JP5277896B2

JP5277896B2 - 位相エラー、コヒーレント受信器、及び位相エラー推定方法

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Publication number: JP5277896B2
Application number: JP2008296096A
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Inventors: タオジェニン; リレイ; 久雄中島
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Description

本発明は光通信に関し、より具体的にはコヒーレント受信器に関する。

光通信システムの伝送容量や柔軟性に対する要求が高まりつつあり、コヒーレント光通信技術の重要性が増しつつある。非コヒーレント方式（オン・オフ・キーＯＯＫ等）や自己コヒーレント方式（差動直交位相シフトキーイングＤＱＰＳＫ等）と比較して、コヒーレント方式には次の優位性がある：光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）利得が３ｄＢであること、等化法（equalization technology）を利用できること、より効率的な変調方式（直交変調ＱＡＭ等）を利用できること。電気的コヒーレント方式の場合と同様に、光コヒーレント受信器はキャリアの位相を回復するデバイスを必要とする。電子デバイス技術の発展に伴い、光技術では解決が困難な問題を解決するために、光通信でもデジタル技術が利用されるようになりつつある。Ｄａｎｙ−ＳｅｂａｓｔｉｅｎＬｙ−ＧａｇｎｏｎらはＯＦＣ２００５ＯＴｕＬ４においてデジタル信号処理技術を用いた光コヒーレント受信器を紹介した。彼らは、デジタル信号処理に基づく前方位相推定を用いて、実現が困難な光位相ロックループと置き換えた。図１は、従来の光コヒーレント受信器を示す図である。図１に示したように、光ミキサ１０２、ローカルレーザ発信器１０３、光電子検出器１０４、１０５、及びアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１０６、１０７が、コヒーレント受信器のフロントエンド処理部１１８を構成している。位相ロックループは使用していないので、ベースバンド電気信号１０８は、データ情報だけでなく、キャリアとローカル発信器との間の位相エラーも含んでいる。位相エラー推定器１０９は位相エラーを推定子、推定値１１３を出力する。偏角計算器１１０を用いて、複素入力の偏角を求める。すなわち、ベースバンド電気信号１０８の位相１１１を求める。位相１１１はデータ位相と位相エラーとの和である。減算器１１２は位相１１１から位相エラー１１３を減算して、位相データ１１９を求める。データ回復部１１４は、回復したデータ値を最終的に出力する。位相エラー推定器１０９は、４乗器（quadruplicater）１１６、平均器１１７、偏角計算器１１５、４分割部１２０とを有し、これらは直列に配置されている。信号レートは高速光通信システムでは４０ＧＨｚ程度まで高くなる。このように信号が高速なので、受信器のデジタル信号処理ハードウェアの計算能力は非常に高いことが要求される。他の観点では、現在入手可能なデジタル信号処理ハードウェアの計算能力により、光デジタルコヒーレント受信器の実施や適用が制約される。既存の方法の移送エラー推定器は複素数の４乗計算を含む。このような乗算は、加算、減算、論理演算よりも非常に複雑である。

以上の状況を考慮して、デジタル信号処理ハードウェアの処理能力に対する要求を低減するために、簡単な位相エラー推定方法、特に乗算が必要ない位相エラー推定方法が早急に必要である。

本発明の第１の態様による、入力されたベースバンド電気信号の位相エラーを推定して、前記位相エラーをフィードバックする位相エラー推定器は、前記フィードバックされる位相エラーにより前記ベースバンド電気信号のデータの位相を判断する前置決定器と、前記前置決定器の判断結果により前記位相エラーの実部と虚部とを抽出する位相エラー複素値抽出部と、前記位相エラー複素値抽出部が抽出した位相エラーの実部と虚部とにより、前記位相エラーを決定する位相エラー決定部と、Ｎを２以上の整数として、Ｎシンボルだけ前記位相エラーを遅延させて、遅延させた位相エラーを前記前置決定器にフィードバックする遅延フィードバック部とを有する。

