will be described. In the optical receiver of the present invention, the number and length of learning data (teacher signals) used in the learning phase, the order of transmission, and the like are determined in advance with the transmission side. Therefore, the contents of the learning data are known in the optical receiver, and the contents are read out and used in the learning mode by storing them in the memory of the optical receiver.

次に、定めた順序に従って、学習用データで変調された光信号が送信側から受信側へ伝送される。図5に示したように、光受信器に到着した光信号は、偏波補償回路51、および位相推定回路52によって処理され、学習用複素振幅値として複素振幅ラベル判定回路54に入力される。学習モードが開始すると、図6に示したように、新たに到着した学習用複素振幅値61に対応するラベル62が、学習用複素振幅値61の入力に合わせて複素振幅ラベル判定回路の学習用データ記憶部66に入力される。以後の説明では、着目している光受信器に到着した複素振幅値61を「現在の複素振幅」と呼ぶことにする。これにより、光ファイバの非線形性やサイクルスリップによる分散が加わった複素振幅値61と、対応する複素振幅ラベル62との組み合わせ(学習データ)を受信側で獲得することが可能となる。入力された複素振幅値と対応する複素振幅ラベルは、学習データ記憶部66にて蓄積される。ただし、受信した複素振幅値61は、必要に応じて、後述するサイクルスリップを考慮した複素振幅の訂正を受けることになる。   Next, the optical signal modulated with the learning data is transmitted from the transmission side to the reception side according to the determined order. As shown in FIG. 5, the optical signal that has arrived at the optical receiver is processed by the polarization compensation circuit 51 and the phase estimation circuit 52, and is input to the complex amplitude label determination circuit 54 as a complex amplitude value for learning. When the learning mode is started, as shown in FIG. 6, the label 62 corresponding to the newly arrived complex amplitude value 61 for learning is used for learning of the complex amplitude label determination circuit in accordance with the input of the complex amplitude value 61 for learning. The data is input to the data storage unit 66. In the following description, the complex amplitude value 61 that has arrived at the optical receiver of interest will be referred to as the “current complex amplitude”. As a result, a combination (learning data) of the complex amplitude value 61 to which dispersion due to nonlinearity or cycle slip of the optical fiber is added and the corresponding complex amplitude label 62 can be acquired on the receiving side. The complex amplitude label corresponding to the input complex amplitude value is accumulated in the learning data storage unit 66. However, the received complex amplitude value 61 is subjected to complex amplitude correction in consideration of a cycle slip, which will be described later, as necessary.

次に学習データ分配部67にて、学習データ記憶部66より複素振幅ラベル学習データが読み出され、複素振幅ラベル値に応じて異なる出力ポートへ学習データが出力される。先にも述べたが、ここで言う異なる出力ポートとは、以後の演算処理が複素振幅ラベル値ごとに実施されて演算データが処理され、異なるラベルごとにまとまったデータ処理が行われることを意味しているのであって、特定の物理ポートや出力場所に特定の信号や情報が出力されるということではない。以下の演算処理の少なくとも一部をハードウェアとして実現することも可能であるが、ハードウェアとしての出力端子を備える必要性は無い。   Next, the learning data distribution unit 67 reads complex amplitude label learning data from the learning data storage unit 66 and outputs the learning data to different output ports according to the complex amplitude label value. As described above, the different output port here means that the subsequent arithmetic processing is performed for each complex amplitude label value, the arithmetic data is processed, and the data processing is performed for each different label. This does not mean that a specific signal or information is output to a specific physical port or output location. Although at least a part of the following arithmetic processing can be realized as hardware, it is not necessary to provide an output terminal as hardware.

図8は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路における平均位相の計算およびグループ化を説明する図である。平均位相計算部74は、演算処理のため取り出された学習データに対して、入力ポート(すなわちラベル)ごとに平均位相を計算し出力する。図8の(a)は、平均位相計算部74の動作を概念的に示しており、16種類のラベルごとに学習データが入力される。そして、各ラベルに対して、平均位相値が計算され出力される。すなわち平均位相計算部74は、16の入力ポート801を持ち、16の出力ポート802を持つものとして表現できる。16の入力ポート801は、16種類(ラベル数)のラベルの各々における、学習データの内の受信された複素振幅61から得られた個々の位相値に対応する。16の出力ポート802は、16種類(ラベル数)のラベルの各々における、計算された平均位相値に対応する。   FIG. 8 is a diagram for explaining average phase calculation and grouping in the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention. The average phase calculation unit 74 calculates and outputs an average phase for each input port (that is, label) with respect to learning data extracted for arithmetic processing. FIG. 8A conceptually shows the operation of the average phase calculator 74, and learning data is input for each of the 16 types of labels. For each label, an average phase value is calculated and output. That is, the average phase calculation unit 74 can be expressed as having 16 input ports 801 and 16 output ports 802. The 16 input ports 801 correspond to individual phase values obtained from the received complex amplitude 61 in the learning data in each of the 16 types (number of labels) of labels. Sixteen output ports 802 correspond to the calculated average phase values for each of the 16 types (number of labels) of labels.

図8の(b)は、平均位相グループ化部75の動作を概念的に示しており、16種類のラベルごとに計算された平均位相値が入力される。そして、平均位相値は回転対称となるラベル同士がグループ化されて、グループの数の平均位相値のセットが出力される。すなわち平均位相グループ化部75は、16の入力ポート802を持ち、16QAMの本実施例の場合は4の出力ポート803を持つものとして表現できる。16の入力ポート802は、16種類(ラベル数)のラベルの各々における、計算された平均位相値に対応する。4の出力ポート804は、4種類(グループ数)のグループの各々における、計算された平均位相値のセットに対応する。   FIG. 8B conceptually shows the operation of the average phase grouping unit 75, and average phase values calculated for each of the 16 types of labels are input. Then, labels that are rotationally symmetric with respect to the average phase value are grouped, and a set of average phase values corresponding to the number of groups is output. That is, the average phase grouping unit 75 can be expressed as having 16 input ports 802 and having 4 output ports 803 in this embodiment of 16QAM. Sixteen input ports 802 correspond to the calculated average phase value for each of the 16 types (number of labels) of labels. Four output ports 804 correspond to the calculated set of average phase values in each of the four types (number of groups) groups.

平均位相値のグループ化は、図7に示した本実施例の16QAM変調方式の場合は、以下のように行われる。16QAM変調方式では、信号空間ダイアグラム(I−Q座標軸面)上の各信号点は、各軸上に等間隔で16個の信号点が線対称であり、同時にI−Q座標の原点に対して回転対象となるように配置されている。本発明の光受信器では、サイクルスリップを考慮する必要があり、前述のようにサイクルスリップ生じると、90度、180度または270度の内のいずれかの位相のオフセット加わる。平均位相グループ化部75は、回転対象の関係にある図7に示したラベル0、3、15、12が付けられた4つの信号点701,702、703、704を1つのグループとして定義する。ここでは、ラベル0、3、15、12の信号点をグループ1とする。同様に、原点に近い4つの信号点705、706、707、708も1つのグループとして定義される。図7で同じハッチングで表された円がグループを構成する。すなわち、ラベル1、7、8、14の信号点をグループ2、ラベル2、4、11、13の信号点をグループ3、ラベル5、6、9、10の信号点をグループ4とする。平均位相グループ化部75は、上記の4つのグループ毎に、計算された平均位相値を出力する。結局、平均位相グループ化部75は、変調方式に応じてラベルをグループ分けし、計算された平均位相値をグループに分けて、次のグループ選択部76に供給するよう動作する。   The grouping of average phase values is performed as follows in the case of the 16QAM modulation system of the present embodiment shown in FIG. In the 16QAM modulation system, each signal point on the signal space diagram (IQ coordinate axis plane) is axisymmetric with 16 signal points at equal intervals on each axis, and at the same time with respect to the origin of the IQ coordinate. It is arranged to be a rotation target. In the optical receiver of the present invention, it is necessary to consider cycle slip, and when cycle slip occurs as described above, an offset of any one of 90 degrees, 180 degrees, or 270 degrees is added. The average phase grouping unit 75 defines the four signal points 701, 702, 703, and 704 with the labels 0, 3, 15, and 12 shown in FIG. Here, the signal points of labels 0, 3, 15, and 12 are group 1. Similarly, four signal points 705, 706, 707, and 708 close to the origin are also defined as one group. Circles represented by the same hatching in FIG. 7 constitute a group. That is, the signal points of labels 1, 7, 8, and 14 are group 2, the signal points of labels 2, 4, 11, and 13 are group 3, and the signal points of labels 5, 6, 9, and 10 are group 4. The average phase grouping unit 75 outputs the calculated average phase value for each of the four groups. Eventually, the average phase grouping unit 75 operates to group the labels according to the modulation method, divide the calculated average phase values into groups, and supply them to the next group selection unit 76.

