JP6075902B2 - 光伝送システム、位相補償方法、及び光受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システムにおいて送信側及び受信側並びに伝送路で生じた位相雑音を補償して通信品質を向上させる光伝送システム、位相補償方法、及び光受信装置に関する。
本願は、２０１３年２月１３日に日本へ出願された特願２０１３−０２５９２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

基幹系光伝送システムにおいては、高速なクライアント信号を経済的に収容し、大容量の情報を伝送することが求められている。このような目的の実現にむけて、周波数利用効率向上の観点から、コヒーレント検波とデジタル信号処理とを組み合わせたデジタルコヒーレント伝送方式が検討されており、デジタルコヒーレント伝送方式を用いた波長多重伝送により高速大容量の情報伝送の実現が期待されている。デジタルコヒーレント伝送方式においては、送信装置、受信装置、及び光ファイバ伝送路で生じる波形劣化（例えば、波長分散）の補償を、デジタル信号処理により行っている。また、デジタルコヒーレント伝送方式においては、デジタル信号処理により位相同期が確立されている。位相同期の確立のためには、周波数オフセット推定（例えば、非特許文献１）や搬送波位相同期（例えば、非特許文献２）が必要であり、回路規模や変調フォーマットを考慮して各種アルゴリズムが検討されている。

T. Nakagawa et al., "Non-Data-Aided Wide-Range Frequency Offset Estimator for QAM Optical Coherent Receivers," paper OMJ1, OSA/OFC/NFOEC 2011. A. J. Viterbi et al., "Nonlinear Estimation of PSK-Modulated Carrier Phase with Application to Burst Digital Transmission," IEEE Transactions on Information Theory, Vol. IT-29, No. 4, July 1983.

光伝送システムにおいては、送信側と受信側との間での光源の周波数ずれ、光ファイバ伝送路における非線形光学効果による位相変動などにより、前述した位相同期が確立できなくなる位相同期はずれや同期精度が低下することによる通信品質の劣化が生じてしまう問題があった。また、高度な位相補償アルゴリズムを実装すると回路規模が増加してしまう問題があった。

本発明は、このような背景を考慮してなされたもので、回路規模の増加を抑えるとともに、光ファイバ伝送路において生じる位相変動に応じた位相補償を行うことができる光伝送システム、位相補償方法、及び光受信装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明は、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部とを備え、前記補償電界信号生成部は、前記複素電界誤差信号を入力するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記ローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記ローパスフィルタの前記出力から線形補間によって算出する第１線形補間処理部と、前記ローパスフィルタの前記出力を含む前記境界点の位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する振幅規格化部と、規格化後の前記境界点の位相変動から、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理部と、を有する、光伝送システムである。

また、上記問題を解決するために、本発明は、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部とを備え、前記補償電界信号生成部は、前記複素電界誤差信号を入力する残留周波数オフセット推定部と、前記複素電界誤差信号を入力する第１のローパスフィルタと、前記第１のローパスフィルタの入力と出力とに前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗算する演算部と、前記第１のローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記第１のローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記第１のローパスフィルタの前記出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値から線形補間によって算出する第１線形補間処理部と、前記第１のローパスフィルタの出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値と、前記第１線形補間処理部により算出された前記境界点の位相変動とに基づいて、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理部と、を備え、前記残留周波数オフセット推定部は、前記複素電界誤差信号から残留周波数オフセットの瞬時値を算出する位相スロープ検出部と、前記位相スロープ検出部の出力値を平均化する第２のローパスフィルタと、前記第２のローパスフィルタから出力された複素電界値を位相値に変換する電界位相変換部と、前記電界位相変換部から出力された前記位相値を積分する積分部と、前記積分部から出力された積分値を位相値として複素電界値に変換する位相電界変換部と、を有する、光伝送システムである。

好ましくは、上記光伝送システムにおいて、前記残留周波数オフセット推定部は、前記パイロットシンボルの間隔に応じて、前記電界位相変換部の出力に係数を乗算する係数設定部を有する。

また、上記問題を解決するために、本発明は、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部とを備え、前記補償電界信号生成部は、前記誤差信号演算部が算出する前記複素電界誤差信号の振幅を規格化する第１振幅規格化部と、前記第１振幅規格化部により規格化された前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの信号列を前記複素電界誤差信号間に内挿した信号列を出力する複素電界内挿部と、前記複素電界内挿部が出力する前記信号列を入力し、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有し、前記位相変動を推定するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタから出力される前記位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する第２振幅規格化部と、を有する、光伝送システムである。

また、上記問題を解決するために、本発明は、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部とを備え、前記補償電界信号生成部は、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを備え、前記位相変動を推定する際に前記ローパスフィルタを用い、前記補償電界信号生成部は、前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算部と、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの複素電界信号列に、前記位相差演算部が算出した前記位相信号を挿入した信号列を生成する内挿部と、前記内挿部が生成する前記信号列を入力する前記ローパスフィルタの出力を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換部と、を有し、前記位相差演算部は、現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算部と、前記減算部により得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出部と、前記位相差算出部より出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算部と、を有する、光伝送システムである。

好ましくは、上記光伝送システムにおいて、前記内挿部は、前記位相信号又はゼロの信号列を内挿する。

また、上記問題を解決するために、本発明は、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部とを備え、前記補償電界信号生成部は、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを備え、前記位相変動を推定する際に前記ローパスフィルタを用い、前記補償電界信号生成部は、前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算部と、前記位相差演算部が算出する前記位相信号を入力する前記ローパスフィルタの出力に対する線形補間により、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間における位相を算出する線形補間処理部と、前記線形補間処理部が算出する前記位相を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換部と、を有し、前記位相差演算部は、現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算部と、前記減算部により得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出部と、前記位相差算出部より出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算部と、を有する、光伝送システムである。

好ましくは、上記光伝送システムにおいて、前記パイロットシンボル検出部は、連続するシンボルからなる同期パターンと、前記同期パターンから予め定められたシンボル数の間隔で送信データに挿入されたパイロットシンボルと、前記送信データとを含む送信フレームを受信して、前記同期パターンの位置を検出する同期パターン検出部と、検出された前記同期パターンの前記位置から前記パイロットシンボルの位置を検出し、前記パイロットシンボルを抽出するパイロットシンボル抽出部とを有する。

好ましくは、上記光伝送システムにおいて、前記同期パターンとして疑似乱数ビット列を用いる。

好ましくは、上記光伝送システムにおいて、前記同期パターンに対する変調において３値以上の振幅レベルが存在する場合、最大の振幅レベル及び最小の振幅レベル以外の振幅レベルのシンボルを前記同期パターンに割り当てる。

好ましくは、上記光伝送システムにおいて、前記同期パターンに対する変調において位相が１８０°異なる２つのシンボルに前記同期パターンを割り当てる。

好ましくは、上記光伝送システムにおいて、前記同期パターン検出部は、前記受信複素電界信号に対して差動検波を行うことにより得られる差動検波信号に対する硬判定結果に基づいて、前記受信複素電界信号に含まれる前記同期パターンを検出する。

また、上記問題を解決するために、本発明は、光伝送システムにおける位相補償方法において、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出ステップと、前記パイロットシンボル検出ステップにおいて検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算ステップと、前記誤差信号演算ステップにおいて算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成ステップと、前記補償電界信号生成ステップにおいて推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償ステップと、を有し、前記補償電界信号生成ステップは、前記複素電界誤差信号をローパスフィルタへ入力するステップと、前記ローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記ローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記ローパスフィルタの前記出力から線形補間によって算出する第１線形補間処理ステップと、前記ローパスフィルタの前記出力を含む前記境界点の位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する振幅規格化ステップと、規格化後の前記境界点の位相変動から、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理ステップと、を有する、位相補償方法である。
また、上記問題を解決するために、本発明は、光伝送システムにおける位相補償方法において、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出ステップと、前記パイロットシンボル検出ステップにおいて検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算ステップと、前記誤差信号演算ステップにおいて算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成ステップと、前記補償電界信号生成ステップにおいて推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償ステップと、を有し、前記補償電界信号生成ステップは、前記複素電界誤差信号を残留周波数オフセット推定部と第１のローパスフィルタとへ入力するステップと、前記第１のローパスフィルタの入力と出力とに前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗算する演算ステップと、前記第１のローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記第１のローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記第１のローパスフィルタの前記出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値から線形補間によって算出する第１線形補間処理ステップと、前記第１のローパスフィルタの出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値と、前記第１線形補間処理ステップにより算出された前記境界点の位相変動とに基づいて、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理ステップと、を有し、前記残留周波数オフセット推定部は、前記複素電界誤差信号から残留周波数オフセットの瞬時値を算出する位相スロープ検出部と、前記位相スロープ検出部の出力値を平均化する第２のローパスフィルタと、前記第２のローパスフィルタから出力された複素電界値を位相値に変換する電界位相変換部と、前記電界位相変換部から出力された前記位相値を積分する積分部と、前記積分部から出力された積分値を位相値として複素電界値に変換して出力する位相電界変換部と、を有する、位相補償方法である。
また、上記問題を解決するために、本発明は、光伝送システムにおける位相補償方法において、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出ステップと、前記パイロットシンボル検出ステップにおいて検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算ステップと、前記誤差信号演算ステップにおいて算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成ステップと、前記補償電界信号生成ステップにおいて推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償ステップと、を有し、前記補償電界信号生成ステップは、前記誤差信号演算ステップにおいて算出された前記複素電界誤差信号の振幅を規格化する第１振幅規格化ステップと、前記第１振幅規格化ステップにより規格化された前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの信号列を前記複素電界誤差信号間に内挿した信号列を出力する複素電界内挿ステップと、前記複素電界内挿ステップにおいて出力される前記信号列を、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタに入力して前記位相変動を推定する推定ステップと、前記ローパスフィルタから出力される前記位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する第２振幅規格化ステップと、を有する、位相補償方法である。
また、上記問題を解決するために、本発明は、光伝送システムにおける位相補償方法において、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出ステップと、前記パイロットシンボル検出ステップにおいて検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算ステップと、前記誤差信号演算ステップにおいて算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成ステップと、前記補償電界信号生成ステップにおいて推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償ステップと、を有し、前記補償電界信号生成ステップでは、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを、前記位相変動を推定する際に用い、前記補償電界信号生成ステップは、前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算ステップと、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの複素電界信号列に、前記位相差演算ステップにおいて算出した前記位相信号を挿入した信号列を生成する内挿ステップと、前記内挿ステップにおいて生成する前記信号列を入力する前記ローパスフィルタの出力を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換ステップと、を含み、前記位相差演算ステップは、現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算ステップと、前記減算ステップにより得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出ステップと、前記位相差算出ステップにおいて出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算ステップと、を含む、位相補償方法である。
また、上記問題を解決するために、本発明は、光伝送システムにおける位相補償方法において、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出ステップと、前記パイロットシンボル検出ステップにおいて検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算ステップと、前記誤差信号演算ステップにおいて算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成ステップと、前記補償電界信号生成ステップにおいて推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償ステップと、を有し、前記補償電界信号生成ステップでは、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを、前記位相変動を推定する際に用い、前記補償電界信号生成ステップは、前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算ステップと、前記位相差演算ステップにおいて算出する前記位相信号を入力する前記ローパスフィルタの出力に対する線形補間により、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間における位相を算出する線形補間処理ステップと、前記線形補間処理ステップにおいて算出する前記位相を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換ステップと、を含み、前記位相差演算ステップは、現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算ステップと、前記減算ステップにより得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出ステップと、前記位相差算出ステップにおいて出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算ステップと、を含む、位相補償方法である。

