JP6248772B2 - 通信システム、受信装置および半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム、受信装置および半導体装置に関する。

従来、位相補償の変化量が閾値を超えることによりスリップの発生が検出された場合に、位相補償の変化量から求めた位相の補正量を、位相偏差が補償された信号の位相に加算することによってスリップによる位相変化分を補正する回路がある（例えば、下記特許文献１参照。）。また、光信号に周期的に挿入される同期バーストと、連続する同期バースト間に既知のビットまたは符号といった既知信号を埋め込み、受信側で既知信号によるサイクルスリップの検出と修正を行う方法がある（例えば、下記特許文献２参照。）。

国際公開第２０１２／１３２１０３号 国際公開第２０１０／０６３０９２号

しかしながら、従来技術では、例えば受信側における位相スリップを補償するための既知信号を送信信号に含ませると、データの伝送容量が低下するという問題がある。

１つの側面では、本発明は、データの伝送容量の低下を抑えることを目的とする。

本発明の一側面によれば、コンスタレーション上の複数のシンボル座標と、前記複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標であって、平均座標が原点とは異なる座標となる複数の軌跡座標と、に基づいて信号を送信する送信装置から受信した前記信号におけるコンスタレーション上の複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標を累積し、累積した前記複数の軌跡座標の平均座標と、前記異なる座標と、の相違を示す値に基づいて、前記送信装置から受信した前記信号の位相を推定する、通信システム、受信装置および半導体装置、が提案される。

本発明の一態様によれば、データの伝送容量の低下を抑えることができる。

図１Ａは、実施の形態にかかる通信システムの機能的構成の一例を示すブロック図である。 図１Ｂは、ＱＰＳＫにおける位相スリップの一例を示す説明図である。 図２は、送信装置の一例を示す説明図である。 図３は、受信装置の一例を示す説明図である。 図４は、信号のサンプリングの一例を示す説明図である。 図５は、軌跡座標の平均座標の一例を示す説明図である。 図６は、位相スリップの補償動作の一例を示す説明図である。 図７は、軌跡座標の平均座標を原点とは異なる座標とした場合のアイパターンおよびコンスタレーションの一例を示す説明図である。 図８は、フィルタリング部の詳細構成を示す説明図である。 図９は、ナイキストフィルタの構成の一例を示すブロック図である。 図１０Ａは、フィルタ段数が３１段の場合の波形の一例を示す説明図である。 図１０Ｂは、フィルタ段数が１１段の場合の波形の一例を示す説明図である。 図１０Ｃは、フィルタ段数が３段の場合の波形の一例を示す説明図である。 図１１Ａは、フィルタ段数が３１段の場合の波形の周波数成分の一例を示す説明図である。 図１１Ｂは、フィルタ段数が１１段の場合の波形の周波数成分の一例を示す説明図である。 図１１Ｃは、フィルタ段数が３段の場合の波形の周波数成分の一例を示す説明図である。 図１２は、送信装置が行う送信処理の一例を示すフローチャートである。 図１３は、受信装置が行う受信処理の一例を示すフローチャートである。 図１４は、送信装置が行うナイキストフィルタを交互に切替える手順の一例を示す説明図である。 図１５は、受信装置が行う位相推定方向の補正の一例を示す説明図である。 図１６は、特定の方向に歪んでいる場合の位相推定方向の補正の一例を示す説明図である。 図１７は、送信装置が行うフィルタ段数の切替えを行う際の送信処理の一例を示すフローチャートである。 図１８は、受信装置が行う位相推定方向を補正する処理の一例を示すフローチャートである。 図１９は、パイロット信号を用いて位相推定する場合の一例を示す説明図である。

以下に図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
（通信システムの機能的構成）
図１Ａは、実施の形態にかかる通信システムの機能的構成の一例を示すブロック図である。図１Ａに示すように、通信システム１００は、送信装置１１０と、受信装置１２０と、を有する。送信装置１１０は、コンスタレーション上における複数のシンボル座標間の軌跡座標の平均座標を原点とは異なる座標にし、シンボル座標および軌跡座標に基づく信号を受信装置１２０へ送信する。

具体的には、送信装置１１０は、コンスタレーション上の複数のシンボル座標と、複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標と、に基づいて信号を送信する。複数の軌跡座標の平均座標は、Ｉ軸およびＱ軸の直交座標である原点とは異なる座標である。コンスタレーションは、複素平面を示す図であり、具体的には、横軸がＩ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）成分、縦軸がＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）成分を示す図である。コンスタレーション上に配置されるシンボルは、原点を中心にして、信号の振幅と位相を示す。原点からの距離が振幅を示し、原点からの角度が位相を示す。