本実施例では、16QAM変調方式の例を示しているが、光送受信システムの位相の不安定性に起因するサイクルスリップの影響を受けるすべての位相変調方式に当てはまる。したがって、例えば、8PSK方式のように、I−Q座標面で円状に等間隔で8個の信号点が配置される場合にも当然適用できる。8PSKの場合は、信号点配置は45度の回転対称性を持つので、サイクルスリップが生じると、45度、90度、・・または315度の45度間隔の値の位相のオフセット加わり得る。このとき、すべての信号点(ラベル)が相互に回転対称の関係にあるので、1つのグループだけが生成される。グループ化は、対象とする変調方式の信号点の配置とサイクルスリップによってとり得る可能性のある位相オフセット値によって異なってくる。他の変調方式でも、本発明の光受信器のサイクルスリップを考慮した複素振幅ラベル判定境界の構築における、平均位相の計算およびグループ化の概念が適用できる。次に、グループ選択部76の動作について説明する。   In this embodiment, an example of a 16QAM modulation system is shown, but this is applicable to all phase modulation systems that are affected by cycle slip caused by phase instability of the optical transmission / reception system. Therefore, for example, the present invention is naturally applicable to a case where eight signal points are arranged at equal intervals in a circular shape on the IQ coordinate plane as in the 8PSK method. In the case of 8PSK, the signal point arrangement has a rotational symmetry of 45 degrees, so when a cycle slip occurs, a phase offset of 45 degrees, 90 degrees,. At this time, since all signal points (labels) are in a rotationally symmetrical relationship with each other, only one group is generated. The grouping depends on the arrangement of signal points of the target modulation system and the phase offset value that can be taken by cycle slip. In other modulation schemes, the concept of average phase calculation and grouping can be applied in the construction of the complex amplitude label decision boundary considering the cycle slip of the optical receiver of the present invention. Next, the operation of the group selection unit 76 will be described.

図9は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるグループ選択の動作例を説明する図である。グループ選択部76は、学習モードにおいて光受信器に新たに到着した現在の複素振幅61の対応するラベル62が属するグループであって、かつ、そのラベルを除いた複素振幅ラベルである3つのラベルに対応する平均位相を出力する。図9の(a)の信号点図を参照すると、新たに到着した現在の複素振幅61がI−Q座標平面の信号点901に対応しており、対応する複素振幅ラベル62がラベル0と想定される場合を考える。平均位相グループ化部75からのグループの数の平均位相値のセット904が、グループ選択部76へ入力される。   FIG. 9 is a diagram for explaining an operation example of group selection in the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention. The group selection unit 76 is a group to which the label 62 corresponding to the current complex amplitude 61 newly arriving at the optical receiver in the learning mode belongs, and to three labels that are complex amplitude labels excluding the label. Output the corresponding average phase. Referring to the signal point diagram of FIG. 9A, it is assumed that the newly arrived current complex amplitude 61 corresponds to the signal point 901 on the IQ coordinate plane, and the corresponding complex amplitude label 62 is label 0. Consider the case. A set 904 of average phase values of the number of groups from the average phase grouping unit 75 is input to the group selection unit 76.

このとき、グループ選択部76は、図9の(b)に示したように、ラベル0、3、12、15を含み、ラベル0が属しているグループ1の入力903を選択し、さらに、グループ1の中から入力ラベル902であるラベル0を除いたラベル3、15、12の3つの平均位相値905をこの順で出力する。ここで、ラベル3の信号点は、ラベル0を持つ現在の複素振幅61の信号点901から90度離れた信号点である。また、ラベル15の信号点は、ラベル0を持つ現在の複素振幅61の信号点901から180度離れた信号点である。さらに、ラベル12の信号点は、ラベル0を持つ現在の複素振幅61の信号点901から270度離れた信号点である。このように、グループ選択部76の出力は、現在の複素振幅の想定される信号点からの位相差の小さい順(90度、180度、270度)に、現在の複素振幅と同一グループに属する、他のラベルに対して平均位相値を出力している。したがって、出力ポート905の位置(順序)も考慮した場合、複素振幅61の信号点901からの位相差の昇順に、対応するラベルの平均位相値が出力される。   At this time, the group selection unit 76 selects the input 903 of the group 1 including the labels 0, 3, 12, and 15 to which the label 0 belongs, as shown in FIG. Three average phase values 905 of labels 3, 15, and 12 excluding the label 0 which is the input label 902 from 1 are output in this order. Here, the signal point of the label 3 is a signal point 90 degrees away from the signal point 901 of the current complex amplitude 61 having the label 0. The signal point of the label 15 is a signal point that is 180 degrees away from the signal point 901 of the current complex amplitude 61 having the label 0. Further, the signal point of label 12 is a signal point that is 270 degrees away from the signal point 901 of the current complex amplitude 61 having label 0. As described above, the output of the group selection unit 76 belongs to the same group as the current complex amplitude in the order of small phase difference (90 degrees, 180 degrees, 270 degrees) from the assumed signal point of the current complex amplitude. The average phase value is output for other labels. Therefore, when the position (order) of the output port 905 is also taken into consideration, the average phase value of the corresponding label is output in ascending order of the phase difference from the signal point 901 of the complex amplitude 61.

図10は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるグループ選択の別の動作例を説明する図である。図10の(a)の信号点図を参照すると、新たに到着した現在の複素振幅61がI−Q座標平面の信号点906に対応しており、対応する複素振幅ラベル62がラベル11と想定される場合を考える。このとき、グループ選択部76は、図10の(b)に示したように、ラベル2、4、11、13を含み、ラベル11が属しているグループ3の入力909を選択し、さらに、グループ3の中から入力ラベル908であるラベル11を除いたラベル13、4、2の3つの平均位相値911をこの順で出力する。ここで、ラベル13の信号点は、ラベル11を持つ現在の複素振幅の信号点906から位相差で90度離れた信号点である。また、ラベル4の信号点は、ラベル11を持つ現在の複素振幅の信号点906から位相差で180度離れた信号点である。さらに、ラベル2の信号点は、ラベル11を持つ現在の複素振幅の信号点906から位相差で270度離れた信号点である。グループ選択部76は、1つのグループの中の平均位相の数(4)から1を引いた数(4−1=3)の平均位相が出力される。   FIG. 10 is a diagram for explaining another operation example of group selection in the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention. Referring to the signal point diagram of FIG. 10A, the newly arrived current complex amplitude 61 corresponds to the signal point 906 in the IQ coordinate plane, and the corresponding complex amplitude label 62 is assumed to be the label 11. Consider the case. At this time, as shown in FIG. 10B, the group selection unit 76 selects the input 909 of the group 3 including the labels 2, 4, 11, and 13 to which the label 11 belongs. 3, three average phase values 911 of labels 13, 4, 2 excluding the label 11 as the input label 908 are output in this order. Here, the signal point of the label 13 is a signal point 90 degrees away from the signal point 906 of the current complex amplitude having the label 11 by a phase difference. The signal point of label 4 is a signal point that is 180 degrees away from the signal point 906 of the current complex amplitude having label 11 by a phase difference. Further, the signal point of label 2 is a signal point that is 270 degrees away from the signal point 906 of the current complex amplitude having label 11 by a phase difference. The group selection unit 76 outputs an average phase of the number (4-1 = 3) obtained by subtracting 1 from the number of average phases (4) in one group.