また、上記問題を解決するために、本発明は、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と、を備え、前記補償電界信号生成部は、前記複素電界誤差信号を入力するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記ローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記ローパスフィルタの前記出力から線形補間によって算出する第１線形補間処理部と、前記ローパスフィルタの前記出力を含む前記境界点の位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する振幅規格化部と、規格化後の前記境界点の位相変動から、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理部と、を有する、光受信装置である。
また、上記問題を解決するために、本発明は、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と、を備え、前記補償電界信号生成部は、前記複素電界誤差信号を入力する残留周波数オフセット推定部と、前記複素電界誤差信号を入力する第１のローパスフィルタと、前記第１のローパスフィルタの入力と出力とに前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗算する演算部と、前記第１のローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記第１のローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記第１のローパスフィルタの前記出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値から線形補間によって算出する第１線形補間処理部と、前記第１のローパスフィルタの出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値と、前記第１線形補間処理部により算出された前記境界点の位相変動とに基づいて、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理部と、を備え、前記残留周波数オフセット推定部は、前記複素電界誤差信号から残留周波数オフセットの瞬時値を算出する位相スロープ検出部と、前記位相スロープ検出部の出力値を平均化する第２のローパスフィルタと、前記第２のローパスフィルタから出力された複素電界値を位相値に変換する電界位相変換部と、前記電界位相変換部から出力された前記位相値を積分する積分部と、前記積分部から出力された積分値を位相値として複素電界値に変換する位相電界変換部と、を有する、光受信装置である。
また、上記問題を解決するために、本発明は、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と、を備え、前記補償電界信号生成部は、前記誤差信号演算部が算出する前記複素電界誤差信号の振幅を規格化する第１振幅規格化部と、前記第１振幅規格化部により規格化された前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの信号列を前記複素電界誤差信号間に内挿した信号列を出力する複素電界内挿部と、前記複素電界内挿部が出力する前記信号列を入力し、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有し、前記位相変動を推定するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタから出力される前記位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する第２振幅規格化部と、を有する、光受信装置である。
また、上記問題を解決するために、本発明は、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と、を備え、前記補償電界信号生成部は、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを備え、前記位相変動を推定する際に前記ローパスフィルタを用い、前記補償電界信号生成部は、前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算部と、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの複素電界信号列に、前記位相差演算部が算出した前記位相信号を挿入した信号列を生成する内挿部と、前記内挿部が生成する前記信号列を入力する前記ローパスフィルタの出力を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換部と、を有し、前記位相差演算部は、現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算部と、前記減算部により得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出部と、前記位相差算出部より出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算部と、を有する、光受信装置である。
また、上記問題を解決するために、本発明は、受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と、を備え、前記補償電界信号生成部は、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを備え、前記位相変動を推定する際に前記ローパスフィルタを用い、前記補償電界信号生成部は、前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算部と、前記位相差演算部が算出する前記位相信号を入力する前記ローパスフィルタの出力に対する線形補間により、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間における位相を算出する線形補間処理部と、前記線形補間処理部が算出する前記位相を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換部と、を有し、前記位相差演算部は、現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算部と、前記減算部により得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出部と、前記位相差算出部より出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算部と、を有する、光受信装置である。

この発明によれば、受信複素電界信号に含まれる各パイロットシンボルに対する位相変動を算出し、パイロットシンボル間におけるデータ等の信号に対する位相変動を算出する際にフィルタ処理を用いるようにしたので、パイロットシンボル間の信号に関する位相角の算出や、位相変動に対する連続性処理を行わずとも、受信複素電界信号における位相変動を取得することができ、位相補償を行うことができる。その結果、位相角の算出や位相変動に対する連続性処理の演算量や回路規模が増加する処理を省くことができ、演算量及び回路規模の削減を図ることができる。

第１の実施形態における光伝送システムの構成例を示すブロック図である。 同実施形態における変調信号生成部１２の構成例を示すブロック図である。 同実施形態における変調信号生成部１２が生成する変調信号のフレーム構造の一例を示す概略図である。 同実施形態におけるデジタル信号処理部４の構成例を示すブロック図である。 同実施形態における位相雑音補償部４４の構成を示すブロック図である。 同実施形態におけるパイロットシンボル検出部４４１の構成を示すブロック図である。 同実施形態における補償電界信号生成部４４４の構成を示すブロック図である。 同実施形態における複素電界内挿部４４４３により生成される信号例を示す図である。 同実施形態における低域通過フィルタ４４４４の構成例を示すブロック図である。 同実施形態の位相雑音補償部４４による品質（Ｑ値）改善を示すグラフである。 第２の実施形態における補間処理部５４４２の構成を示すブロック図である。 同実施形態において低域通過フィルタ５４４３に入力される複素電界誤差信号の一例を示す図である。 同実施形態における低域通過フィルタ５４４３の構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態と第２の実施形態とにおける通信品質（Ｑ値）を示すグラフである。 第３の実施形態における補償電界信号生成部６４４の構成を示すブロック図である。 同実施形態における位相差演算部６４４１の構成例を示すブロック図である。 第４の実施形態における補償電界信号生成部の構成を示すブロック図である。 同実施形態の第１線形補間処理部により算出される位相雑音の位置を示した図である。 同実施形態における第１線形補間処理部の処理を示す図である。 同実施形態における第２振幅規格化部の処理を示す図である。 同実施形態における第２線形補間処理部の処理を示す図である。 第５の実施形態における補償電界信号生成部の構成を示すブロック図である。 同実施形態における残留周波数オフセット推定部の構成の一例を示すブロック図である。 第６の実施形態における送受信フレームのフレーム構造を示す図である。 同実施形態による残留周波数オフセット推定部の構成を示すブロック図である。 第７の実施形態において、シンボルマッピング部１２３によるパイロットシンボルの複素平面上のマッピング例を示している。 同実施形態において、マッピングが同一複素平面上で行われた同期パターンの送受信フレームの構成例を示す図である。 同実施形態における同期パターン同期部１００４Ａの構成例を示すブロック図である。 同実施形態における差動検波部１０４１の構成例を示すブロック図である。 同実施形態における同期パターン同期部１００４Ｂの構成例を示すブロック図である。 データ信号を３２ＱＡＭで変調した場合における同期パターンのマッピング例を示す図である。 データ信号を６４ＱＡＭで変調した場合における同期パターンのマッピング例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における光伝送システム、位相補償方法、及び光受信装置を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における光伝送システムの構成例を示すブロック図である。光伝送システムは、デジタルコヒーレント伝送方式によるデータの伝送を行う送信装置１、光ファイバ伝送路２、及び、受信装置３を具備している。送信装置１は、送信すべきデータを含む変調光を生成し、生成した変調光を光ファイバ伝送路２に出力する。送信装置１から出力される変調光は、光ファイバ伝送路２を伝播する。受信装置３は、光ファイバ伝送路２を伝播した変調光を受信し、受信した変調光からデータを取得する。

送信装置１は、信号光源１１、変調信号生成部１２、及び、光変調器１３を備えている。信号光源１１はＣＷ（Continuous Wave）光を生成し、生成したＣＷ光を光変調器１３に出力する。変調信号生成部１２は、送信すべきデータ、パイロットシンボル、及び、同期パターンを含む変調信号を生成し、光変調器１３に出力する。光変調器１３は、変調信号に基づいてＣＷ光を変調して変調光を生成し、光ファイバ伝送路２に出力する。

図２は、本実施形態における変調信号生成部１２の構成例を示すブロック図である。変調信号生成部１２は、パイロットシンボル挿入部１２１、同期パターン挿入部１２２、及び、シンボルマッピング部１２３を有している。パイロットシンボル挿入部１２１には、送信すべきデータが入力される。パイロットシンボル挿入部１２１は、入力されるデータに対してＫ（Ｋは１以上の整数）シンボルごとに所定のシンボル長のパイロットシンボルが含まれるように、パイロットシンボルを挿入する。パイロットシンボル挿入部１２１は、データにパイロットシンボルを挿入して得られたデータ列を同期パターン挿入部１２２に出力する。

同期パターン挿入部１２２は、パイロットシンボル挿入部１２１から出力されるデータ列に対して複数のシンボルからなる同期パターンを挿入する。同期パターン挿入部１２２は、同期パターンを挿入して得られるデータ列をシンボルマッピング部１２３に出力する。シンボルマッピング部１２３は、所定の変調方式を用いて、同期パターン挿入部１２２から出力されるデータ列を変調して変調信号を生成する。シンボルマッピング部１２３は、生成した変調信号を光変調器１３に出力する。なお、パイロットシンボル挿入部１２１と同期パターン挿入部１２２との順序を逆にして、同期パターンを挿入した後にパイロットシンボルを挿入するようにしてもよい。この場合においても、Ｋシンボルごとにパイロットシンボルが含まれるようにする。

図３は、本実施形態における変調信号生成部１２が生成する変調信号のフレーム構造の一例を示す概略図である。同図において横軸は時間（シンボル）を示している。同図に示すように、変調信号のフレーム構造には、同期パターン（ＴＳ）、データ、及び、パイロットシンボル（ＰＳ）が含まれる。同図では、パイロットシンボルのシンボル長が１である場合を示している。データと間欠的に挿入されたパイロットシンボルとを含むシンボル長がＫシンボルのサブフレームがあり、複数のサブフレームごとに同期パターンが付加される。

図１に戻り、光伝送システムの構成の説明を続ける。
受信装置３は、局発光源３１、偏波多重光ハイブリッド３２、バランス検波器３３ａ〜３３ｄ、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）３４ａ〜３４ｄ、及び、デジタル信号処理部４を備えている。局発光源３１はＣＷ光を生成し、生成したＣＷ光を偏波多重光ハイブリッド３２に出力する。偏波多重光ハイブリッド３２には、受信した変調光とＣＷ光とが入力される。偏波多重光ハイブリッド３２は、ＣＷ光を用いたコヒーレント検波により、変調光の同相成分及び直交成分の光信号を検出する。偏波多重光ハイブリッド３２は、検出した同相成分及び直交成分の光信号をバランス検波器３３ａ〜３３ｄに出力する。

バランス検波器３３ａ〜３３ｄは、入力される光信号を電気信号に変換してアナログデジタル変換器３４ａ〜３４ｄに出力する。アナログデジタル変換器３４ａ〜３４ｄは、バランス検波器３３ａ〜３３ｄから入力される電気信号をデジタル化する。アナログデジタル変換器３４ａ〜３４ｄは、デジタル化により得られた受信デジタル信号をデジタル信号処理部４に入力する。デジタル信号処理部４は、入力された受信デジタル信号に対して、光ファイバ伝送路２で変調光が受けた波長分散や非線形光学効果、偏波モード分散の補償、並びに、送信装置１と受信装置３とにおけるＣＷ光の光源周波数差により生じる周波数オフセットの補償等を行う。