本発明の第２の態様による位相エラー推定器は、第１の態様による位相エラー推定器において、前記位相エラー複素値抽出部は、前記前置決定器が前記データの位相がπ／４であると判断したとき、ｗ１＝Ｑ−Ｉ、ｗ２＝Ｉ＋Ｑ；前記前置決定器が前記データの位相が３π／４であると判断したとき、ｗ１＝−Ｑ−Ｉ、ｗ２＝Ｑ−Ｉ；前記前置決定器が前記データの位相が５π／４であると判断したとき、ｗ１＝−Ｑ−Ｉ、ｗ２＝−Ｉ−Ｑ；前記前置決定器が前記データの位相が７π／４であると判断したとき、ｗ１＝Ｑ＋Ｉ、ｗ２＝Ｉ−Ｑ；により、前記位相エラーの実部ｗ１と虚部ｗ２とを抽出し、Ｉは前記入力されたベースバンド電気信号の同相成分であり、Ｑは前記入力されたベースバンド電気信号の直交成分であり、前記位相エラー決定部は、前記位相エラー複素値抽出部が抽出した位相エラーの実部のノイズを除去する第１のノイズ除去デバイスと、前記位相エラー複素値抽出部が抽出した位相エラーの虚部のノイズを除去する第２のノイズ除去デバイスと、前記第１のノイズ除去デバイスを介してノイズを除去された実部と、前記第２のノイズ除去デバイスを介してノイズを除去された虚部により構成される複素信号の偏角を求め、前記偏角を前記位相エラーとする偏角計算器とを有する。

本発明の第３の態様による位相エラー推定器は、第２の態様による位相エラー推定器において、前記第１のノイズ除去デバイスと前記第２のノイズ除去デバイスはＮシンボルの算術平均をとる平均器であることを特徴とする。

本発明の第４の態様による位相エラー推定器は、第１の態様による位相エラー推定器において、前記前置決定器は、前記ベースバンド電気信号から前記フィードバック位相エラーを除去する位相エラー除去部と、前記位相エラー除去部により前記フィードバック位相エラーを除去した前記ベースバンド電気信号のデータの位相を決定するデータ位相決定部とを有することを特徴とする。

本発明の第５の態様による位相エラー推定器は、第４の態様による位相エラー推定器において、前記位相エラー除去部は、前記ベースバンド電気信号の偏角を求める偏角計算器と、前記偏角計算器が求めた偏角から前記フィードバック位相エラーを減算する減算器とを有し、前記データ位相決定部は、前記位相エラー除去部により前記フィードバック位相エラーを除去された前記ベースバンド電気信号に２πモジュロ計算をして、０と２πの間に制限する２πモジュロ計算器と、前記２πモジュロ計算器により０と２πの間に制限された前記ベースバンド電気信号を所定の値で除算して、商の整数部を求める商計算・丸め部とを有することを特徴とする。

本発明の第６の態様による位相エラー推定器は、第５の態様による位相エラー推定器において、前記所定の値はπ／２または２π／５であることを特徴とする。

本発明の第７の態様による位相エラー推定器は、第４の態様による位相エラー推定器において、前記位相エラー除去部は、前記ベースバンド電気信号の偏角を求める偏角計算器と、前記偏角計算器が求めた偏角から前記フィードバック位相エラーを減算する減算器とを有し、前記データ位相決定部は、前記位相エラー除去部により前記フィードバック位相エラーを除去された前記ベースバンド電気信号に２πモジュロ計算をして、０と２πの間に制限する２πモジュロ計算器と、前記２πモジュロ計算器の出力を第１の閾値と比較する第１の決定部と、前記２πモジュロ計算器の出力が前記第１の閾値より大きいとき、前記２πモジュロ計算器の出力から前記第１の閾値を減算する減算部と、前記減算部の出力を第２の閾値と比較する第２の決定部と、テーブルをルックアップして、前記第１の決定部と前記第２の決定部の出力に応じて前記ベースバンド電気信号のデータの位相を決定するテーブルルックアップ・決定部とを有することを特徴とする。

本発明の第８の態様による位相エラー推定器は、第４の態様による位相エラー推定器において、前記位相エラー除去部は、前記位相エラーと反対方向に、前記位相エラーの大きさだけ前記ベースバンド電気信号を回転する複素乗算部であり、前記データ位相決定部は、前記複素乗算部の複素出力の実部を求める実部計算器と、前記実部計算器により求めた実部の符号を決定する第１の決定器と、前記複素乗算部の複素出力の虚部を求める虚部計算器と、前記虚部計算器により求めた虚部の符号を決定する第２の決定器と、テーブルをルックアップして、前記第１の決定部と前記第２の決定部の出力に応じて前記ベースバンド電気信号のデータの位相を決定するテーブルルックアップ・決定部とを有することを特徴とする。

本発明の第９の態様によるコヒーレント受信器は、第１乃至第８の態様による位相エラー推定器を有することを特徴とする。

本発明の第１０の態様による、ベースバンド電気信号に位相エラーを推定して、前記位相エラーをフィードバックする位相エラー推定方法は、前記フィードバック位相エラーによりベースバンド電気信号のデータの位相を判断する前置判断段階と、前記前置判断段階の出力により位相エラーの実部と虚部を抽出する位相エラー複素値抽出段階と、前記位相エラー複素値抽出段階で抽出した位相エラーの実部と虚部により前記位相エラーを決定する位相エラー決定段階と、Ｎを２以上の整数として、前記位相エラーをＮシンボルだけ遅延させ、遅延させた位相エラーを前記前置判断ステップでの適用のためにフィードバックする遅延フィードバック段階とを含む。