図9および図10に示したグループ選択の動作例のように、グループ選択部76は、現在の複素振幅61に対して次に説明をする位相差計算部63によって行われる位相差の計算のために、位相差の計算に使用されることになる平均位相を選択していることになる。   As in the group selection operation example shown in FIGS. 9 and 10, the group selection unit 76 calculates the phase difference performed by the phase difference calculation unit 63 described next on the current complex amplitude 61. In addition, the average phase to be used for the calculation of the phase difference is selected.

図11は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路における位相差の計算の例を説明する図である。位相差計算部63は、グループ選択部76から入力された3つの平均位相の各々と、現在の複素振幅61との位相差を計算する。図6において、位相推定回路からの複素振幅61は、位相差計算部63および複素振幅訂正部65を経由して、学習データ記憶部の両方に提供されていることに留意されたい。図11の信号点図を参照すると、ここでは現在の複素振幅61はグループ2(ラベル1、7、8、14を持つ)に属しており、ラベル7を持つ受信シンボル1004に対応しているものと推定できる場合を示す。学習モードでは、学習用データ信号(教師信号)としてどのような情報が送られて来るのかが既知であって、当然に、位相推定回路で推定された複素振幅すなわち受信シンボルの信号点図上の大よその位置すなわち位相が判っている。これによって、伝送環境の位相変動の影響を受けた実際の複素振幅値61および対応する複素振幅ラベル62からなる学習データセットから、複素振幅ラベル識別境界を構築できる。   FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the calculation of the phase difference in the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention. The phase difference calculation unit 63 calculates the phase difference between each of the three average phases input from the group selection unit 76 and the current complex amplitude 61. In FIG. 6, it should be noted that the complex amplitude 61 from the phase estimation circuit is provided to both the learning data storage unit via the phase difference calculation unit 63 and the complex amplitude correction unit 65. Referring to the signal point diagram of FIG. 11, the current complex amplitude 61 belongs to group 2 (with labels 1, 7, 8, and 14) and corresponds to the received symbol 1004 with label 7. Is shown. In the learning mode, it is known what information is sent as the learning data signal (teacher signal). Naturally, the complex amplitude estimated by the phase estimation circuit, that is, on the signal symbol diagram of the received symbol The approximate position or phase is known. Thereby, a complex amplitude label identification boundary can be constructed from a learning data set including an actual complex amplitude value 61 and a corresponding complex amplitude label 62 affected by the phase fluctuation of the transmission environment.

位相差計算部63では、受信シンボル1004の位相と、グループ選択部76から入力された3つの平均位相の各々との位相差を計算する。すなわち、受信シンボル1004とラベル14の平均位相1003との間の位相差の絶対値|θr−θ14|を計算する。同様に、受信シンボル1004とラベル8の平均位相1002との間の位相差の絶対値|θr−θ8|および受信シンボル1004とラベル1の平均位相1001との間の位相差の絶対値|θr−θ1|を計算する。ここで、位相差が180度を超える場合には、位相差を180度以内に丸め込んだ絶対値を出力する。例えば、受信シンボル1004とラベル1の平均位相1001との間が時計回りの方向で概ね280度であれば、逆方向に位相差を計り−80度として、さらにその絶対値を取って位相差は80度と計算される。位相差計算部63では、このようにして、現在の複素振幅が一応正しいラベルを持つものと推定をして、現在の複素振幅と、同一グループ内の推定されたラベルを除いたラベルの平均位相値との位相差を求めている。サイクルスリップが発生していなければ、これらの計算された位相差は90度、180度、270度(−90度)の近傍の値となることが容易に理解されるだろう。逆に、計算された位相差が上記値から逸脱していれば、サイクルスリップが発生した可能性が検知できる。上述のように位相差計算部63からは、回転対称の関係にある1つのグループの中の平均位相の数(4)から1を引いた数(4−1=3)の位相差が、次の位相差監視部64へ出力される。 The phase difference calculator 63 calculates the phase difference between the phase of the received symbol 1004 and each of the three average phases input from the group selector 76. That is, the absolute value | θr−θ 14 | of the phase difference between the received symbol 1004 and the average phase 1003 of the label 14 is calculated. Similarly, the absolute value of the phase difference | θr−θ 8 | between the received symbol 1004 and the average phase 1002 of the label 8 and the absolute value of the phase difference | θr between the received symbol 1004 and the average phase 1001 of the label 1 −θ 1 | is calculated. Here, when the phase difference exceeds 180 degrees, an absolute value obtained by rounding the phase difference to within 180 degrees is output. For example, if the interval between the received symbol 1004 and the average phase 1001 of the label 1 is approximately 280 degrees in the clockwise direction, the phase difference is measured in the opposite direction to −80 degrees, and the absolute value thereof is further obtained. Calculated as 80 degrees. In this way, the phase difference calculation unit 63 estimates that the current complex amplitude has a correct label, and the current complex amplitude and the average phase of the label excluding the estimated label in the same group. The phase difference from the value is obtained. It will be readily appreciated that these calculated phase differences will be in the vicinity of 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees (-90 degrees) if cycle slip has not occurred. Conversely, if the calculated phase difference deviates from the above value, it is possible to detect the possibility that a cycle slip has occurred. As described above, from the phase difference calculation unit 63, the number of phase differences (4-1 = 3) obtained by subtracting 1 from the number of average phases (4) in one group having a rotationally symmetric relationship is calculated as follows. Are output to the phase difference monitoring unit 64.

位相差監視部64では、位相差計算部63で求められた位相差が所定のサイクルスリップ判定条件を満たすかどうかが決定される。具体的には、位相差計算部63から入力される位相差の計算値の絶対値の各々が、例えば、45度以下となっているかどうかを確認する。この「45度以下となっているかどうか」を判定する条件は、変調方式が本実施例の16QAMの時に適用できるものであって、信号点の配置が異なる他の変調方式の場合には異なる条件が適用されることに留意されたい。例えば、回転対称な信号点が45度の間隔で並ぶ8PSK変調方式では、16QAM変調方式の場合の半分の22.5度を閾値とする判断ができることは容易に理解できるだろう。   The phase difference monitoring unit 64 determines whether or not the phase difference obtained by the phase difference calculation unit 63 satisfies a predetermined cycle slip determination condition. Specifically, it is confirmed whether each of the absolute values of the phase difference calculation values input from the phase difference calculation unit 63 is 45 degrees or less, for example. The condition for determining whether or not “45 degrees or less” can be applied when the modulation method is 16QAM of the present embodiment, and is different in the case of other modulation methods having different signal point arrangements. Note that applies. For example, in the 8PSK modulation system in which rotationally symmetric signal points are arranged at intervals of 45 degrees, it can be easily understood that the determination can be made with 22.5 degrees, which is half of that in the 16QAM modulation system, as a threshold value.