図４は、本実施形態におけるデジタル信号処理部４の構成例を示すブロック図である。デジタル信号処理部４は、波長分散補償部４１、適応等化器４２、周波数オフセット補償部４３、位相雑音補償部４４、搬送波位相同期部４５、及び、シンボル識別部４６を有している。波長分散補償部４１には、アナログデジタル変換器３４ａ〜３４ｄからデジタル信号処理部４に入力される受信デジタル信号が入力される。波長分散補償部４１は、光ファイバ伝送路２における波長分散による信号劣化を補償する。適応等化器４２は、波長分散補償部４１において補償された信号に対して、Ｘ偏波とＹ偏波の分離と偏波モード分散の補償を行う。周波数オフセット補償部４３は、適応等化器４２において補償された信号に対して、送信装置１と受信装置３とのＣＷ光の光源周波数差により生じる周波数オフセットの補償を行う。

位相雑音補償部４４は、周波数オフセット補償部４３において補償された信号に対して、周波数オフセット補償部４３で補償できなかった残留周波数オフセットや非線形光学効果による位相変動により生じる位相差を補償する。搬送波位相同期部４５は、位相雑音補償部４４において補償された信号に対して、搬送波位相同期を行う。シンボル識別部４６は、搬送波位相同期部４５において搬送波位相同期が行われた信号に対して、送信装置１のシンボルマッピング部１２３において用いられた変調方式に対応する復調を行い、送信装置１から送信されたデータを取得する。

図５は、本実施形態における位相雑音補償部４４の構成を示すブロック図である。位相雑音補償部４４は、パイロットシンボル検出部４４１、参照パイロットシンボル記憶部（参照ＰＳ記憶部）４４２、誤差信号演算部４４３、補償電界信号生成部４４４、及び、位相補償部４４５を有している。周波数オフセット補償部４３から位相雑音補償部４４に入力される信号（以下、受信複素電界信号という。）は、パイロットシンボル検出部４４１と位相補償部４４５とに入力される。同図においては、受信複素電界信号はＸ偏波の同相成分ＸＩと直交成分ＸＱとに分けて記載されている。Ｙ偏波側の構成も同様である。

パイロットシンボル検出部４４１は、入力される受信複素電界信号に含まれるパイロットシンボルの位置を検出し、受信複素電界信号に含まれるパイロットシンボルを抽出する。図６は、本実施形態におけるパイロットシンボル検出部４４１の構成を示すブロック図である。パイロットシンボル検出部４４１は、参照同期パターン記憶部４４１１、同期パターン検出部４４１２、並びに、パイロット抽出部（ＰＳ抽出部）４４１３及び４４１４を有している。参照同期パターン記憶部４４１１には、送信装置１の同期パターン挿入部１２２により挿入される同期パターンが参照パターンとして予め記憶されている。

同期パターン検出部４４１２は、参照同期パターン記憶部４４１１に記憶されている参照パターンと、入力される受信複素電界信号との相互相関を用いて、受信複素電界信号に含まれる同期パターンの位置を検出する。同期パターン検出部４４１２は、検出した同期パターンの位置をパイロットシンボル抽出部４４１３及び４４１４に出力する。

パイロットシンボル抽出部４４１３には、受信複素電界信号の同相成分と、同期パターン検出部４４１２が検出した同期パターンの位置とが入力される。パイロットシンボル抽出部４４１３は、同期パターンの位置を基準にして受信複素電界信号に含まれるパイロットシンボルの位置を特定し、受信複素電界信号からパイロットシンボルを抽出する。パイロットシンボル抽出部４４１３は、抽出したパイロットシンボル（同相成分）を誤差信号演算部４４３に出力する。パイロットシンボル抽出部４４１４には、受信複素電界信号の直交成分と、同期パターン検出部４４１２が検出した同期パターンの位置とが入力される。パイロットシンボル抽出部４４１４は、パイロットシンボル抽出部４４１３と同様に、パイロットシンボル（直交成分）を抽出して誤差信号演算部４４３に出力する。

パイロットシンボル検出部４４１は、上記の構成を有することにより、受信複素電界信号からパイロットシンボルを抽出する。パイロットシンボル検出部４４１が抽出したパイロットシンボルには、位相雑音補償部４４の前段の補償部（例えば、周波数オフセット補償部４３など）で補償できなかった位相雑音が残留している。この位相雑音は、例えば、光ファイバ伝送路２や、送信装置１及び受信装置３で受けた雑音によるものである。

図５に戻り、位相雑音補償部４４の構成の説明を続ける。
参照パイロットシンボル記憶部４４２には、送信装置１のパイロットシンボル挿入部１２１により挿入されるパイロットシンボルが参照シンボルとして記憶されている。誤差信号演算部４４３は、参照パイロットシンボル記憶部４４２に記憶されている参照シンボル（Ｅ_ｒｅｆ）と、パイロットシンボル検出部４４１において抽出されたパイロットシンボル（Ｅ_ＰＳ）とに基づいて、複素電界誤差信号を算出する。誤差信号演算部４４３は、算出した複素電界誤差信号を補償電界信号生成部４４４に出力する。複素電界誤差信号（Ｅ_ｅｒｒ）の算出は、例えば、次式（１）を用いて行われる。なお、式（１）におけるＥ_ｒｅｆ ^＊は参照シンボル（Ｅ_ｒｅｆ）の複素共役値である。

補償電界信号生成部４４４は、誤差信号演算部４４３が算出した複素電界誤差信号に基づいて、受信複素電界信号におけるパイロットシンボル間のデータの位相雑音を推定する。図７は、本実施形態における補償電界信号生成部４４４の構成を示すブロック図である。補償電界信号生成部４４４は、第１振幅規格化部４４４１、補間処理部４４４２、及び、第２振幅規格化部４４４５を有している。

補償電界信号生成部４４４に入力される複素電界誤差信号の振幅は、参照パイロットシンボル記憶部４４２の参照シンボル（Ｅ_ｒｅｆ）と、パイロットシンボル検出部４４１が抽出したパイロットシンボル（Ｅ_ＰＳ）との振幅の積である。第１振幅規格化部４４４１は、入力される複素電界誤差信号の振幅値を検出する。第１振幅規格化部４４４１は、検出した振幅値の逆数を複素電界誤差信号に乗じることにより、複素電界誤差信号を規格化し、複素電界誤差信号の振幅を１にする。第１振幅規格化部４４４１は、規格化した複素電界誤差信号を補間処理部４４４２に出力する。第１振幅規格化部４４４１が行う規格化により、振幅値の異なる参照シンボルの振幅依存性を除去することができる。ただし、一定振幅のパイロットシンボルを送信装置１において挿入する場合には、第１振幅規格化部４４４１を省略しても良い。この場合、補償電界信号生成部４４４における演算量や回路規模を抑えることができる。

また、第１振幅規格化部４４４１は、複素電界誤差信号の振幅の調整に用いているため、前述の演算以外でもよく、例えば、参照シンボル（Ｅ_ｒｅｆ）の振幅の２乗の逆数を乗じることにより、複素電界誤差信号の振幅がパイロットシンボル（Ｅ_ＰＳ）の振幅と参照シンボル（Ｅ_ｒｅｆ）の比となるように規格化してもよいし、規格化演算を行わない場合は、第１振幅規格化部４４４１を省略してもよい。本実施形態では、複素電界誤差信号の振幅を１に規格化した場合について説明する。

補間処理部４４４２は、複素電界内挿部４４４３、及び、低域通過フィルタ４４４４を有している。複素電界内挿部４４４３には、第１振幅規格化部４４４１から規格化された複素電界誤差信号が入力される。複素電界内挿部４４４３は、入力される複素電界誤差信号の間にゼロ、又は、各シンボル位置から近いパイロットシンボル位置に対応する複素電界誤差信号の値を複製して挿入する。すなわち、複素電界内挿部４４４３は、Ｋシンボルごとに存在する複素電界誤差信号の間のシンボル区間に対してゼロパディング又はレプリカ挿入を行う。複素電界内挿部４４４３は、複素電界誤差信号の間のシンボルにゼロ又は複製値を挿入して生成したシンボル列を低域通過フィルタ４４４４に入力する。

図８は、本実施形態における複素電界内挿部４４４３により生成される信号（低域通過フィルタ４４４４に入力されるシンボル列）の例を示す図である。同図において、横軸は時間（シンボル）を示している。Ｋシンボルごとに存在する複素電界誤差信号（Ｅ_ｅｒｒ１−１，Ｅ_ｅｒｒ１−２，…）の間にシンボルが内挿される。

図７に戻り、補償電界信号生成部４４４の構成の説明を続ける。
低域通過フィルタ４４４４は、複素電界内挿部４４４３から入力されるシンボル列に含まれる所定の周波数成分を通過させる処理を行う。この処理により、複素電界誤差信号間のデータ部を補間することができ、受信複素電界信号におけるパイロットシンボル間に位置するデータ部分の位相雑音を推定することができる。パイロットシンボルの挿入間隔をＴ［ＳＥＣ］としたとき、低域通過フィルタ４４４４は（１／２Ｔ）［Ｈｚ］の位相雑音を推定することができるように、カットオフ周波数Ｆ［Ｈｚ］を（１／２Ｔ）［Ｈｚ］未満となる周波数（Ｆ＜（１／２Ｔ））とする。低域通過フィルタ４４４４は、上記のフィルタ処理により得られるシンボル列を位相雑音系列として第２振幅規格化部４４４５に入力する。

第２振幅規格化部４４４５は、入力される位相雑音系列の各シンボルの振幅に対する規格化を行う。第２振幅規格化部４４４５が行う振幅の規格化は、入力される位相雑音系列の各シンボルの振幅を１にする処理である。第２振幅規格化部４４４５は、規格化した位相雑音系列を補償電界信号として位相補償部４４５に入力する。

図９は、本実施形態における低域通過フィルタ４４４４の構成例を示すブロック図である。同図において、Ｋはパイロットシンボル間隔である。同図には、タップ数Ｍのローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いて、データ部分のシンボルを補間する例が示されている。複素電界内挿部４４４３においてゼロをデータ部分に内挿した場合、データ部分の値はローパスフィルタの出力に寄与しないので、複素電界誤差信号に対する演算を行う処理とすることができる。この場合、ローパスフィルタの演算量、回路規模を削減することができる。また、Ｋシンボルごとにしかパイロットシンボル（又はパイロットシンボルに対応する複素電界誤差信号）がないので、ローパスフィルタの前段の動作速度を１／Ｋにすることができ、更に回路規模を削減することができる。

図５に戻り、位相雑音補償部４４の構成の説明を続ける。
位相補償部４４５には、パイロットシンボル検出部４４１の前でタップされた受信複素電界信号と、補償電界信号生成部４４４の第２振幅規格化部４４４５からの補償電界信号が入力される。位相補償部４４５は、補償電界信号の複素共役値を算出し、算出した複素共役値を受信複素電界信号に対して複素乗算する。これにより、パイロットシンボルを用いて推定された、データ部分の位相雑音を補償することができる。