本発明の他の態様によるコヒーレント受信器は、フロントエンド処理部と、本発明の第５乃至第７の態様による位相エラー推定器と、受信器減算部と、データ回復部とを有し、前記受信器減算部は、位相エラー推定器の前置決定器の偏角計算器の出力から、位相エラー決定部が決定した位相エラーを減算し、減算結果をデータ回復部に出力する。

本発明のさらに他の態様によるコンピュータプログラムは、コンピュータまたは論理デバイスにより実行されると、前記コンピュータまたは論理デバイスに、本発明の第１乃至８の態様による位相エラー推定器として動作させ、または本発明の第１０の態様による位相エラー推定方法を実行させる。

本発明はさらに、上記コンピュータプログラムを記憶したコンピュータ記憶媒体が提供する。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の説明は例示及び説明のためのものであり、本発明の保護範囲を制限するものではない。

図２は、本発明による位相エラー推定器の構成を示すブロック図である。位相エラー推定器の入力は、コヒーレント受信器のフロントエンド処理部１１８（図１参照）から出力されたベースバンド電気信号１０８、すなわちＩ＋ｊＱ＝ｅｘｐ（ｊθ_ｄ＋ｊθ）である。一般的には、ベースバンド電気信号１０８は、データ情報θ_ｄだけでなく、キャリアとローカル発信器との間の位相エラーθも含んでいる。本発明による位相エラー推定器の機能は、この位相エラーθの推定にある。以下、ＱＰＳＫ変調モード、すなわちθ_ｄ∈π／４、３π／４、５π／４、７π／４を例として説明する。

ベースバンド電気信号１０８は最初に前置決定器（pre-decider）２０２に入力される。前置決定器２０２は、その時点での（current）ベースバンド電気信号１０８と、Ｎシンボル前（Ｎは２以上の整数）の位相エラー２１３とにより、伝送情報の概略的な判断（general judgment）を行い、前置決定値２０４（すなわち、仮に推定されたデータ位相を示す信号）を選択スイッチ２０３を制御するスイッチ制御信号として出力する。使用する位相エラーはＮシンボル前のものなので、上記の判断は概略的なものであり、その値は前置決定値と呼ぶ。最初の判断のときの初期位相エラーは０に設定できる。前置決定値は０，１，２または３でもよい。これらの値はそれぞれθ_ｄ＝π／４、３π／４、５π／４、７π／４を表している。選択スイッチ２０３は、スイッチ制御信号２０４により、ベースバンド電気信号１０８を位相エラー複素値抽出部２０９の入力ポート２０５，２０６，２０７または２０８に接続する。位相エラー複素値抽出部２０９は、複素数として表された位相エラー√２ｅｘｐ（ｊθ）の実部ｗ２と虚部ｗ１を求める。以下、原理を説明する。

データ情報θ_ｄ＝π／４のとき、前置決定器の出力２０４は０であり、選択スイッチ２０３はベースバンド電気信号１０８（すなわちＩ＋ｊＱ＝ｅｘｐ（ｊθ_ｄ＋ｊθ））を入力ポート２０５に接続する。位相エラー複素値抽出部２０９ではｗ１＝Ｑ−Ｉ、ｗ２＝Ｉ＋Ｑを計算する。すなわち、

データ位相値が他の値のときは、図２に示したアルゴリズムを用いて

を求めることができる。

ノイズ除去デバイスにより推定した虚部と実部からノイズを除去する。ノイズ除去デバイスは例えば平均器２１０により実現できる。平均器２１０はＮ個のシンボルの算術平均を求め、ノイズを除去できる簡単なデバイスである。偏角計算器２１１は、平均化された複素数ｗ２＋ｊｗ１＝√２（ｃｏｓ（θ）＋ｊｓｉｎ（θ））＝√２ｅｘｐ（ｊθ）の偏角を求め、それを位相エラー１１３として出力する。位相エラー１１３は、位相エラー推定器の出力として出力される一方、前置決定器２０２に送られ、時間遅延デバイス２１２によりＮシンボルだけ時間遅延された後、使用される。

前置決定器２０２と制御選択スイッチ２０３は上記の説明では別のものとしたが、一体としてもよい。さらに、制御選択スイッチ２０３を位相エラー複素値抽出部２０９と一体にしてもよい。前置決定器２０２、制御選択スイッチ２０３、位相エラー複素数抽出部２０９、平均器２１０、及び偏角計算器２１１は、ＭＣＵ、ＣＰＵ、プログラマブル論理デバイス等のプログラム可能なデジタルデバイスで実現することができる。