図12は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるサイクルスリップの発生を判定する動作を説明する図である。図11に示したように現在の複素振幅がラベル7を持つものと一応の推定が行われた場合で、実際には直前にサイクルスリップが発生していた場合を示している。図12の(a)を参照すると、現在の複素振幅は、図11の(a)で示したサイクルスリップが起きていない場合の受信シンボル左下の象限の位置1009ではなく、左上の象限の位置1005にある。受信シンボル1005は、推定されたラベル7の位置ではなくむしろラベル1の平均位相の位置に近いことがわかる。このような状況では、ラベル7を持つと一応推定されていた複素振幅にはオフセットが加えられており、サイクルスリップが発生している可能性が高いことが判定できる。   FIG. 12 is a diagram for explaining the operation of determining the occurrence of cycle slip in the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention. As shown in FIG. 11, a case where the current complex amplitude has a label 7 and the estimation is made for the time being, and a case where a cycle slip has actually occurred immediately before is shown. Referring to (a) of FIG. 12, the current complex amplitude is not the position 1009 in the lower left quadrant when the cycle slip shown in FIG. 11 (a) does not occur, but the position 1005 in the upper left quadrant. It is in. It can be seen that the received symbol 1005 is closer to the average phase position of label 1 rather than the estimated position of label 7. In such a situation, an offset is added to the complex amplitude that has been estimated to have the label 7, and it can be determined that there is a high possibility that a cycle slip has occurred.

ここでは既に位相差計算部63において、ラベル7と推定された受信シンボル1005の位相と、ラベル7が属するグループであって、かつラベル7を除いた、ラベル14、8、1の平均位相との位相差が計算されている。すなわち、受信シンボル1005とラベル14の平均位相1008との間の位相差の絶対値|θr−θ14|が計算されている。同様に、受信シンボル1005とラベル8の平均位相1007との間の位相差の絶対値|θr−θ8|および受信シンボル1005とラベル1の平均位相1006との間の位相差の絶対値|θr−θ1|が計算されている。位相差監視部64では、位相推定回路からの複素振幅(受信シンボル)と、位相差計算部63から入力された3つの平均位相(ラベル14、8、1)の各々との位相差に基づいて、サイクルスリップの発生が判定される。図12の(a)では、受信シンボル1005とラベル1の平均位相1006との間の位相差が、20度程になっている。したがって、|θr−θ1|が45度以下である条件を満たしており、判定条件の1回の成立が認定され、現在の複素振幅におけるサイクルスリップの発生の可能性が認識される。このとき、受信シンボルには、サイクルスリップの発生によって位相オフセットが加えられている。 Here, in the phase difference calculation unit 63, the phase of the received symbol 1005 estimated as the label 7 and the average phase of the labels 14, 8, and 1 to which the label 7 belongs and the label 7 is excluded. The phase difference has been calculated. That is, the absolute value | θr−θ 14 | of the phase difference between the received symbol 1005 and the average phase 1008 of the label 14 is calculated. Similarly, the absolute value | θr−θ 8 | of the phase difference between the received symbol 1005 and the average phase 1007 of the label 8 and the absolute value | θr of the phase difference between the received symbol 1005 and the average phase 1006 of the label 1 −θ 1 | has been calculated. The phase difference monitoring unit 64 is based on the phase difference between the complex amplitude (received symbol) from the phase estimation circuit and each of the three average phases (labels 14, 8, 1) input from the phase difference calculation unit 63. The occurrence of cycle slip is determined. In FIG. 12A, the phase difference between the received symbol 1005 and the average phase 1006 of the label 1 is about 20 degrees. Therefore, the condition that | θr−θ 1 | is 45 degrees or less is satisfied, and it is recognized that the determination condition is satisfied once, and the possibility of occurrence of a cycle slip at the current complex amplitude is recognized. At this time, a phase offset is added to the received symbol due to the occurrence of a cycle slip.

図12の(b)は、サイクルスリップの発生を判断する様子を表しており、図12の(a)の状態は、本来ラベル7であった複素振幅がサイクルスリップによる位相オフセットのためにラベル1の信号点の近傍で観測されていると判断できる。後述するように、サイクルスリップの発生の判断が確定すると、受信シンボルはラベル7ではなくてラベル1の複素振幅であるものとみなされ、誤っていると判断された受信信号点(ラベル)に学習用データとして新しいラベルが付与される(更新される)ことになる。サイクルスリップの発生は、1回の判定条件の成立だけで確定するのではなく、判定条件が複数回連続して成立することを条件とすることもできる。これは、次に説明するように位相差監視部64にカウンタを備えることで実施できる。   (B) in FIG. 12 shows how to determine the occurrence of cycle slip. The state in (a) in FIG. 12 shows that the complex amplitude, which was originally labeled 7, is labeled 1 because of the phase offset due to cycle slip. It can be judged that it is observed near the signal point. As will be described later, when the determination of the occurrence of cycle slip is confirmed, the received symbol is considered to be the complex amplitude of label 1 instead of label 7, and learning is performed on the received signal point (label) determined to be incorrect. A new label is given (updated) as data for use. The occurrence of cycle slip is not determined only by a single determination condition being satisfied, but can also be made conditional on the determination condition being satisfied a plurality of times. This can be implemented by providing a counter in the phase difference monitoring unit 64 as described below.

図13は、位相差監視部においてサイクルスリップの発生の判定に使用されるカウンタブロックの構成例を示した図である。カウンタブロック1100は、位相差計算部63からは、3つの位相差(90度、180度、270度)が入力されており、各々の位相差について判定条件1104〜1106が判断される。さらに各々の判定条件に対して専用のカウンタ1101〜1103が設けられている。各々の判定条件として、計算された位相差が45度以下となっていれば、その入力ポート(ラベル)に対応するカウンタの値を1つ増加させる。このとき、他のカウンタの値が0以外であれば、0に変更する。増加したカウンタの値が5となった場合(判定条件1107)、サイクルスリップが発生したものと判定し、位相差監視部64への入力ポート番号が通知される。すなわち位相差計算部63で計算された位相差の内で、サイクルスリップの発生の判定条件を繰り返し満たし、現在の複素振幅と非常に近接している位相平均値を持っているラベルが、受信複素振幅訂正部65へ通知される。   FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a counter block used for determining occurrence of cycle slip in the phase difference monitoring unit. The counter block 1100 receives three phase differences (90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees) from the phase difference calculation unit 63, and determination conditions 1104 to 1106 are determined for each phase difference. Furthermore, dedicated counters 1101 to 1103 are provided for each determination condition. As each determination condition, if the calculated phase difference is 45 degrees or less, the value of the counter corresponding to the input port (label) is increased by one. At this time, if the value of the other counter is other than 0, it is changed to 0. When the increased counter value becomes 5 (determination condition 1107), it is determined that a cycle slip has occurred, and the input port number to the phase difference monitoring unit 64 is notified. That is, among the phase differences calculated by the phase difference calculation unit 63, a label that repeatedly satisfies the condition for determining the occurrence of cycle slip and has a phase average value that is very close to the current complex amplitude is received complex The amplitude correction unit 65 is notified.

この通知とともに、図13の全てのカウンタ1101〜1103の値を0へリセットする。図12の(b)を再び参照すれば、現在の複素振幅はラベル7を持っていると推定されていたが、実際に受信された複素振幅は信号点1010であって、ラベル1の平均位相1006の位置と非常に近接している。このとき、「ラベル1の平均位相がサイクルスリップ発生の判定条件を満たしたこと」が受信複素振幅訂正部65へ通知される。言い換えると、現在の複素振幅はラベル7を持っているものと推定されていたが、サイクルスリップの発生のために、正しいラベルとしてラベル1へ訂正されるべきことが受信複素振幅訂正部65に示されることになる。   Along with this notification, the values of all the counters 1101 to 1103 in FIG. 13 are reset to 0. Referring again to FIG. 12B, the current complex amplitude was estimated to have label 7, but the actually received complex amplitude is signal point 1010, which is the average phase of label 1. It is very close to the position of 1006. At this time, the reception complex amplitude correction unit 65 is notified that “the average phase of label 1 satisfies the determination condition for occurrence of cycle slip”. In other words, the current complex amplitude was estimated to have label 7, but the reception complex amplitude correction unit 65 indicates that it should be corrected to label 1 as the correct label due to the occurrence of cycle slip. Will be.