本実施形態における位相雑音補償部４４は、規格化、及び複素乗算処理により、複素電界誤差信号の位相角を直接算出することなく、位相雑音を補償することができる。そのため、位相雑音補償部４４は、位相角を算出するための構成、例えば複素電界誤差信号の同相成分と直交成分との値に対応する位相角を記憶しておくメモリ（テーブル）と、メモリを参照するための構成などを備える必要がない。これにより、位相雑音補償部４４の構成を簡素化することができ、位相雑音補償部４４を回路等に実装する場合には回路規模を削減することができる。

また、位相雑音補償部４４は、位相角の算出を行わないため、位相角の連続性を図るアンラップ処理が不要であり、位相補償を安定して行うことができるとともに、回路規模の削減を行うことができる。なお、アンラップ処理は、着目するシンボルと、一つ前のシンボルとの位相差が±πの範囲を超えないように制限して、着目する位相角を算出する処理である。

上記の構成を有する位相雑音補償部４４を用いることにより、送信装置１、光ファイバ伝送路２、及び、受信装置３において生じた位相変動を推定し、データに対する位相補償を行うことにより、位相同期の確立と通信品質の改善とが実現できる。

図１０は、本実施形態の位相雑音補償部４４による品質（Ｑ値）改善を示すグラフである。同図において、横軸は残留周波数オフセットを示し、縦軸はＱ値を示す。残留周波数オフセットは、受信複素電界信号に残存している周波数オフセットを示している。同図には、位相雑音補償部４４による処理を行った場合（位相補償あり）と、行わなかった場合（位相補償なし）とにおけるＱ値が示されている。位相補償を行わない場合は残留周波数オフセットが１０［ＭＨｚ］を超えたあたりからＱ値が低下するのに対して、位相補償を行うことにより、残留周波数オフセットの増加によるＱ値の低下を防ぐことができ、周波数オフセット耐力を向上させることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、補間処理部が第１の実施形態の補間処理部４４４２と異なる構成について説明する。第２の実施形態における補間処理部では、複素電界誤差信号間のデータ部分に対する内挿を行わずに処理を行う。

図１１は、第２の実施形態における補間処理部５４４２の構成を示すブロック図である。補間処理部５４４２は、低域通過フィルタ５４４３、及び、線形補間処理部５４４４を有している。低域通過フィルタ５４４３には、第１振幅規格化部４４４１から規格化された複素電界誤差信号が入力される。低域通過フィルタ５４４３は、入力される複素電界誤差信号に含まれる所定の周波数成分を通過させる処理を行う。この処理により、複素電界誤差信号を平均化する。線形補間処理部５４４４は、低域通過フィルタ５４４３により平均化された複素電界誤差信号を用いて、データ部分の位相雑音を線形補間により算出する。線形補間処理部５４４４は、平均化された複素電界誤差信号と、算出したデータ部分の位相雑音とを含む位相雑音系列を第２振幅規格化部４４４５に入力する。

図１２は、本実施形態において低域通過フィルタ５４４３に入力される複素電界誤差信号の一例を示す図である。同図において、横軸は時間（シンボル）を示す。同図に示すように、低域通過フィルタ５４４３に入力される信号は、複素電界誤差信号からなる信号である。

図１３は、本実施形態における低域通過フィルタ５４４３の構成例を示すブロック図である。同図において、Ｋはパイロットシンボル間隔である。同図には、タップ数Ｍのローパスフィルタを用いて、Ｍ個の複素電界誤差信号から平均値を算出し、算出した平均値に基づいてデータ部分の位相雑音を算出する例が示されている。パイロットシンボルで推定する位相雑音のカットオフ周波数Ｆ［Ｈｚ］がパイロットシンボルで推定可能な位相雑音の周波数である１／（２Ｔ）［Ｈｚ］より十分小さいとき、第１の実施形態における低域通過フィルタ４４４４として用いるローパスフィルタと、低域通過フィルタ５４４３として用いるローパスフィルタとのタップ係数はほぼ同等な値となる。すなわち、本実施形態における低域通過フィルタ５４４３のように、ローパスフィルタを平均化回路として用いることにより、ローパスフィルタの回路規模を１／Ｋに抑えるとともに、データ部分における位相雑音の補間精度を向上させることができる。

図１４は、第１の実施形態と第２の実施形態とにおける通信品質（Ｑ値）を示すグラフである。同図において、横軸は残留周波数オフセットを示し、縦軸はＱ値を示す。本実施形態における補間処理部５４４２のように、データ部分の内挿を行わずに処理を行った場合でも、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。第２の実施形態における補間処理部５４４２は、第１の実施形態の補間処理部４４４２に比べ、データ部分の内挿を行わない点と、ローパスフィルタの構成を簡易化できる点とにおいて、演算量や回路規模の削減を行うことができる。

なお、低域通過フィルタ５４４３として用いるローパスフィルタの構成は、線形補間処理部５４４４における補間精度と回路規模の観点から、複素電界誤差信号の値を用いて線形補間するデータ部分と、ローパスフィルタの出力を用いて線形補間するデータ部分とを定めて、ローパスフィルタの回路規模を更に削減するようにしてもよい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、補償電界信号生成部が第１及び第２の実施形態における補償電界信号生成部と異なる構成について説明する。図１５は、第３の実施形態における補償電界信号生成部６４４の構成を示すブロック図である。補償電界信号生成部６４４は、位相差演算部６４４１、補間処理部６４４２、及び、位相電界変換部６４４３を有している。誤差信号演算部４４３において算出された複素電界誤差信号が位相差演算部６４４１に入力される。位相差演算部６４４１は、入力される複素電界誤差信号の位相成分を算出する。位相差演算部６４４１における位相成分の算出は、例えば、同相成分の値と直交成分の値との組み合わせに対応する位相角を記録したルックアップテーブルを予め設け、複素電界誤差信号の同相成分と直交成分とに対応する位相角を読み出すようにする。また、位相が十分に小さいときの位相の関係の近似式である次式（２）を用いて位相角を算出してもよい。なお、ｊは虚数単位である。

位相差演算部６４４１は、算出した位相角（θ_ｅｒｒ）に対して１時刻前に算出した位相角との連続性を図るためにアンラップ処理を行う。一般的なアンラップ処理では、位相変化の大きさを判定して位相の不確定性を除去するため、条件分岐が生じる。そのため、回路規模が増加してしまう。ここで、補償すべき位相変動をＷ［Ｈｚ］としたときに（２πＷＴ＜＜）１が成り立つならば、１時刻前の複素電界誤差信号の位相と現在の複素電界誤差信号の位相との差（位相差）は十分に小さい。この場合、位相差演算部６４４１は、図１６に示すように構成できる。

図１６は、本実施形態における位相差演算部６４４１の構成例を示すブロック図である。位相差演算部６４４１は、遅延器６４４５、減算器６４４６、位相差算出器６４４７、及び、加算器６４４８を有している。位相差演算部６４４１に入力される複素電界誤差信号は、遅延器６４４５と減算器６４４６とに入力される。遅延器６４４５は、入力される複素電界誤差信号に１時刻分の遅延を与えた後に、複素電界誤差信号を減算器６４４６と加算器６４４８とに出力する。減算器６４４６は、入力される複素電界誤差信号から遅延器６４４５が出力する複素電界誤差信号を減算し、減算結果を位相差算出器６４４７に出力する。位相差算出器６４４７は、減算器６４４６が出力する減算結果をＥ_ｅｒｒとして式（２）を用いて位相を算出する。位相差算出器６４４７は、算出した位相を示す複素信号を加算器６４４８に出力する。加算器６４４８は、遅延器６４４５が出力する複素電界誤差信号と、位相差算出器６４４７が出力する複素信号とを加算し、加算結果を補間処理部６４４２に出力する。位相差演算部６４４１は、上記の構成により、位相差の算出、及びアンラップ処理を実現できる。

図１５に戻り、補償電界信号生成部６４４の構成の説明を続ける。
補間処理部６４４２は、パイロットシンボルの位置に対応する複素電界誤差信号間のシンボルであってデータ部分に対応するシンボルの位置に、ゼロ又は当該シンボル位置に近いパイロットシンボルの位置に対応する位相差の値を挿入する。位相差間のシンボルにゼロ又は位相差を挿入して得られるシンボル列の信号を、ローパスフィルタに入力してデータ部に対応する位相雑音を推定する。あるいは、位相差をローパスフィルタに入力して、位相差の平均値を算出し、線形補間によりデータ部に対応する位相雑音を推定する。すなわち、補間処理部６４４２は、位相差演算部６４４１が出力する位相差に対して、第１の実施形態における補間処理部４４４２又は第２実施形態における補間処理部５４４２と同様の処理を行う。位相電界変換部６４４３は、補間処理部６４４２が推定する位相雑音を、単位振幅（振幅＝１）を有する同位相の複素信号に変換する。換言すると、位相電界変換部６４４３は、位相雑音をΘとしたとき、この位相雑音を複素信号（１×ｅｘｐ［ｊΘ］）に変換する。位相電界変換部６４４３は、変換により得られた複素信号を補償電界信号として位相補償部４４５に出力する。

以上説明したように、光伝送システムでは、送信装置１が既知信号であるパイロットシンボルをデータに対して間欠的に挿入して伝送し、受信装置３が受信した信号から送信装置１において付与されたパイロットシンボルを抽出し、伝送前のパイロットシンボル（参照シンボル）と伝送後のパイロットシンボルとの差分を用いて、送信装置１、光ファイバ伝送路２、及び受信装置３において生じた位相変動を推定し、データに対して位相補償を行う。これにより、位相同期の確立と通信品質の改善を容易な回路構成で実現することができる。
なお、上記の実施形態では、受信装置３が位相雑音補償部を備える構成について説明したが、中継装置などが位相雑音補償部を備えてもよいし、光伝送システム内で位相補償を行う装置が位相雑音補償部を備えてもよい。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、補償電界信号生成部が第２の実施形態における補償電界信号生成部と異なる構成について説明する。第４の実施形態は、上述した位相雑音系列の規格化を間引いて行う。

図１７は、本実施形態における補償電界信号生成部７４４の構成を示すブロック図である。補償電界信号生成部７４４は、第１振幅規格化部７４４１および補間処理部７４４２を有する。補間処理部７４４２は、低域通過フィルタ７４４３、第１線形補間処理部７４４４、第２振幅規格化部７４４５、及び第２線形補間処理部７４４６を有する。

第１振幅規格化部７４４１及び低域通過フィルタ７４４３は第２の実施形態と同一であり、平均化された複素電界誤差信号が低域通過フィルタ７４４３から出力される。第１線形補間処理部７４４４は、平均化された複素電界誤差信号（以下、Ｅ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}と呼ぶ）と、Ｅ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}の直前に低域通過フィルタ７４４３から出力された複素電界誤差信号（以下、Ｅ_{ｐｒｅｖｉｏｕｓ}と呼ぶ）との間のシンボル間隔Ｋの区間をＫ／Ｗシンボル毎の区間に分割し、各区間の境界に位置するデータ部分の位相雑音をＥ_{ｐｒｅｖｉｏｕｓ}及びＥ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}を用いた線形補間により算出する。図１８は、算出される位相雑音の位置を図示している。図１８において、横軸は時間（シンボル）である。

