JP2020039089A - 光受信装置、光送信装置、及び周波数オフセット推定方法 - Google Patents

光受信装置、光送信装置、及び周波数オフセット推定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】デジタルコヒーレント方式において、系列長の短いトレーニング符号系列を用いて高精度な周波数オフセット量の推定を行うこと。【解決手段】多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該符号系列に基づいて生成される信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が既定の角度を有しており、隣接シンボル間の変調位相差が一定の繰り返しパターンになっている符号系列より生成されるトレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信し、電気信号に変換して得られる受信信号の中から周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に対応する受信トレーニング信号を検出し、検出した受信トレーニング信号と、受信トレーニング信号の遅延信号であって遅延シンボル数が異なる少なくとも2以上の遅延信号の各々とに基づいて、複数の遅延差動成分を算出し、算出した複数の遅延差動成分を用いて平均化した周波数オフセット量を算出する。【選択図】図2

Description

本発明は、光受信装置、光送信装置、及び周波数オフセット推定方法に関する。
現在、光加入者システムでは、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc)やITU−T((International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)で標準化されているPON(Passive Optical Network)方式が広く用いられている。
図8に示すように、PON方式による光伝送システム300では、1つの局舎側装置であるOLT(Optical Line Terminal)320と、複数の加入者装置であるONU(Optical Network Unit)310−1〜310−3との間で通信が行われる。PON方式の下り通信において、OLT320から送信される光信号は光スプリッタ330によって複数経路へと分岐され、各ONU310−1〜310−3が受信する。このときONU310−1〜310−3は、自分に割り当てられた時間スロットの信号のみを選択して受信する。
これに対して、上り通信においては、ONU310−1〜310−3が各自に割り当てられた時間スロットにのみ信号を送信し、他のONU310−1〜310−3から送信される信号との衝突を回避している。このようにPON方式では、同一の光ファイバを複数の加入者で共有し設備コストを抑えることで、高速光アクセスサービスを経済的に提供することが可能である。
PON方式を用いたアクセスネットワークにおいては、設備コスト削減に向けて、最大伝送距離の長延化と、光スプリッタ330による分岐数拡大とが求められている。最大伝送距離を延ばすことが求められる理由は、1つの局舎に広いエリアの回線を集約することができるからである。また、光スプリッタ330の分岐数を増やすことが求められる理由は、1台のOLT320に多くの回線を集約することで、回線当たりのOLT320や局舎の数を削減することが可能となり、設備の設置や運用コストを低減することができるからである。
しかしながら、伝送距離を延ばしたり、光スプリッタ330の分岐数を増やしたりすることは、光損失の増加をもたらすため、受信する際の信号光強度が減少し、信号対雑音比が低下して符号誤り率を悪化させることになる。これに加えて、伝送距離の長延化は、波長分散による信号の波形劣化を引き起こすため、波長劣化に起因する符号誤り率の悪化も生じさせることになる。したがって、伝送距離の長延化や光スプリッタ330の分岐数拡大を行うためには、受信器における信号対雑音比の低下と波形劣化の補償技術が重要となる。
信号対雑音比の低下を改善するためには、受光器の前段に光増幅器を設置し、信号光を増幅する手法が考えられる。しかし、この手法では、光増幅時に発生する自然放出光雑音(ASE(Amplified Spontaneous Emission)雑音)によって、増幅の効果は10dB程度に留まるという課題がある。
これに対して、伝送路の途中に光増幅器を設置する手法を採用する場合、ASE雑音の影響を比較的小さく抑えることができる。しかし、この手法では、伝送路の途中に中継設備を新設する必要があり、コストが増大するという課題がある。
また、波形劣化を補償するためには、補償用の光ファイバを伝送路の途中に挿入する手法が考えられる。しかし、信号を送信する加入者装置と局舎設備との距離は加入者によって様々であり、それに伴って必要な補償用ファイバの特性も変化するため、当該手法においてもコストが増大するという課題がある。
これらの課題を解決するために、アクセスネットワークに対するデジタルコヒーレント方式の導入が検討されている。従来の強度変調−直接検波(IM−DD(Intensity Modulation-Direct Detection)方式では、受信器の熱雑音により信号対雑音比の低下が生じる。これに対して、デジタルコヒーレント方式では、コヒーレント受信を行うことで受信器において生じる熱雑音が低減し、ショットノイズ限界付近の信号対雑音比での受信が可能となる。また、デジタルコヒーレント方式では、受信信号に対してデジタル信号処理を行うことで伝搬によって生じる波形劣化を補償することが可能である。
Andreas Leven, Noriaki Kaneda, Ut-Va Koc, and Young-Kai Chen, "Frequency Estimation in Intradyne Reception", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 19, NO. 6, MARCH 15, 2007 Lei Li, Zhenning Tao, Shoichiro Oda, Takeshi Hoshida, and Jens C. Rasmussen, "Wide-range, Accurate and Simple Digital Frequency Offset Compensator for Optical Coherent Receivers", OFC/NFOEC 2008 Xian Zhou, Xue Chen, and Keping Long, "Wide-Range Frequency Offset Estimation Algorithm for Optical Coherent Systems Using Training Sequence", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 24, NO. 1, JANUARY 1, 2012 Ryo Koma, Masamichi Fujiwara, Ryo Igarashi, Takuya Kanai, Jun-ichi Kani, and Akihiro Otaka, "Wide Range Carrier Frequency Offset Estimation Method using Training Symbols with Asymmetric Constellations for Burst-Mode Coherent Reception", OFC 2018
デジタルコヒーレント方式の受信側装置は、送信される光信号と局部発振光(以下、局発光ともいう)との干渉波形の強度の測定を行うことにより、信号光の位相成分を検出するコヒーレント受信を行う。コヒーレント受信した際の受信信号には、送信符号系列に対応する変調成分に対して、信号光の周波数と局発光の周波数の差の周波数で変化する周波数オフセット成分が重畳されている。送信符号系列に対応する変調成分を受信側で再生するためには、受信信号から周波数オフセット成分を除去する必要がある。そのため、受信側では周波数オフセット量を推定することが求められる。
アクセスネットワークにおいてはコスト削減の観点から送信装置の光源には安価なものが用いられているため、送信装置ごとの周波数のばらつきは、コアネットワークの場合に比べて大きいことが想定される。そのため、受信側において生じる周波数オフセット量の大きさの範囲も広くなることが想定される。したがって、アクセスネットワークにおける周波数オフセット量を推定する技術は、推定する周波数範囲が広い技術である必要がある。
また、PON方式の上り通信において、OLT320が受信する信号はバースト信号であり、各時間スロットにおいて、OLT320は、異なるONU310−1〜310−3から送信された信号を受信する。そのため、受信側では時間スロットごとに周波数オフセット量を推定する必要があり、その推定の頻度はコアネットワークの場合に比べて多くなる。
周波数オフセット量の推定技術として、例えば、送信信号の一定の区間に与えられる符号系列を受信側にて解析することで周波数オフセット量の推定を行うという手法がある。周波数オフセット量の推定の頻度が高いアクセスネットワークにおいて、このような符号系列の解析によって周波数オフセット量の推定を行う手法を適用する場合、効率的な伝送を行うためには、推定に要する処理時間を少なくする必要がある。そのため、データ伝送に寄与しない周波数オフセット量の推定用の符号系列の数を削減することが重要となる。
以上のことから、アクセスネットワークにおける周波数オフセット量の推定技術には、推定する周波数範囲が広いこと、及び、推定に用いる符号系列の数が少ないことが要求される。
例えば、周波数オフセット量を推定する技術として、M乗法を用いる技術(例えば、非特許文献1参照)、フィードバックループを用いる技術(例えば、非特許文献2参照)などが提案されている。
M乗法は、受信信号の1シンボル遅延差動を算出し、M回乗算することで周波数オフセット成分を除去し、変調成分を取り出す手法である(ここで、Mは多値数であり、BPSK(Binary Phase Shift Keying)の場合、M=2となる)。M乗法において周波数オフセット量を推定可能な周波数の範囲は、−B/2M≦fIF<B/2M(ここで、Bは、送信信号におけるシンボルのボーレートであり、fIFは、信号光と局発光との周波数差である)で表される。したがって、M乗法を用いる場合、多値数Mが増加すると、推定可能な周波数の範囲が減少するという問題がある。
これに対して、フィードバックループを用いる技術では、推定可能な周波数の範囲が、−B/2≦fIF<B/2であるため、M乗法のように多値数Mの大きさによって推定可能な周波数の範囲が減少することはない。しかし、当該技術では、フィードバックの収束に長い時間を要し、そのために符号系列が長くなるという問題がある。
また、一般的なトレーニング信号の相関によるタイミング推定と、トレーニング信号を受信信号から差し引くことにより、上記のM乗法より推定可能な周波数の範囲を広くして−B/2≦fIF<B/2とする技術がある(例えば、非特許文献3参照)。しかし、当該技術では、タイミング検出に1シンボルでも誤りがある場合には周波数オフセットを推定することが困難であるため、タイミング検出用符号系列が増大することによって符号系列長が増大してしまうという問題がある。
これに対して、非特許文献4には、補償範囲は非特許文献2、3と同じく−B/2≦fIF<B/2であり、かつ正確なタイミング検出を必要としない手法が開示されている。以下、非特許文献4において開示されている手法について説明する。
