JP2018042219A - 受信装置及び位相誤差補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受信信号内の位相誤差を補償できる受信装置を提供する。【解決手段】受信装置は、位相変調方式で変調されたデータ信号とパイロット信号とが時間多重された受信信号を受信する。受信装置は、受信信号の位相を同期する同期回路を有する。同期回路は、抽出部と、第１の推定部と、位相回転部と、第２の推定部と、補償部とを有する。抽出部は、受信信号からパイロット信号を抽出する。第１の推定部は、抽出されたパイロット信号と所定パターンとを比較して位相誤差を推定する。位相回転部は、位相誤差で得た基準位相と受信信号に関わる変調方式の位相とに基づき、受信信号の複数の信号点を位相回転する。第２の推定部は、位相回転された信号点に基づき、受信信号の位相推定値を推定する。補償部は、位相推定値に基づき、受信信号内の位相誤差を補償する。【選択図】図２２

Description

本発明は、受信装置及び位相誤差補償方法に関する。

近年、例えば、４０Ｇｂｐｓ（bits per second)や１００Ｇｂｐｓ等の長距離通信で使用する光伝送システムでは、例えば、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）等の位相変調方式を用いたデジタルコヒーレントの受信装置が知られている。受信装置は、受信した受信信号に局発光を干渉させて光主信号を取得し、取得した光主信号に対してデジタル信号処理を実行する。

受信装置内のＤＳＰ（Digital Signal Processor）では、例えば、光伝送路で発生する歪みや通信デバイスの不完全性に起因する歪み等をデジタル信号処理で補償する。図２４は、ＤＳＰ１００内の機能構成の一例を示すブロック図である。

図２４に示すＤＳＰ１００は、ＣＤＣ(Chromatic Dispersion Compensator)１０１と、ＡＥＱ(Adaptive Equalizer)１０２と、ＦＯＣ(Frequency Offset Compensator)１０３と、ＣＰＲ(Carrier Phase Recovery)１０４とを有する。ＣＤＣ１０１は、光伝送路上で発生した波長分散を補償する波長分散補償回路である。ＡＥＱ１０２は、例えば、偏波分離、帯域補償や線形歪み補償等の等化回路である。ＡＥＱ１０２は、例えば、偏波変動や偏波モード分散等の時間変動に適応的に追従する偏波分離処理、前段の波長分散補償で補償しきれなかった残留分散を補償する補償処理や、電気デバイスや光デバイス等で発生した信号帯域狭窄化を補償する補償処理を実行する。

ＦＯＣ１０３は、送信装置側の光源の周波数と、受信装置側の局発光源の周波数との差分を推定し、その差分を補償する周波数オフセット補償回路である。ＣＰＲ１０４は、局発光源の位相雑音やＦＯＣ１０３で補償しきれなかった高速の残留周波数オフセットの変動成分を補償する搬送波位相同期回路である。

ＤＳＰ１００で処理する受信信号は、例えば、送信装置側の光源や受信装置側の局発光源の位相誤差や、ＦＯＣ１０３で補償しきれなかった残留周波数オフセット等に起因する位相誤差を有する。ＣＰＲ１０４では、受信信号内の位相誤差を補償する方法として、ｎＰＳＫ信号をｎ乗することで変調成分を除去するｎ乗法等のビタビ・ビタビ法が知られている。

ｎ乗法では、ｎＰＳＫ信号をｎ乗することで、位相変調成分を除去し、ＩＱ平面上のｎ個の信号点を１個の信号点周辺に集約し、その集約した１箇所の信号点を複数シンボル数で平均化して位相誤差以外の雑音、例えば、ガウス雑音を低減できる。図２５は、ＱＰＳＫ信号のｎ乗演算後のコンスタレーション（位相雑音あり）の一例を示す説明図である。ＱＰＳＫ信号の４乗演算前のコンスタレーションは、ＩＱ平面上に４箇所の信号点がある。各信号点は、位相雑音が存在するため、位相誤差φｅを有する。そして、ＱＰＳＫ信号の４乗演算後のコンスタレーションは、ＩＱ平面上の４箇所の信号点を１箇所の信号点周辺に集約した状態である。

特表２０１３−５３０６１９号公報 国際公開第２０１２／１３２１０３号

しかしながら、ｎ乗法を採用したＣＰＲ１０４では、位相推定可能範囲が２π／ｎに限定されるため、連続するシンボル間で２π／２ｎ以上の位相誤差を生じた場合、±２π／ｎ以上の位相誤差、すなわち位相スリップが発生することになる。その結果、位相スリップが発生したシンボル以降の受信信号でバーストエラーが発生する。

一つの側面では、受信信号内の位相誤差を補償できる受信装置及び位相誤差補償方法を提供することを目的とする。

一つの案では、受信装置が、位相変調方式又は位相振幅変調方式で変調されたデータ信号とパイロット信号とが時間多重された受信信号を受信する。受信装置は、受信信号の位相を同期する同期回路を有する。同期回路は、抽出部と、第１の推定部と、位相回転部と、第２の推定部と、補償部とを有する。抽出部は、受信信号からパイロット信号を抽出する。第１の推定部は、抽出部にて抽出されたパイロット信号と当該パイロット信号の所定パターンとを比較して位相誤差を推定する。位相回転部は、第１の推定部にて推定された位相誤差で得た基準位相と当該受信信号に関わる変調方式の位相とに基づき、当該受信信号の複数の信号点を位相回転する。第２の推定部は、位相回転部にて位相回転された前記信号点に基づき、前記受信信号の位相推定値を推定する。補償部は、第２の推定部にて推定された位相推定値に基づき、受信信号内の位相誤差を補償する。

開示の態様では、受信信号内の位相誤差を補償できる。

図１は、本実施例の光伝送システムの一例を示す説明図である。 図２は、受信装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図３は、受信装置内のＤＳＰの機能構成の一例を示すブロック図である。 図４は、実施例１のＣＰＲ内の機能構成の一例を示すブロック図である。 図５は、送信装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図６Ａは、８ＰＳＫ信号のコンスタレーション（位相雑音なし）の一例を示す説明図である。 図６Ｂは、８ＰＳＫ信号のコンスタレーション（位相雑音あり）の一例を示す説明図である。 図６Ｃは、８ＰＳＫ信号の４（＝ｎ／２）乗演算後のコンスタレーション（位相雑音あり）の一例を示す説明図である。 図７は、推定処理に関わるＣＰＲの処理動作の一例を示すフローチャートである。 図８は、位相補償処理に関わるＣＰＲの処理動作の一例を示すフローチャートである。 図９は、本実施例とビタビ・ビタビ法（ｎ乗法）とのシミュレーション結果比較の一例を示す説明図である。 図１０は、実施例２の光伝送システムの一例を示す説明図である。 図１１は、最適化処理に関わる送信装置のＣＰＵの処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１２は、実施例３のＣＰＲ内の機能構成の一例を示すブロック図である。 図１３は、実施例４のＱＰＳＫ方式の受信装置に関わるＣＰＲ内の機能構成の一例を示すブロック図である。 図１４は、ＱＰＳＫ信号のｎ／２乗演算前後及び位相回転前後のコンスタレーション推移の一例を示す説明図である。 図１５は、実施例５の８ＰＳＫ方式の受信装置に関わるＣＰＲ内の機能構成の一例を示すブロック図である。 図１６は、８ＰＳＫ信号のｎ／２乗演算前後及び位相回転前後のコンスタレーション推移の一例を示す説明図である。 図１７は、実施例６の１６ＰＳＫ方式の受信装置に関わるＣＰＲ内の機能構成の一例を示すブロック図である。 図１８は、１６ＰＳＫ信号のｎ／２乗演算前後及び位相回転前後のコンスタレーション推移の一例を示す説明図である。 図１９Ａは、１６ＰＳＫ信号のｎ／４乗演算前後のコンスタレーション推移及び基準位相の一例を示す説明図である。 図１９Ｂは、１６ＰＳＫ信号のｎ／８乗演算前後のコンスタレーション推移及び基準位相の一例を示す説明図である。 図２０は、１６ＱＡＭ信号のｎ／２乗演算に使用するコンスタレーションの一例を示す説明図である。 図２１は、６４ＱＡＭ信号のｎ／２乗演算に使用するコンスタレーションの一例を示す説明図である。 図２２は、実施例７のＱＰＳＫ方式の受信装置に関わるＣＰＲ内の機能構成の一例を示すブロック図である。 図２３は、ＱＰＳＫ信号のπ／４回転前後及び位相回転後のコンスタレーション推移の一例を示す説明図である。 図２４は、ＤＳＰ内の機能構成の一例を示すブロック図である。 図２５は、ＱＰＳＫ信号のｎ乗演算後のコンスタレーション（位相雑音あり）の一例を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本願の開示する受信装置及び位相誤差補償方法の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜組み合わせても良い。