算出された位相雑音ならびにＥ_{ｐｒｅｖｉｏｕｓ}及びＥ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}を示す複素信号の振幅は、第２振幅規格化部７４４５において各々規格化される。第２線形補間処理部７４４６は、規格化されたＥ_{ｐｒｅｖｉｏｕｓ}、Ｅ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}、及び位相雑音を用いて、上記区間内に位置するデータ部分の位相雑音を線形補間によって算出する。

以下ではＷ＝４とし、図１９Ａ〜図１９Ｃを参照して、第１線形補間処理部７４４４、第２振幅規格化部７４４５、及び第２線形補間処理部７４４６の上記処理の詳細を説明する。図１９Ａにおいて、Ｅ_ｉｔｐ１、Ｅ_ｉｔｐ２、Ｅ_ｉｔｐ３は、Ｋ／４シンボル毎に分割された各区間の境界に位置するデータ部分の位相雑音である。Ｅ_ｉｔｐ１、Ｅ_ｉｔｐ２、Ｅ_ｉｔｐ３は、第１線形補間処理部７４４４において、例えば、式（３）、式（４）、式（５）に従って算出される。

ここで、Ｅ_{ｐｒｅｖｉｏｕｓ}からＥ_ｉｔｐ１までを第１区間、Ｅ_ｉｔｐ１からＥ_ｉｔｐ２までを第２区間、Ｅ_ｉｔｐ２からＥ_ｉｔｐ３までを第３区間、Ｅ_ｉｔｐ３からＥ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}までを第４区間と呼ぶことにする。各区間の境界点であるＥ_ｉｔｐ１、Ｅ_ｉｔｐ２、Ｅ_ｉｔｐ３、Ｅ_{ｐｒｅｖｉｏｕｓ}、及びＥ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}は、第２振幅規格化部７４４５において各々規格化される。規格化されたＥ_ｉｔｐ１、Ｅ_ｉｔｐ２、Ｅ_ｉｔｐ３、Ｅ_{ｐｒｅｖｉｏｕｓ}、及びＥ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}は、図１９Ｂに示すように、複素平面において単位円周上に存在する。第２線形補間処理部７４４６は、第１区間内のデータ部分の位相雑音を、規格化後のＥ_{ｐｒｅｖｉｏｕｓ}及びＥ_ｉｔｐ１を用いた線形補間によって算出する。第２〜４区間内におけるデータ部分の位相雑音の算出も同様であり、規格化後の各区間の境界点を用いた線形補間によって第２〜４区間内におけるデータ部分の位相雑音が算出される。これにより、各区間内におけるデータ部分の位相雑音の値は、図１９Ｃに示すように、複素平面における単位円に近似する。すなわち、平均化された複素電界誤差信号とデータ部分の位相雑音を含む位相雑音列が近似的に単位円周上に存在し、当該位相雑音列全てを規格化する第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、規格化される位相雑音列が、第２の実施形態に比べて（Ｗ＋１）／Ｋに削減されるため、第２振幅規格化部７４４５の回路規模を（Ｗ＋１）／Ｋに抑えることができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、補間処理部が第４の実施形態における補間処理部と異なる構成について説明する。図２０は、本実施形態における補償電界信号生成部８４４の構成を示すブロック図である。補償電界信号生成部８４４は、第１振幅規格化部８４４１および補間処理部８４４２を有する。補間処理部８４４２は、低域通過フィルタ８４４３、第１線形補間処理部８４４４、第２振幅規格化部８４４５、第２線形補間処理部８４４６、残留周波数オフセット推定部８４４７、複素共役演算部８４４８及び乗算器８４４９〜８４５２（演算部）を有する。第１振幅規格化部８４４１、低域通過フィルタ８４４３、第１線形補間処理部８４４４、第２振幅規格化部８４４５及び第２線形補間処理部８４４６は、図１７に示された補償電界信号生成部７４４中の対応する構成要素と同じ構成である。

第５の実施形態の補間処理部８４４２では、図２０に示すように、第１振幅規格化部８４４１が出力する複素電界誤差信号から、残留周波数オフセット推定部８４４７が残留周波数オフセットを推定する。本構成により、残留周波数オフセットと位相雑音を分離して推定することが可能となり、推定精度を向上できるとともに、低域通過フィルタ８４４３の帯域幅を位相雑音の変動帯域に着目して設計することが可能となる。

図２１に残留周波数オフセット推定部８４４７の構成の一例を示す。なお、残留周波数オフセット推定部８４４７は、第１振幅規格化部８４４１が出力する複素電界誤差信号から残留周波数オフセットを推定できればよく、例えば、高次のＰＬＬ（Phase Locked Loop）型（図示しない）の構成をとってもよい。

以下、図２１を用いて、残留周波数オフセット推定部８４４７の詳細について説明する。図２１は、残留周波数オフセット推定部８４４７の構成を示すブロック図である。残留周波数オフセット推定部８４４７は、スロープ検出部８５００（位相スロープ検出部）、低域通過フィルタ８５１０、電界位相変換部８５２０、積分部８５３０及び位相電界変換部８５４０を有する。スロープ検出部８５００は、遅延器８５０１、複素共役演算部８５０２、乗算器８５０３及び乗算器８５０４を有する。積分部８５３０は、加算器８５３１及び遅延器８５３２を有する。

図２１のスロープ検出部８５００は、残留周波数オフセットの瞬時値を算出するものである。スロープ検出部８５００に入力される複素電界誤差信号は、遅延器８５０１、乗算器８５０３及び乗算器８５０４に供給される。遅延器８５０１は、入力される複素電界誤差信号に１時刻分の遅延を与えた後に、遅延された複素電界誤差信号を複素共役演算部８５０２に出力する。複素共役演算部８５０２は、入力された複素電界誤差信号の複素共役値を算出し、算出された複素共役値を乗算器８５０３及び乗算器８５０４に出力する。

乗算器８５０３及び８５０４は、第１振幅規格化部８４４１（図２０）から入力される規格化された複素電界誤差信号と、複素共役演算部８５０２から出力された１つ前の複素電界誤差信号の複素共役値とを乗算して、パイロットシンボル間隔Ｔ［ｓｅｃ］における複素電界の変動量を算出する。算出された複素電界の変動量は、低域通過フィルタ８５１０に入力され、平均化される。低域通過フィルタ８５１０の帯域幅は、残留周波数オフセットの時間変動の帯域幅と複素電界誤差信号に含まれる雑音レベルにより設計すればよい。

続いて、低域通過フィルタ８５１０から出力される複素電界値を電界位相変換部８５２０が位相値［ｒａｄ］に変換する。電界位相変換部８５２０により、後述する積分部８５３０の演算劣化を緩和することができる。変換された位相値は、積分部８５３０に入力される。積分部８５３０では、位相値の積算を行うため、加算器８５３１が、遅延器８５３２から出力される１つ前の積分部８５３０の出力に対し、電界位相変換部８５２０の出力を加算する。積分部８５３０により、推定する残留周波数オフセットの位相変化の連続性を担保することができる。このとき、積分部８５３０内の演算精度を考慮して、電界位相変換部８５２０の出力を２π［ｒａｄ］のモジュロ演算部（図示しない）で処理し、積分部８５３０の出力を−πから＋π（または、０から＋２π）に制限してもよい。続いて、積分部８５３０から出力される積分値を位相値として位相電界変換部８５４０に入力し、再び、複素電界値への変換を行う。すなわち、位相電界変換部８５４０は、積分部８５３０の出力を補間処理部８４４２の第１線形補間処理部８４４４への入力形式である複素電界誤差信号に変換する。

図２０に戻り、補償電界信号生成部８４４の構成の説明を続ける。残留周波数オフセット推定部８４４７から出力された複素電界誤差信号は、複素共役演算部８４４８により、複素共役値に変換される。乗算器８４４９及び乗算器８４５０は、第１振幅規格化部８４４１から出力される規格化された複素電界誤差信号と、変換された複素共役値とを乗算して、乗算結果を低域通過フィルタ８４４３に入力する。この乗算により、低域通過フィルタ８４４３に入力される複素電界誤差信号から残留周波数オフセット成分が除去される。残留周波数オフセット成分が除去された複素電界誤差信号は、位相雑音成分しか含まないので、後段の低域通過フィルタ８４４３の帯域幅は、位相雑音成分の帯域幅に設定する。低域通過フィルタ８４４３の出力は、位相雑音推定値のみであるから、低域通過フィルタ８４４３の出力と残留周波数オフセット推定部８４４７の出力結果を乗算器８４５１及び乗算器８４５２において乗算し、残留周波数オフセット成分と位相雑音成分を含む複素電界誤差信号を生成する。生成された複素電界誤差信号は、第１線形補間処理部８４４４に入力される。以後は、第４の実施形態と同様の処理が行われる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、フレーム構造と、残留周波数オフセット推定部とが第５の実施形態と異なる構成について説明する。図２２に第６の実施形態における送受信フレームのフレーム構造を示す。なお、図２２において、図３に示したものと同じ信号については同一の符号を付している。

また、図２３は、本実施形態における残留周波数オフセット推定部９４４７の構成を示すブロック図である。残留周波数オフセット推定部９４４７は、スロープ検出部９５００、低域通過フィルタ９５１０、電界位相変換部９５２０、積分部９５３０、位相電界変換部９５４０及び係数設定部９５５０を有する。スロープ検出部９５００は、遅延器９５０１、複素共役演算部９５０２、乗算器９５０３及び乗算器９５０４を有する。積分部９５３０は、加算器９５３１及び遅延器９５３２を有する。残留周波数オフセット推定部９４４７において、係数設定部９５５０以外の構成要素は、図２１に示された残留周波数オフセット推定部８４４７中の対応する構成要素と同じ構成である。

図２２に示したように、上記フレーム構造を持つ連続するシンボルからなる同期パターン（例えば、同期パターンＴＳ１）は、パイロットシンボルを含む。同期パターンには、Ｌシンボル毎にシンボル長１のパイロットシンボルが挿入されている（図中のＰＳＡ−１、ＰＳＡ−２、…、ＰＳＡ−ｎ）。そして、図５に示すパイロットシンボル検出部４４１は、同期パターンに含まれるパイロットシンボルと、データに含まれるパイロットシンボルを検出する。また、図６におけるパイロットシンボル抽出部４４１３及び４４１４において、同期パターンに含まれるパイロットシンボルと、データに含まれるパイロットシンボルを抽出する。