図9は、非特許文献4に開示される手法を行う光伝送システム400の構成を示す概略ブロック図の一例である。光伝送システム400は、光送信装置401及び光受信装置402を備える。光送信装置401と光受信装置402とは、光伝送路403を介して通信可能に接続される。
光送信装置401において、フレーム生成部501は、外部から与えられる送信データを取り込み、図10に示すバーストフレーム600を生成する。バーストフレーム600は、先頭から順番にプリアンブル601、ペイロード602、エンドオブバースト603の各フィールドを有する。フレーム生成部501は、外部から与えられる送信データをペイロード602に書き込む。また、フレーム生成部501は、内部の記憶領域に予め記憶する系列長がLの周波数オフセット推定用トレーニング符号系列610をプリアンブル601に書き込んでバーストフレーム600を生成する。
IQ信号生成部502は、フレーム生成部501が生成したバーストフレーム600を取り込み、I成分とQ成分の変調信号502outを生成する。ここでは、例えば、IQ信号生成部502は、BSPK(Binary Phase shift Keying)により変調信号を生成するものとする。
光コヒーレント送信部503は、IQ信号生成部502が生成したI成分とQ成分の変調信号502outを用いて、内部に備える光源が出力する光を変調することによりコヒーレント光信号の送信信号を生成する。光コヒーレント送信部503は、生成した送信信号を、光伝送路403を介して光受信装置402に送信する。
光受信装置402において、光コヒーレント受信部510は、位相ダイバーシティ方式により光伝送路403を介して受信する受信光と、局部発振器511が出力する局発光の干渉波形を測定するコヒーレント受信を行いI成分とQ成分のアナログ信号を出力する。
ADC(Analog-to-Digital Converter)512は、光コヒーレント受信部510から出力されたI成分とQ成分のアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理部513は、例えば、DSP(Digital Signal Processor)である。デジタル信号処理部513において、等化器531は、ADC512が出力するデジタル信号に対して、適応等化処理を行い、伝搬によって生じた波形歪、例えば、波長分散、偏波モード分散、偏波回転等を補償した受信信号を出力する。
周波数オフセット補償部532は、等化器531が出力する受信信号531outに含まれるトレーニング信号を用いて周波数オフセット量を算出する。また、周波数オフセット補償部532は、算出した周波数オフセット量を用いて、等化器531が出力する受信信号531outに対して逆回転演算を行い、周波数オフセットの位相回転を取り除いた受信信号532outを出力する。
位相オフセット補償部533は、周波数オフセット補償部532が出力する受信信号532outから時間的に一定の位相オフセット成分を取り除き、送信信号のコンスタレーションが再現された受信信号533outを出力する。出力部514は、受信信号533outを復号して外部に出力する。
図11は、周波数オフセット補償部532の内部構成を示すブロック図である。周波数オフセット補償部532において、タイミング検出部730は、受信信号に含まれるトレーニング信号(以下、受信トレーニング信号という)の位置を検出し、検出した位置に基づいて受信トレーニング信号を取り出して周波数オフセット推定部721に出力する。
トレーニング信号解析部710において、トレーニング信号生成部711は、予め与えられる符号系列であって光送信装置401のフレーム生成部501がプリアンブル601に書き込んだ系列長がLの周波数オフセット推定用トレーニング符号系列610と同一の符号系列に基づいてトレーニング信号t(n)を生成して出力する。
トレーニング信号解析部710は、遅延器712、複素共役器713、乗算器714、ベクトル平均器715、及び偏角器716によって、トレーニング信号t(n)の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角θを算出して出力する。
これに対して、周波数オフセット推定部は、遅延器721、複素共役器722、乗算器723、ベクトル平均器724、及び偏角器725によって、タイミング検出部730が出力する受信トレーニング信号r(n)の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角θを算出する。減算器726は、算出したθからトレーニング信号解析部710が算出したθを減算して周波数オフセット成分による位相回転2πfIFTを算出して周波数オフセット補償処理部731に出力する。周波数オフセット補償処理部731は、周波数オフセット推定部721が出力する周波数オフセット量を用いて受信信号に対する周波数オフセットの補償を行う。
ここで、トレーニング信号解析部710が行う、トレーニング信号t(n)の偏角θの算出手順について説明する。トレーニング信号生成部711は、前述したように、予め与えられる周波数オフセット推定用トレーニング符号系列からトレーニング信号t(n)を生成して出力する。
トレーニング符号系列は、例えば、BPSKの場合、0,πの2値の符号系列となり、この場合、トレーニング信号t(n)は、expj(ωt),expj(ωt+π)となる。
また、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)の場合、トレーニング符号系列は、+1/4π,−1/4π,+3/4π,−3/4πの4値の符号系列となり、この場合、トレーニング信号t(n)は、expj(ωt+1/4π),expj(ωt−1/4π),expj(ωt+3/4π),expj(ωt−3/4π)となる。
トレーニング信号生成部711が生成するトレーニング信号t(n)を式で表すと次式(1)となる。
Figure 2020039089
また、トレーニング符号系列がQPSKの場合、図12(a)に示すようなトレーニング信号t(n)となる。なお、図12(a)において、符号801,802,803,804,805がトレーニング信号t(n)のnごとのシンボルの位置であり、符号801p,802p,803p,804pは、1つ前のシンボルの位置を示している。
遅延器712は、トレーニング信号t(n+1)を取り込んだ場合、取り込んだトレーニング信号t(n)の1シンボル遅延信号t(n)を出力する。複素共役器713は、遅延器712が出力するt(n)を取り込み、t(n)の複素共役t(n)を出力する。なお、上付き文字の「*」は、複素共役を示す記号である。遅延器712がt(n+1)を取り込んだ際に乗算器714が出力する1シンボル遅延差動成分Δt(n)を、次式(2)として定義する。
Figure 2020039089
なお、式(2)において、次式(3)に示す置き換えを行っている。次式(3)の左辺のΔθ(n)は、隣接シンボル間の変調位相差である。
Figure 2020039089
これに対して、タイミング検出部730が取り込む受信信号に含まれる受信トレーニング信号r(n)は、次式(4)で示される。
Figure 2020039089
式(4)に示すように、受信トレーニング信号r(n)の位相には、トレーニング信号成分に対して周波数オフセットによる位相回転が重畳される。図12(b)は、この様子を示した図である。図12(b)では、簡単のためn=0における周波数オフセット成分を「0」としている。なお、図12(b)において、符号801r,802r,803r,804r,805rが受信トレーニング信号r(n)のnごとのシンボルの位置であり、符号801t,802t,803t,804tは、トレーニング信号t(n)のnごとのシンボルの位置を示している。
受信トレーニング信号r(n)に対しても1シンボル遅延差動成分を次式(5)として定義する。
Figure 2020039089
式(5)より、隣接シンボル間の1シンボル遅延差動成分Δr(n)の位相は、周波数オフセット成分2πfIFTと隣接シンボル間の変調位相差Δθ(n)の和で表されることが分かる。これにより、周波数オフセット量は、1シンボル遅延差動成分Δr(n)の偏角を用いて、次式(6)により求めることができる。
Figure 2020039089
なお、式(6)に示す関係をIQ平面上において示すと図13(a)となる。また、周波数オフセット量を、式(6)に基づく演算により推定する場合、推定可能な周波数オフセット量の範囲は、次式(7)が示す範囲となる。
Figure 2020039089
したがって、周波数オフセット量を推定可能な周波数の範囲は、次式(8)となる。
Figure 2020039089
なお、式(8)において、Bは、上述したように送信信号におけるシンボルのボーレートである。
このように、式(6)によれば受信信号から受信トレーニング信号r(n)の1シンボル遅延差動成分Δr(n)の偏角からΔθ(n)を除去することで周波数オフセット成分2πfIFTの大きさを算出することができる。しかしながら、受信信号には雑音成分が重畳されているため、平均化処理によってこれらのノイズを除去する必要がある。
以下、ベクトル平均化による雑音成分の除去について説明する。トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分Δt(n)のトレーニング信号の系列長Lに亘るベクトル平均は次式(9)となる。
Figure 2020039089
式(9)において、θは、トレーニング信号t(n)を定めた時点で決定される既知の量、すなわち既定の角度である。受信トレーニング信号r(n)における1シンボル遅延差動成分Δr(n)のベクトル平均は次式(10)となる。
Figure 2020039089
なお、式(10)に示す関係をIQ平面上において示すと図13(b)となる。これより、式(11)に示すように周波数オフセット量を位相に含むベクトルを算出することができる。
Figure 2020039089
式(11)は、受信トレーニング信号r(n)の1シンボル遅延差動成分Δr(n)のベクトル平均と、式(9)が示すトレーニング信号t(n)の1シンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均の差動成分ということができる。したがって、式(9)及び式(11)より、周波数オフセット量は、次式(12)により算出することができる。
Figure 2020039089
このように受信トレーニング信号r(n)の1シンボル遅延差動成分Δr(n)のベクトル平均の偏角θr1と既定の角度である偏角θ(以下、既定の偏角θという)の差から周波数オフセットを推定することができる。ここで、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長Lが十分に長い場合、十分な平均化効果が期待できることから推定される周波数オフセットの精度は高くなる。
しかしながら、上記の非特許文献4に開示されている手法では、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長Lの長さを、十分な平均化効果が期待できる長さにしておく必要があり、それによるプリアンブル長の増大により、通信効率が低下してしまうという問題がある。
上記事情に鑑み、本発明は、デジタルコヒーレント方式において、系列長の短いトレーニング符号系列を用いて高精度な周波数オフセット量の推定を行うことができる技術の提供を目的としている。