図１は、本実施例の光伝送システム１の一例を示す説明図である。図１に示す光伝送システム１は、送信装置２と、受信装置３と、伝送路４とを有する。送信装置２及び受信装置３は、デジタルコヒーレント方式の光通信装置である。

図２は、受信装置３のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２に示す受信装置３は、ＬＯ光源（Local Laser Diode）１１と、ＢＳ（Beam Splitter）１２と、ＰＢＳ(Polarization Beam Splitter)１３と、第１及び第２の光ハイブリッド回路１４Ａ、１４Ｂとを有する。受信装置３は、第１〜第４のＰＤ(Photo Diode)１５Ａ〜１５Ｄと、第１〜第４のＡＤＣ(Analog Digital Converter)１６Ａ〜１６Ｄと、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)１７とを有する。更に、受信装置３は、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)１８と、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１９とを有する。

ＬＯ光源１１は、例えば、局発光を発光するレーザである。ＢＳ１２は、ＬＯ光源１１からの局発光を分離して第１の光ハイブリッド回路１４Ａ及び第２の光ハイブリッド回路１４Ｂに出力する。ＰＢＳ１３は、受信信号を直交する２つの偏波状態、例えば、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分に分離する。尚、Ｘ偏波成分は水平偏波成分、Ｙ偏波成分は垂直偏波成分である。ＰＢＳ１３は、Ｘ偏波成分を第１の光ハイブリッド回路１４Ａに出力する。更に、ＰＢＳ１３は、Ｙ偏波成分を第２の光ハイブリッド回路１４Ｂに出力する。

第１の光ハイブリッド回路１４Ａは、受信信号のＸ偏波成分に局発光を干渉させてＩ成分及びＱ成分の光信号を取得する。尚、Ｉ成分は同相軸成分、Ｑ成分は直交軸成分である。第１の光ハイブリッド回路１４Ａは、Ｘ偏波成分の内、Ｉ成分の光信号を第１のＰＤ１５Ａに出力する。第１の光ハイブリッド回路１４Ａは、Ｘ偏波成分の内、Ｑ成分の光信号を第２のＰＤ１５Ｂに出力する。

第２の光ハイブリッド回路１４Ｂは、受信信号のＹ偏波成分に局発光を干渉させてＩ成分及びＱ成分の光信号を取得する。第２の光ハイブリッド回路１４Ｂは、Ｙ偏波成分の内、Ｉ成分の光信号を第３のＰＤ１５Ｃに出力する。第２の光ハイブリッド回路１４Ｂは、Ｙ偏波成分の内、Ｑ成分の光信号を第４のＰＤ１５Ｄに出力する。

第１のＰＤ１５Ａは、第１の光ハイブリッド回路１４ＡからのＸ偏波成分のＩ成分の光信号を電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第１のＡＤＣ１６Ａに出力する。第１のＡＤＣ１６Ａは、Ｘ偏波成分のＩ成分の電気信号をデジタル変換してＤＳＰ１７に出力する。第２のＰＤ１５Ｂは、第１の光ハイブリッド回路１４ＡからのＸ偏波成分のＱ成分の光信号を電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第２のＡＤＣ１６Ｂに出力する。第２のＡＤＣ１６Ｂは、Ｘ偏波成分のＱ成分の電気信号をデジタル変換してＤＳＰ１７に出力する。

第３のＰＤ１５Ｃは、第２の光ハイブリッド回路１４ＢからのＹ偏波成分のＩ成分の光信号を電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第３のＡＤＣ１６Ｃに出力する。第３のＡＤＣ１６Ｃは、Ｙ偏波成分のＩ成分の電気信号をデジタル変換してＤＳＰ１７に出力する。第４のＰＤ１５Ｄは、第２の光ハイブリッド回路１４ＢからのＹ偏波成分のＱ成分の光信号を電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第４のＡＤＣ１６Ｄに出力する。第４のＡＤＣ１６Ｄは、Ｙ偏波成分のＱ成分の電気信号をデジタル変換してＤＳＰ１７に出力する。

ＤＳＰ１７は、デジタル変換されたＸ偏波成分内のＩ成分及びＱ成分と、Ｙ偏波成分内のＩ成分及びＱ成分に対してデジタル信号処理を施し、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分を復調信号に復調する。ＦＰＧＡ１８は、例えば、復調信号に対してＦＥＣ（Forward Error Correction）処理を実行する、図示せぬ訂正部を有する。ＣＰＵ１９は、受信装置３全体を制御する。

図３は、受信装置３内のＤＳＰ１７の機能構成の一例を示すブロック図である。図３に示すＤＳＰ１７は、ＣＤＣ（Chromatic Dispersion Compensator）２１と、ＡＥＱ(Adaptive Equalizer)２２と、ＦＯＣ(Frequency Offset Compensator)２３と、ＣＰＲ(Carrier Phase Recovery)２４とを有する。

ＣＤＣ２１は、伝送路４上で発生した波長分散を補償する波長分散補償回路である。ＡＥＱ２２は、例えば、偏波分離、帯域補償や線形歪み補償等の等化回路である。ＡＥＱ２２は、例えば、偏波変動や偏波モード分散等の時間変動に適応的に追従する偏波分離処理、前段の波長分散補償で補償しきれなかった残留分散を補償する補償処理や、電気デバイスや光デバイス等で発生した信号帯域狭窄化を補償する補償処理を実行する。

ＦＯＣ２３は、送信装置２側のＬＤの周波数と、受信装置３側のＬＯ光源１１の周波数との差分を推定し、その差分を補償する周波数オフセット補償回路である。ＣＰＲ２４は、ＬＯ光源１１の位相雑音やＦＯＣ２３で補償できなかった高速な残留周波数オフセットの変動成分を補償する同期回路である。

図４は、実施例１のＣＰＲ２４内の機能構成の一例を示すブロック図である。図４に示すＣＰＲ２４は、ｎＰＳＫ信号内の位相誤差を補償する回路である。ＣＰＲ２４は、抽出部３１と、第１の推定部３２と、補間部３３と、演算部３４と、累乗部３５と、位相回転部３６と、第２の推定部３７と、補償部３８とを有する。

抽出部３１は、ＦＯＣ２３の出力信号からパイロットシンボル（ＰＳ:Pilot Symbol）を抽出する。尚、ＰＳは、送信装置２からデータシンボル間に周期的に入力した所定パターンのシンボルである。第１の推定部３２は、抽出部３１で抽出されたＰＳのパターンと、事前に記憶済みのＰＳの所定パターンとを比較してＰＳの位相誤差φpilotを推定する。第１の推定部３２は、ガウス雑音を抑圧するためにＰＳから推定した位相誤差φpilotと前後の位相誤差φpilotとを時間領域で平均化する。尚、平均化処理は無くても良く、適宜変更可能である。

補間部３３は、ＰＳの位相誤差φpilotに対してデータシンボルのタイムスロット分を時間領域で補間する。演算部３４は、平均化した位相誤差φpilotとｎ／２とを乗算して基準位相（ｎ／２）φpilotを算出し、基準位相を位相回転部３６に出力する。

累乗部３５は、ＦＯＣ２３の出力信号をｎ／２乗する。累乗部３５は、出力信号であるｎＰＳＫ信号をｎ／２乗した場合、ｎ箇所の信号点を、ＩＱ平面上で１８０度の関係を有する２箇所の信号点周辺に集約する。尚、累乗部３５の入力段の受信信号のコンスタレーションを数式で表記した場合は（数１）の通りである。

また、累乗部３５の出力段、すなわちｎ／２乗演算後の受信信号のコンスタレーションを数式で表記した場合は（数２）の通りである。

更に、ｎ／２乗演算後の２箇所の信号点は（数３）で表記できる。

位相回転部３６は、演算部３４で算出した基準位相（ｎ／２）φpilotと、ｎ／２乗演算後の２箇所の信号点の位相とを比較し、基準位相（ｎ／２）φpilotと信号点の位相との間の位相差が±９０度以上であるか否かを判定する。

位相回転部３６は、基準位相と信号点の位相との間の位相差が±９０度以上の場合、その位相差が±９０度以上の信号点の位相を１８０度回転する。つまり、位相回転部３６は、ｎ／２乗演算後の２箇所の信号点の内、位相差が±９０度以上の信号点を位相回転して位相差が±９０度未満の信号点、すなわち位相変調成分が除去された、１箇所の信号点周辺に集約する。

第２の推定部３７は、平均化部４１と、角度算出部４２と、除算部４３と、アンラップ部４４とを有する。平均化部４１は、位相回転部３６で得た前後の複数シンボルの信号点を平均化し、平均化された信号点を角度算出部４２に出力する。尚、平均化処理は、例えば、ガウス雑音の影響を低減できる。