受信複素振幅訂正部65は、入力されたポート番号から、どのようにサイクルスリップが生じたかを認識する。つまり、位相差監視部64から入力されたポート番号が1であれば90度、ポート番号が2であれば180度、そしてポート番号が3であれば270度、それぞれスリップしたものと見なすことができる。したがって、位相差監視部64は、サイクルスリップの発生の検出に応答して、検出回路(位相差計算部63)によって検出された位相オフセットに基づいて、位相オフセットの検出がされた複素振幅に対応する記憶されたラベルを訂正することになる。受信複素振幅訂正部65は、サイクルスリップの発生の検出の後に到着する複素振幅については、サイクルスリップによって生じた位相オフセット(位相シフト)を打ち消すように訂正される。   The reception complex amplitude correction unit 65 recognizes how the cycle slip has occurred from the input port number. That is, if the port number input from the phase difference monitoring unit 64 is 1, it can be regarded as slipping 90 degrees, 180 degrees if the port number is 2, and 270 degrees if the port number is 3. it can. Accordingly, the phase difference monitoring unit 64 responds to the detection of the occurrence of the cycle slip and corresponds to the complex amplitude in which the phase offset is detected based on the phase offset detected by the detection circuit (phase difference calculation unit 63). The stored label will be corrected. The reception complex amplitude correction unit 65 corrects the complex amplitude that arrives after detection of the occurrence of the cycle slip so as to cancel the phase offset (phase shift) caused by the cycle slip.

上述のラベルの訂正法については、様々なバリエーションを取ることができる。例えば、判定条件の成立の連続数が5の時に、サイクルスリップを検出した場合は、(a)サイクルスリップ検知に関わった5ラベル(シンボル)を境界構築に使用するデータから排除することができる。また、(b)過去に遡ってその5ラベル(シンボル)のサイクルスリップを修正してから境界構築を行う選択肢もある。サイクルスリップの発生を最判断する判定条件の連続数は、多すぎると問題が生じる。例えば、連続数を100000(10万回)などの長い時間に対応する値に設定すると、その時間範囲でサイクルスリップが複数回起き、一旦発生した位相オフセットが元に戻ってしまう場合のように、見かけ上サイクルスリップが起こっていないかのように振る舞う状況が起こり得る。このような場合、エラーを多く含むデータを用いてラベル判定の境界を構築することになり、光受信器のBERなどの受信特性が劣化する。   Various variations of the label correction method described above can be taken. For example, if a cycle slip is detected when the number of consecutive determination conditions is satisfied, (a) 5 labels (symbols) related to cycle slip detection can be excluded from the data used for boundary construction. In addition, (b) there is also an option for performing boundary construction after correcting the cycle slip of the five labels (symbols) retroactively. If the number of consecutive determination conditions for determining the occurrence of cycle slip is too large, a problem arises. For example, when the continuous number is set to a value corresponding to a long time such as 100,000 (100,000 times), cycle slip occurs a plurality of times in the time range, and the once generated phase offset returns to the original state. Situations may occur that behave as if there is no apparent cycle slip. In such a case, the label determination boundary is constructed using data including many errors, and the reception characteristics such as BER of the optical receiver deteriorate.

逆に、判定条件の成立の連続数を1にして、疑わしい複素振幅データをすべて排除することが最も高性能となり得る。しかしながら、受信した各信号点の分布が分散している場合、サイクルスリップの疑いがあって使用不可のデータが増えることになるため、機械学習に時間が掛るデメリットも考えられる。実用上は、判定条件の成立の連続数(カウンタ1107の判定条件)を数個程度に設定するのが適切であると考えられる。   Conversely, the highest performance can be achieved by setting the number of consecutive determination conditions to 1 and eliminating all suspicious complex amplitude data. However, if the distribution of the received signal points is dispersed, there is a suspicion of cycle slip and the number of data that cannot be used increases. Therefore, there may be a disadvantage that it takes time for machine learning. Practically, it is considered appropriate to set the number of continuous establishment of the determination condition (determination condition of the counter 1107) to about several.

尚、上述の説明では、サイクルスリップの発生に応答して、学習データのラベルを訂正するものとして説明をしたが、ラベルは同じままとして、受信された複素振幅を、検出された位相オフセットに応じて変更しても良い。要するに、学習用データとして、複素振幅とそのラベルの対応関係に誤りが無ければ、結果としてサイクルスリップの発生の影響が排除された、正確な複素振幅ラベル判定の境界が構築できる。   In the above description, the label of the learning data is corrected in response to the occurrence of the cycle slip. However, the label remains the same, and the received complex amplitude is changed according to the detected phase offset. May be changed. In short, as the learning data, if there is no error in the correspondence between the complex amplitude and its label, an accurate complex amplitude label determination boundary can be constructed in which the influence of the occurrence of cycle slip is eliminated as a result.

また、上述の図6のサイクルスリップ検出・訂正部78の各ブロックの動作、機能の配分は、DSPによる演算処理に適した例として説明している。各ブロック間の中間データの移動や記憶などは他の様々な方法でも実施できることに留意されたい。したがって、回転対称の位置にある複数の信号点(ラベル)をグループ化し、平均位相差を計算し、受信した複素振幅の位相と、計算された平均位相との位相差を計算して、サイクルスリップの発生検出とサイクルスリップによる位相オフセットの推定ができる限り、様々な演算方法が適用できることに留意されたい。各ブロックの処理は、すべてをDSPなどのプロセッサを用いた演算処理で、一部またはすべてをハードウェアで実現することもできる。各ブロックを「回路」として説明しているが、各ブロックで説明をしたのと等価的な機能・処理を実施できれば、電子回路や電気回路で構成されることに限定する趣旨ではない。このようにして、サイクルスリップ検出・訂正回路78でサイクルスリップの検出・訂正を行いながら、複素振幅および訂正されたものを含む複素振幅ラベルの値の組み合わせを、学習データ記憶部66へ蓄積していく。   In addition, the operation and function distribution of each block of the cycle slip detection / correction unit 78 in FIG. 6 described above is described as an example suitable for arithmetic processing by the DSP. It should be noted that the movement and storage of intermediate data between blocks can be performed in various other ways. Therefore, multiple signal points (labels) at rotationally symmetric positions are grouped, the average phase difference is calculated, the phase difference between the phase of the received complex amplitude and the calculated average phase is calculated, and the cycle slip It should be noted that various calculation methods can be applied as long as the occurrence detection and the phase offset estimation by cycle slip can be estimated. The processing of each block is all arithmetic processing using a processor such as a DSP, and part or all of it can be realized by hardware. Although each block is described as a “circuit”, it is not intended to be limited to an electronic circuit or an electric circuit as long as functions and processes equivalent to those described in each block can be performed. In this way, the cycle slip detection / correction circuit 78 detects and corrects the cycle slip, and the combination of the complex amplitude and the value of the complex amplitude label including the corrected one is accumulated in the learning data storage unit 66. Go.