本発明の一態様は、トレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信する光受信装置であって、受信した前記コヒーレント光信号を電気信号に変換して得られる受信信号の中から周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に対応する受信トレーニング信号を検出するタイミング検出部と、前記タイミング検出部が検出する前記受信トレーニング信号と、前記受信トレーニング信号の遅延信号であって遅延シンボル数が異なる少なくとも2以上の遅延信号の各々とに基づいて、複数の遅延差動成分を算出し、算出した複数の前記遅延差動成分を用いて平均化した周波数オフセット量を算出する周波数オフセット推定部と、前記周波数オフセット推定部が算出する前記周波数オフセット量を用いて前記受信信号の周波数オフセットの補償を行う周波数オフセット補償処理部と、を備え、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列は、多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該符号系列に基づいて生成される前記トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が既定の角度を有しており、隣接シンボル間の変調位相差が一定の繰り返しパターンになっている符号系列である光受信装置である。
本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長が、前記隣接シンボル間の変調位相差の一定の繰り返しパターンに含まれる要素数の倍数である。
本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記周波数オフセット推定部は、前記受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分及び2シンボル遅延差動成分を算出する場合、前記受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均及び前記トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の差動成分の第1のベクトルを算出し、前記受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均及び2シンボル遅延差動成分のベクトル平均の差動成分のベクトルから、前記既定の角度と前記繰り返しパターンに含まれる前記変調位相差の要素の合計角度とに基づいて予め定められる所定の角度の位相成分を除去した第2のベクトルを算出し、算出した前記第1のベクトルと前記第2のベクトルとを平均化して周波数オフセット量を算出する。
本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記周波数オフセット推定部は、前記受信トレーニング信号のp(ただし、pは、2以上の整数)シンボル遅延差動成分及び(p+1)シンボル遅延差動成分を算出する場合、前記受信トレーニング信号のpシンボル遅延差動成分のベクトル平均及び前記(p+1)シンボル遅延差動成分のベクトル平均の差動成分のベクトルから前記既定の角度に基づいて予め定められる所定の角度の位相成分を除去した第3のベクトルを算出し、pが2を含む場合、前記第1のベクトルと、前記第2のベクトルと、前記第3のベクトルとを平均化して周波数オフセット量を算出し、pが2を含まない場合、前記第1のベクトルと、前記第3のベクトルとを平均化して周波数オフセット量を算出する。
本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記隣接シンボル間の変調位相差の一定の繰り返しパターンに含まれる要素数をMとした場合、pは、M−1、または、M、または、M+1のいずれかの値か、または、全ての値である。
本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記タイミング検出部は、前記受信信号の中から前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に対応する前記受信トレーニング信号を検出する際、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の全部、または一部を含む区間であって前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長に対応する長さの前記受信信号を前記受信トレーニング信号として検出する。
本発明の一態様は、多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該符号系列に基づいて生成される信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が既定の角度を有しており、隣接シンボル間の変調位相差が一定の繰り返しパターンになっている符号系列である周波数オフセット推定用トレーニング符号系列を含むトレーニング符号系列をプリアンブルに書き込んで送信フレームを生成するフレーム生成部と、前記フレーム生成部が生成する前記送信フレームのI成分とQ成分を生成するIQ信号生成部と、前記IQ信号生成部が生成する前記送信フレームのI成分と前記送信フレームのQ成分とに基づいて変調を行うことにより得られるコヒーレント光信号を送信する光コヒーレント送信部と、を備える光送信装置である。
本発明の一態様は、多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該符号系列に基づいて生成される信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が既定の角度を有しており、隣接シンボル間の変調位相差が一定の繰り返しパターンになっている符号系列より生成されるトレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信し、受信した前記コヒーレント光信号を電気信号に変換して得られる受信信号の中から周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に対応する受信トレーニング信号を検出し、検出した前記受信トレーニング信号と、前記受信トレーニング信号の遅延信号であって遅延シンボル数が異なる少なくとも2以上の遅延信号の各々とに基づいて、複数の遅延差動成分を算出し、算出した複数の前記遅延差動成分を用いて、前記受信信号の周波数オフセットの補償に用いられる平均化した周波数オフセット量を算出する周波数オフセット推定方法である。
本発明により、デジタルコヒーレント方式において、系列長の短いトレーニング符号系列を用いて高精度な周波数オフセット量の推定を行うことが可能となる。
本発明の第1の実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。 第1の実施形態の周波数オフセット補償部の内部構成を示すブロック図である。 第1の実施形態に適用される周波数オフセット推定用トレーニング符号系列を説明する図である。 第1の実施形態の周波数オフセット補償部による処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。 第2の実施形態の周波数オフセット補償部の内部構成を示すブロック図である。 第2の実施形態の周波数オフセット補償部による処理の流れを示すフローチャートである。 PON方式の構成を示すブロック図である。 非特許文献4に開示される手法を行う光伝送システムの構成を示すブロック図である。 光送信装置が生成するバーストフレームの構成を示す図である。 図9の光受信装置が備える周波数オフセット補償部の内部構成を示すブロック図である。 IQ平面における周波数オフセット量を説明する図(その1)である。 IQ平面における周波数オフセット量を説明する図(その2)である。
(第1の実施形態)
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、第1の実施形態による光伝送システムSの構成を示すブロック図である。光伝送システムSは、光送信装置1、光受信装置2、及び光伝送路3を備える。光送信装置1は、例えば、図8に示したPON方式による光伝送システム300におけるONU310−1〜310−3に備えられ、光受信装置2は、OLT320に備えられる。光伝送路3は、光送信装置1と光受信装置2とを接続し、光送信装置1が送信する光信号を光受信装置2に伝送する。
光送信装置1は、フレーム生成部10、IQ信号生成部11、及び光コヒーレント送信部12を備える。フレーム生成部10は、外部から与えられる送信データを取り込み、図10に示したバーストフレーム600のペイロード602に送信データを書き込む。また、フレーム生成部10は、内部の記憶領域に予め記憶する第1の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列をプリアンブル601に書き込んでバーストフレーム10outを生成する。
IQ信号生成部11は、フレーム生成部10が生成したバーストフレーム10outを取り込み、QSPKによりI成分とQ成分からなる変調信号11outを生成する。
光コヒーレント送信部12は、IQ信号生成部11が生成したI成分とQ成分の変調信号を用いて、内部に備える光源が出力する光を変調することによりコヒーレント光信号の送信信号を生成する。光コヒーレント送信部12は、生成した送信信号を光伝送路3を通じて光受信装置2に送信する。
光受信装置2は、光コヒーレント受信部20、局部発振器21、ADC22、デジタル信号処理部23、及び出力部24を備える。
光コヒーレント受信部20は、位相ダイバーシティ方式により光伝送路3を通じて受信する受信光と、局部発振器21が出力する局発光の干渉波形を測定するコヒーレント受信を行いI成分とQ成分のアナログ信号を出力する。
ADC22は、光コヒーレント受信部20のI成分とQ成分のアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理部23は、例えば、DSPであり、等化器31、周波数オフセット補償部32、及び位相オフセット補償部33を備える。等化器31は、ADC22が出力するデジタル信号に対して、適応等化処理を行い、伝搬によって生じた波形歪、例えば、波長分散、偏波モード分散、偏波回転等を補償した受信信号31outを出力する。
周波数オフセット補償部32は、等化器31が出力する受信信号31outに含まれるトレーニング信号を用いて周波数オフセット量を算出する。また、周波数オフセット補償部32は、算出した周波数オフセット量を用いて、等化器31が出力する受信信号31outに対して逆回転演算を行い、周波数オフセットの位相回転を取り除いた受信信号32outを出力する。
位相オフセット補償部33は、周波数オフセット補償部32が出力する受信信号32outから時間的に一定の位相オフセット成分を取り除き、送信信号のコンスタレーションが再現された受信信号33outを出力する。出力部24は、受信信号33outを復号して外部に出力する。
図2は、周波数オフセット補償部32の内部構成を示すブロック図である。周波数オフセット補償部32は、トレーニング信号解析部40、周波数オフセット推定部50、タイミング検出部60、及び周波数オフセット補償処理部61を備える。
トレーニング信号解析部40は、トレーニング信号生成部41、偏角算出部42、及び位相差合計部43を備える。トレーニング信号解析部40において、トレーニング信号生成部41は、内部の記憶領域に光送信装置1のフレーム生成部10がプリアンブル601に書き込んだ符号系列と同一の第1の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列を予め記憶する。