角度算出部４２は、平均化された信号点のＩ成分及びＱ成分のａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）に基づき、信号点のｎ／２倍の偏角φを算出する。更に、除算部４３は、ｎ／２倍の偏角ｎφに１／ｎを乗算することで搬送波位相推定値を算出する。アンラップ部４４は、１個前の入力シンボルに対する搬送波位相推定値と現在の搬送波位相推定値との差が小さくなるように搬送波位相推定値を補正する。補償部３８は、搬送波位相推定値を入力シンボルに乗算することで位相雑音を除去して入力シンボルの位相誤差を補償する。

図５は、送信装置２のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図５に示す送信装置２は、シンボルマッピング５１と、挿入部５２と、信号処理部５３と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）５４と、ドライバアンプ５５と、ＬＤ（Laser Diode）５６と、ＢＳ(Beam Splitter)５７とを有する。更に、送信装置２は、第１のＩＱ変調部５８Ａと、第２のＩＱ変調部５８Ｂと、ＰＢＣ(Polarization Beam Combiner)５９と、ＣＰＵ６０とを有する。

シンボルマッピング５１は、送信データをシンボルにマッピングする処理部である。挿入部５２は、設定周期毎にデータシンボル間にＰＳを挿入する。尚、ＰＳの設定周期及び振幅比は、適宜設定変更可能である。受信装置３では、例えば、ＰＳの設定周期及び振幅比に対応した設定パターンを記憶しておくものとする。信号処理部５３は、シンボル列に信号処理を施す。ＤＡＣ５４は、シンボル列をアナログ信号に変換してドライバアンプ５５に出力する。

ドライバアンプ５５は、シンボル列のアナログ信号に応じた駆動信号を第１のＩＱ変調部５８Ａ及び第２のＩＱ変調部５８Ｂに出力する。ＬＤ５６は、光信号をＢＳ５７に出力する。ＢＳ５７は、光信号を第１のＩＱ変調部５８Ａ及び第２のＩＱ変調部５８Ｂに出力する。第１のＩＱ変調部５８Ａは、光信号を駆動信号で光変調するＸ偏波成分側の光変調信号を生成する。第２のＩＱ変調部５８Ｂは、光信号を駆動信号で光変調するＹ偏波成分側の光変調信号を生成する。ＰＢＣ５９は、第１のＩＱ変調部５８ＡからのＸ偏波成分側の光変調信号と、第２のＩＱ変調部５８ＢからのＹ偏波成分側の光変調信号とを結合して光変調信号を送信シンボルとして伝送路４に出力する。ＣＰＵ６０は、送信装置２全体を制御する。

図６Ａは、８ＰＳＫ信号のコンスタレーション（位相雑音なし）の一例を示す説明図である。尚、説明の便宜上、ｎＰＳＫ信号として８ＰＳＫ信号を例示する。図６Ａに示す８ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、位相雑音なしのため、ＩＱ平面上でπ／４間隔で合計８箇所の信号点を配置した状態である。

図６Ｂは、８ＰＳＫ信号のコンスタレーション（位相雑音あり）の一例を示す説明図である。図６Ｂに示す８ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、位相雑音ありのため、ＩＱ平面上で合計８箇所の各信号点周辺に集まるものの、若干の誤差が生じる。

図６Ｃは、８ＰＳＫ信号の４（＝ｎ／２）乗演算後のコンスタレーション（位相雑音あり）の一例を示す説明図である。４乗演算後の８ＰＳＫ信号は、累乗部３５で算出した８ＰＳＫの入力シンボルをｎ／２（ｎ＝８）乗、すなわち４乗演算後の８ＰＳＫである。基準位相は、演算部３４で算出したＰＳの基準位相である。閾値は、基準位相から±９０度である。図６Ｃに示す８ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、４乗演算後の８ＰＳＫのコンスタレーションに相当し、８箇所の信号点が２箇所の信号点に集約された状態となる。位相回転部３６は、２箇所の各信号点が基準位相から位相差±９０度以上であるか否かを判定し、基準位相から位相差±９０度以上の信号点を選択し、その信号点を１８０度回転する。その結果、位相差±９０度以上の信号点を位相差±９０度未満の信号点周辺に集約できる。

次に実施例１の光伝送システム１の動作について説明する。図７は、推定処理に関わるＣＰＲ２４の処理動作の一例を示すフローチャートである。図７に示す推定処理は、受信信号内のＰＳに基づき、ＰＳの位相誤差を推定し、推定された位相誤差に基づき、ＰＳの基準位相を推定し、基準位相を位相回転部３６に設定する処理である。

図７においてＣＰＲ２４内の抽出部３１は、受信信号からＰＳを抽出したか否かを判定する（ステップＳ１１）。ＣＰＲ２４内の第１の推定部３２は、ＰＳを抽出した場合（ステップＳ１１肯定）、抽出されたＰＳと当該ＰＳの所定パターンとを比較する（ステップＳ１２）。尚、所定パターンは、ＰＳの設定パターンとして事前に記憶しておくものとする。

第１の推定部３２は、ＰＳと所定パターンとの比較結果に基づき、ＰＳの位相誤差を推定する（ステップＳ１３）。第１の推定部３２は、ＰＳの位相誤差を時間領域で平均化する（ステップＳ１４）。ＣＰＲ２４内の補間部３３は、平均化後のＰＳの位相誤差を時間領域で補間する（ステップＳ１５）。ＣＰＲ２４内の演算部３４は、補間後のＰＳの位相誤差にｎ／２を乗算することで基準位相を算出する（ステップＳ１６）。更に、演算部３４は、算出した基準位相を位相回転部３６に出力し（ステップＳ１７）、図７に示す処理動作を終了する。第１の推定部３２は、受信信号からＰＳを抽出しなかった場合（ステップＳ１１否定）、図７に示す処理動作を終了する。

図８は、位相補償処理に関わるＣＰＲ２４の処理動作の一例を示すフローチャートである。図８に示す位相補償処理は、基準位相に基づき、ｎ／２乗演算後の２箇所の信号点を１箇所の信号点周辺に集約し、集約した信号点に基づき、搬送波位相推定値を算出し、搬送波位相推定値に基づき、受信信号内の位相誤差を補償する処理である。図８においてＣＰＲ２４内の累乗部３５は、受信信号をｎ／２乗演算してｎ／２乗演算後の信号点を算出する（ステップＳ２１）。尚、ｎ／２乗演算後の信号点は、２箇所の信号点、すなわち２通りのグループに分類されることになる。ＣＰＲ２４内の位相回転部３６は、ｎ／２乗演算後の２箇所の信号点の位相と基準位相とを比較する（ステップＳ２２）。

位相回転部３６は、ｎ／２乗演算後の信号点の位相と基準位相との比較結果、すなわち位相差が±９０度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。位相回転部３６は、位相差が±９０度以上の場合（ステップＳ２３肯定）、基準位相との位相差が±９０度以上のｎ／２乗演算後の信号点を１８０度回転する（ステップＳ２４）。すなわち、位相回転部３６は、ｎ／２乗演算後の２箇所の信号点の内、位相差±９０度以上の信号点を基準位相付近の位相差±９０度未満の１箇所の信号点周辺に集約する。

ＣＰＲ２４内の平均化部４１は、位相回転部３６の出力、すなわち集約された１箇所の信号点周辺を平均化する（ステップＳ２５）。ＣＰＲ２４内の角度算出部４２は、平均化後の信号点のａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）に基づき、信号点のｎ／２倍の偏角を算出する（ステップＳ２６）。ＣＰＲ２４内の除算部４３は、ｎ／２倍の偏角に１／ｎを乗算して搬送波位相推定値を算出する（ステップＳ２７）。

ＣＰＲ２４内のアンラップ部４４は、搬送波位相推定値をアンラップ処理で補正する（ステップＳ２８）。ＣＰＲ２４内の補償部３８は、受信信号に補正後の搬送波位相推定値を乗算して受信信号内の位相誤差を補償し（ステップＳ２９）、図８に示す処理動作を終了する。

位相回転部３６は、位相差が±９０度以上でない場合（ステップＳ２３否定）、位相回転なしとし（ステップＳ３０）、ｎ／２乗演算後の信号点を平均化すべく、ステップＳ２５に移行する。