抽出されたパイロットシンボルは図２０の補償電界信号生成部８４４に入力され、第１振幅規格化部８４４１により規格化される。規格化された複素電界誤差信号は、図２０の補間処理部８４４２に入力される。第６の実施形態では、図２３に示す残留周波数オフセット推定部９４４７が、係数設定部９５５０を有する。ここでは、データに含まれるパイロットシンボルのみで残留周波数オフセットを推定する方法を説明する。残留周波数オフセットがΔω［Ｈｚ］であるとし、データに含まれるパイロットシンボルを用いた複素電界誤差信号に対する電界位相変換部９５２０の出力をφ（ｎ）［ｒａｄ］とすると、Δωとの関係は、式（６）となる。但し、データ区間におけるパイロットシンボルの挿入間隔はＴ［ｓｅｃ］で、Ｋシンボル毎にパイロットシンボルが挿入されているとする。

一方、同期パターンに対する電界位相変換部９５２０の出力ψ（ｎ）は、データに含まれるパイロットシンボルで推定された残留周波数オフセットから、同期パターンに対する残留周波数オフセットに換算するため、式（７）を満たす必要がある。

よって、φ（ｎ）とψ（ｎ）の関係は、式（８）となる。

すなわち、同期パターンに対する残留周波数オフセットの推定値は、データに含まれるパイロットシンボルを用いた複素電界誤差信号に対する電界位相変換部９５２０の出力φ（ｎ）に対し、図２３に示す係数設定部９５５０において、Ｌ／Ｋ倍した値を出力することで得られる。

これにより、同期パターンに含まれるパイロットシンボルの挿入間隔とデータ区間におけるパイロットシンボルの挿入間隔が異なったパイロットシンボルを含む構造のフレームが図４に示す位相雑音補償部４４に入力された時でも、データ区間および同期パターンに対して残留周波数オフセットを補償できる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態では、同期パターンの複素平面上のマッピングの構成について説明する。
同期パターンとしては、図１における受信装置３が受信デジタル信号における同期パターンを検出する際に相関のピークを検出することができればどのようなパターンを用いてもよい。同期パターンとして用いるパターンの例としては、遅延がゼロになったときのみに相関を有するＰＲＢＳ（Pseudo Random Bit Sequence；疑似乱数ビット列）を使用することができる。ＰＲＢＳは遅延がゼロになったときのみに鋭い相関を有する。なお、ＰＲＢＳはＰＮ系列、Ｍ系列と言い換えても同じである。

図２４は、図２におけるシンボルマッピング部１２３における同期パターンの複素平面上のマッピング例を示している。同図に示すシンボルは、変調方式として１６ＱＡＭ（QAM: Quadrature Amplitude Modulation）を採用した場合におけるものである。シンボルマッピング部１２３は、同期パターンをマッピングする際に、同図に示されている１６個のシンボルのうち黒色で塗りつぶされたシンボル（●）にマッピングする。これは、伝送中の雑音や波形歪によってデータ信号に比べ過大な位相雑音を同期パターンが受けることを避けるためである。伝送中に生じうる位相雑音の原因としては、非線形光学効果である自己位相変調（ＳＰＭ：Self Phase Modulation）や相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）、局発光（ＬＯ：Local Oscillator）の周波数が信号の搬送波周波数とずれることにより生じる周波数オフセットなどがある。

なお、図２４に示したマッピング例に代えて、振幅レベルが３値以上存在する変調方式を用いる場合、同期パターンのマッピングには最大振幅又は最小振幅以外の振幅のシンボルを用いることが好ましい。振幅が最小のシンボルでは雑音の影響によりエラーが生じやすく、振幅が最大のシンボルでは非線形光学効果の影響によりエラーが生じやすいためである。また、振幅値が２値である場合には、誤りが発生する可能性の低い振幅値のシンボルを用いることが好ましい。ただし、非線形光学効果が小さい光ファイバ伝送路においては、最大の振幅値のシンボルを用いてもよい。

図２５は、マッピングが同一複素平面上で行われた同期パターンを含む送受信フレームの構成例を示す図である。同期パターンに対する変調方式としては、位相余裕が±９０°あり、誤りの生じにくいＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）を使用している。

図２におけるシンボルマッピング部１２３は、パイロットシンボル挿入部１２１が挿入するパイロットシンボルの位置と、同期パターン挿入部１２２が挿入する同期パターンの位置とを把握し、マッピング対象がパイロットシンボル、同期パターン、データ信号のいずれであるかに応じて、マッピングするシンボルを選択する。例えば、変調方式に６４ＱＡＭを用いている場合に同期パターンをマッピングする際に、シンボルマッピング部１２３は、６４のシンボルから２つのシンボルを選択し、選択したシンボルへのマッピング結果がＰＲＢＳのパターンになるようにする。また、ＰＲＢＳとして得られるビットパターンを６倍して、６４ＱＡＭを用いてマッピングするようにしてもよい。

図６の同期パターン検出部４４１２における相関の算出には、例えば、畳み込み演算を行う畳み込み回路を用いることができる。このとき、畳み込み回路への入力は、受信デジタル信号と既知の同期パターンとである。また、受信デジタル信号をバイナリ識別し、そのデジタルパターンと同期パターンとがほぼ一致する時間位置を特定することで時間位置を検出するようにしてもよい。これにより、同期パターン検出部４４１２の回路規模を削減することができる。

また、畳み込み演算に代えて、差動検波及び排他的論理和演算を用いることもできる。差動検波を用いることにより、定常的な周波数オフセット成分を除去することができる。例えば、同期パターンの位相を｛θ（１），θ（２），…，θ（Ｎ）｝としたとき、差動検波成分Δθ（ｎ）をΔθ（ｎ）＝θ（ｎ＋１）−θ（ｎ）、ｎ＝１，２，…，Ｎ−１とする。Δθの差動検波成分を使用して同期を行う際に周波数オフセットΔθＮ（ｎ）、ｎ＝１，２，…，Ｎが生じていると、同期パターンには位相回転が付加される。

周波数オフセットが生じているときの同期パターンの位相は、｛（θ（１）＋ΔθＮ（１）），（θ（２）＋ΔθＮ（２）），…，（θ（Ｎ）＋ΔθＮ（Ｎ））｝と表せる。このときの差動検波成分Δθ（ｎ）は、以下のようになる。
Δθ（ｎ）＝（θ（ｎ＋１）＋ΔθＮ（ｎ＋１））−（θ（ｎ）＋ΔθＮ（ｎ））
＝Δθ（ｎ）＋（ΔθＮ（ｎ＋１）−ΔθＮ（ｎ））、
（ｎ＝１，２，…，Ｎ−１）

周波数オフセット成分が受信デジタル信号のサンプリング周波数に比べて十分に低速であるとき、ΔθＮ（ｎ＋１）−ΔθＮ（ｎ）は、−πから＋πの範囲にあって、さらに、周波数オフセットの時間変動が小さければ、ΔθＮ（ｎ＋１）−ΔθＮ（ｎ）は、ほぼ一定値となり、除去可能である。よって、差動検波成分は周波数オフセットによる位相回転成分を持たず、Δθ（１），…，Δθ（Ｎ−１）成分のみが抽出できる。

これにより、周波数オフセットの影響を抑えて同期を確立することができる。

図２６は、差動検波時における同期パターン検出部１００４Ａの構成例を示すブロック図である。ここでは、同期パターンとして位相の情報を使用し、１シンボルで２ビット以上の情報を持つ変調方式を用いた場合の構成を説明する。この場合の変調方式としては、例えば、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調などがある。同期パターン検出部１００４Ａは、差動検波部１０４１、識別部１０４２、及び、パターン同期部１０４４を有している。また、同期パターン検出部１００４Ａには、図６に示した参照同期パターン記憶部４４１１に対応する参照同期パターン記憶部１０４３が接続されている。

差動検波部１０４１には、複素平面上における横軸（同相成分）と縦軸（直交成分）とに対応する信号であるＩ信号成分とＱ信号成分とが入力される。差動検波部１０４１は、Ｉ信号成分とＱ信号成分とを時間同期して差動検波信号を算出する。識別部１０４２は、差動検波部１０４１が算出した差動検波信号に対して複素平面上で判定を行い、デマッピングして復号化する。識別部１０４２は、復号して得られる信号を順次出力する。参照同期パターン記憶部１０４３には、同期パターンの期待値として、同期パターンに基づいて生成された参照信号が予め記憶されている。具体的には、同期パターンに対して差動検波して得られた信号が参照信号として記憶されている。パターン同期部１０４４は、識別部１０４２から順次出力される同期パターン符号系列と、参照同期パターン記憶部１０４３に記憶されている参照信号との位置同期を行うことにより、同期位置情報を取得する。

図２７は、本実施形態における差動検波部１０４１の構成例を示すブロック図である。差動検波部１０４１は、遅延部１４１１及び１４１２、複素共役算出部１４１３、並びに、複素乗算部１４１４を有している。差動検波部１０４１に入力されるＩ信号成分は、遅延部１４１１と複素乗算部１４１４とに入力される。遅延部１４１１は、Ｉ信号成分に対して１シンボルの遅延を与えたのちに複素共役算出部１４１３に出力する。差動検波部１０４１に入力されるＱ信号成分は、遅延部１４１２と複素乗算部１４１４とに入力される。遅延部１４１２は、Ｑ信号成分に対して１シンボルの遅延を与えた後に複素共役算出部１４１３に出力する。

複素共役算出部１４１３は、遅延部１４１１からの入力を同相成分とし、遅延部１４１２からの入力を直交成分として得られる複素信号に対する複素共役信号を算出する。複素共役算出部１４１３は、算出した複素共役信号を複素乗算部１４１４に出力する。複素乗算部１４１４は、Ｉ信号成分とＱ信号成分とからなる複素信号と、複素共役算出部１４１３が算出した複素信号とを乗算し、乗算結果を差動検波信号として出力する。複素乗算部１４１４における乗算は、次式（９）で表される。

式（９）において、Ｅ_Ｉ（ｔ）は外部から複素乗算部１４１４に入力される複素信号に対応し、Ｅ_Ｉ（ｔ−１）^＊は複素共役算出部１４１３から複素乗算部１４１４に入力される複素信号に対応する。同期パターンとしてＱＰＳＫやＢＰＳＫを使用する場合、振幅値｜Ｅ_Ｉ（ｔ）｜は常に１であり、複素乗算部１４１４の出力は位相成分のみとなる。伝送により振幅雑音が生じて振幅値が１から外れるときには、複素乗算部１４１４の出力を、当該出力の振幅値で除算して規格化することで位相の情報のみを得ることができる。

図２６に戻り、同期パターン検出部１００４Ａの構成の説明を続ける。パターン同期部１０４４における同期パターン符号系列と参照信号との位置同期は、識別部１０４２から出力される同期パターン符号系列に対する参照信号との排他的論理和演算により行われる。識別部１０４２から出力される同期パターン符号系列における参照信号との排他的論理和演算の対象が、参照信号とすべて一致するとき、排他的論理和演算の演算結果は０が同期パターン長だけ連続する。なお、同期パターン符号系列又は参照信号のいずれか一方に対して反転回路を設けることにより、参照信号との排他的論理和演算の対象と参照信号とが一致したときに１が同期パターン長だけ連続するようにもできる。また、排他的論理和演算の結果に対して反転回路を設けても、同様のことが実現できる。