軌跡座標は、例えば、オーバサンプリングによって得られる座標であり、コンスタレーション上におけるシンボル座標間の座標である。軌跡座標は、例えば、シンボル座標間の中点の座標であるが、これに限らず、中点以外の座標としてもよい。また、軌跡座標の数は、１つとするが、これに限らず、複数としてもよい。平均座標は、複数の軌跡座標の平均であり、例えば複数の軌跡座標の重心座標である。本実施の形態においては、複数の軌跡座標の平均座標が原点とは異なる座標となるようにする。なお、複数の軌跡座標の平均座標までの原点からの方向を位相基準方向という。

送信する信号は、少なくとも位相変調を含む変調により生成された信号であり、振幅変調を含む信号でもよい。送信する信号は、具体的には、位相偏移変調や直角位相振幅変調によって変調される信号である。位相偏移変調は、例えばＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）である。直角位相振幅変調は、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）である。

受信装置１２０は、例えば、送信装置１１０から受信した信号におけるコンスタレーション上の軌跡座標の平均座標に基づく偏りの方向が予め定められる位相基準方向となるように、シンボル座標を補正する。本実施の形態において、軌跡座標の平均座標に基づく偏りの原点からの方向を位相推定方向という。位相基準方向は、送信装置１１０と受信装置１２０とで共有されている。そのため、受信装置１２０は、送信装置１１０から受信した信号における軌跡座標の平均座標から得られる位相推定方向を、送信装置１１０との間で共有する位相基準方向と同一方向となるようにシンボル座標を補正する。

具体的に説明すると、受信装置１２０は、受信部１２１と、半導体装置１３０とを有する。半導体装置１３０は、累積部１２２と、推定部１２３と、を有する。受信部１２１は、送信装置１１０から信号を受信する。累積部１２２は、受信部１２１によって受信された信号における複数の軌跡座標を累積する。複数の軌跡座標は、コンスタレーション上の複数のシンボル座標のそれぞれの間の座標である。累積とは、例えば、現在から過去の一定期間または一定量遡った信号について、軌跡座標の平均を得るために記憶することである。累積部１２２は、受信部１２１によって受信された信号における複数のシンボル座標についても累積する。

推定部１２３は、累積部１２２によって累積された複数の軌跡座標の平均座標と、送信装置１１０における複数の軌跡座標の平均座標と、の相違を示す値に基づいて、送信装置１１０から受信した信号の位相を推定する。以下において、累積部１２２によって累積された複数の軌跡座標の平均座標を「受信側平均座標」といい、送信装置１１０における複数の軌跡座標の平均座標を、「送信側平均座標」という。原点から受信側平均座標までの方向が位相推定方向であり、また、原点から送信側平均座標までの方向が位相基準方向である。

受信側平均座標と送信側平均座標との相違を示す値は、例えば、受信側平均座標と送信側平均座標との比較結果に基づく値であり、それぞれの原点を基準とした角度や方向（ベクトル）などで表すことができる。また、受信側平均座標と送信側平均座標との相違を示す値は、累積部１２２によって累積された複数の軌跡座標の所定領域毎の平均座標の比較結果に基づく値としてもよい。

所定領域毎とは、例えば象限毎である。所定領域毎の平均座標の比較結果に基づく値とは、例えば、第１〜４象限毎の各平均座標の比較から得られる、各平均座標までのそれぞれの距離が最大または最小となる象限を示す値である。つまり、受信装置１２０は、第１〜４象限毎の各平均座標のうちの原点からの距離が最大または最小となる象限を特定することにより、位相推定方向を得るようにしてもよい。

推定部１２３は、例えば、相違を示す値が１８０°の相違を示す値であるとすると、コンスタレーション上の原点を中心に、累積された複数のシンボル座標をそれぞれ１８０°回転させることにより、送信装置１１０から受信した信号の位相を推定できる。なお、シンボル座標を回転させることに限らず、座標軸を回転させてもよい。