ここで、第1の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列について説明する。図3(a)に、第1の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列から生成されるトレーニング信号t(n)の一例を示す。図3(a)に示すように第1の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の隣接シンボル間の変調位相差Δθ(n)は、「1/2π」、「π」、「−1/2π」の3要素からなるパターンの繰り返しになっている。なお、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長はLであるとする。
また、トレーニング信号生成部41は、上記の変調位相差Δθ(n)の繰り返しパターンに含まれる要素数である「3」を周波数オフセット推定用トレーニング符号系列とともに、予め内部の記憶領域に記憶する。また、トレーニング信号生成部41は、内部の記憶領域に記憶する第1の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいてトレーニング信号t(n)を生成して出力する。
なお、第1の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列、及び変調位相差Δθ(n)の繰り返しパターンに含まれる要素数は、以下のような手段によってトレーニング信号生成部41の内部の記憶領域に予め記憶されているものとする。例えば、通信品質の良い別の通信回線を通じて光受信装置2が光送信装置1から受信したり、記録媒体から光受信装置2が読み出したりする等の手段によって光受信装置2が周波数オフセット推定用トレーニング符号系列及び要素数の情報を内部に取り込む。トレーニング信号生成部41は、取り込まれた周波数オフセット推定用トレーニング符号系列及び要素数の情報を内部の記憶領域に予め書き込んで記憶させておく。
偏角算出部42は、1シンボル遅延器101、複素共役器102、乗算器103、及びベクトル平均器104を備える。偏角算出部42において、1シンボル遅延器101は、トレーニング信号t(n+1)を取り込んだ場合、トレーニング信号t(n+1)の1シンボル遅延信号t(n)を出力する。複素共役器102は、取り込んだ信号の複素共役の信号を出力する。乗算器103は、取り込んだ2つの信号を乗算し、乗算した結果を出力する。ベクトル平均器104は、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長Lの範囲のベクトルの総和を算出することによりベクトル平均を求めて出力する。
すなわち、偏角算出部42は、1シンボル遅延器101、複素共役器102、及び乗算器103によって式(2)において定義される1シンボル遅延差動成分Δt(n)を算出する。ベクトル平均器104は、式(9)に示す演算を行って1シンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均、すなわち、既定の偏角θを位相に含むベクトルであるexpj(θ)を算出して周波数オフセット推定部50に出力する。
位相差合計部43は、トレーニング信号生成部41が内部の記憶領域に記憶する周波数オフセット推定用トレーニング符号系列と、変調位相差Δθ(n)の繰り返しパターンの要素数の情報とを読み出す。第1の実施形態では、要素数は「3」であるため、位相差合計部43は、次式(13)に基づいて、3シンボル連続での周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の変調位相差Δθ(n)の和「X」を算出する。また、位相差合計部43は、算出した「X」を位相に含むベクトルであるexpj(X)を出力する。なお、式(13)において、「c」は、予め定められる任意の整数であり、Xは、nによらず一定の値となり、図3(a)のトレーニング信号t(n)の場合、X=1/2π+π−1/2π=πとなる。
Figure 2020039089
タイミング検出部60は、等化器31が出力する受信信号31outを取り込み、取り込んだ受信信号31outにおいて、プリアンブル601に書き込まれた周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に対応する受信トレーニング信号r(n)の先頭位置を検出する。また、タイミング検出部60は、検出した先頭位置と周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長Lとに基づいて、受信信号31outから受信トレーニング信号r(n)を取り出して周波数オフセット推定部50に出力する。
周波数オフセット推定部50は、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2、複素共役器52、乗算器53、差動算出部54、加算器55、及び偏角器56を備える。
周波数オフセット推定部50において、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1は、1シンボル遅延器151−1、複素共役器152−1、乗算器153−1、及びベクトル平均器154−1を備える。2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2は、2シンボル遅延器151−2、複素共役器152−2、乗算器153−2、及びベクトル平均器154−2を備える。
1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1において、1シンボル遅延器151−1は、受信トレーニング信号r(n+1)を取り込んだ場合、受信トレーニング信号r(n+1)の1シンボル遅延信号r(n)を出力する。2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2において、2シンボル遅延器151−2は、受信トレーニング信号r(n+2)を取り込んだ場合、受信トレーニング信号r(n+2)の2シンボル遅延信号r(n)を出力する。
1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1及び2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2において、複素共役器152−1,152−2は、取り込んだ信号の複素共役の信号を出力する。乗算器153−1,153−2は、取り込んだ2つの信号を乗算し、乗算した結果を出力する。ベクトル平均器154−1,154−2は、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長Lの範囲のベクトルの総和を算出することによりベクトル平均を求めて出力する。
すなわち、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1は、1シンボル遅延器151−1、複素共役器152−1、及び乗算器153−1によって式(5)に示す演算を行って受信トレーニング信号r(n)の1シンボル遅延差動成分Δr(n)を算出する。ベクトル平均器154−1は、Δr(n)を系列長Lに亘って足し合わせた総和を1シンボル遅延差動成分Δr(n)のベクトル平均として算出する。
また、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2は、2シンボル遅延器151−2、複素共役器152−2、及び乗算器153−2によって受信トレーニング信号r(n)の2シンボル遅延差動成分Δr(n)を算出する。ベクトル平均器154−2は、2シンボル遅延差動成分Δr(n)を系列長Lに亘って足し合わせた総和を2シンボル遅延差動成分Δr(n)のベクトル平均として算出する。
複素共役器52は、トレーニング信号解析部40の偏角算出部42が出力する出力値expj(θ)を取り込み、出力値の複素共役であるexpj(−θ)を出力する。乗算器53は、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1の出力値と、複素共役器52の出力値とを乗算することにより式(11)に示す演算を行い、周波数オフセット量を位相に含むベクトルを算出する。
差動算出部54は、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1の出力値と、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2の出力値と、位相差合計部43が出力するexpj(X)と、偏角算出部42が出力する出力値expj(θ)とを取り込む。また、差動算出部54は、位相差合計部43が出力するexpj(X)と、偏角算出部42が出力する出力値expj(θ)とに基づいて予め定められる所定の角度を位相に含むベクトルを算出する。また、差動算出部54は、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1の出力値と、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2の出力値との差動成分を算出する。また、差動算出部54は、算出した差動成分に対して所定の角度を位相に含むベクトルの複素共役を乗じることにより、差動成分から所定の角度を除去して周波数オフセット量を位相に含むベクトルを算出する。
加算器55は、乗算器53の出力値と、差動算出部54の出力値とを加算して、加算値を出力する。偏角器56は、加算器55が出力する加算値の偏角、すなわち、周波数オフセット量を算出して周波数オフセット補償処理部61に出力する。周波数オフセット補償処理部61は、周波数オフセット推定部50が出力する周波数オフセット量を用いて受信信号に対する周波数オフセットの補償を行う。
(第1の実施形態の周波数オフセット量の推定の原理)
ここで、第1の実施形態の周波数オフセット推定部50による周波数オフセット量の推定原理について説明する。トレーニング信号t(n)の2シンボル遅延差動成分Δt(n)を、1シンボル遅延差動成分を算出する式(2)と同様に、次式(14)として定義する。
Figure 2020039089
更に、2シンボル遅延差動成分t(n)は、次式(15)として表すことができる。
Figure 2020039089
ここで、式(13)より、次式(16)の関係が成立する。
Figure 2020039089
式(16)においてc=nとすると、式(16)は、次式(17)となる。
Figure 2020039089
式(15)と式(17)より次式(18)を導出することができる。
Figure 2020039089
式(4)より周波数オフセットを含む受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分Δr(n)を、次式(19)として定義する。
Figure 2020039089
式(18)と式(19)より、2シンボル遅延差動成分Δr(n)について、次式(20)が成立する。
Figure 2020039089
式(20)に示す2シンボル遅延差動成分Δr(n)を、系列長Lの長さに亘って足し合わせた総和であるベクトル平均を算出する場合、式(10)と同様の考察から次式(21)を導出することができる。
Figure 2020039089