パターン同期部１０４４において、排他的論理和演算を使用する場合、識別部１０４２における硬判定の結果（１ビット）の階調で同期をとることができるため、振幅の情報で畳み込み演算の結果に基づいて同期を取得するよりも演算量及び回路規模を削減することができる。

図２８は、本実施形態における同期パターン検出部の変形例としての同期パターン検出部１００４Ｂの構成例を示すブロック図である。図２６に示した同期パターン検出部１００４Ａでは１シンボルで２ビット以上の情報を持つ変調方式を同期パターンに対して用いた場合の構成を説明した。同期パターン検出部１００４Ｂは、１シンボルで１ビットの情報を持つ変調方式を同期パターンに対して用いた場合の構成である。この場合の変調方式としてはＢＰＳＫなどがある。

同期パターン検出部１００４Ｂは、差動検波部１０４１、識別部１０４２Ｂ、及び、パターン同期部１０４４Ｂを有している。また、同期パターン検出部１００４Ｂには、図６に示した参照同期パターン記憶部４４１１に対応する参照同期パターン記憶部１０４３Ｂが接続されている。差動検波部１０４１は、図２６に示した差動検波部１０４１と同じ構成である。識別部１０４２Ｂには、差動検波部１０４１が算出した差動検波信号のＩ信号成分が入力される。識別部１０４２Ｂは、差動検波信号に対して複素平面上で判定を行い、デマッピングして復号する。識別部１０４２Ｂは、復号して得られる信号を順次出力する。参照同期パターン記憶部１０４３Ｂには、同期パターンの期待値として、同期パターンに基づいて生成された参照信号が予め記憶されている。パターン同期部１０４４Ｂは、識別部１０４２Ｂから順次出力される同期パターン符号系列と、参照同期パターン記憶部１０４３Ｂに記憶されている参照信号との位置同期を行うことにより、同期位置情報を取得する。

なお、図２８では、差動検波部１０４１が出力するＩ信号成分を識別部１０４２Ｂに入力しているが、識別部１０４２Ｂの出力は、反転を許容すれば、Ｉ信号成分もしくはＱ信号成分を入力しても常に同値となるので、識別部１０４２Ｂへの入力としてはいずれでもよい。
同図に示す構成を用いるメリットとしては、識別部１０４２Ｂからパターン同期部１０４４Ｂへの出力が１ビットとなるため、パターン同期部１０４４Ｂ及び参照同期パターン記憶部１０４３Ｂの回路規模を削減することができる。

図２９Ａ及び図２９Ｂは、データ信号を３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭで変調した場合における同期パターンのマッピング例を示す図である。同図において、同期パターンのマッピングに用いるシンボルが黒色で塗りつぶされている。同図では、同期パターンをＱＰＳＫとしてマッピングする例が示されている。同図に示すように、同期パターンには、誤りが生じにくいように最大の振幅値及び最小の振幅値のシンボル以外のシンボルを割り当てている。振幅値が最小のシンボルでは雑音の影響によりエラーが生じやすく、振幅値が最大のシンボルでは非線形光学効果の影響によりエラーが生じやすいためである。ただし、非線形光学効果が小さい光ファイバ伝送路においては、最大の振幅値のシンボルを用いてもよい。なお、図２９Ａ及び図２９Ｂに示すマッピングは一例であって、同図と異なるシンボルによるマッピングを行ってもよい。また、同期パターンをＢＰＳＫとしてマッピングする場合には、黒色で塗りつぶされているシンボル（●）のうち、位相が１８０°異なる２つのシンボルを選択する。

一度、受信デジタル信号において同期パターンの時間位置を検出することができると、同期パターンは送受信フレームのシンボル長の周期で繰り返し到来するため、各フレームの同期位置を平均化して、検出感度を向上させることができる。
その他の処理は、第１の実施形態から第６の実施形態と同様に行えばよい。

なお、上記の実施形態における各部（例えば、位相雑音補償部）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、実行することにより各部の処理（例えば、位相補償）を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（Operating System）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷ（World Wide Web）システムも含むものとする。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（Read Only Memory）、ＣＤ（Compact Disc）−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。更に「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が送信された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（ＲＡＭ（Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。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い。更に、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムに既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、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこれら実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等（構成の付加、省略、置換およびその他の変更）も含まれる。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。

本発明は、例えば、光伝送システムに適用可能である。本発明によれば、パイロットシンボル間の信号に関する位相角の算出や、位相変動に対する連続性処理を行わずとも、受信複素電界信号における位相変動を取得して位相補償を行うことができ、演算量及び回路規模の削減を図ることができる。

１…送信装置
２…光ファイバ伝送路
３…受信装置
４…デジタル信号処理部
１１…信号光源
１２…変調信号生成部
１３…光変調器
３１…局発光源
３２…偏波多重光ハイブリッド
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ…バランス検波器
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ…アナログデジタル変換器
４１…波長分散補償部
４２…適応等化器
４３…周波数オフセット補償部
４４…位相雑音補償部
４５…搬送波位相同期部
４６…シンボル識別部
１２１…パイロットシンボル挿入部
１２２…同期パターン挿入部
１２３…シンボルマッピング部
４４１…パイロットシンボル検出部
４４２…参照パイロットシンボル記憶部
４４３…誤差信号演算部
４４４、６４４、７４４、８４４…補償電界信号生成部
４４５…位相補償部
１００４Ａ、１００４Ｂ…同期パターン検出部
１０４１…差動検波部
１０４２、１０４２Ｂ…識別部
１０４３、１０４３Ｂ…参照同期パターン記憶部
１０４４、１０４４Ｂ…パターン同期部
１４１１、１４１２…遅延部
１４１３…複素共役算出部
１４１４…複素乗算部
４４１１…参照同期パターン記憶部
４４１２…同期パターン検出部
４４１３、４４１４…パイロットシンボル抽出部
４４４１、７４４１、８４４１…第１振幅規格化部
４４４２、５４４２、６４４２、７４４２、８４４２…補間処理部
４４４３…複素電界内挿部
４４４４、５４４３、７４４３、８４４３、８５１０、９５１０…低域通過フィルタ
４４４５、７４４５、８４４５…第２振幅規格化部
５４４４、９５００…線形補間処理部
６４４１…位相差演算部
６４４３、８５４０、９５４０…位相電界変換部
６４４５、８５０１、８５３２、９５０１、９５３２…遅延器
６４４６…減算器
６４４７…位相差算出器
６４４８、８５３１、９５３１…加算器
７４４４、８４４４…第１線形補間処理部
７４４６、８４４６…第２線形補間処理部
８４４７、９４４７…残留周波数オフセット推定部
８４４８、８５０２、９５０２…複素共役演算部
８４４９、８４５０、８４５１、８４５２、８５０３、８５０４、９５０３、９５０４…乗算器
８５００、９５００…スロープ検出部
８５２０、９５２０…電界位相変換部
８５３０、９５３０…積分部
９５５０…係数設定部

Claims (22)