図９は、本実施例とビタビ・ビタビ法（ｎ乗法）とのシミュレーション結果比較の一例を示す説明図である。尚、図９の説明図の縦軸をＢＥＲ（Bit Error Rate）換算の受信Ｑ値、横軸を、レーザ線幅とシンボル周期との積で算出した位相雑音とする。シミュレーション条件としては、変調方式としてＤｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ（ＤＰ）−８ＰＳＫを採用し、ＰＳを３２シンボル間隔で挿入、シンボルレートを３２Ｇｂａｕｄ、ＯＳＮＲを１５ｄＢとした。ビタビ・ビタビ法のシミュレーション結果では、位相雑音が大きくなるに連れて受信Ｑ値が低下するのに対し、本実施例のシミュレーション結果では、位相雑音が大きくなった場合でも、ビタビ・ビタビ法に比較して受信Ｑ値が向上している。つまり、本実施例では、位相雑音耐力の向上が確認できる。

実施例１のＣＰＲ２４は、受信信号からＰＳを抽出し、抽出したＰＳの位相誤差を推定し、ＰＳの位相誤差から基準位相を算出する。更に、ＣＰＲ２４は、受信信号に対するｎ／２乗演算で、ｎ箇所の信号点を１８０度の関係を有する２箇所の信号点の位相に集約する。更に、ＣＰＲ２４は、２箇所の信号点の位相と基準位相とを比較して位相差が±９０度以上の信号点を位相差±９０度未満の１箇所の信号点周辺に集約すべく、位相差±９０度以上の信号点を１８０度位相回転する。ＣＰＲ２４は、集約された１箇所の信号点周辺に基づき搬送波位相推定値を推定し、推定した搬送波位相推定値に基づき、受信信号内の位相誤差を補償する。その結果、ｎＰＳＫ方式の受信信号内の位相誤差を補償できる。

ＣＰＲ２４内の累乗部３５は、受信信号に対してｎ／２乗演算を実行するため、ｎ箇所の信号点を２箇所の信号点に集約する。その結果、位相スリップの発生を抑制できる。

ＣＰＲ２４内の位相回転部３６は、累乗部３５で集約された２箇所の信号点の内、基準位相近傍の１箇所の信号点周辺に集約するように信号点を位相回転する。その結果、ｎ箇所の信号点を１箇所の信号点周辺に集約できる。

尚、上記実施例１では、設定周期毎のＰＳを受信信号から抽出し、抽出したＰＳから基準位相を取得した。しかしながら、受信装置３は、受信信号の受信品質情報に基づき、ＰＳのパラメータの設定変更を送信装置２に指示しても良く。この場合の実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。図１０は、実施例２の光伝送システム１Ａの一例を示す説明図である。尚、実施例１の光伝送システム１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図１０に示す光伝送システム１Ａ内の受信装置３は、受信信号から受信品質情報を取得し、取得した受信品質情報を送信装置２に通知する。送信装置２は、受信品質情報に基づき、ＰＳの設定パラメータを変更する。受信品質情報は、例えば、ＢＥＲや位相スリップ率等の信号品質情報である。

送信装置２内のＣＰＵ６０は、受信品質情報に基づき、データシンボルとＰＳとの振幅比を設定する。ＣＰＵ６０は、受信品質情報に基づき、ＰＳの挿入周期を挿入部５２に設定する。ＣＰＵ６０は、振幅比及び挿入周期に基づき、ＰＳの設定パラメータを変更する。尚、ＣＰＵ６０では、データシンボルの振幅比がＰＳの振幅比に比較して大きくなるに連れて、データシンボルのＳＮ（Signal/Noise）比が向上するため、ガウス雑音に強くなるが、ＰＳのＳＮ比が低下するため、ＰＳから得られる基準位相の精度が低くなる。しかも、最適な振幅比は、伝送路４の伝送条件によって異なる。更に、ＣＰＵ６０では、ＰＳの挿入周期が短くなるに連れて位相雑音への追従性能が高くなるが、データシンボルの送信レートが低下する。従って、送信装置２は、これらの点を踏まえて、受信装置３側の受信品質情報に基づき、ＰＳの挿入周期及び振幅比等の設定パラメータを最適化する。

ＣＰＵ６０は、ＰＳの設定パラメータを受信装置３に通知する。受信装置３は、ＰＳの設定パラメータに基づき、第１の推定部３２内に保持するＰＳの所定パターンを設定変更する。

次に実施例２の光伝送システム１Ａの動作について説明する。図１１は、最適化処理に関わる送信装置２のＣＰＵ６０の処理動作の一例を示すフローチャートである。図１１に示す最適化処理は、受信品質情報に基づき、ＰＳの設定パラメータを最適化し、その設定パラメータを受信装置３に通知する処理である。

図１１に示す送信装置２側のＣＰＵ６０は、受信装置３から受信品質情報を受信したか否かを判定する（ステップＳ３１）。ＣＰＵ６０は、受信品質情報を受信した場合（ステップＳ３１肯定）、受信品質情報が通常の通信条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳ３２）。

ＣＰＵ６０は、受信品質情報が通常の通信条件を満たした場合（ステップＳ３２肯定）、受信品質情報に基づき、データシンボルとＰＳとの振幅比を挿入部５２に設定する（ステップＳ３３）。ＣＰＵ６０は、受信品質情報に基づき、ＰＳの挿入周期を挿入部５２に設定する（ステップＳ３４）。

ＣＰＵ６０は、振幅比及び挿入周期を受信装置３に通知し（ステップＳ３５）、図１１に示す処理動作を終了する。ＣＰＵ６０は、受信品質情報を受信しなかった場合（ステップＳ３１否定）又は、受信品質情報が通常の通信条件を満たさなかった場合（ステップＳ３２否定）、図１１に示す処理動作を終了する。

実施例２の送信装置２は、受信装置３からの受信品質情報に基づきＰＳの挿入周期及び振幅比等の設定パラメータを設定し、その設定パラメータを受信装置３に通知する。その結果、受信装置３では、最適なＰＳを抽出できる。

尚、上記実施例１では、ＰＳの基準位相に基づき、ｎ／２乗演算で算出した２箇所の信号点の位相を位相回転部３６にて位相回転し、位相回転後の信号点に基づき搬送波位相推定値を推定し、この搬送波位相推定値に基づき、受信信号内の位相誤差を補償した。しかしながら、本構成に限定されるものではなく、適宜変更可能であり、その実施の形態につき、実施例３として以下に説明する。

図１２は、実施例３のＣＰＲ２４Ａ内の機能構成の一例を示すブロック図である。尚、実施例１の光伝送システム１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図１２に示すＣＰＲ２４Ａは、抽出部３１Ａと、第１の推定部３２Ａと、補間部３３Ａと、第１の補償部３９と、累乗部３５Ａと、位相回転部３６Ａと、第２の推定部３７と、第２の補償部３８Ａとを有する。ＣＰＲ２４Ａは、ＰＳの位相誤差で受信信号内の位相誤差を補償する第１の補償処理と、第１の補償処理後の受信信号のｎ／２乗演算で得た搬送波位相推定値で受信信号内の位相誤差を補償する第２の補償処理とを段階的に実行した。第１の補償処理は、ＰＳの位相誤差に基づき、受信信号内の位相誤差を補償する。第２の補償処理は、第１の補償処理後の受信信号のｎ／２乗演算で得た信号点に基づき、搬送波位相推定値を推定し、その搬送波位相推定値に基づき、第１の補償処理後の受信信号内の位相誤差を補償する。抽出部３１Ａは、ＦＯＣ２３の受信信号からＰＳを抽出する。第１の推定部３２Ａは、抽出部３１Ａにて抽出されたＰＳとＰＳの所定パターンとを比較し、その比較結果であるＰＳの位相誤差を推定する。補間部３３Ａは、第１の推定部３２Ａにて推定された位相誤差に対してデータシンボルのタイムスロット分を時間領域で補間する。第１の補償部３９は、ＦＯＣ２３の受信信号に補間部３３Ａの補間処理後の位相誤差を乗算することで、受信信号内の位相誤差を大まかに補償する。第１の補償部３９は、その補償後の受信信号を第２の補償部３８Ａに出力する。

累乗部３５Ａは、第１の補償部３９にて補償後の受信信号をｎ／２乗演算し、ＩＱ平面上でｎ箇所の信号点を１８０度の関係を有する２箇所の信号点周辺に集約する。位相回転部３６Ａは、基準位相を０度にし、ｎ／２乗演算で得た２箇所の信号点を１箇所の信号点周辺に集約すべく、２箇所の信号点の内、一方の信号点を他方の信号点に１８０度位相回転する。そして、位相回転部３６Ａは、位相回転後の１箇所の信号点を第２の推定部３７に出力する。尚、位相回転部３６Ａの基準位相を０度としたのは、第１の補償部３９でＰＳの位相誤差で受信信号の位相誤差を既に補償しているためである。