式(20)の位相の第3項の「Δθ(n+2)」は、nが増加するとともにトレーニング信号t(n)の1シンボル遅延差動成分Δt(n)と全く同様の変化を示す。そのため、十分な長さの系列長Lに亘って足し合わせる場合、expjの括弧の中の第3項は、1シンボル遅延差動成分Δt(n)を系列長Lに亘って足し合わせた値、すなわち式(9)より、「θ」となる。したがって、式(21)を導出することができる。
式(21)により算出した2シンボル遅延差動成分のベクトル平均と、式(10)により算出した1シンボル遅延差動成分のベクトル平均との差動成分は、expj(2πfIFT+X−2θ)となる。ここで、所定の角度を(X−2θ)とし、差動成分に対して次式(22)に示すように所定の角度を位相に含むベクトルの複素共役であるベクトルexpj(−X+2θ)を乗じて、差動成分から所定の角度(X−2θ)を除去する。
Figure 2020039089
式(22)による演算により、式(11)と同様に周波数オフセット量を位相に含むベクトルを算出することができる。
式(22)に基づいて周波数オフセット量を位相に含むベクトルが得られるには、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列が以下のような形式になっている必要がある。すなわち、式(10)に基づいて受信トレーニング信号r(n)の1シンボル遅延差動成分Δr(n)のベクトル平均を算出した場合に、算出したベクトル平均がゼロにならずにベクトルが残るような符号系列になっている必要がある。
また、式(11)に基づいて周波数オフセット量を位相に含むベクトルが得られるには、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列が以下のような形式になっている必要がある。すなわち、トレーニング信号t(n)の1シンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均の偏角がゼロでなく、IQ平面上において、互いに打ち消し合わずに強め合い、かつθという既定の角度になっており、一定のパターンの繰り返しによって構成される符号系列になっている必要がある。1シンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均がゼロになってしまった場合、受信トレーニング信号r(n)に含まれる誤差に起因する雑音成分が大きくなるため式(12)のθr1がランダムな値となり、周波数オフセット量を演算によって算出することが困難となる。
図3(a)に一例として示した第1の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列は、隣接シンボル間の変調位相差Δθ(n)が「1/2π」、「π」、「−1/2π」の3要素からなるパターンの繰り返しになっている。すなわち、図3(a)に示すトレーニング信号t(n)の1シンボル遅延差動成分Δt(n)は、図3(b)に示すように、「1/2π」、「π」、「−1/2π」という一定の符号系列が繰り返される形式になっている。そのため、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列も、「0」、「1/2π」、「−1/2π」、「π」、「−1/2π」、「1/2π」という6要素からなる一定のパターンの繰り返しになる。
このような符号系列の場合、系列長Lが、変調位相差Δθ(n)の繰り返しパターンの要素数である「3」の倍数、または十分に大きい場合、図3(b)に示すように、トレーニング信号t(n)の1シンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均の偏角、すなわち既定の偏角θは、ゼロにはならず、「π」となりベクトルが残ることになる。したがって、式(10)に示す受信トレーニング信号r(n)の1シンボル遅延差動成分Δr(n)のベクトル平均においてもベクトルが残ることになり、式(11)及び式(22)に基づいて周波数オフセット量を位相に含むベクトルが得られることになる。
式(11)と式(22)は、雑音を無視した場合、同じ偏角を有するベクトルであるが、実際には異なる雑音成分を含んでいる。したがって、式(11)と式(22)を足し合わせることにより平均化を行って雑音成分を低減することができる。そのため、式(11)のみを用いる場合、すなわち1シンボル遅延差動成分のみを用いる非特許文献4の手法を用いる場合よりも高い精度で周波数オフセットを推定することができる。
したがって、第1の実施形態の周波数オフセット補償部32を用いて、非特許文献4の手法と同程度の精度で周波数オフセットを推定する場合、非特許文献4の手法よりも周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の長さを短くすることができる。
(第1の実施形態の周波数オフセット推定部の処理)
次に、第1の実施形態の周波数オフセット推定部50の処理について説明する。図4は、周波数オフセット推定部50の処理の流れを示すフローチャートである。図4の処理が開始される前にトレーニング信号解析部40の偏角算出部42は、トレーニング信号生成部41が生成したトレーニング信号t(n)に基づいて、既定の偏角θを位相に含むベクトルであるexpj(θ)を算出して周波数オフセット推定部50に出力しているものとする。また、トレーニング信号解析部40の位相差合計部43は、式(13)に基づいて、Xを算出し、Xを位相に含むベクトルであるexpj(X)を算出して周波数オフセット推定部50に出力しているものとする。なお、上述したように、図3(a)に示すトレーニング信号t(n)の場合、θ=πであり、X=πである。
周波数オフセット推定部50の1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1及び2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2は、タイミング検出部60が逐次出力する受信トレーニング信号r(n)を取り込む(ステップS1)。
1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1の1シンボル遅延器151−1、複素共役器152−1、及び乗算器153−1は、受信トレーニング信号r(n+1)を取り込んだ場合、式(5)の演算を行って受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分Δr(n)を算出する。ベクトル平均器154−1は、受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分Δr(n)を系列長Lに亘って足し合わせた総和を受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均として算出する。ベクトル平均器154−1は、算出した受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均を乗算器53と差動算出部54に出力する(ステップS2−1)。
2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2の2シンボル遅延器151−2、複素共役器152−2、及び乗算器153−2は、受信トレーニング信号r(n+2)を取り込んだ場合、式(19)の演算を行って受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分Δr(n)を算出する。ベクトル平均器154−2は、受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分Δr(n)を系列長Lに亘って足し合わせた総和を受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分のベクトル平均として算出する。ベクトル平均器154−2は、算出した受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分のベクトル平均を差動算出部54に出力する(ステップS2−2)。
複素共役器52は、トレーニング信号解析部40の偏角算出部42が出力するexpj(θ)の複素共役expj(−θ)を乗算器53に出力する。乗算器53は、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1が出力する受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均と、複素共役器52が出力するexpj(−θ)とに基づいて式(11)の演算を行い、演算結果を加算器55に出力する(ステップS3−1)。
差動算出部54は、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1の出力値と、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2の出力値と、位相差合計部43が出力するexpj(X)と、偏角算出部42が出力する出力値expj(θ)とを取り込む。
差動算出部54は、位相差合計部43が出力するexpj(X)と、偏角算出部42が出力する出力値expj(θ)とに基づいて予め定められる所定の角度(X−2θ)を位相に含むベクトルを算出する。差動算出部54は、式(22)に示す演算、すなわち1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1の出力値と、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2の出力値との差動成分を算出する。差動算出部54は、算出した差動成分に対して所定の角度を位相に含むベクトルの複素共役であるexpj(−X+2θ)を乗じて、差動成分から所定の角度を除去して周波数オフセット量を位相に含むベクトルを算出する(ステップS3−2)。
加算器55は、乗算器53の出力値と、差動算出部54の出力値とを加算する次式(23)の左辺の演算を行って加算値を出力する(ステップS4)。
Figure 2020039089
偏角器56は、加算器55が出力する加算値の偏角を算出する次式(24)に示す演算を行い、周波数オフセット量を算出して周波数オフセット補償処理部61に出力する(ステップS5)。
Figure 2020039089
なお、図4に示すフローチャートにおいて、上記したように、ステップS3−1の後にステップS3−2の処理が行われてもよいし、ステップS3−1と、ステップS3−2の処理が並列に行われてもよいし、ステップS3−2の後にステップS3−1の処理が行われてもよい。