推定部１２３による位相の推定においては、推定部１２３が有する位相推定回路が、受信側平均座標と送信側平均座標との相違を示す値に基づいて信号における位相回転量を推定し、推定した位相回転量と累積したシンボル座標とに基づいて信号の位相を推定する。また、推定部１２３による位相の推定においては、累積したシンボル座標に基づいて受信装置１２０が有する位相推定回路によって推定された信号の位相を、受信側平均座標と送信側平均座標との相違を示す値により推定部１２３が補正することとしてもよい。

また、誤差等により信号が歪む結果、コンスタレーション上における座標の基準点となる原点がずれることがある。これを補正するために、累積部１２２は、送信装置１１０から受信した信号におけるコンスタレーション上の複数のシンボル座標を累積する。

この場合、推定部１２３は、累積部１２２によって累積された複数のシンボル座標の平均座標に基づいて、受信側平均座標および送信側平均座標のうちの少なくともいずれか一方を補正する。推定部１２３によって累積された複数のシンボル座標の平均座標は、例えば、シンボル座標に歪みがない場合には原点と一致し、歪みがある場合には歪みに応じた分だけ原点からずれる。

推定部１２３は、少なくともいずれか一方を補正した受信側平均座標と送信側平均座標との比較結果に基づく値（相違を示す値）に基づいて、送信装置１１０から受信した信号の位相を推定する。言い換えると、この場合の相違を示す値は、推定部１２３によって少なくともいずれか一方が補正された、受信側平均座標と、送信側平均座標と、の比較結果に基づく値である。

例えば、推定部１２３は、累積部１２２によって累積された複数のシンボル座標の平均座標に基づいて、受信側平均座標のみを補正する。具体的には、推定部１２３は、累積部１２２によって累積された複数のシンボル座標の平均座標と、受信側平均座標と、の差分に応じて、受信側平均座標のみを補正する。これにより、座標の基準点の歪みを排除することができる。なお、受信側平均座標のみを補正することに限らず、送信側平均座標を補正してもよいし、受信側平均座標および送信側平均座標の両方を補正してもよい。

また、誤差等により信号が歪む結果、軌跡座標に歪みが生じることがある。これを補正するために、送信装置１１０は、第１信号と第２信号とを切替えながら送信する。第１信号は、コンスタレーション上の平均座標が原点と異なる第１座標となる複数の軌跡座標（以下、「第１軌跡座標群」と称する。）に基づく信号である。第２信号は、コンスタレーション上の平均座標が原点および第１座標と異なる第２座標となる第２軌跡座標群に基づく信号である。

この場合、相違を示す値は、第３軌跡座標群と、第４軌跡座標群と、第１座標および第２座標の相違と、に基づく値とすることができる。第３軌跡座標群は、送信装置１１０から受信した第１信号における複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標である。第４軌跡座標群は、送信装置１１０から受信した第２信号における複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標である。

具体的には、相違を示す値は、第１座標および第２座標の相違に基づいて少なくともいずれか一方が補正された第３軌跡座標群および第４軌跡座標群の平均座標と、送信側平均座標と、の相違を示す値である。第３軌跡座標群および第４軌跡座標群の平均座標のうち、例えば、第４軌跡座標群の平均座標のみが補正される。例えば、第１座標および第２座標の相違が１８０°であるとする。

推定部１２３は、第１座標および第２座標の相違（１８０°）分、第４軌跡座標群の平均座標のみを１８０°回転させることによって補正して、補正した第４軌跡座標群の平均座標と第３軌跡座標群の平均座標との平均を算出することによって補正する。なお、第４軌跡座標群のみを補正することに限らず、第３軌跡座標群のみを補正、または両方の軌跡座標群を補正して、第１座標および第２座標の相違に基づく補正を行ってもよい。これにより、軌跡座標の歪みを排除することができる。

推定部１２３は、少なくともいずれか一方を補正した第３軌跡座標群および第４軌跡座標群の平均座標と、送信側平均座標と、の相違を示す値に基づいて、送信装置１１０から受信した信号の位相を推定する。つまり、推定部１２３は、歪みが排除された第３軌跡座標群および第４軌跡座標群の平均座標と、送信側平均座標と、の相違を示す値に基づいて信号の位相を推定する。これにより、軌跡座標の歪みを排除して位相を推定することができる。

ここで、ＱＰＳＫにおける位相スリップについて説明する。図１Ｂは、ＱＰＳＫにおける位相スリップの一例を示す説明図である。図１Ｂにおいて、横軸はＩ成分、縦軸はＱ成分を示している。図１Ｂに示すように、各シンボルは、４５°（＝００），１３５°（＝０１），２２５°（＝１１），３１５°（＝１０），のいずれかの位置に配置されており、それぞれ２ビット（４値）で表される。