したがって、本発明の光受信器は、前記検出回路は、前記変調方式で回転対称の位置にある各信号点に対応する前記記憶された複数の複素振幅の平均位相をそれぞれ計算する平均位相計算回路(74)と、所定の回転対称角度だけ回転させることによって前記複素振幅座標上で重ね合わせることのできる前記回転対称な位置にある信号点を1つのグループとし、1以上のグループを構成したとき、現在の複素振幅の位相と、前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点であって前記現在の複素振幅に対応する信号点を除いた信号点のラベルに対応する前記平均位相との間の位相差を計算する位相差計算回路(63)と、計算された前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点の各々との位相差に基づいて、所定のサイクルスリップ発生判断条件を満たすかどうかを判定し、前記サイクルスリップ発生判断条件を満たした信号点のラベルを前記現在の複素振幅の更新されるラベルとして特定する位相差監視回路(64)とを含むものとして実施できる。   Therefore, in the optical receiver of the present invention, the detection circuit calculates the average phase of the plurality of stored complex amplitudes corresponding to each signal point at a rotationally symmetric position in the modulation scheme. (74), and when the signal points at the rotationally symmetric positions that can be superimposed on the complex amplitude coordinates by rotating by a predetermined rotational symmetry angle are grouped into one group, Between the phase of the current complex amplitude and the average phase corresponding to the signal point label within the group to which the current complex amplitude belongs and excluding the signal point corresponding to the current complex amplitude Based on the phase difference between the phase difference calculating circuit (63) for calculating the phase difference of the current complex amplitude and each of the signal points in the group to which the current complex amplitude belongs. A phase difference monitoring circuit (64) for determining whether or not the generation determination condition is satisfied, and specifying the label of the signal point that satisfies the cycle slip generation determination condition as the updated label of the current complex amplitude Can be implemented.

学習データ記憶部66に蓄積された学習データ数が10000に達すると、複素振幅ラベル判定境界の構築に移る。まず、複素振幅ラベル判定境界構築部68が、学習データ記憶部67より全学習データを読み出す。そして、機械学習アルゴリズムによって、複素振幅ラベル判定境界を構築し、複素振幅ラベル判定境界記憶部69へ格納する。以上の動作により学習モードが完了し、ペイロード信号の伝送・受信を開始する準備が整う。   When the number of learning data accumulated in the learning data storage unit 66 reaches 10,000, the process moves to construction of a complex amplitude label determination boundary. First, the complex amplitude label determination boundary construction unit 68 reads all the learning data from the learning data storage unit 67. Then, a complex amplitude label determination boundary is constructed by the machine learning algorithm and stored in the complex amplitude label determination boundary storage unit 69. With the above operation, the learning mode is completed, and preparation for starting transmission / reception of the payload signal is completed.

次に、ペイロード信号に対して複素振幅ラベル判定を行う「判定フェーズ」の動作を説明する。通常のユーザデータであるペイロード信号の伝送時においても、上述の学習フェーズと同様に、光受信器に到着した光信号が図6の偏波補償回路51、位相推定回路52によって処理され、複素振幅値が複素振幅ラベル判定回路54へ入力される。   Next, the operation of the “determination phase” in which complex amplitude label determination is performed on the payload signal will be described. Similarly to the learning phase described above, the optical signal that has arrived at the optical receiver is processed by the polarization compensation circuit 51 and the phase estimation circuit 52 in FIG. The value is input to the complex amplitude label determination circuit 54.

しかしながら、受信信号がペイロード信号であるため、学習フェーズとは異なってペイロード信号の内容は未知であり、当然に対応する複素振幅ラベルも学習データ記憶部67へ入力されない。受信された複素振幅値は、直接複素振幅ラベル判定部70へと入力される。複素振幅ラベル判定境界を複素振幅ラベル判定境界記憶部69より読み出し、複素振幅ラベル判定境界が引かれた2次元グラフのどこに受信した複素振幅値がマッピングされるかを確認する。すなわち「学習フェーズ」で構築された複素振幅ラベルの判定境界を用いて、複素振幅ラベルを判定する。その後、グレイ符号化方式に基づいて、判定された複素振幅ラベルはラベル/ビット変換部71においてビット系列に変換され、前方誤り訂正回路72へ入力される。誤り訂正をされたビット列77が、最後に出力される。   However, since the received signal is a payload signal, the content of the payload signal is unknown, unlike the learning phase, and the corresponding complex amplitude label is naturally not input to the learning data storage unit 67. The received complex amplitude value is directly input to the complex amplitude label determination unit 70. The complex amplitude label determination boundary is read from the complex amplitude label determination boundary storage unit 69, and it is confirmed where the received complex amplitude value is mapped in the two-dimensional graph to which the complex amplitude label determination boundary is drawn. That is, the complex amplitude label is determined using the determination boundary of the complex amplitude label constructed in the “learning phase”. Thereafter, the determined complex amplitude label is converted into a bit sequence by the label / bit conversion unit 71 based on the gray coding method, and is input to the forward error correction circuit 72. The error-corrected bit string 77 is output last.

本発明の光受信器におけるサイクルスリップを考慮した複素振幅ラベル判定境界の構築が実施例されているので、安定でかつ精度の高い複素振幅ラベル識別境界が構築し、良好な通信品質が得られる。   Since the construction of the complex amplitude label determination boundary considering the cycle slip in the optical receiver of the present invention is implemented, a stable and highly accurate complex amplitude label identification boundary is constructed, and good communication quality can be obtained.

図14は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路によって得られる通信品質を従来技術と比較して説明する図である。図14の(a)は、従来技術によって、サイクルスリップを考慮せずに機械学習を用いて構築した16QAM変調方式のラベル判定境界とした場合のBER測定値を示している。BER測定値のグラフの横軸は、光受信器に光源として用いられているレーザのレーザ線幅(MHz)を示しており、レーザの不安定性を表すメータとして知られている。すなわち、レーザ線幅が大きいほどレーザの雑音が多く位相が不安定であることを示している。BER測定は、シンボル時間が33ps(シンボルレートが30GHz)の信号を105シンボル分の時間受信したときのBERを測定し、この測定を1万回繰り返した。丸のプロットは1万回の平均値を示しており、線の長さはBERの最大値と最小値を示している。図14の(a)では、レーザ線幅が大きいときに、BER測定値のばらつきが非常に大きい。 FIG. 14 is a diagram for explaining the communication quality obtained by the complex amplitude label determination circuit of the optical receiver of the present invention in comparison with the prior art. FIG. 14A shows a BER measurement value in the case where the label determination boundary of the 16QAM modulation method is constructed using machine learning without considering cycle slip according to the conventional technique. The horizontal axis of the graph of the BER measurement value indicates the laser line width (MHz) of a laser used as a light source in the optical receiver, and is known as a meter representing instability of the laser. That is, the larger the laser line width, the more the laser noise and the more unstable the phase. In the BER measurement, the BER was measured when a signal having a symbol time of 33 ps (symbol rate of 30 GHz) was received for 10 5 symbols, and this measurement was repeated 10,000 times. The circle plot shows the average value of 10,000 times, and the length of the line shows the maximum value and the minimum value of BER. In FIG. 14A, when the laser line width is large, the BER measurement value variation is very large.

これに対して、図14の(b)に示した本発明のサイクルスリップを考慮して機械学習を用いて構築した16QAM変調方式のラベル判定境界を利用した場合のBER測定値を示している。このとき、サイクルスリップの発生の判定は、学習フェーズにおいて、判定条件(位相差が45度以下)が5回連続して起きたときに、ラベルの訂正を行って構築したものである。ラベル判定の境界は、各々1つの領域にまとまっており、回転対称に揃っている。BER測定値は、レーザ線幅が大きい場合でもならつきが少なく、サイクルスリップの影響が見られない。このように、本発明の光受信器では、複素振幅ラベル判定回路によってサイクルスリップを考慮して構築したラベル判定境界を利用できるため、サイクルスリップの影響を受けない高い通信品質が得られる。   On the other hand, FIG. 14B shows a BER measurement value in the case of using a 16QAM modulation type label determination boundary constructed using machine learning in consideration of the cycle slip of the present invention shown in FIG. At this time, the determination of the occurrence of the cycle slip is made by correcting the label when the determination condition (phase difference is 45 degrees or less) occurs five times continuously in the learning phase. The borders for label determination are each grouped into one area and are aligned rotationally symmetrically. The BER measurement value has little fluctuation even when the laser line width is large, and the influence of cycle slip is not observed. As described above, in the optical receiver of the present invention, since the label determination boundary constructed in consideration of the cycle slip by the complex amplitude label determination circuit can be used, high communication quality not affected by the cycle slip can be obtained.