上記の第1の実施形態の構成により、トレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信する光受信装置2の周波数オフセット補償部32において、タイミング検出部60は、受信したコヒーレント光信号を電気信号に変換して得られる受信信号の中から周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に対応する受信トレーニング信号を検出する。ここで、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列は、多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成されるトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が既定の角度を有しており、隣接シンボル間の変調位相差が一定の繰り返しパターンになっている符号系列である。周波数オフセット補償部32は、タイミング検出部60が検出した受信トレーニング信号と、受信トレーニング信号の遅延信号であって遅延シンボル数が異なる少なくとも2以上の遅延信号の各々とに基づいて、複数の遅延差動成分を算出し、算出した複数の遅延差動成分を用いて平均化した周波数オフセット量を算出する。より詳細には、周波数オフセット補償部32は、受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分及び2シンボル遅延差動成分を算出し、受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均及びトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の差動成分の第1のベクトルを算出し、受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均及び2シンボル遅延差動成分のベクトル平均との差動成分のベクトルから、既定の角度と繰り返しパターンに含まれる変調位相差の要素の合計角度とに基づいて予め定められる所定の角度の位相成分を除去した第2のベクトルを算出し、算出した第1のベクトルと第2のベクトルとを平均化して周波数オフセット量を算出する。周波数オフセット補償処理部61は、周波数オフセット補償部32が算出した周波数オフセット量を用いて受信信号の周波数オフセットの補償を行う。
第1のベクトルと第2のベクトルとを平均化する処理、すなわち式(11)と式(22)を足し合わせる処理を行うことにより周波数オフセット補償部32は、雑音成分を低減することができる。そのため、式(11)のみを用いる場合、すなわち1シンボル遅延差動成分のみを用いる非特許文献4の手法を用いる場合よりも高い精度で周波数オフセットを推定することができる。
したがって、上述したように、第1の実施形態の周波数オフセット補償部32を用いて、非特許文献4の手法と同程度の精度で周波数オフセットを推定する場合、非特許文献4の手法よりも周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の長さを短くすることができる。そのため、第1の実施形態の光伝送システムSにおいて、トレーニング信号t(n)の1シンボル遅延差動成分Δt(n)が、ある一定の符号系列の繰り返しになるような周波数オフセット推定用トレーニング符号系列を用いることにより、プリアンブル601の長さを削減することができる。換言すると、デジタルコヒーレント方式において、系列長の短いトレーニング符号系列を用いて高精度な周波数オフセット量の推定を行うことが可能となる。
なお、上述したように第1の実施形態の構成により、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長Lを非特許文献4の手法よりも短くすることができるが、実際には、下記に示すような系列長Lである必要がある。すなわち、第1の実施形態の周波数オフセット補償部32は、式(11)及び式(22)に示すように、先頭n=0から長さLに亘るベクトル平均を正確に算出することにより周波数オフセット量を推定することになっている。
これに対して、実際の構成では、タイミング検出部60において、若干のタイミング誤りが生じる可能性がある。例えば、タイミング検出部60が、トレーニング信号t(n)の先頭位置をΔnシンボルだけ誤った場合、ベクトル平均を算出する区間はn=n+Δn〜n=L+Δnになり、誤った区間のベクトル成分が生じてしまうため、推定する周波数オフセット量に誤差が生じることになる。
タイミング誤差があっても、タイミング誤差Δnの系列長に対して、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長Lが十分に長い場合、n+Δn〜L+Δnの区間において、正しい区間のベクトル成分が、誤り区間のベクトル成分に対して支配的になる。そのため、正しい区間のベクトル成分がゼロでない場合、誤り区間のベクトル成分の影響を無視することができることになる。上述したトレーニング信号t(n)の1シンボル遅延差動成分Δt(n)を0からLに亘って足し合わせた総和であるベクトル平均の偏角θがゼロでなければ、正しい区間のベクトル成分がゼロでないという条件を満たすことができる。
したがって、第1の実施形態の構成により、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長を非特許文献4の手法よりも短くすることができる一方、タイミング検出部60で許容するタイミング誤差Δnに応じた長さの系列長Lにする必要がある。
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態の光伝送システムSaの構成を示すブロック図である。第2の実施形態において、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。
第1の実施形態では、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の隣接シンボル間の変調位相差Δθ(n)が「1/2π」、「π」、「−1/2π」の3個の要素からなるパターンの繰り返しになっていた。これに対して、第2の実施形態では、一般化して、隣接シンボル間の変調位相差Δθ(n)が、M個の要素からなるパターンの繰り返しになっている周波数オフセット推定用トレーニング符号系列(以下、第2の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列という)を用いる構成としている。
また、第1の実施形態では、受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分及び2シンボル遅延差動成分を用いて周波数オフセット量を推定していた。これに対して、第2の実施形態では、一般化して、1シンボル遅延差動成分からPシンボル遅延差動成分までの複数の遅延差動成分を用いる構成としている(ただし、Pは、2以上の整数である)。
第2の実施形態の光伝送システムSaは、光送信装置1a、光受信装置2a、及び光伝送路3を備える。光送信装置1aは、フレーム生成部10a、IQ信号生成部11、及び光コヒーレント送信部12を備える。フレーム生成部10aは、内部の記憶領域に予め記憶する第2の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列をプリアンブル601に書き込んでバーストフレーム10aoutを生成する。
光受信装置2aは、光コヒーレント受信部20、局部発振器21、ADC22、デジタル信号処理部23a、及び出力部24を備える。デジタル信号処理部23aは、等化器31、周波数オフセット補償部32a、及び位相オフセット補償部33を備える。
周波数オフセット補償部32aは、図6に示す内部構成になっており、トレーニング信号解析部40a、周波数オフセット推定部50a、タイミング検出部60、及び周波数オフセット補償処理部61を備える。
トレーニング信号解析部40aは、トレーニング信号生成部41a、偏角算出部42、及び位相差合計部43aを備える。トレーニング信号生成部41aは、内部の記憶領域に第2の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列と、変調位相差Δθ(n)の繰り返しパターンの要素数である「M」とを予め記憶する。また、トレーニング信号生成部41aは、内部の記憶領域に記憶する第2の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいてトレーニング信号t(n)を生成して出力する。
なお、第2の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列、及び変調位相差Δθ(n)の繰り返しパターンに含まれる要素数は、以下のような手段によってトレーニング信号生成部41aの内部の記憶領域に予め記憶されているものとする。例えば、通信品質の良い別の通信回線を通じて光受信装置2aが光送信装置1aから受信したり、記録媒体から光受信装置2aが読み出したりする等の手段によって光受信装置2aが周波数オフセット推定用トレーニング符号系列及び要素数の情報を内部に取り込む。トレーニング信号生成部41aは、取り込まれた周波数オフセット推定用トレーニング符号系列及び要素数の情報を内部の記憶領域に予め書き込んで記憶させておく。
位相差合計部43aは、トレーニング信号生成部41が内部の記憶領域に記憶する第2の実施形態の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列と、変調位相差Δθ(n)の繰り返しパターンの要素数「M」の情報とを読み出す。また、位相差合計部43aは、式(13)を一般化した次式(25)に基づいて、Mシンボル連続での周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の変調位相差Δθ(n)の和「X」を算出する。また、位相差合計部43aは、算出した「X」を位相に含むベクトルであるexpj(X)を出力する。なお、式(25)において、「c」は、予め定められる任意の整数であり、Xは、nによらず一定の値となる。
Figure 2020039089
周波数オフセット推定部50aは、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2、・・・、Pシンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−N、複素共役器52、乗算器53、差動算出部54a、加算器55、及び偏角器56を備える。
ここで、pを、2〜Pまでの整数とし、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2、・・・、Pシンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−Nの各々をpシンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−Nとして示して内部構成について説明する。pシンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−Nの各々は、pシンボル遅延器151−p、複素共役器152−p、乗算器153−p、及びベクトル平均器154−pを備える。
pシンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−pにおいて、pシンボル遅延器151−pは、受信トレーニング信号r(n+p)を取り込んだ場合、pシンボル遅延信号r(n)を出力する。複素共役器152−pは、取り込んだ信号の複素共役の信号を出力する。乗算器153−pは、取り込んだ2つの信号を乗算し、乗算した結果を出力する。ベクトル平均器154−pは、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長Lの範囲のベクトルの総和を算出することによりベクトル平均を求めて出力する。
ここで、pシンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−pの各々の出力値であるpシンボル遅延差動成分Δr(n)のベクトル平均を一般化した式について説明する。まず、トレーニング信号t(n)のpシンボル遅延差動成分t(n)を、式(15)を一般化することにより次式(26)として定義する。
Figure 2020039089
また、トレーニング信号t(n)のpシンボル遅延差動成分t(n)は、場合分けすることによって以下のように表すことができる。
M<pの場合、次式(27)によって表すことができる。