前置決定器の具体的な実施形態を以下に説明する。図３は前置決定器の実施形態を示すブロック図である。図３Ａに示した前置決定器２０２は、偏角計算器２１４、減算器２１５、Ｍｏｄ２π（２πモジュロ）計算器２１６、フロアπ／２計算器２１７を含む。偏角計算器２１４は、ベースバンド電気信号１０８の偏角、すなわちθ_ｄ＋θを求める。減算器２１５は、この偏角から、Ｎシンボル前の位相エラー２１３ θ”を減算する（上記の通り、初期動作ではθ”＝０と設定できる）。位相エラーが徐々に変化する場合、θ≒θ”であり、全山器２１５の出力はほぼ位相データθ_ｄである。偏角計算器２１４と減算器２１５は本発明の位相エラー除去部に対応する。

Ｍｏｄ２π計算器２１６は、減算器２１５の出力に対して２πモジュロ演算をして、０から２πまでの間に制限して、制限したデータ位相を出力する。フロアπ／２計算器２１７はこのデータ位相をπ／２で除算して、商の整数部を求め、出力して、スイッチ制御信号２０４を得る（留意すべき点として、π／２は単なる例であり、実施が容易であるが、丸めて（rounded）スイッチ制御信号を得られるものであれば、２π／５等の他の値を用いることもできる）。次に、θ_ｄ＝π／４、３π／４、５π／４、７π／４のとき、前置決定器の出力２０４はそれぞれ０、１，２，または３である。これは上で説明した通りである。図３Ｂに示した前置決定器２０２は、複素乗算部２１８、実部取得器２２１、虚部取得器２１９、決定器２２２、２２０、及び論理変換テーブル２２３を含む。複素乗算部２１８は、複素ベースバンド電気信号１０８（すなわち、Ｉ＋ｊＱ＝ｅｘｐ（ｊθ_ｄ＋ｊθ））をｅｘｐ（−ｊθ）と乗算して、位相エラーを除去した信号（ｅｘｐ（ｊθ_ｄ）＝ｃｏｓ（ｊθ_ｄ）＋ｊｓｉｎ（θ_ｄ）を求める。ここで、θは複素乗算部２１８のもうひとつの入力であり、すなわちコンステレーション回転角（すなわち、フィードバックにより求めた位相エラー）である。複素乗算部２１８は本発明の位相エラー除去部に対応する。虚部取得器２１９は複素乗算部２１８の出力の虚部を取得し、決定器２２０は、虚部が０以上のとき論理１を出力し、虚部が０より低いとき論理０を出力する。実部取得器２２１及び決定器２２２はそれぞれ虚部２１９及び決定器２２０と同様の構成である。実部取得器２２１は複素乗算部２１８の出力信号の実部を取得し、決定器２２２はその実部が０以上であれば論理１を出力し、実部が０より低ければ論理０を出力する。論理変換テーブル２２３は、決定器２２２、２２０により出力された論理値をスイッチ制御信号２０４に変換する。決定器２２２，２２０が出力した論理値が１、１であるとき、論理変換テーブル２２３は０を出力する。決定器２２２，２２０が出力した論理値が０、１であるとき、論理変換テーブル２２３は１を出力する。決定器２２２，２２０が出力した論理値が０、０であるとき、論理変換テーブル２２３は２を出力する。決定器２２２，２２０が出力した論理値が１、０であるとき、論理変換テーブル２２３は３を出力する。

図３Ｃに示したように、前置決定器２０２は偏角計算器２１４、減算器２１５、Ｍｏｄ２π計算器２１６、第１決定部２２４、減算器２２５、第２決定部２２６、及びテーブルルックアップ部２２７を含む。第１決定部２２４はＭｏｄ２π計算器２１６の出力（すなわち、制約されたデータ位相）がπより小さいか決定する。πより小さければ、第２決定部２２６に進む。πより小さくなければ、デバイス２２５でπを減算してから第２決定部２２６に進む。第２決定部２２６は、入力がπ／２より小さいか決定し、決定した値を出力する。テーブルルックアップ部２２７は決定部２２４、２２６の決定結果に応じてスイッチ制御信号２０４を出力する。変換関係は例えば図に示した通りである。ここで留意すべきことは、π／２やπという数値は説明のための単なる例であって、本発明を限定するものではないことである。