平均化部４１は、位相回転部３６Ａの位相回転後の１箇所の信号点を平均化する。角度算出部４２は、平均化された１箇所の信号点のＩ成分及びＱ成分のａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）に基づき、１箇所の信号点のｎ／２倍の偏角φを算出する。更に、除算部４３は、ｎ／２倍の偏角ｎφに１／ｎ倍を乗算することで搬送波位相推定値を算出する。アンラップ部４４は、１個前の入力シンボルに対する搬送波位相推定値と現在の搬送波位相推定値との差が小さくなるように搬送波位相推定値を補正する。第２の補償部３８Ａは、第１の補償部３９にて第１の補償処理後の受信信号に搬送波位相推定値を乗算することで、受信信号内の位相誤差を補償し、補償後の受信信号を出力する。

実施例３のＣＰＲ２４Ａは、第１の補償部３９にてＰＳの位相誤差で受信信号内の位相誤差を補償した後、補償後の受信信号のｎ／２乗演算で、ｎ箇所の信号点を２箇所の信号点に集約する。更に、ＣＰＲ２４Ａは、位相回転部３６Ａにて２箇所の信号点の内、一方の信号点を１８０度位相回転して１箇所の信号点周辺に集約し、位相回転後の信号点を第２の推定部３７に出力する。第２の推定部３７は、位相回転後の１箇所の信号点に基づき搬送波位相推定値を推定し、搬送波位相推定値を第２の補償部３８Ａに出力する。第２の補償部３８Ａは、第１の補償部３９にて補償後の受信信号に搬送波位相推定値を乗算して第１の補償部３９にて補償後の受信信号内の位相誤差を補償する。その結果、受信信号内の位相誤差を段階的に補償できる。

実施例３のＣＰＲ２４Ａは、第１の補償処理にてＰＳの位相誤差で受信信号内の位相誤差を補償した後、第１の補償処理後の受信信号のｎ／２乗演算で得た信号点で搬送波位相推定値を算出する。更に、ＣＰＲ２４Ａは、搬送波位相推定値に基づき、第１の補償処理後の受信信号内の位相誤差を補償する。その結果、受信信号内の位相誤差を段階的に補償できる。

尚、上記実施例１の光伝送システム１では、ｎＰＳＫ方式の光伝送システム１を例示したが、ＱＰＳＫ方式を採用した場合の実施の形態につき、実施例４として以下に説明する。図１３は、実施例４のＱＰＳＫ方式の受信装置３に関わるＣＰＲ２４Ｂ内の機能構成の一例を示す説明図である。尚、実施例１の光伝送システム１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図１３に示すＣＰＲ２４Ｂは、ＱＰＳＫ方式を採用するため、抽出部３１と、第１の推定部３２と、補間部３３と、演算部３４Ｂと、累乗部３５Ｂと、π／２回転部３５１と、位相回転部３６Ｂと、第２の推定部３７と、補償部３８とを有する。

抽出部３１は、ＱＰＳＫ方式の受信信号からＰＳを抽出する。第１の推定部３２は、抽出されたＰＳと当該ＰＳの所定パターンとを比較し、その比較結果からＰＳの位相誤差を推定する。尚、第１の推定部３２は、ガウス雑音抑制のため、推定された位相誤差の前後の位相誤差を使用して平均化処理を実行しても良く、適宜変更可能である。第１の推定部３２は、ＰＳの位相誤差を補間部３３に出力する。補間部３３は、ＰＳの位相誤差に対してデータシンボルのタイムスロット分を時間領域で補間し、その補間処理後のＰＳの位相誤差を演算部３４Ｂに出力する。演算部３４Ｂは、ＰＳの位相誤差φpilotと２（＝ｎ／２）とを乗算して基準位相２φpilotを位相回転部３６Ｂに出力する。

累乗部３５Ｂは、ＱＰＳＫ方式、すなわち、ｎ＝４であるため、受信信号に対してｎ／２乗演算を実行する。つまり、累乗部３５Ｂは、受信信号に対して２乗演算を実行することで、ＩＱ平面上で４箇所の信号点を、１８０度の関係を有する２箇所の信号点周辺に集約する。尚、累乗部３５Ｂの入力段であるＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは（数４）で表記できる。

また、累乗部３５Ｂの出力段である２乗演算後のＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは（数５）で表記できる。

π／２回転部３５１は、２乗演算後の２箇所の信号点を９０度回転し、位相回転後の２箇所の信号点を位相回転部３６Ｂに出力する。位相回転部３６Ｂは、位相回転後の２箇所の信号点の位相と基準位相２φpilotとを比較して位相差が±９０度以上の場合に±９０度以上の信号点を１８０度回転して１箇所の信号点周辺に集約する。

図１４は、ＱＰＳＫ信号のｎ／２乗演算前後及び位相回転前後のコンスタレーション推移の一例を示す説明図である。図１４（Ａ）のＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは、累乗部３５Ｂの２乗演算前の状態、すなわち４箇所の信号点を有する状態である。図１４（Ｂ）のＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは、累乗部３５Ｂにて２乗演算後の状態、すなわち、２乗演算前の４箇所の信号点から２乗演算後の２箇所の信号点に集約した状態である。図１４（Ｃ）のＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは、π／２回転部３５１にて９０度回転後の２箇所の信号点を有する状態である。図１４（Ｄ）のＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは、位相回転部３６Ｂにて基準位相から位相差±９０度以上の信号点を１８０度回転して１箇所の信号点周辺に集約した状態である。

第２の推定部３７内の平均化部４１は、位相回転部３６Ｂにて位相回転後の１箇所の信号点を平均化する。第２の推定部３７内の角度算出部４２は、平均化された１箇所の信号点のＩ成分及びＱ成分のａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）に基づき、信号点の２（＝ｎ／２）倍の偏角φを算出する。第２の推定部３７内の除算部４３は、２（＝ｎ／２）倍の偏角２φに１／２（＝１／（ｎ／２））を乗算することで搬送波位相推定値を算出する。第２の推定部３７内のアンラップ部４４は、１個前の入力シンボルに対する搬送波位相推定値と現在の搬送波位相推定値との差が小さくなるように搬送波位相推定値を補正する。補償部３８は、搬送波位相推定値を受信信号に乗算することで受信信号内の位相誤差を補償する。

実施例４のＣＰＲ２４Ｂは、受信信号からＰＳを抽出し、抽出したＰＳの位相誤差を推定し、ＰＳの位相誤差から基準位相を算出する。更に、ＣＰＲ２４Ｂは、ＱＰＳＫ方式の受信信号に対する２乗演算で、４箇所の信号点を１８０度の関係を有する２箇所の信号点に集約する。更に、ＣＰＲ２４Ｂは、２箇所の信号点の位相と基準位相とを比較して位相差±９０度以上の信号点を他方の信号点に集約すべく、位相差±９０度以上の信号点を１８０度位相回転する。ＣＰＲ２４Ｂは、集約された信号点で搬送波位相推定値を推定し、推定した搬送波位相推定値に基づき、受信信号内の位相誤差を補償する。その結果、ＱＰＳＫ方式の受信信号内の位相誤差を補償できる。

ＣＰＲ２４Ｂ内の累乗部３５Ｂは、ＱＰＳＫ方式の受信信号に対して２乗演算を実行するため、４箇所の信号点を２箇所の信号点に集約する。その結果、位相スリップの発生を抑制できる。

ＣＰＲ２４Ｂ内の位相回転部３６Ｂは、累乗部３５Ｂで集約された２箇所の信号点の内、基準位相近傍の１箇所の信号点に集約するように信号点を位相回転する。その結果、２箇所の信号点を１箇所の信号点周辺に集約できる。

尚、上記実施例１の光伝送システム１では、ｎＰＳＫ方式の光伝送システム１を例示したが、８ＰＳＫ方式を採用した場合の実施の形態につき、実施例５として以下に説明する。図１５は、実施例５の８ＰＳＫ方式の受信装置３に関わるＣＰＲ２４Ｃ内の機能構成の一例を示すブロック図である。尚、実施例１の光伝送システム１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図１５に示すＣＰＲ２４Ｃは、８ＰＳＫ方式を採用するため、抽出部３１と、第１の推定部３２と、補間部３３と、演算部３４Ｃと、累乗部３５Ｃと、位相回転部３６Ｃと、第２の推定部３７と、補償部３８とを有する。

抽出部３１は、８ＰＳＫ方式の受信信号からＰＳを抽出する。第１の推定部３２は、抽出されたＰＳと当該ＰＳの所定パターンとを比較し、その比較結果からＰＳの位相誤差を推定する。尚、第１の推定部３２は、ガウス雑音抑制のため、推定された位相誤差の前後の位相誤差を使用して平均化処理を実行しても良く、適宜変更可能である。第１の推定部３２は、ＰＳの位相誤差を補間部３３に出力する。補間部３３は、ＰＳの位相誤差に対してデータシンボルのタイムスロット分を時間領域で補間し、その補間処理後のＰＳの位相誤差を演算部３４Ｃに出力する。演算部３４Ｃは、ＰＳの位相誤差φpilotと４（＝ｎ／２）とを乗算して基準位相４φpilotを位相回転部３６Ｃに出力する。