Figure 2020039089
M>pの場合、次式(28)によって表すことができる。
Figure 2020039089
M=pの場合、次式(29)によって表すことができる。
Figure 2020039089
なお、式(27)、式(28)においてDは、D=M−pである。
ここで、受信トレーニング信号r(n)のpシンボル遅延差動成分Δr(n)を、式(19)を一般化することにより次式(30)として定義する。
Figure 2020039089
また、pシンボル遅延差動成分Δr(n)は、場合分けすることによって以下のように表すことができる。
(i)p=M+1のとき、式(27)より、式(31)が成立する。
Figure 2020039089
式(31)のベクトル平均を算出すると、次式(32)となる。
Figure 2020039089
(ii)p=M−1の場合、式(28)より、次式(33)が成立する。
Figure 2020039089
式(33)のベクトル平均を算出すると、次式(34)となる。
Figure 2020039089
(iii)M=pの場合、式(29)より、次式(35)が成立する。
Figure 2020039089
式(35)のベクトル平均を算出すると、次式(36)となる。
Figure 2020039089
差動算出部54aは、偏角算出部42が出力するexpj(θ)及び位相差合計部43aが出力するexpj(X)を用いて、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−n,…,Pシンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−Pの各々の出力値ごとに予め定められる演算式にしたがって演算を行う。また、差動算出部54aは、当該演算により、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−n,…,Pシンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−Pの各々の出力値ごとの周波数オフセット量を位相に含むexpj(2πfIFT)を算出する。
(第2の実施形態の周波数オフセット推定部の処理)
次に、第2の実施形態の周波数オフセット推定部50aの処理について説明する。図7は、周波数オフセット推定部50aの処理の流れを示すフローチャートである。図7の処理が開始される前にトレーニング信号解析部40aの偏角算出部42は、トレーニング信号生成部41aが生成したトレーニング信号t(n)に基づいて、既定の偏角θを位相に含むベクトルであるexpj(θ)を算出して周波数オフセット推定部50aに出力しているものとする。また、トレーニング信号解析部40aの位相差合計部43aは、式(25)に基づいて、Xを算出し、Xを位相に含むベクトルであるexpj(X)を算出して周波数オフセット推定部50aに出力しているものとする。
また、以下では、一例として、M=3、P=4とした例について説明する。
周波数オフセット推定部50aの1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2、3シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−3、及び4シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−4は、タイミング検出部60が出力する受信トレーニング信号r(n)を取り込む(ステップSa1)。
1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1は、第1の実施形態のステップS2−1と同様の処理を行い、受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均を算出して乗算器53と差動算出部54aに出力する(ステップSa2−1)。
2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2において、2シンボル遅延器151−2、複素共役器152−2、及び乗算器153−2は、取り込んだ受信トレーニング信号r(n+2)に基づいて受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分Δr(n)を算出する。ベクトル平均器154−2は、受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分Δr(n)を系列長Lに亘って足し合わせた総和を受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分のベクトル平均として算出する。ここでは、M=3で、p=2であるため、p=M−1となり、式(34)が適用される。2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2は、算出した受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分のベクトル平均を乗算器53と差動算出部54aに出力する(ステップSa2−2)。
3シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−3において、3シンボル遅延器151−3、複素共役器152−3、及び乗算器153−3は、取り込んだ受信トレーニング信号r(n+3)に基づいて受信トレーニング信号の3シンボル遅延差動成分Δr(n)を算出する。ベクトル平均器154−3は、受信トレーニング信号の3シンボル遅延差動成分Δr(n)を系列長Lに亘って足し合わせた総和を受信トレーニング信号の3シンボル遅延差動成分のベクトル平均として算出する。ここでは、M=3で、p=3であるため、M=pとなり、式(36)が適用される。ベクトル平均器154−3は、算出した受信トレーニング信号の3シンボル遅延差動成分のベクトル平均を乗算器53と差動算出部54aに出力する(ステップSa2−3)。
4シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−4において、4シンボル遅延器151−4、複素共役器152−4、及び乗算器153−4は、取り込んだ受信トレーニング信号r(n+4)に基づいて受信トレーニング信号の4シンボル遅延差動成分Δr(n)を算出する。ベクトル平均器154−4は、受信トレーニング信号の4シンボル遅延差動成分Δr(n)を系列長Lに亘って足し合わせた総和を受信トレーニング信号の4シンボル遅延差動成分のベクトル平均として算出する。ここでは、M=3で、p=4であるため、p=M+1となり、式(32)が適用される。ベクトル平均器154−4は、算出した受信トレーニング信号の4シンボル遅延差動成分のベクトル平均を乗算器53と差動算出部54aに出力する(ステップSa2−4)。
複素共役器52は、トレーニング信号解析部40aの偏角算出部42が出力するexpj(θ)の複素共役expj(−θ)を乗算器53に出力する。乗算器53は、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1が出力する受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均と、複素共役器52が出力するexpj(−θ)とに基づいて式(11)の演算を行い、演算結果を加算器55に出力する(ステップSa3−1)。
差動算出部54aは、偏角算出部42が出力するexpj(θ)と、位相差合計部43aが出力するexpj(X)とに基づいて予め定められる所定の角度として(X−2θ)を算出する。差動算出部54aは、1シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−1が出力する受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均と、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2が出力する受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分のベクトル平均との差動成分を算出する。差動算出部54aは、算出した差動成分に対して所定の角度を位相に含むベクトルの複素共役であるexpj(−X+2θ)を乗じて、差動成分から所定の角度を除去する次式(37)の演算を行う。差動算出部54aは、演算結果を加算器55に出力する(ステップSa3−2)。
Figure 2020039089
なお、式(37)は、第1の実施形態の式(22)と同一の式である。
差動算出部54aは、偏角算出部42が出力するexpj(θ)の偏角である(θ)を予め定められる所定の角度とする。差動算出部54aは、2シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−2が出力する受信トレーニング信号の2シンボル遅延差動成分のベクトル平均と、3シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−3が出力する受信トレーニング信号の3シンボル遅延差動成分のベクトル平均との差動成分を算出する。差動算出部54aは、算出した差動成分に対して所定の角度を位相に含むベクトルの複素共役であるexpj(−θ)を乗じて、差動成分から所定の角度(θ)を除去する次式(38)の演算を行う。差動算出部54aは、演算結果を加算器55に出力する(ステップSa3−3)。
Figure 2020039089
差動算出部54aは、偏角算出部42が出力するexpj(θ)の偏角である(θ)を予め定められる所定の角度とする。差動算出部54aは、3シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−3が出力する受信トレーニング信号の3シンボル遅延差動成分のベクトル平均と、4シンボル遅延差動成分ベクトル平均算出部51−4が出力する受信トレーニング信号の4シンボル遅延差動成分のベクトル平均との差動成分を算出する。差動算出部54aは、算出した差動成分に対して所定の角度を位相に含むベクトルの複素共役であるexpj(−θ)を乗じて、差動成分から所定の角度を除去する次式(39)の演算を行う。差動算出部54aは、演算結果を加算器55に出力する(ステップSa3−4)。
Figure 2020039089
加算器55は、乗算器53の出力値、及び差動算出部54aの出力値を加算する。具体的には、加算器55は、式(11)の右辺による演算結果と、式(37)の左辺による演算結果と、式(38)の左辺による演算結果と、式(39)の左辺による演算結果とを加算し、加算値を偏角器56に出力する(ステップSa4)。偏角器56は、加算器55が出力する加算値の偏角を算出し、算出した偏角を周波数オフセット量として周波数オフセット補償処理部61に出力する(ステップSa5)。
なお、ステップSa3−1,Sa3−2,…,Sa3−Pの処理は並列に行われてもよいし、ステップSa3−1,Sa3−2,…,Sa3−Pの順に処理が行われてもよい。