また、コヒーレント受信器または位相エラー推定器が周波数オフセット推定デバイスを含む場合、図３Ａと図３Ｃに示したように、前置決定器は、それぞれ第２減算器または第２複素乗算器を含み、これらを用いてコヒーレント受信器の周波数オフセット推定デバイスから入力される周波数オフセットに起因する位相オフセットを除去してもよい。周波数オフセット推定デバイスは、例えば２００６年にＣ．Ｒ．ＳＦｌｕｄｇｅらが提案したデバイス（IEEE photonics Technology Letters, Volume: 19, Issue: 6, Page 366-368）である。もちろん、第２減算器または第２複素乗算器は図３Ａ乃至図３Ｃに示した減算器または複素乗算器と同じものであってもよい。換言すると、図３Ｄ乃至図３Ｆに示すように、周波数オフセット推定デバイスが推定した、周波数オフセットにより生じた位相と、フィードバック位相とを、図３Ａ乃至図３Ｃに示した減算器または複素乗算器に入力することも可能である。図３Ｄ乃至図３Ｆにおいて、２１３’とθ’は周波数オフセット推定デバイスが推定した周波数オフセットである。このような場合には、時間遅延デバイス２１２の上流に減算器を追加して、周波数オフセット推定デバイスが推定した周波数オフセットにより生じるＮシンボルの位相エラー変化を減算してもよい。

加算、減算、論理演算は主に本発明による位相エラー推定器で行われるので、計算を大幅に簡略化して本発明の主目的を達成できる。前置決定器において複素乗算器を用いたとしても、従来技術より非常に簡単である。

さらに、本発明による位相エラー推定器が処理できる位相エラーは０と２πの間である。すなわち、偏角計算器２１１の出力１１３は０から２πの範囲で可変である。このため、９０°の不確定性（ambiguity）の問題を回避できる。これに対して、図１に示した従来の方法は、４除算部（divided-by-four section）があるため、０からπ／２の間の推定しかできない。

図４は、本発明による位相エラー推定器を使用した光コヒーレント受信器を示すブロック図である。その構成は、本発明による位相エラー推定器３０１により従来の推定器１０９を置き換えたこと以外は、図１に示した構成と大きくは変わらない。

図５は、本発明による位相エラー推定器を使用した他の光コヒーレント受信器を示すブロック図である。図３に示した構成と比較して、図３の偏角計算器１１０と、位相エラー推定器３０１の前置決定器２０２の偏角計算器２１４とが結合されて、１つの偏角計算器２１４になっており、それ以外は何も違わない。

図６は、本発明による光コヒーレント受信器を使用した光通信システムを示すブロック図である。このシステムは、送信器５０１、光ファイバリンク５０６、及び受信器５０５を有する。光ファイバリンク５０６は少なくとも１つのノード５０２、光ファイバ５０３、及び増幅器５０４を含む。上記の構成要素は、本発明による光コヒーレント受信器５０５を除き、Ｒ．Ａ．Ｇｒｉｆｆｉｎらによる「Optical Differential Quadrature Phase-Shift Key (oDQPSK) for High Capacity Optical Transmission」（ＯＦＣ２００２）で公開された送信器などの公知の技術でできている。

図７は、本発明による位相エラー推定方法の一実施形態を示す図である。図７に示したように、本発明による位相エラー推定方法は、フィードバック位相エラーによりベースバンド電気信号のデータの位相を判断する前置判断段階と、前記前置判断段階の出力により位相エラーの実部と虚部を抽出する位相エラー複素値抽出段階と、前記位相エラー複素値抽出段階で抽出した位相エラーの実部と虚部により前記位相エラーを決定する位相エラー決定段階と、Ｎを２以上の整数として、前記位相エラーをＮシンボルだけ遅延させ、遅延させた位相エラーを前記前置判断ステップでの適用のためにフィードバックする遅延フィードバック段階とを含む。

前置判断段階は、例えば図３Ａ乃至図３Ｆに示した前置決定器により実現できる。位相エラー複素値抽出段階は、例えば図２に示した数式を用いて位相エラー複素値抽出部２０９により計算できる。位相エラー決定段階は、例えば図２に示した平均器２１０と偏角計算器２１１により実現できる。遅延フィードバック段階は、例えば図２に示した遅延デバイス２１２により実現できる。

上記した本発明のデバイスはコンピュータソフトウェアにより実現することもできる。コンピュータは、このコンピュータソフトウェアにより上記のデバイスの機能を実行し、または上記の方法の段階を実行することができる。コンピュータは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、入出力手段、ハードディスク、ＲＡＭ等を含む汎用コンピュータであっても、専用コンピュータであってもよい。上記のコンピュータプログラムは、単一のコンピュータプログラムであっても、複数のコンピュータプログラムよりなるプログラムスイートであってもよい。

コンピュータプログラムやコンピュータプログラムスイートを、コンピュータ読み取り可能記憶媒体に記憶することができる。コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、磁気テープ等の様々な媒体であり、当業者には知られている。