送信装置１１０において、例えば、４５°の位置にシンボル１５１を、１３５°の位置にシンボル１５２を、２２５°の位置にシンボル１５３を、３１５°の位置にシンボル１５４を、配置して、伝送路上に信号を送信したとする。伝送路上において、各シンボル１５１〜１５４は回転する。

そして、受信装置１２０が信号を受信すると、各シンボル１５１〜１５４の位置がずれる。例えば、図１Ｂに示すように、受信装置１２０では、各シンボル１５１〜１５４が、送信装置１１０の送信時の配置と比較して１８０°ずれる位相スリップが生じる。なお、ＱＰＳＫの位相スリップにおいてずれる角度は、９０°，１８０°，２７０°のいずれかである。３６０°ずれた場合は、０°の場合と位相が一致するため、位相のずれはなくなる。

このような位相スリップを抑えるため、本実施の形態では、送信側でシンボル間の軌跡座標の平均を原点と相違させ、受信側で軌跡座標の平均を推定する。このため、受信側における位相スリップを補償するための既知信号のパイロット信号（図１９参照）を送信信号に含ませなくても、受信側において位相スリップを判定可能にし、データの伝送容量の低下を抑えつつ精度よく位相を推定する。

（送信装置の一例）
図２は、送信装置の一例を示す説明図である。図２に示すように、送信装置１１０は、送信ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２０１と、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２０２と、ドライバアンプ２０３と、光変調器２０４と、送信光源２０５と、を有する。

送信ＤＳＰ２０１は、デジタル信号処理回路であり、送信用のデジタルの電気信号を生成して複数（例えば４つ）のＤＡＣ２０２（２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ）へ出力する。送信ＤＳＰ２０１は、トレーニング符号挿入部２１１と、シンボルマッピング部２１２と、オーバサンプリング部２１３と、送信スペクトル整形部２１４と、リニアライザ２１５と、イコライザ２１６と、を有する。

トレーニング符号挿入部２１１は、フレームの同期処理や分散補償を行うための情報を抽出する処理を行い、これらの処理を行った信号をシンボルマッピング部２１２へ出力する。シンボルマッピング部２１２は、コンスタレーション上においてシンボルマッピングを行うためのシンボルの位置（シンボル座標）を生成する。シンボルマッピング部２１２は、例えば、コンスタレーションが正方形となる座標位置にシンボル座標を生成する。

シンボルマッピング部２１２は、生成したシンボル座標に基づく信号をオーバサンプリング部２１３へ出力する。オーバサンプリング部２１３は、シンボルマッピング部２１２から入力した信号を、送信のスペクトル制御を行うために２倍周期に変換する。オーバサンプリング部２１３は、２倍周期に変換した信号を送信スペクトル整形部２１４へ出力する。

送信スペクトル整形部２１４は、オーバサンプリング部２１３から出力された信号を、フィルタリングすることによって送信スペクトルを整形し、リニアライザ２１５へ出力する。送信スペクトル整形部２１４は、フィルタリング部２２１を有する。フィルタリング部２２１は、オーバサンプリング部２１３によって２倍周期に変換された信号のうち、シンボル間の軌跡座標（オーバサンプリング点）の平均座標を基準座標とは異なる座標とすることにより、シンボル間の軌跡に非対称性をもたせる。基準座標は、Ｉ軸およびＱ軸の直交座標（原点）、またはシンボル座標の平均座標である。

送信スペクトル整形部２１４は、特性の異なる２つの、２倍オーバーサンプルのレートで動作するＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタが並列に配置されている。それぞれのＦＩＲフィルタには、主信号のシンボルの座標に応じた信号が入力される。各ＦＩＲフィルタは、ベースバンド信号を波形整形して、異なる帯域制限を掛けることができるフィルタであり、それぞれタップ数（フィルタ段数）が異なる。

送信スペクトル整形部２１４は、各信号のうちのプラス成分とマイナス成分とをそれぞれ異なるフィルタ段数のフィルタを通過させて加算することにより、軌跡座標の平均座標を位相基準方向に配置させる。これにより、伝送路２０６における各シンボル座標の回転に応じて軌跡座標の平均座標も同様に回転し、すなわち、位相基準方向も同様に回転する。なお、受信装置１２０においては、位相推定方向を検出して位相基準方向と比較することによって、シンボル座標の位相を補償することができる。送信スペクトル整形部２１４は、ナイキストフィルタやガウスフィルタなどを用いることができる。