<追跡モードにおける動作例>
本実施例では、本発明の光受信器における追跡モードにおける動作例を説明する。追跡モードは、図6において追跡モード側にスイッチがONとなっている状態で実現される。上述の非追跡モードの動作によって複素振幅ラベル判定境界が構築されているか、ネットワーク管理者により複素振幅ラベル判定境界の情報が光受信器に与えられ、記憶されており、ペイロード信号の伝送を開始しているものとする。
<Example of operation in tracking mode>
In this embodiment, an operation example in the tracking mode in the optical receiver of the present invention will be described. The tracking mode is realized in a state where the switch is turned on in the tracking mode side in FIG. The complex amplitude label decision boundary has been established by the above-described operation in the non-tracking mode, or the information on the complex amplitude label decision boundary has been given to the optical receiver by the network administrator and stored, and transmission of the payload signal is started. It shall be.

追跡モードにおいても非追跡モード時と同様に、光受信器に到着した光信号が偏波補償回路51、位相推定回路52によって処理され、複素振幅値が複素振幅ラベル判定回路54へ入力される。ペイロード信号であるので、複素振幅ラベルは未知である。受信複素振幅は、図6に示した複素振幅ラベル判定部70および学習データ記憶部66の双方に入力される。   Also in the tracking mode, as in the non-tracking mode, the optical signal that has arrived at the optical receiver is processed by the polarization compensation circuit 51 and the phase estimation circuit 52, and the complex amplitude value is input to the complex amplitude label determination circuit 54. Since it is a payload signal, the complex amplitude label is unknown. The reception complex amplitude is input to both the complex amplitude label determination unit 70 and the learning data storage unit 66 shown in FIG.

複素振幅ラベル判定部70は、非追跡モード時の場合と同様に、複素振幅ラベルの判定を行う。そして判定されたラベルはラベル/ビット変換部71でビット系列へと変換され、前方誤り訂正部72に入力される。   The complex amplitude label determination unit 70 determines the complex amplitude label as in the non-tracking mode. The determined label is converted into a bit sequence by the label / bit conversion unit 71 and input to the forward error correction unit 72.

前方誤り訂正部72は、誤り訂正アルゴリズムにより、ビット誤りを訂正する。得られたビット系列は、ビット/ラベル変換回路73によって、再度、複素振幅ラベル値に変換される。再変換された複素振幅ラベル値を学習データ記憶部67へ入力することで、ペイロード信号の複素振幅61と正しい複素振幅ラベルの組み合わせを、新たに学習データとすることができる。差動符号化を経て、前方誤り訂正を行った後のビット列には誤りは含まれておらず、サイクルスリップが起きても、実動作での誤りは直ちに修正される。   The forward error correction unit 72 corrects bit errors using an error correction algorithm. The obtained bit sequence is converted again into a complex amplitude label value by the bit / label conversion circuit 73. By inputting the reconverted complex amplitude label value to the learning data storage unit 67, a combination of the complex amplitude 61 of the payload signal and the correct complex amplitude label can be newly set as learning data. An error is not included in the bit string after the forward error correction through the differential encoding, and the error in the actual operation is immediately corrected even if a cycle slip occurs.

ペイロード信号を学習データとして蓄積した後、これらのデータは複素振幅ラベル判定境界構築部68へ入力され、新たな複素振幅ラベル判定境界の構築に用いられる。新しい複素振幅ラベル判定境界は、複素振幅ラベル判定境界記憶部69に上書きされ、以降のペイロード信号は、精度を向上させた新しい複素振幅ラベル判定境界に基づいて複素振幅ラベルが判定される。   After the payload signal is accumulated as learning data, these data are input to the complex amplitude label determination boundary construction unit 68 and used to construct a new complex amplitude label determination boundary. The new complex amplitude label determination boundary is overwritten in the complex amplitude label determination boundary storage unit 69, and the subsequent payload signals are determined as complex amplitude labels based on the new complex amplitude label determination boundary whose accuracy has been improved.

「学習フェーズ」を経て、既にある程度精度が得られた複素振幅ラベル判定境界が構築されていれば、光受信器の通常動作であるペイロード信号の受信を利用して、適切な素振幅ラベル判定境界を維持できる。この複素振幅ラベル判定境界の更新が行われる間隔は、複素振幅が到着する間隔より大きくても良い。   If a complex amplitude label decision boundary with some degree of accuracy has already been established through the “learning phase”, an appropriate prime amplitude label decision boundary can be obtained by using payload signal reception, which is a normal operation of an optical receiver. Can be maintained. The interval at which the complex amplitude label determination boundary is updated may be larger than the interval at which the complex amplitude arrives.

したがって、本発明の光受信器は、教師信号として、予め定められたデータ列で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記データ列に対応する既知のラベルを前記学習データセットとして記憶するよう動作する学習モードと、前記教師信号として、未知のペイロード信号で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記複素振幅のラベルを判定して前記判定されたラベルをビット変換し、誤り訂正をされたビットがさらにビット/ラベル変換されたラベルを前記学習データセットとして記憶し、前記ペイロード信号のラベル判定およびラベル識別するための境界の再構築を並行して行うよう動作する追跡モードとの間を切り替えるよう構成された物として実施できる。   Therefore, the optical receiver of the present invention receives a learning data signal modulated with a predetermined data sequence as a teacher signal, and corresponds to the complex amplitude obtained from the learning data signal and the data sequence. A learning mode that operates to store a known label as the learning data set; a learning data signal modulated with an unknown payload signal as the teacher signal; and the complex amplitude obtained from the learning data signal; Determining a label of the complex amplitude, bit-converting the determined label, storing a label obtained by further bit / label-converting an error-corrected bit as the learning data set, and determining a label of the payload signal And is configured to switch between tracking modes that work to reconstruct the boundary for label identification in parallel It can be implemented as objects.

以上、詳細に述べたように、本発明によって、光ネットワークの信号受信部の複素振幅値の識別境界を構築する受信器において、安定かつ精度の高い複素振幅の識別境界を構築することが可能となり、通信品質が向上させることができる。   As described above in detail, the present invention makes it possible to construct a complex amplitude identification boundary that is stable and highly accurate in a receiver that constructs a complex amplitude value identification boundary of a signal receiver of an optical network. Communication quality can be improved.

本発明は、一般的に光通信システムに利用することができる。特に、位相変調を用いた光信号を受信する光受信装置に利用できる。   The present invention is generally applicable to an optical communication system. In particular, the present invention can be used for an optical receiver that receives an optical signal using phase modulation.