当業者には言うまでもなく、実際の要求に即して本発明に様々な修正や変形を加えることができる。こうした修正や変更も、添付した特許請求の範囲に含まれる限り、本発明の範囲内にある。

上記の実施形態について次の付記を記載する。
（付記１）入力されたベースバンド電気信号の位相エラーを推定して、前記位相エラーをフィードバックする位相エラー推定器であって、
前記フィードバックされる位相エラーにより前記ベースバンド電気信号のデータの位相を判断する前置決定器と、
前記前置決定器の判断結果により前記位相エラーの実部と虚部とを抽出する位相エラー複素値抽出部と、
前記位相エラー複素値抽出部が抽出した位相エラーの実部と虚部とにより、前記位相エラーを決定する位相エラー決定部と、
Ｎを２以上の整数として、Ｎシンボルだけ前記位相エラーを遅延させて、遅延させた位相エラーを前記前置決定器にフィードバックする遅延フィードバック部とを有する位相エラー推定器。
（付記２）前記位相エラー複素値抽出部は、
前記前置決定器が前記データの位相がπ／４であると判断したとき、ｗ１＝Ｑ−Ｉ、ｗ２＝Ｉ＋Ｑ；
前記前置決定器が前記データの位相が３π／４であると判断したとき、ｗ１＝−Ｑ−Ｉ、ｗ２＝Ｑ−Ｉ；
前記前置決定器が前記データの位相が５π／４であると判断したとき、ｗ１＝−Ｑ−Ｉ、ｗ２＝−Ｉ−Ｑ；
前記前置決定器が前記データの位相が７π／４であると判断したとき、ｗ１＝Ｑ＋Ｉ、ｗ２＝Ｉ−Ｑ；
により、前記位相エラーの実部ｗ１と虚部ｗ２とを抽出し、
Ｉは前記入力されたベースバンド電気信号の同相成分であり、Ｑは前記入力されたベースバンド電気信号の直交成分であり、
前記位相エラー決定部は、
前記位相エラー複素値抽出部が抽出した位相エラーの実部のノイズを除去する第１のノイズ除去デバイスと、
前記位相エラー複素値抽出部が抽出した位相エラーの虚部のノイズを除去する第２のノイズ除去デバイスと、
前記第１のノイズ除去デバイスを介してノイズを除去された実部と、前記第２のノイズ除去デバイスを介してノイズを除去された虚部により構成される複素信号の偏角を求め、前記偏角を前記位相エラーとする偏角計算器とを有する、付記１に記載の位相エラー推定器。
（付記３）前記第１のノイズ除去デバイスと前記第２のノイズ除去デバイスはＮシンボルの算術平均をとる平均器であることを特徴とする、付記２に記載の位相エラー推定器。
（付記４）前記前置決定器は、
前記ベースバンド電気信号から前記フィードバック位相エラーを除去する位相エラー除去部と、
前記位相エラー除去部により前記フィードバック位相エラーを除去した前記ベースバンド電気信号のデータの位相を決定するデータ位相決定部とを有することを特徴とする、付記１に記載の位相エラー推定器。
（付記５）前記位相エラー除去部は、
前記ベースバンド電気信号の偏角を求める偏角計算器と、
前記偏角計算器が求めた偏角から前記フィードバック位相エラーを減算する減算器とを有し、
前記データ位相決定部は、
前記位相エラー除去部により前記フィードバック位相エラーを除去された前記ベースバンド電気信号に２πモジュロ計算をして、０と２πの間に制限する２πモジュロ計算器と、
前記２πモジュロ計算器により０と２πの間に制限された前記ベースバンド電気信号を所定の値で除算して、商の整数部を求める商計算・丸め部とを有することを特徴とする、
付記４に記載の位相エラー推定器。
（付記６）前記所定の値はπ／２または２π／５であることを特徴とする、付記５に記載の位相エラー推定器。
（付記７）前記位相エラー除去部は、
前記ベースバンド電気信号の偏角を求める偏角計算器と、
前記偏角計算器が求めた偏角から前記フィードバック位相エラーを減算する減算器とを有し、
前記データ位相決定部は、
前記位相エラー除去部により前記フィードバック位相エラーを除去された前記ベースバンド電気信号に２πモジュロ計算をして、０と２πの間に制限する２πモジュロ計算器と、
前記２πモジュロ計算器の出力を第１の閾値と比較する第１の決定部と、
前記２πモジュロ計算器の出力が前記第１の閾値より大きいとき、前記２πモジュロ計算器の出力から前記第１の閾値を減算する減算部と、
前記減算部の出力を第２の閾値と比較する第２の決定部と、
テーブルをルックアップして、前記第１の決定部と前記第２の決定部の出力に応じて前記ベースバンド電気信号のデータの位相を決定するテーブルルックアップ・決定部とを有することを特徴とする、付記４に記載の位相エラー推定器。
（付記８）前記位相エラー除去部は、前記位相エラーと反対方向に、前記位相エラーの大きさだけ前記ベースバンド電気信号を回転する複素乗算部であり、
前記データ位相決定部は、
前記複素乗算部の複素出力の実部を求める実部計算器と、
前記実部計算器により求めた実部の符号を決定する第１の決定器と、
前記複素乗算部の複素出力の虚部を求める虚部計算器と、
前記虚部計算器により求めた虚部の符号を決定する第２の決定器と、
テーブルをルックアップして、前記第１の決定部と前記第２の決定部の出力に応じて前記ベースバンド電気信号のデータの位相を決定するテーブルルックアップ・決定部とを有することを特徴とする、付記４に記載の位相エラー推定器。
（付記９）付記１乃至８いずれか一項に記載の位相エラー推定器を有することを特徴とするコヒーレント受信器。
（付記１０）ベースバンド電気信号に位相エラーを推定して、前記位相エラーをフィードバックする位相エラー推定方法であって、
前記フィードバック位相エラーによりベースバンド電気信号のデータの位相を判断する前置判断段階と、
前記前置判断段階の出力により位相エラーの実部と虚部を抽出する位相エラー複素値抽出段階と、
前記位相エラー複素値抽出段階で抽出した位相エラーの実部と虚部により前記位相エラーを決定する位相エラー決定段階と、
Ｎを２以上の整数として、前記位相エラーをＮシンボルだけ遅延させ、遅延させた位相エラーを前記前置判断ステップでの適用のためにフィードバックする遅延フィードバック段階とを含む方法。