1. 受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、
   前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、
   前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、
   前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と
   を備え、
   前記補償電界信号生成部は、
   前記複素電界誤差信号を入力するローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記ローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記ローパスフィルタの前記出力から線形補間によって算出する第１線形補間処理部と、
   前記ローパスフィルタの前記出力を含む前記境界点の位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する振幅規格化部と、
   規格化後の前記境界点の位相変動から、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理部と、
   を有する、
   光伝送システム。
2. 受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、
   前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、
   前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、
   前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と
   を備え、
   前記補償電界信号生成部は、
   前記複素電界誤差信号を入力する残留周波数オフセット推定部と、
   前記複素電界誤差信号を入力する第１のローパスフィルタと、
   前記第１のローパスフィルタの入力と出力とに前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗算する演算部と、
   前記第１のローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記第１のローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記第１のローパスフィルタの前記出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値から線形補間によって算出する第１線形補間処理部と、
   前記第１のローパスフィルタの出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値と、前記第１線形補間処理部により算出された前記境界点の位相変動とに基づいて、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理部と、
   を備え、
   前記残留周波数オフセット推定部は、
   前記複素電界誤差信号から残留周波数オフセットの瞬時値を算出する位相スロープ検出部と、
   前記位相スロープ検出部の出力値を平均化する第２のローパスフィルタと、
   前記第２のローパスフィルタから出力された複素電界値を位相値に変換する電界位相変換部と、
   前記電界位相変換部から出力された前記位相値を積分する積分部と、
   前記積分部から出力された積分値を位相値として複素電界値に変換する位相電界変換部と、
   を有する、
   光伝送システム。
3. 請求項２記載の光伝送システムにおいて、
   前記残留周波数オフセット推定部は、前記パイロットシンボルの間隔に応じて、前記電界位相変換部の出力に係数を乗算する係数設定部を有する光伝送システム。
4. 受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、
   前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、
   前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、
   前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と
   を備え、
   前記補償電界信号生成部は、
   前記誤差信号演算部が算出する前記複素電界誤差信号の振幅を規格化する第１振幅規格化部と、
   前記第１振幅規格化部により規格化された前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの信号列を前記複素電界誤差信号間に内挿した信号列を出力する複素電界内挿部と、
   前記複素電界内挿部が出力する前記信号列を入力し、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有し、前記位相変動を推定するローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタから出力される前記位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する第２振幅規格化部と、
   を有する、
   光伝送システム。
5. 受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、
   前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、
   前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、
   前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と
   を備え、
   前記補償電界信号生成部は、
   前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを備え、前記位相変動を推定する際に前記ローパスフィルタを用い、
   前記補償電界信号生成部は、
   前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算部と、
   前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの複素電界信号列に、前記位相差演算部が算出した前記位相信号を挿入した信号列を生成する内挿部と、
   前記内挿部が生成する前記信号列を入力する前記ローパスフィルタの出力を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換部と、
   を有し、
   前記位相差演算部は、
   現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算部と、
   前記減算部により得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出部と、
   前記位相差算出部より出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算部と、
   を有する、
   光伝送システム。
6. 請求項５に記載の光伝送システムにおいて、
   前記内挿部は、
   前記位相信号又はゼロの信号列を内挿する
   光伝送システム。
7. 受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、
   前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、
   前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、
   前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と
   を備え、
   前記補償電界信号生成部は、
   前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを備え、前記位相変動を推定する際に前記ローパスフィルタを用い、
   前記補償電界信号生成部は、
   前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算部と、
   前記位相差演算部が算出する前記位相信号を入力する前記ローパスフィルタの出力に対する線形補間により、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間における位相を算出する線形補間処理部と、
   前記線形補間処理部が算出する前記位相を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換部と、
   を有し、
   前記位相差演算部は、
   現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算部と、
   前記減算部により得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出部と、
   前記位相差算出部より出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算部と、
   を有する、
   光伝送システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光伝送システムにおいて、
   前記パイロットシンボル検出部は、
   連続するシンボルからなる同期パターンと、前記同期パターンから予め定められたシンボル数の間隔で送信データに挿入されたパイロットシンボルと、前記送信データとを含む送信フレームを受信して、前記同期パターンの位置を検出する同期パターン検出部と、
   検出された前記同期パターンの前記位置から前記パイロットシンボルの位置を検出し、前記パイロットシンボルを抽出するパイロットシンボル抽出部と
   を有する光伝送システム。
9. 請求項８に記載の光伝送システムにおいて、
   前記同期パターンとして疑似乱数ビット列を用いる光伝送システム。
10. 請求項８に記載の光伝送システムにおいて、
    前記同期パターンに対する変調において３値以上の振幅レベルが存在する場合、最大の振幅レベル及び最小の振幅レベル以外の振幅レベルのシンボルを前記同期パターンに割り当てる光伝送システム。
11. 請求項８に記載の光伝送システムにおいて、前記同期パターンに対する変調において位相が１８０°異なる２つのシンボルに前記同期パターンを割り当てる光伝送システム。
12. 請求項８に記載の光伝送システムにおいて、
    前記同期パターン検出部は、前記受信複素電界信号に対して差動検波を行うことにより得られる差動検波信号に対する硬判定結果に基づいて、前記受信複素電界信号に含まれる前記同期パターンを検出する光伝送システム。
13. 光伝送システムにおける位相補償方法において、
    受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出ステップと、
    前記パイロットシンボル検出ステップにおいて検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算ステップと、
    前記誤差信号演算ステップにおいて算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成ステップと、
    前記補償電界信号生成ステップにおいて推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償ステップと、
    を有し、
    前記補償電界信号生成ステップは、
    前記複素電界誤差信号をローパスフィルタへ入力するステップと、
    前記ローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記ローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記ローパスフィルタの前記出力から線形補間によって算出する第１線形補間処理ステップと、
    前記ローパスフィルタの前記出力を含む前記境界点の位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する振幅規格化ステップと、
    規格化後の前記境界点の位相変動から、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理ステップと、
    を有する、
    位相補償方法。
14. 光伝送システムにおける位相補償方法において、
    受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出ステップと、
    前記パイロットシンボル検出ステップにおいて検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算ステップと、
    前記誤差信号演算ステップにおいて算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成ステップと、
    前記補償電界信号生成ステップにおいて推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償ステップと、
    を有し、
    前記補償電界信号生成ステップは、
    前記複素電界誤差信号を残留周波数オフセット推定部と第１のローパスフィルタとへ入力するステップと、
    前記第１のローパスフィルタの入力と出力とに前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗算する演算ステップと、
    前記第１のローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記第１のローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記第１のローパスフィルタの前記出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値から線形補間によって算出する第１線形補間処理ステップと、
    前記第１のローパスフィルタの出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値と、前記第１線形補間処理ステップにより算出された前記境界点の位相変動とに基づいて、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理ステップと、
    を有し、
    前記残留周波数オフセット推定部は、
    前記複素電界誤差信号から残留周波数オフセットの瞬時値を算出する位相スロープ検出部と、
    前記位相スロープ検出部の出力値を平均化する第２のローパスフィルタと、
    前記第２のローパスフィルタから出力された複素電界値を位相値に変換する電界位相変換部と、
    前記電界位相変換部から出力された前記位相値を積分する積分部と、
    前記積分部から出力された積分値を位相値として複素電界値に変換して出力する位相電界変換部と、
    を有する、
    位相補償方法。
15. 光伝送システムにおける位相補償方法において、
    受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出ステップと、
    前記パイロットシンボル検出ステップにおいて検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算ステップと、
    前記誤差信号演算ステップにおいて算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成ステップと、
    前記補償電界信号生成ステップにおいて推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償ステップと、
    を有し、
    前記補償電界信号生成ステップは、
    前記誤差信号演算ステップにおいて算出された前記複素電界誤差信号の振幅を規格化する第１振幅規格化ステップと、
    前記第１振幅規格化ステップにより規格化された前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの信号列を前記複素電界誤差信号間に内挿した信号列を出力する複素電界内挿ステップと、
    前記複素電界内挿ステップにおいて出力される前記信号列を、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタに入力して前記位相変動を推定する推定ステップと、
    前記ローパスフィルタから出力される前記位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する第２振幅規格化ステップと、
    を有する、
    位相補償方法。
16. 光伝送システムにおける位相補償方法において、
    受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出ステップと、
    前記パイロットシンボル検出ステップにおいて検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算ステップと、
    前記誤差信号演算ステップにおいて算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成ステップと、
    前記補償電界信号生成ステップにおいて推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償ステップと、
    を有し、
    前記補償電界信号生成ステップでは、
    前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを、前記位相変動を推定する際に用い、
    前記補償電界信号生成ステップは、
    前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算ステップと、
    前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの複素電界信号列に、前記位相差演算ステップにおいて算出した前記位相信号を挿入した信号列を生成する内挿ステップと、
    前記内挿ステップにおいて生成する前記信号列を入力する前記ローパスフィルタの出力を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換ステップと、
    を含み、
    前記位相差演算ステップは、
    現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算ステップと、
    前記減算ステップにより得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出ステップと、
    前記位相差算出ステップにおいて出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算ステップと、
    を含む、
    位相補償方法。
17. 光伝送システムにおける位相補償方法において、
    受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出ステップと、
    前記パイロットシンボル検出ステップにおいて検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算ステップと、
    前記誤差信号演算ステップにおいて算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成ステップと、
    前記補償電界信号生成ステップにおいて推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償ステップと、
    を有し、
    前記補償電界信号生成ステップでは、
    前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを、前記位相変動を推定する際に用い、
    前記補償電界信号生成ステップは、
    前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算ステップと、
    前記位相差演算ステップにおいて算出する前記位相信号を入力する前記ローパスフィルタの出力に対する線形補間により、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間における位相を算出する線形補間処理ステップと、
    前記線形補間処理ステップにおいて算出する前記位相を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換ステップと、
    を含み、
    前記位相差演算ステップは、
    現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算ステップと、
    前記減算ステップにより得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出ステップと、
    前記位相差算出ステップにおいて出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算ステップと、
    を含む、
    位相補償方法。
18. 受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、
    前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、
    前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、
    前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と、
    を備え、
    前記補償電界信号生成部は、
    前記複素電界誤差信号を入力するローパスフィルタと、
    前記ローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記ローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記ローパスフィルタの前記出力から線形補間によって算出する第１線形補間処理部と、
    前記ローパスフィルタの前記出力を含む前記境界点の位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する振幅規格化部と、
    規格化後の前記境界点の位相変動から、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理部と、
    を有する、光受信装置。
19. 受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、
    前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、
    前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、
    前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と、
    を備え、
    前記補償電界信号生成部は、
    前記複素電界誤差信号を入力する残留周波数オフセット推定部と、
    前記複素電界誤差信号を入力する第１のローパスフィルタと、
    前記第１のローパスフィルタの入力と出力とに前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗算する演算部と、
    前記第１のローパスフィルタの出力のシンボル間隔の区間を、予め定めた個数のシンボル区間に分割し、前記第１のローパスフィルタの前記出力を除く各分割されたシンボル区間の境界点の位相変動を、前記第１のローパスフィルタの前記出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値から線形補間によって算出する第１線形補間処理部と、
    前記第１のローパスフィルタの出力に前記残留周波数オフセット推定部の出力を乗じた値と、前記第１線形補間処理部により算出された前記境界点の位相変動とに基づいて、前記分割されたシンボル区間内における位相変動を線形補間によって算出する第２線形補間処理部と、
    を備え、
    前記残留周波数オフセット推定部は、
    前記複素電界誤差信号から残留周波数オフセットの瞬時値を算出する位相スロープ検出部と、
    前記位相スロープ検出部の出力値を平均化する第２のローパスフィルタと、
    前記第２のローパスフィルタから出力された複素電界値を位相値に変換する電界位相変換部と、
    前記電界位相変換部から出力された前記位相値を積分する積分部と、
    前記積分部から出力された積分値を位相値として複素電界値に変換する位相電界変換部と、
    を有する、光受信装置。
20. 受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、
    前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、
    前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、
    前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と、
    を備え、
    前記補償電界信号生成部は、
    前記誤差信号演算部が算出する前記複素電界誤差信号の振幅を規格化する第１振幅規格化部と、
    前記第１振幅規格化部により規格化された前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの信号列を前記複素電界誤差信号間に内挿した信号列を出力する複素電界内挿部と、
    前記複素電界内挿部が出力する前記信号列を入力し、前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有し、前記位相変動を推定するローパスフィルタと、
    前記ローパスフィルタから出力される前記位相変動を示す複素信号の振幅を規格化する第２振幅規格化部と、
    を有する、
    光受信装置。
21. 受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、
    前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、
    前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、
    前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と、
    を備え、
    前記補償電界信号生成部は、
    前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを備え、前記位相変動を推定する際に前記ローパスフィルタを用い、
    前記補償電界信号生成部は、
    前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算部と、
    前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間に対応する長さの複素電界信号列に、前記位相差演算部が算出した前記位相信号を挿入した信号列を生成する内挿部と、
    前記内挿部が生成する前記信号列を入力する前記ローパスフィルタの出力を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換部と、
    を有し、
    前記位相差演算部は、
    現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算部と、
    前記減算部により得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出部と、
    前記位相差算出部より出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算部と、
    を有する、
    光受信装置。
22. 受信した光信号に対するコヒーレント検波により得られる受信複素電界信号に間欠的に挿入された複数のパイロットシンボルを検出するパイロットシンボル検出部と、
    前記パイロットシンボル検出部により検出された前記パイロットシンボルと、予め定められた参照シンボルとから、各パイロットシンボルにおける位相変動を示す複素電界誤差信号を算出する誤差信号演算部と、
    前記誤差信号演算部が算出した前記複素電界誤差信号に基づき、フィルタ処理を用いて、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記位相変動を推定する補償電界信号生成部と、
    前記補償電界信号生成部が推定した前記パイロットシンボル間の前記位相変動に基づいて、前記受信複素電界信号に対する位相補償を行う位相雑音補償部と、
    を備え、
    前記補償電界信号生成部は、
    前記パイロットシンボルが位置する間隔に基づいて定められたカットオフ周波数を有するローパスフィルタを備え、前記位相変動を推定する際に前記ローパスフィルタを用い、
    前記補償電界信号生成部は、
    前記複素電界誤差信号の位相を示す位相信号を算出する位相差演算部と、
    前記位相差演算部が算出する前記位相信号を入力する前記ローパスフィルタの出力に対する線形補間により、前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間のシンボル区間における位相を算出する線形補間処理部と、
    前記線形補間処理部が算出する前記位相を複素信号に変換することにより前記受信複素電界信号における前記パイロットシンボル間の前記シンボル区間の位相変動を算出する位相電界変換部と、
    を有し、
    前記位相差演算部は、
    現在の前記複素電界誤差信号から１時刻前の前記複素電界誤差信号を減算する減算部と、
    前記減算部により得られた減算結果から位相を算出し、算出した位相を示す複素信号を出力する位相差算出部と、
    前記位相差算出部より出力される前記複素信号と１時刻前の前記複素電界誤差信号とを加算し、加算結果を前記位相信号として出力する加算部と、
    を有する、
    光受信装置。

Images