1、30、701〜708 信号点
2、31 判定領域
50 光受信器
51 偏波補償回路
52 位相推定回路
53 ビット列復号回路
54、60 複素振幅ラベル判定回路
55、72 前方誤り訂正部
56、73 ビット/シンボル変換部
59、77 ビット列
61 複素振幅値(入力)
62 複素振幅ラベル(入力)
71 ラベル/ビット変換部
78 サイクルスリップ検出・訂正部
79 ラベル境界構築・ラベル判定部
1100 カウンタ回路
1, 30, 701 to 708 Signal point 2, 31 Determination region 50 Optical receiver 51 Polarization compensation circuit 52 Phase estimation circuit 53 Bit stream decoding circuit 54, 60 Complex amplitude label determination circuit 55, 72 Forward error correction unit 56, 73 bits / Symbol converter 59, 77 Bit string 61 Complex amplitude value (input)
62 Complex amplitude label (input)
71 Label / bit conversion section 78 Cycle slip detection / correction section 79 Label boundary construction / label determination section 1100 Counter circuit

Claims (5)

複素振幅座標上において原点に対して回転対称の位置にある複数の信号点を少なくとも一部に含む変調方式によって変調された光波を受信する受信装置において、
前記変調方式を使用してデータ列で変調された教師信号を受信し、前記複素振幅座標上の信号点のいずれかに対応する複素振幅を順次出力する位相推定回路と、
前記位相推定回路から出力された前記複素振幅を順次受信して、受信した複素振幅の位相を算出し、および、前記複素振幅の位相にオフセットを生じさせるサイクルスリップの発生を検出する検出回路と、
前記順次受信された複素振幅、並びに、前記複素振幅に対応する信号点が運ぶ情報の内容を表示している対応するラベルの複数の組からなる学習データセットを記憶する回路と、
前記サイクルスリップの発生の前記検出に応答して、前記検出回路によって検出された位相オフセットに基づいて、前記検出がされた複素振幅に対応する前記記憶されたラベルを訂正する回路と、
前記訂正されたラベルを含む前記記憶された学習データセットに基づいて、前記複素振幅に対応する複数の信号点の異なるラベルを識別するための境界を構築するよう構成された回路と
を備えたことを特徴とする受信装置。
In a receiving apparatus that receives a light wave modulated by a modulation method including at least a part of a plurality of signal points that are rotationally symmetric with respect to the origin on a complex amplitude coordinate,
A phase estimation circuit that receives a teacher signal modulated with a data string using the modulation method and sequentially outputs a complex amplitude corresponding to any of the signal points on the complex amplitude coordinate;
A detection circuit that sequentially receives the complex amplitude output from the phase estimation circuit, calculates a phase of the received complex amplitude, and detects occurrence of a cycle slip that causes an offset in the phase of the complex amplitude;
A circuit for storing a learning data set comprising a plurality of sets of corresponding labels displaying the content of information carried by the sequentially received complex amplitudes and signal points corresponding to the complex amplitudes;
A circuit for correcting the stored label corresponding to the detected complex amplitude based on the phase offset detected by the detection circuit in response to the detection of the occurrence of the cycle slip;
A circuit configured to construct a boundary for identifying different labels of a plurality of signal points corresponding to the complex amplitude based on the stored learning data set including the corrected label. A receiving device.
前記検出回路は、
前記変調方式で回転対称の位置にある各信号点に対応する前記記憶された複数の複素振幅の平均位相をそれぞれ計算する平均位相計算回路と、
所定の回転対称角度だけ回転させることによって前記複素振幅座標上で重ね合わせることのできる前記回転対称な位置にある信号点を1つのグループとし、1以上のグループを構成したとき、現在の複素振幅の位相と、前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点であって前記現在の複素振幅に対応する信号点を除いた信号点のラベルに対応する前記平均位相との間の位相差を計算する位相差計算回路と、
計算された前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点の各々との位相差に基づいて、所定のサイクルスリップ発生判断条件を満たすかどうかを判定し、前記サイクルスリップ発生判断条件を満たした信号点のラベルを前記現在の複素振幅の更新されるラベルとして特定する位相差監視回路と
を含むこと特徴とする請求項1に記載の受信装置。
The detection circuit includes:
An average phase calculation circuit for calculating an average phase of the plurality of stored complex amplitudes corresponding to each signal point at a rotationally symmetric position in the modulation scheme;
When the signal points at the rotationally symmetric positions that can be superimposed on the complex amplitude coordinates by rotating by a predetermined rotational symmetry angle are grouped into one group, when one or more groups are formed, Calculate the phase difference between the phase and the average phase corresponding to the signal point label of the signal point in the group to which the current complex amplitude belongs and excluding the signal point corresponding to the current complex amplitude A phase difference calculation circuit that
Based on the calculated phase difference with each signal point in the group to which the current complex amplitude belongs, it is determined whether or not a predetermined cycle slip occurrence determination condition is satisfied, and the cycle slip occurrence determination condition is satisfied The receiving apparatus according to claim 1, further comprising: a phase difference monitoring circuit that identifies a signal point label as an updated label of the current complex amplitude.
前記変調方式は16QAMであって、前記複素振幅座標上の16の異なる信号点に対して、90度回転対称な4つのシンボルからなる4つのグループが構成され、
前記位相差計算回路は、現在の複素振幅の位相と、前記現在の複素振幅前記現が属するグループの内の信号点であって前記現在の複素振幅に対応する信号点を除いた3つの信号点のラベルに対応する前記平均位相との間の位相差を求め、
前記位相差監視回路は、前記サイクルスリップ発生判断条件の一部として、前記3つの信号点のラベルに対応する前記求められた位相差が45度以内であるかどうかを監視し、
前記検出回路は、
前記求められた位相差が45度以内であること満たすことが、現在の複素振幅に加えて、前記順次受信された複素振幅に対して連続して起こった回数を計測するカウント回路であって、前記計測された回数が所定の値を越えたときに、前記サイクルスリップの発生を決定する、カウント回路
をさらに含んでいることを特徴とする請求項2に記載の受信装置。
The modulation scheme is 16QAM, and four groups of four symbols that are 90-degree rotationally symmetric with respect to 16 different signal points on the complex amplitude coordinates are configured.
The phase difference calculation circuit includes three signal points excluding a signal point corresponding to the current complex amplitude and a phase of the current complex amplitude and a signal point in the group to which the current complex amplitude belongs. A phase difference between the average phase corresponding to the label of
The phase difference monitoring circuit monitors whether the obtained phase difference corresponding to the labels of the three signal points is within 45 degrees as part of the cycle slip occurrence determination condition,
The detection circuit includes:
Satisfying that the obtained phase difference is within 45 degrees, in addition to the current complex amplitude, a count circuit that measures the number of times that has occurred successively with respect to the sequentially received complex amplitude, The receiving apparatus according to claim 2, further comprising: a counting circuit that determines the occurrence of the cycle slip when the measured number of times exceeds a predetermined value.
前記教師信号として、予め定められたデータ列で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記データ列に対応する既知のラベルを前記学習データセットとして記憶するよう動作する学習モードと、
前記教師信号として、未知のペイロード信号で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記複素振幅のラベルを判定して前記判定されたラベルをビット変換し、誤り訂正をされたビットがさらにビット/ラベル変換されたラベルを前記学習データセットとして記憶し、前記ペイロード信号のラベル判定およびラベル識別するための境界の再構築を並行して行うよう動作する追跡モードと
の間を切り替えるよう構成されたことを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の受信装置。
A learning data signal modulated with a predetermined data sequence is received as the teacher signal, and the complex amplitude obtained from the learning data signal and a known label corresponding to the data sequence are used as the learning data set. A learning mode that works to memorize,
A learning data signal modulated with an unknown payload signal is received as the teacher signal, and the complex amplitude obtained from the learning data signal and a label of the complex amplitude are determined, and the determined label is bit-converted. Then, the error-corrected bits are further subjected to bit / label conversion labels, stored as the learning data set, and the boundary determination for label determination and label identification of the payload signal is performed in parallel. The receiving apparatus according to claim 1, wherein the receiving apparatus is configured to switch between tracking modes.
前記追跡モードにおいて、ラベル識別するための境界の前記再構築を一定の間隔で行うことを特徴とする請求項4に記載の受信装置。   The receiving apparatus according to claim 4, wherein in the tracking mode, the reconstruction of the boundary for label identification is performed at regular intervals.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020039505A1 (en) * 2018-08-21 2020-02-27 三菱電機株式会社 Phase estimation device
WO2023119487A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-29 日本電信電話株式会社 Optical transceiving device, optical communication method, and computer program

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