累乗部３５Ｃは、８ＰＳＫ方式、すなわち、ｎ＝８であるため、受信信号に対してｎ／２乗演算を実行する。つまり、累乗部３５Ｃは、受信信号に対して４乗演算を実行することで、ＩＱ平面上で８箇所の信号点を、１８０度の関係を有する２箇所の信号点周辺に集約する。累乗部３５Ｃは、４乗演算後の２箇所の信号点を位相回転部３６Ｃに出力する。位相回転部３６Ｃは、位相回転後の２箇所の信号点の位相と基準位相４φpilotとを比較して位相差が±９０度以上の場合に±９０度以上の信号点を１８０度回転して１箇所の信号点周辺に集約する。

図１６は、８ＰＳＫ信号のｎ／２乗演算前後及び位相回転前後のコンスタレーション推移の一例を示す説明図である。図１６（Ａ）の８ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、累乗部３５Ｃの４乗演算前の状態、すなわち８箇所の信号点を有する状態である。図１６（Ｂ）の８ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、累乗部３５Ｃにて４乗演算後の状態、すなわち、４乗演算前の８箇所の信号点から４乗演算後の２箇所の信号点に集約した状態である。図１６（Ｃ）の８ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、位相回転部３６Ｃにて基準位相から位相差±９０度以上の信号点を１８０度回転して１箇所の信号点周辺に集約した状態である。

第２の推定部３７内の平均化部４１は、位相回転部３６Ｃにて位相回転後の１箇所の信号点を平均化する。第２の推定部３７内の角度算出部４２は、平均化された１箇所の信号点のＩ成分及びＱ成分のａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）に基づき、信号点の４（＝ｎ／２）倍の偏角φを算出する。第２の推定部３７内の除算部４３は、４（＝ｎ／２）倍の偏角４φに１／４（＝１／（ｎ／２））を乗算することで搬送波位相推定値を算出する。第２の推定部３７内のアンラップ部４４は、１個前の入力シンボルに対する搬送波位相推定値と現在の搬送波位相推定値との差が小さくなるように搬送波位相推定値を補正する。補償部３８は、搬送波位相推定値を受信信号に乗算することで受信信号内の位相誤差を補償する。

実施例５のＣＰＲ２４Ｃは、受信信号からＰＳを抽出し、抽出したＰＳの位相誤差を推定し、ＰＳの位相誤差から基準位相を算出する。更に、ＣＰＲ２４Ｃは、８ＰＳＫ方式の受信信号に対する４乗演算で、８箇所の信号点を１８０度の関係を有する２箇所の信号点に集約する。更に、ＣＰＲ２４Ｃは、２箇所の信号点の位相と基準位相とを比較して位相差±９０度以上の信号点を他方の信号点に集約すべく、位相差±９０度以上の信号点を１８０度位相回転する。ＣＰＲ２４Ｃは、集約された信号点で搬送波位相推定値を推定し、推定した搬送波位相推定値に基づき、受信信号内の位相誤差を補償する。その結果、８ＰＳＫ方式の受信信号内の位相誤差を補償できる。

ＣＰＲ２４Ｃ内の累乗部３５Ｃは、８ＰＳＫ方式の受信信号に対して４乗演算を実行するため、８箇所の信号点を２箇所の信号点に集約する。その結果、位相スリップの発生を抑制できる。

ＣＰＲ２４Ｃ内の位相回転部３６Ｃは、累乗部３５Ｃで集約された２箇所の信号点の内、基準位相近傍の１箇所の信号点に集約するように信号点を位相回転する。その結果、２箇所の信号点を１箇所の信号点周辺に集約できる。

尚、上記実施例１の光伝送システム１では、ｎＰＳＫ方式の光伝送システム１を例示したが、１６ＰＳＫ方式を採用した場合の実施の形態につき、実施例６として以下に説明する。図１７は、実施例６の１６ＰＳＫ方式の受信装置３に関わるＣＰＲ２４Ｄ内の機能構成の一例を示すブロック図である。尚、実施例１の光伝送システム１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図１７に示すＣＰＲ２４Ｄは、１６ＰＳＫ方式を採用するため、抽出部３１と、第１の推定部３２と、補間部３３と、演算部３４Ｄと、累乗部３５Ｄと、位相回転部３６Ｄと、第２の推定部３７と、補償部３８とを有する。

抽出部３１は、１６ＰＳＫ方式の受信信号からＰＳを抽出する。第１の推定部３２は、抽出されたＰＳと当該ＰＳの所定パターンとを比較し、その比較結果からＰＳの位相誤差を推定する。尚、第１の推定部３２は、ガウス雑音抑制のため、推定された位相誤差の前後の位相誤差を使用して平均化処理を実行しても良く、適宜変更可能である。第１の推定部３２は、ＰＳの位相誤差を補間部３３に出力する。補間部３３は、ＰＳの位相誤差に対してデータシンボルのタイムスロット分を時間領域で補間し、その補間処理後のＰＳの位相誤差を演算部３４Ｄに出力する。演算部３４Ｄは、ＰＳの位相誤差φpilotと８（＝ｎ／２）とを乗算して基準位相８φpilotを位相回転部３６Ｄに出力する。

累乗部３５Ｄは、１６ＰＳＫ方式、すなわち、ｎ＝１６であるため、受信信号に対してｎ／２乗演算を実行する。つまり、累乗部３５Ｄは、受信信号に対して８乗演算を実行することで、ＩＱ平面上で１６箇所の信号点を、１８０度の関係を有する２箇所の信号点周辺に集約する。累乗部３５Ｄは、８乗演算後の２箇所の信号点を位相回転部３６Ｄに出力する。位相回転部３６Ｄは、位相回転後の２箇所の信号点の位相と基準位相８φpilotとを比較して位相差が±９０度以上の場合に±９０度以上の信号点を１８０度回転して１箇所の信号点周辺に集約する。

図１８は、１６ＰＳＫ信号のｎ／２乗演算前後及び位相回転前後のコンスタレーション推移の一例を示す説明図である。図１８（Ａ）の１６ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、累乗部３５Ｄの８乗演算前の状態、すなわち１６箇所の信号点を有する状態である。図１８（Ｂ）の１６ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、累乗部３５Ｄにて８乗演算後の状態、すなわち８乗演算前の１６箇所の信号点から８乗演算後の２箇所の信号点に集約した状態である。図１８（Ｃ）の１６ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、位相回転部３６Ｄにて基準位相から位相差±９０度以上の信号点を１８０度回転して１箇所の信号点周辺に集約した状態である。

第２の推定部３７内の平均化部４１は、位相回転部３６Ｄにて位相回転後の１箇所の信号点を平均化する。第２の推定部３７内の角度算出部４２は、平均化された１箇所の信号点のＩ成分及びＱ成分のａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）に基づき、信号点の８（＝ｎ／２）倍の偏角φを算出する。第２の推定部３７内の除算部４３は、８（＝ｎ／２）倍の偏角８φに１／８（＝１／（ｎ／２））を乗算することで搬送波位相推定値を算出する。第２の推定部３７内のアンラップ部４４は、１個前の入力シンボルに対する搬送波位相推定値と現在の搬送波位相推定値との差が小さくなるように搬送波位相推定値を補正する。補償部３８は、搬送波位相推定値を受信信号に乗算することで受信信号内の位相誤差を補償する。

実施例６のＣＰＲ２４Ｄは、受信信号からＰＳを抽出し、抽出したＰＳの位相誤差を推定し、ＰＳの位相誤差から基準位相を算出する。更に、ＣＰＲ２４Ｄは、１６ＰＳＫ方式の受信信号に対する８乗演算で、１６箇所の信号点を１８０度の関係を有する２箇所の信号点に集約する。更に、ＣＰＲ２４Ｄは、２箇所の信号点の位相と基準位相とを比較して位相差±９０度以上の信号点を他方の信号点に集約すべく、位相差±９０度以上の信号点を１８０度位相回転する。ＣＰＲ２４Ｄは、集約された信号点で搬送波位相推定値を推定し、推定した搬送波位相推定値に基づき、受信信号内の位相誤差を補償する。その結果、１６ＰＳＫ方式の受信信号内の位相誤差を補償できる。

ＣＰＲ２４Ｄ内の累乗部３５Ｄは、１６ＰＳＫ方式の受信信号に対して８乗演算を実行するため、１６箇所の信号点を２箇所の信号点に集約する。その結果、位相スリップの発生を抑制できる。