上記の第2の実施形態の構成により、トレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信する光受信装置2aの周波数オフセット補償部32aは、更に、受信トレーニング信号のp(ただし、pは、2以上の整数)シンボル遅延差動成分及び(p+1)シンボル遅延差動成分を算出し、受信トレーニング信号のpシンボル遅延差動成分のベクトル平均及び(p+1)シンボル遅延差動成分のベクトル平均との差動成分のベクトルから既定の角度に基づいて予め定められる所定の角度の位相成分を除去した第3のベクトルを算出する。周波数オフセット補償部32aは、受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均及びトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の差動成分の第1のベクトルと、受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均及び2シンボル遅延差動成分のベクトル平均との差動成分のベクトルから、既定の角度と繰り返しパターンに含まれる変調位相差の要素の合計角度とに基づいて予め定められる所定の角度の位相成分を除去した第2のベクトルと、算出した第3のベクトルとを平均化して周波数オフセット量を算出する。これにより、第2の実施形態では、第1の実施形態に比べて、平均化する対象のベクトルが多くなり、雑音成分を更に低減することができるため、より精度の高い周波数オフセット量を算出することができる。したがって、第2の実施形態において、第1の実施形態と同等の精度で周波数オフセット量を推定する場合、第1の実施形態よりも周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の長さを短くすることができる。そのため、第2の実施形態においても、デジタルコヒーレント方式において、系列長の短いトレーニング符号系列を用いて高精度な周波数オフセット量の推定を行うことが可能となる。
なお、上記の第2の実施形態において、p>Mの場合、トレーニング信号のpシンボル遅延差動成分Δt(n)を次式(40)のように一般化することができる。
Figure 2020039089
トレーニング信号のpシンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均は、次式(41)となる。
Figure 2020039089
式(41)においてθは、トレーニング信号のpシンボル遅延差動成分Δt(n)を周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長Lに亘って足し合わせた場合のベクトルの偏角である。
ここで、次式(42)を定義する。
Figure 2020039089
θは、M+1の場合、「θ=X+θ」となる。また、θは、M+2の場合、「θ=X+θt2」となる。また、θは、M−2の場合、「θ=X−θt2」となる。
すなわち、p>Mの場合、q=p−Mとすれば、「θ」は、次式(43)として表すことができる。
Figure 2020039089
式(43)を用いると、p=M+1の場合の式(32)は、p>Mの場合に一般化して次式(44)として表すことができる。
Figure 2020039089
また、上記の第2の実施形態において、式(11)、式(37)、式(38)、式(39)を加算することにより周波数オフセット量を平均化するようにしているが、本発明の構成は、当該実施の形態に限られず、式(11)と式(38)のみを加算したり、式(11)と式(39)のみを加算したりするなど、任意の組み合わせで周波数オフセット量の平均化を行うようにしてもよい。
また、上記の第1及び第2の実施形態では、トレーニング信号生成部41,41aが、内部の記憶領域に変調位相差Δθ(n)の繰り返しパターンに含まれる要素数を記憶するとしているが、位相差合計部43,43aが要素数を検出するようにしてもよい。
また、上記の第1及び第2の実施形態では、周波数オフセット補償部32,32aが、トレーニング信号解析部40,40aを備えるようにしているが、本発明の構成は、当該実施の形態に限られない。例えば、θを位相に含むベクトルexpj(θ)と、Xを位相に含むベクトルexpj(X)を算出して、周波数オフセット推定部50,50aの内部の記憶領域に予め記憶させておく。周波数オフセット推定部50,50aが周波数オフセット量を推定する処理を行う際に、複素共役器52及び差動算出部54,54aが、内部に記憶領域に記憶されているベクトルexpj(θ)とベクトルexpj(X)を参照するようにしてもよい。このようにすることで、周波数オフセット補償部32,32aが、トレーニング信号解析部40,40aを備えない構成とすることができる。
上述した実施形態における光送信装置1,1aのフレーム生成部10,10a、及び光受信装置2、2aのデジタル信号処理部23,23aをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
1…光送信装置,2…光受信装置,3…光伝送路,10…フレーム生成部,11…IQ信号生成部,12…光コヒーレント送信部,20…光コヒーレント受信部,21…局部発振器,22…ADC,23…デジタル信号処理部,24…出力部,31…等化器,32…周波数オフセット補償部,33…位相オフセット補償部

Claims (8)

  1. トレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信する光受信装置であって、
    受信した前記コヒーレント光信号を電気信号に変換して得られる受信信号の中から周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に対応する受信トレーニング信号を検出するタイミング検出部と、
    前記タイミング検出部が検出する前記受信トレーニング信号と、前記受信トレーニング信号の遅延信号であって遅延シンボル数が異なる少なくとも2以上の遅延信号の各々とに基づいて、複数の遅延差動成分を算出し、算出した複数の前記遅延差動成分を用いて平均化した周波数オフセット量を算出する周波数オフセット推定部と、
    前記周波数オフセット推定部が算出する前記周波数オフセット量を用いて前記受信信号の周波数オフセットの補償を行う周波数オフセット補償処理部と、を備え、
    前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列は、
    多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該符号系列に基づいて生成される前記トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が既定の角度を有しており、隣接シンボル間の変調位相差が一定の繰り返しパターンになっている符号系列である光受信装置。
  2. 前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長が、前記隣接シンボル間の変調位相差の一定の繰り返しパターンに含まれる要素数の倍数である、請求項1に記載の光受信装置。
  3. 前記周波数オフセット推定部は、
    前記受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分及び2シンボル遅延差動成分を算出する場合、前記受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均及び前記トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の差動成分の第1のベクトルを算出し、
    前記受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均及び2シンボル遅延差動成分のベクトル平均の差動成分のベクトルから、前記既定の角度と前記繰り返しパターンに含まれる前記変調位相差の要素の合計角度とに基づいて予め定められる所定の角度の位相成分を除去した第2のベクトルを算出し、算出した前記第1のベクトルと前記第2のベクトルとを平均化して周波数オフセット量を算出する、請求項1又は2に記載の光受信装置。
  4. 前記周波数オフセット推定部は、
    前記受信トレーニング信号のp(ただし、pは、2以上の整数)シンボル遅延差動成分及び(p+1)シンボル遅延差動成分を算出する場合、
    前記受信トレーニング信号のpシンボル遅延差動成分のベクトル平均及び前記(p+1)シンボル遅延差動成分のベクトル平均の差動成分のベクトルから前記既定の角度に基づいて予め定められる所定の角度の位相成分を除去した第3のベクトルを算出し、
    pが2を含む場合、
    前記第1のベクトルと、前記第2のベクトルと、前記第3のベクトルとを平均化して周波数オフセット量を算出し、
    pが2を含まない場合、
    前記第1のベクトルと、前記第3のベクトルとを平均化して周波数オフセット量を算出する、請求項3に記載の光受信装置。
  5. 前記隣接シンボル間の変調位相差の一定の繰り返しパターンに含まれる要素数をMとした場合、pは、M−1、または、M、または、M+1のいずれかの値か、または、全ての値である、請求項4に記載の光受信装置。
  6. 前記タイミング検出部は、
    前記受信信号の中から前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に対応する前記受信トレーニング信号を検出する際、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の全部、または一部を含む区間であって前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長に対応する長さの前記受信信号を前記受信トレーニング信号として検出する、請求項1から5のいずれか一項に記載の光受信装置。
  7. 多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該符号系列に基づいて生成される信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が既定の角度を有しており、隣接シンボル間の変調位相差が一定の繰り返しパターンになっている符号系列である周波数オフセット推定用トレーニング符号系列を含むトレーニング符号系列をプリアンブルに書き込んで送信フレームを生成するフレーム生成部と、
    前記フレーム生成部が生成する前記送信フレームのI成分とQ成分を生成するIQ信号生成部と、
    前記IQ信号生成部が生成する前記送信フレームのI成分と前記送信フレームのQ成分とに基づいて変調を行うことにより得られるコヒーレント光信号を送信する光コヒーレント送信部と、
    を備える光送信装置。
  8. 多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該符号系列に基づいて生成される信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が既定の角度を有しており、隣接シンボル間の変調位相差が一定の繰り返しパターンになっている符号系列より生成されるトレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信し、
    受信した前記コヒーレント光信号を電気信号に変換して得られる受信信号の中から周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に対応する受信トレーニング信号を検出し、
    検出した前記受信トレーニング信号と、前記受信トレーニング信号の遅延信号であって遅延シンボル数が異なる少なくとも2以上の遅延信号の各々とに基づいて、複数の遅延差動成分を算出し、算出した複数の前記遅延差動成分を用いて、前記受信信号の周波数オフセットの補償に用いられる平均化した周波数オフセット量を算出する周波数オフセット推定方法。
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