本発明の上記その他の特徴と優位性は、添付した図面を参照して以下の詳細な説明を読めばより明らかになる。
従来の光コヒーレント受信器を示すブロック図である。本発明の一実施形態による位相エラー推定器を示すブロック図である。本発明による事前設定器の構成を示すブロック図である。本発明による事前設定器の構成を示すブロック図である。本発明による事前設定器の構成を示すブロック図である。本発明による事前設定器の構成を示すブロック図である。本発明による事前設定器の構成を示すブロック図である。本発明による事前設定器の構成を示すブロック図である。本発明による位相エラー推定器を組み込んだ光コヒーレント受信器の一実施形態を示す図である。本発明による位相エラー推定器を組み込んだ光コヒーレント受信器の他の実施形態を示す図である。本発明によるコヒーレント受信器を利用する光通信システムを示すブロック図である。本発明による位相エラー推定方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１光入力
１０２光周波数ミキサ
１０３ローカル発振レーザ
１０４、１０５光電気検出器
１１４データ回復デバイス
１１８コヒーレント受信器のフロントエンド処理
２０２前置決定器
２２０、２２２判断
２２３論理テーブル
２２５ π減算
２２７論理テーブル
３０１位相推定器
５０１送信器
５０２ノード
５０３光ファイバ
５０４増幅器
５０５光コヒーレント受信器