ＣＰＲ２４Ｄ内の位相回転部３６Ｄは、累乗部３５Ｄで集約された２箇所の信号点の内、基準位相近傍の１箇所の信号点周辺に集約するように信号点を位相回転する。その結果、２箇所の信号点を１箇所の信号点周辺に集約できる。

尚、上記実施例６の累乗部３５Ｄは、１６ＰＳＫ方式のため、受信信号に対するｎ／２、すなわち８（＝１６／２）乗演算を実行したので、１６箇所の信号点を２箇所の信号点に集約した。しかしながら、累乗部３５Ｄは、受信信号に対してｎ／２に限定されるものではなく、ｎ／ａ（ａ＝ｎ未満の整数）でも良く、例えば、ｎ／４乗法やｎ／８乗法としても良い。べき乗回数が少なくなるに連れて位相推定可能範囲が広くなって位相回転部３６Ｄの演算処理が複雑になるものの、適宜変更可能である。

図１９Ａは、１６ＰＳＫ信号のｎ／４乗演算前後のコンスタレーション推移及び基準位相の一例を示す説明図である。図１９Ａに示す１６ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、４（＝ｎ／４）乗演算前の１６ＰＳＫの受信信号の１６箇所の信号点を有する状態である。累乗部３５Ｄは、受信信号に対する４（＝ｎ／４）乗演算を実行した場合、図１９Ａに示すように、１６箇所の信号点から４箇所の信号点に集約する。位相回転部３６Ｄは、４箇所の信号点の内、基準位相から位相差±４５度以上の信号点があるか否かを判定する。位相回転部３６Ｄは、基準位相から位相差±４５度以上の信号点がある場合、位相差±４５度以上の各信号点を基準位相から位相差±４５度未満内の信号点に集約すべく、位相差±４５度以上の各信号点を位相回転する。その結果、位相回転部３６Ｄは、ｎ／４乗演算後の４箇所の信号点を１箇所の信号点周辺に集約できる。

図１９Ｂは、１６ＰＳＫ信号のｎ／８乗演算前後のコンスタレーション推移及び基準位相の一例を示す説明図である。図１９Ｂに示す１６ＰＳＫ信号のコンスタレーションは、２（＝ｎ／８）乗演算前の１６ＰＳＫの受信信号の１６箇所の信号点を有する状態である。累乗部３５Ｄは、受信信号に対する２（＝ｎ／８）乗演算を実行した場合、図１９Ｂに示すように、１６箇所の信号点から８箇所の信号点に集約する。位相回転部３６Ｄは、８箇所の信号点の内、基準位相から位相差±２２．５度以上の信号点があるか否かを判定する。位相回転部３６Ｄは、基準位相から位相差±２２．５度以上の信号点がある場合、位相差±２２．５度以上の各信号点を基準位相から位相差±２２．５度未満内の信号点に集約すべく、位相差±２２．５度以上の各信号点を位相回転する。その結果、位相回転部３６Ｄは、ｎ／８乗演算後の８箇所の信号点を１箇所の信号点周辺に集約できる。

また、上記実施例１の光伝送システム１は、ｎＰＳＫ方式の位相変調方式を例示したが、例えば、１６ＱＡＭ方式の位相振幅変調方式にも適用可能である。この場合、ＱＰＳＫ−Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇビタビ・ビタビ法（４乗法）やＱＰＳＫ−Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇの２乗法を採用しても良い。図２０は、１６ＱＡＭ信号のｎ／２乗演算に使用するコンスタレーションの一例を示す説明図である。累乗部３５は、１６ＱＡＭ方式の１６箇所の信号点を夫々が９０度の整数倍の関係を有する８箇所の信号点Ｐ１〜Ｐ８（×印で図示）に集約すべく、１６ＱＡＭ方式の受信信号を４乗演算する。尚、ＰＳの基準位相は、１箇所の信号点Ｘ１（△印で図示）になる。その結果、位相回転部３６は、基準位相Ｘ１に基づき、４箇所の信号点Ｐ１〜Ｐ４を１箇所の信号点Ｐ１周辺に集約すべく、各信号点Ｐ２〜Ｐ４を位相回転する。同時に、位相回転部３６は、基準位相Ｘ１に基づき、４箇所の信号点Ｐ５〜Ｐ８を１箇所の信号点Ｐ５周辺に集約すべく、各信号点Ｐ６〜Ｐ８を位相回転する。その結果、位相回転部３６は、４乗演算後の８箇所の信号点を２箇所の信号点Ｐ１及びＰ５に集約できる。

本実施例は、例えば、６４ＱＡＭ方式の位相振幅変調方式にも適用可能である。この場合、ＱＰＳＫ−Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇビタビ・ビタビ法（４乗法）やＱＰＳＫ−Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇの２乗法を採用しても良い。図２１は、６４ＱＡＭ信号のｎ／２乗演算に使用するコンスタレーションの一例を示す説明図である。累乗部３５は、６４ＱＡＭ方式の６４箇所の信号点が夫々９０度の整数倍の関係を有する１２箇所の信号点Ｐ１〜Ｐ１２（図中×印で表現）に集約すべく、６４ＱＡＭ方式の受信信号を４乗演算する。尚、ＰＳの基準位相は、１箇所の信号点Ｘ１（△印で図示）になる。その結果、位相回転部３６は、基準位相Ｘ１に基づき、４箇所の信号点Ｐ１〜Ｐ４を１箇所の信号点Ｐ１周辺に集約すべく、各信号点Ｐ２〜Ｐ４を位相回転する。同時に、位相回転部３６は、基準位相Ｘ１に基づき、４箇所の信号点Ｐ５〜Ｐ８を１箇所の信号点Ｐ５周辺に集約すべく、各信号点Ｐ６〜Ｐ８を位相回転する。更に、位相回転部３６は、基準位相Ｘ１に基づき、４箇所の信号点Ｐ９〜Ｐ１２を１箇所の信号点Ｐ９周辺に集約すべく、各信号点Ｐ１０〜Ｐ１２を位相回転する。その結果、位相回転部３６は、４乗演算後の１２箇所の信号点を３箇所の信号点Ｐ１、Ｐ５及びＰ９に集約できる。

尚、上記実施例４のＱＰＳＫ方式の受信装置３に関わるＣＰＲ２４では、累乗部３５Ｂを配置し、位相回転部３６Ｂは、累乗部３５Ｂで集約された２箇所の信号点の内、基準位相近傍の１箇所の信号点周辺に集約するように信号点を位相回転した。しかしながら、位相回転部３６Ｂは、累乗部３５Ｂにて受信信号の２個の信号点に集約しなくても、受信信号の４個の信号点を基準位相近傍の１箇所の信号点周辺に集約できる。従いまして、ＱＰＳＫ方式を採用した、累乗部３５ＢなしのＣＰＲ２４の実施の形態につき、実施例７として以下に説明する。図２２は、実施例７のＱＰＳＫ方式の受信装置３に関わるＣＰＲ２４Ｅ内の機能構成の一例を示す説明図である。尚、実施例１の光伝送システム１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図２２に示すＣＰＲ２４Ｅは、ＱＰＳＫ方式を採用するため、抽出部３１と、第１の推定部３２と、補間部３３と、π／４回転部３５２と、位相回転部３６Ｅと、平均化部４１と、角度算出部４２と、アンラップ部４４と、補償部３８とを有する。

抽出部３１は、ＱＰＳＫ方式の受信信号からＰＳを抽出する。第１の推定部３２は、抽出されたＰＳと当該ＰＳの所定パターンとを比較し、その比較結果からＰＳの位相誤差を推定する。第１の推定部３２は、ＰＳの位相誤差を補間部３３に出力する。補間部３３は、ＰＳの位相誤差に対してデータシンボルのタイムスロット分を時間領域で補間し、その補間処理後のＰＳの位相誤差φpilotを位相回転部３６Ｅに出力する。

π／４回転部３５２は、受信信号の４箇所の信号点を４５度回転し、位相回転後の４箇所の信号点を位相回転部３６Ｅに出力する。位相回転部３６Ｅは、位相回転後の４箇所の信号点の位相と基準位相φpilotとを比較する。位相回転部３６Ｅは、その比較結果に基づき、下記位相回転条件に基づき、４箇所の各信号点を１箇所の信号点周辺に集約する。位相回転部３６Ｅは、位相回転条件が−４５°≦φdiff＜４５°の場合、その信号点の位相を回転なしとする。尚、φdiffは、信号点の位相−基準位相とする。位相回転部３６Ｅは、位相回転条件が−９０°≦φdiff＜−４５°の場合、その信号点の位相を９０°回転する。位相回転部３６Ｅは、位相回転条件が１３５°≦φdiff＜２２５°の場合、その信号点の位相を１８０°回転する。位相回転部３６Ｅは、位相回転条件が４５°≦φdiff＜１３５°の場合、その信号点の位相を−９０°回転する。その結果、位相回転部３６Ｅは、４箇所の信号点を１箇所の信号点周辺に集約する。