リニアライザ２１５は、例えば、送信スペクトル整形部２１４から出力された信号のレベル的な歪みを直線に修正してイコライザ２１６へ出力する。イコライザ２１６は、例えば、ハードウェアの歪みによる高速信号のなまりを補正し、補正した信号をＤＡＣ２０２へ出力する。

ＤＡＣ２０２は、複数（例えば４つ）設けられており、それぞれ、送信ＤＳＰ２０１から出力されたデジタルの電気信号をアナログの電気信号に変換する。ＤＡＣ２０２（２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ）は、変換した電気信号を対応するドライバアンプ２０３（２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ）へ出力する。

ドライバアンプ２０３は、ＤＡＣ２０２に対応して複数設けられ、それぞれ、ＤＡＣ２０２から出力された信号を増幅し、光変調器２０４へ出力する。光変調器２０４は、送信光源２０５からの光を用いて、ドライバアンプ２０３から出力された信号を変調して、光信号を生成する。光変調器２０４は、生成した光信号を伝送路２０６へ出力する。

（受信装置の一例）
図３は、受信装置の一例を示す説明図である。図３に示すように、受信装置１２０は、局発光源３０１と、光ハイブリッド３０２と、ＡＤＣ３０３（３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ，３０３ｄ）（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、受信ＤＳＰ３０４と、を備えている。

受信装置１２０は、光ハイブリッド３０２を用いたコヒーレント方式の光受信装置である。局発光源３０１は、局発光を生成し、生成した局発光を光ハイブリッド３０２へ出力する。光ハイブリッド３０２には、伝送路２０６（送信装置１１０）からの受信光信号と、局発光源３０１からの局発光と、が入力される。光ハイブリッド３０２は、入力された局発光を用いて、入力された受信光信号の２つの直交偏波の実部信号および虚部信号を抽出する。

具体的には、光ハイブリッド３０２は、不図示の２つの偏光ビームスプリッタおよび２つの９０°ハイブリッドを有する。光ハイブリッド３０２は、偏光ビームスプリッタにより受信光信号および局発光を２つの偏波方向（Ｈ軸およびＶ軸）の光信号に分割するとともに、９０°ハイブリッドによりそれぞれの偏波方向の局発光を用いて光信号から実部成分（Ｉ成分）と虚部成分（Ｑ成分）を抽出する。

光ハイブリッド３０２は、複数（例えば４つ）のフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）を有し、Ｈ軸（水平偏波）の信号光のＩ成分の振幅および位相に対応した光信号と、Ｈ軸の信号光のＱ成分の振幅および位相に対応した光信号と、を光電変換する。また、光ハイブリッド３０２は、Ｖ軸（垂直偏波）の信号光のＩ成分の振幅および位相に対応した光信号と、Ｖ軸の信号光のＱ成分の振幅および位相に対応した光信号と、を光電変換する。そして、受光した光の強度に応じた電気信号を、対応するＡＤＣ３０３へ出力する。

ＡＤＣ３０３は、光ハイブリッド３０２から出力された信号をデジタルサンプリングし、サンプリングした信号を量子化することによってデジタル変換を行う。ＡＤＣ３０３は、デジタル変換した信号を受信ＤＳＰ３０４へ出力する。

受信ＤＳＰ３０４は、ＭＩＭＯ処理部３１１（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）と、キャリア再生部３１２と、ＦＥＣ機能部３１３（ＦＥＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）と、を有する。ＭＩＭＯ処理部３１１は、例えば、偏波多重されている信号を偏波分離するなどの所定の処理を行う。ＭＩＭＯ処理部３１１は、所定の処理を行った信号をキャリア再生部３１２へ出力する。

キャリア再生部３１２は、例えば、ＭＩＭＯ処理部３１１から出力された信号の波長分散を補償する。キャリア再生部３１２は、波長分散を補償した信号をＦＥＣ機能部３１３へ出力する。ＦＥＣ機能部３１３は、キャリア再生部３１２から出力された信号の誤り訂正を行う。ＦＥＣ機能部３１３は、誤り訂正を行った信号を後段へ出力する。