Claims

入力されたベースバンド電気信号の位相エラーを推定して、前記位相エラーをフィードバックする位相エラー推定器であって、
前記フィードバックされる位相エラーにより前記ベースバンド電気信号のデータの位相を判断する前置決定器と、
前記前置決定器の判断結果により前記位相エラーの実部と虚部とを抽出する演算器として加算器及び減算器を用いた位相エラー複素値抽出部と、
前記位相エラー複素値抽出部が抽出した位相エラーの実部と虚部とにより、前記位相エラーを決定する位相エラー決定部と、
Ｎを２以上の整数として、Ｎシンボルだけ前記位相エラーを遅延させて、遅延させた位相エラーを前記前置決定器にフィードバックする遅延フィードバック部とを有する位相エラー推定器。
前記位相エラー複素値抽出部は、
前記前置決定器が前記データの位相がπ／４であると判断したとき、ｗ１＝Ｑ−Ｉ、ｗ２＝Ｉ＋Ｑ；
前記前置決定器が前記データの位相が３π／４であると判断したとき、ｗ１＝−Ｑ−Ｉ、ｗ２＝Ｑ−Ｉ；
前記前置決定器が前記データの位相が５π／４であると判断したとき、ｗ１＝−Ｑ−Ｉ、ｗ２＝−Ｉ−Ｑ；
前記前置決定器が前記データの位相が７π／４であると判断したとき、ｗ１＝Ｑ＋Ｉ、ｗ２＝Ｉ−Ｑ；
により、前記位相エラーの実部ｗ１と虚部ｗ２とを抽出し、
Ｉは前記入力されたベースバンド電気信号の同相成分であり、Ｑは前記入力されたベースバンド電気信号の直交成分であり、
前記位相エラー決定部は、
前記位相エラー複素値抽出部が抽出した位相エラーの実部のノイズを除去する第１のノイズ除去デバイスと、
前記位相エラー複素値抽出部が抽出した位相エラーの虚部のノイズを除去する第２のノイズ除去デバイスと、
前記第１のノイズ除去デバイスを介してノイズを除去された実部と、前記第２のノイズ除去デバイスを介してノイズを除去された虚部により構成される複素信号の偏角を求め、前記偏角を前記位相エラーとする偏角計算器とを有する、請求項１に記載の位相エラー推定器。
前記第１のノイズ除去デバイスと前記第２のノイズ除去デバイスはＮシンボルの算術平均をとる平均器であることを特徴とする、請求項２に記載の位相エラー推定器。
前記前置決定器は、
前記ベースバンド電気信号から前記フィードバック位相エラーを除去する位相エラー除去部と、
前記位相エラー除去部により前記フィードバック位相エラーを除去した前記ベースバンド電気信号のデータの位相を決定するデータ位相決定部とを有することを特徴とする、請求項１に記載の位相エラー推定器。
前記位相エラー除去部は、
前記ベースバンド電気信号の偏角を求める偏角計算器と、
前記偏角計算器が求めた偏角から前記フィードバック位相エラーを減算する減算器とを有し、
前記データ位相決定部は、
前記位相エラー除去部により前記フィードバック位相エラーを除去された前記ベースバンド電気信号に２πモジュロ計算をして、０と２πの間に制限する２πモジュロ計算器と、
前記２πモジュロ計算器により０と２πの間に制限された前記ベースバンド電気信号を所定の値で除算して、商の整数部を求める商計算・丸め部とを有することを特徴とする、
請求項４に記載の位相エラー推定器。
前記所定の値はπ／２または２π／５であることを特徴とする、請求項５に記載の位相エラー推定器。
前記位相エラー除去部は、
前記ベースバンド電気信号の偏角を求める偏角計算器と、
前記偏角計算器が求めた偏角から前記フィードバック位相エラーを減算する減算器とを有し、
前記データ位相決定部は、
前記位相エラー除去部により前記フィードバック位相エラーを除去された前記ベースバンド電気信号に２πモジュロ計算をして、０と２πの間に制限する２πモジュロ計算器と、
前記２πモジュロ計算器の出力を第１の閾値と比較する第１の決定部と、
前記２πモジュロ計算器の出力が前記第１の閾値より大きいとき、前記２πモジュロ計算器の出力から前記第１の閾値を減算する減算部と、
前記減算部の出力を第２の閾値と比較する第２の決定部と、
テーブルをルックアップして、前記第１の決定部と前記第２の決定部の出力に応じて前記ベースバンド電気信号のデータの位相を決定するテーブルルックアップ・決定部とを有することを特徴とする、請求項４に記載の位相エラー推定器。
前記位相エラー除去部は、前記位相エラーと反対方向に、前記位相エラーの大きさだけ前記ベースバンド電気信号を回転する複素乗算部であり、
前記データ位相決定部は、
前記複素乗算部の複素出力の実部を求める実部計算器と、
前記実部計算器により求めた実部の符号を決定する第１の決定器と、
前記複素乗算部の複素出力の虚部を求める虚部計算器と、
前記虚部計算器により求めた虚部の符号を決定する第２の決定器と、
テーブルをルックアップして、前記第１の決定器と前記第２の決定器の出力に応じて前記ベースバンド電気信号のデータの位相を決定するテーブルルックアップ・決定部とを有することを特徴とする、請求項４に記載の位相エラー推定器。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の位相エラー推定器を有することを特徴とするコヒーレント受信器。
ベースバンド電気信号に位相エラーを推定して、前記位相エラーをフィードバックする位相エラー推定方法であって、
前記フィードバック位相エラーによりベースバンド電気信号のデータの位相を判断する前置判断段階と、
前記前置判断段階の出力により演算器として加算器及び減算器を用いて位相エラーの実部と虚部を抽出する位相エラー複素値抽出段階と、
前記位相エラー複素値抽出段階で抽出した位相エラーの実部と虚部により前記位相エラーを決定する位相エラー決定段階と、
Ｎを２以上の整数として、前記位相エラーをＮシンボルだけ遅延させ、遅延させた位相エラーを前記前置判断段階での適用のためにフィードバックする遅延フィードバック段階とを含む方法。