図２３は、ＱＰＳＫ信号のπ／４回転前後及び位相回転後のコンスタレーション推移の一例を示す説明図である。図２３（Ａ）のＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは、π／４回転前の状態、すなわち４箇所の信号点を有する状態である。図２３（Ｂ）のＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは、π／４回転後の状態、すなわち、π／４回転前の４箇所の信号点からπ／４回転後の４箇所の信号点に集約した状態である。図２３（Ｃ）のＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは、π／４回転部３５２にて９０度回転後の４箇所の各信号点を１箇所の信号点周辺に集約した状態である。

平均化部４１は、位相回転部３６Ｂにて位相回転後の１箇所の信号点を平均化する。角度算出部４２は、平均化された１箇所の信号点のＩ成分及びＱ成分のａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）に基づき、信号点の偏角φを算出する。更に、アンラップ部４４は、信号点の偏角φを搬送波位相推定値として算出し、１個前の入力シンボルに対する搬送波位相推定値と現在の搬送波位相推定値との差が小さくなるように搬送波位相推定値を補正する。補償部３８は、搬送波位相推定値を受信信号に乗算することで受信信号内の位相誤差を補償する。

実施例７のＣＰＲ２４Ｅは、受信信号からＰＳを抽出し、抽出したＰＳの位相誤差を推定し、ＰＳの位相誤差から基準位相を算出する。更に、ＣＰＲ２４Ｅは、ＱＰＳＫ方式の受信信号の４箇所の各信号点を９０°回転する。ＣＰＲ２４Ｅは、４箇所の信号点の位相と基準位相とを比較して４箇所の各信号点を位相回転条件に基づき１箇所の信号点周辺に集約すべく、各信号点を回転する。ＣＰＲ２４Ｅは、集約された信号点で搬送波位相推定値を推定し、推定した搬送波位相推定値に基づき、受信信号内の位相誤差を補償する。その結果、ＱＰＳＫ方式の受信信号内の位相誤差を補償できる。

ＣＰＲ２４Ｅは、累乗部３５Ｂにて受信信号をｎ／２乗演算しなくても、ＱＰＳＫ方式の受信信号内の位相誤差を補償できる。

尚、実施例７では、ＱＰＳＫ方式を採用した受信装置４のＣＰＲ２４Ｅを例示したが、ＱＰＳＫ方式に限定されるものではなく、８ＰＳＫ方式、１６ＰＳＫ方式は勿論のこと、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭ方式の位相振幅変調方式にも適用可能である。更に、実施例７は、実施例３にも適用可能であり、この場合、図１２に示す累乗部３５Ａを削除し、位相回転部３６Ａは、第１の補償部３９Ａにて補償後の受信信号の複数の各信号点を位相回転条件に基づき１箇所の信号点周辺に集約すべく、各信号点を回転することで適用可能である。

また、本実施例の光伝送システム１は、ｎＰＳＫ方式の位相変調方式を例示したが、４次元位相変調方式の４Ｄ−２Ａ８ＰＳＫ方式の位相変調方式にも適用可能である（K. Kojima, et al., “Constant Modulus 4D Optimized Constellation Alternative for DP-8QAM,” P.3.25, ECOC 2014.）。

また、図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

更に、各装置で行われる各種処理機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のマイクロ・コンピュータ）上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良い。また、各種処理機能は、ＣＰＵ（又はＭＰＵ、ＭＣＵ等のマイクロ・コンピュータ）で解析実行するプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良いことは言うまでもない。

３ 受信装置
２４ ＣＰＲ
２４Ａ ＣＰＲ
３１ 抽出部
３１Ａ 抽出部
３２ 第１の推定部
３２Ａ 第１の推定部
３５ 累乗部
３５Ａ 累乗部
３６ 位相回転部
３６Ａ 位相回転部
３７ 第２の推定部
３８ 補償部
３８Ａ 第２の補償部
３９ 第１の補償部

Claims (10)

1. 位相変調方式又は位相振幅変調方式で変調されたデータ信号とパイロット信号とが時間多重された受信信号を受信する受信装置であって、
   前記受信信号の位相を同期する同期回路を有し、
   前記同期回路は、
   前記受信信号から前記パイロット信号を抽出する抽出部と、
   前記抽出部にて抽出された前記パイロット信号と当該パイロット信号の所定パターンとを比較して位相誤差を推定する第１の推定部と、
   前記第１の推定部にて推定された前記位相誤差で得た基準位相と当該受信信号に関わる変調方式の位相とに基づき、当該受信信号の複数の信号点を位相回転する位相回転部と、
   前記位相回転部にて位相回転された前記信号点に基づき、前記受信信号の位相推定値を推定する第２の推定部と、
   前記第２の推定部にて推定された前記位相推定値に基づき、前記受信信号内の位相誤差を補償する補償部と
   を有することを特徴とする受信装置。
2. 当該受信信号に関わる変調方式の多値度未満で前記受信信号を累乗して前記多値度分の信号点を前記多値度未満の複数の信号点に集約して前記位相回転部に出力する累乗部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記累乗部は、
   当該受信信号に関わる変調方式の前記多値度／２で前記受信信号を累乗して前記多値度分の信号点を２箇所の信号点に集約することを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
4. 前記位相回転部は、
   前記累乗部にて集約された前記複数の信号点の内、前記基準位相近傍の信号点周辺に集約するように各信号点を位相回転することを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
5. 前記累乗部は、
   前記位相変調方式の前記受信信号の場合、前記多値度分の信号点を前記多値度未満の信号点に集約することを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
6. 前記累乗部は、
   前記位相振幅変調方式の前記受信信号の場合、前記多値度分の信号点を、前記多値度分の複数の信号点の内、夫々が９０度の整数倍の関係を有する複数の信号点に集約することを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
7. 位相変調方式又は位相振幅変調方式で変調されたデータ信号とパイロット信号とが時間多重された受信信号を受信する受信装置であって、
   前記受信信号の位相を同期する同期回路を有し、
   前記同期回路は、
   前記受信信号から前記パイロット信号を抽出する抽出部と、
   前記抽出部にて抽出された前記パイロット信号と当該パイロット信号の所定パターンとを比較して位相誤差を推定する第１の推定部と、
   前記第１の推定部にて推定された前記位相誤差に基づき、前記受信信号の位相誤差を補償する第１の補償部と、
   前記第１の補償部で補償後の前記受信信号の複数の信号点を位相回転する位相回転部と、
   前記位相回転部にて位相回転された前記信号点に基づき、前記受信信号の位相推定値を推定する第２の推定部と、
   前記第２の推定部にて推定された前記位相推定値に基づき、前記第１の補償部で補償後の前記受信信号内の位相誤差を補償する第２の補償部と
   を有することを特徴とする受信装置。
8. 当該受信信号に関わる変調方式の多値度未満で前記第１の補償部で補償後の前記受信信号を累乗して前記多値度分の信号点を前記多値度未満の複数の信号点に集約して前記位相回転部に出力する累乗部を、更に有することを特徴とする請求項７に記載の受信装置。
9. 位相変調方式又は位相振幅変調方式で変調されたデータ信号とパイロット信号とが時間多重された受信信号を受信する受信装置内で前記受信信号の位相を同期する同期回路が実行する位相誤差補償方法であって、
   前記同期回路は、
   前記受信信号から前記パイロット信号を抽出し、
   前記抽出された前記パイロット信号と当該パイロット信号の所定パターンとを比較して位相誤差を推定し、
   前記推定された前記位相誤差で得た基準位相と当該受信信号に関わる変調方式の位相とに基づき、当該受信信号の複数の信号点を位相回転し、
   前記位相回転された前記信号点に基づき、前記受信信号の位相推定値を推定し、
   前記推定された前記位相推定値に基づき、前記受信信号内の位相誤差を補償する
   処理を実行することを特徴とする位相誤差補償方法。
10. 位相変調方式又は位相振幅変調方式で変調されたデータ信号とパイロット信号とが時間多重された受信信号を受信する受信装置内の前記受信信号の位相を同期する同期回路が実行する位相誤差補償方法であって、
    前記同期回路は、
    前記受信信号から前記パイロット信号を抽出し、
    前記抽出された前記パイロット信号と当該パイロット信号の所定パターンとを比較して位相誤差を推定し、
    前記推定された前記位相誤差に基づき、前記受信信号の位相誤差を補償し、
    補償後の前記受信信号の複数の信号点を位相回転し、
    前記位相回転された前記信号点に基づき、前記受信信号の位相推定値を推定し、
    前記推定された前記位相推定値に基づき、前記補償後の前記受信信号内の位相誤差を補償する
    処理を実行することを特徴とする位相誤差補償方法。

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