キャリア再生部３１２は、分布平均推定部３２０を有する。分布平均推定部３２０は、コンスタレーション上におけるシンボル座標の位相スリップを検出して位相を補償する。ここで、デジタルコヒーレントの受信においては、送信されたデータを正しく受信するために、シンボル座標の回転による位相スリップを補償することが必要である。位相スリップは、伝送路２０６の位相ノイズや、送信光と受信局発光の周波数揺らぎなどに起因して、分布平均推定部３２０が有する位相推定回路（ＣＰＲ：Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）による処理を行う際に生じる。

位相スリップが生じると、送信側と受信側でコンスタレーション上のシンボル座標が、９０°，１８０°または２７０°回転した状態となる。この状態では、受信側において、送信側が意図した座標と異なるコンスタレーション上の象限にシンボル座標が出現するため、正しく通信を行うことができない。そのため、分布平均推定部３２０は、例えば、ＣＰＲの処理を行うのと同時に、位相スリップを補償する。なお、分布平均推定部３２０は、ＣＰＲ後の信号に対して位相スリップを補償してもよい。

具体的には、分布平均推定部３２０は、平均化部３２１と、判定部３２２と、回転部３２３と、を有する。平均化部３２１は、受信した信号について、シンボル座標間の軌跡座標の平均座標と、シンボル座標の平均座標とを算出する。判定部３２２は、平均化部３２１によって算出されたシンボル座標の平均座標と軌跡座標の平均座標との差分から、位相推定方向（ベクトル）を算出して、コンスタレーションの向きを判定する。判定のタイミングは、一定期間経過したタイミングや、一定量信号を蓄積したタイミングである。

回転部３２３は、判定部３２２による判定結果に基づいて、Ｉ軸およびＱ軸や、シンボル座標を回転させる。例えば、送信装置１１０における軌跡座標の平均座標（位相基準方向）が第１象限である場合、受信装置１２０は、軌跡座標（位相推定方向）が第１象限方向となるようにシンボル座標を回転させる。

これにより、位相スリップを補償することができる。上述した説明では、ＣＰＲの処理と同時に位相スリップを判定するため、小規模な回路で位相を精度よく推定することができる。また、ＣＰＲの処理の後に、位相スリップの補償を行うことも可能であり、このようにすれば、簡単な処理で位相を精度よく推定することができる。

なお、図１Ａに示した受信部１２１は、例えば、局発光源３０１と、光ハイブリッド３０２と、ＡＤＣ３０３と、によって実現することができる。また、図１Ａに示した、半導体装置１３０は、例えば受信ＤＳＰ３０４によって実現することができる。特に、図１Ａに示した、累積部１２２と、推定部１２３とは、例えば分布平均推定部３２０によって実現することができる。

（信号のサンプリングの一例）
図４は、信号のサンプリングの一例を示す説明図である。図４において（Ａ）には、直交偏波の２つの信号４０１，４０２を示している。図４の（Ｂ）は、それぞれの信号４０１，４０２を、周波数ｆでサンプリングした場合を示している。（Ｂ）に示すように、周波数ｆ毎にシンボル４１１がサンプリングされる。

図４の（Ｃ）は、（Ｂ）の波形について、２倍のオーバサンプリングを行った場合を示している。（Ｃ）に示すように、サンプリングされるシンボル４１１の間の中点に対応する位置にオーバサンプリング点４１２がサンプリングされる。

図４の（Ｄ）は、サンプリングしたシンボル４１１に相当するシンボル座標４２１およびオーバサンプリング点４１２に相当する軌跡座標４２２のコンスタレーションを示している。（Ｄ）に示すように、シンボル座標４２１は、４５°（＝００），１３５°（＝０１），２２５°（＝１１），３１５°（＝１０），の位置に配置される。複数の軌跡座標４２２は、Ｉ軸およびＱ軸の直交座標（原点）に対してほぼ対称となる位置にそれぞれ配置される。そのため、複数の軌跡座標４２２の平均座標は、原点付近となる。

（軌跡座標の平均座標の一例について）
図５は、軌跡座標の平均座標の一例を示す説明図である。図５の（Ａ）において、横軸は時間、縦軸は位相を示している。各シンボル座標４２１は、４５°，１３５°，２２５°，３１５°のいずれかの位置に配置されており、それぞれ２ビット（４値）で表される。図５の（Ａ）では、時間の経過にしたがって、０１の信号、００の信号、１１の信号、１０の信号、が順次送信されることを示している。

また、送信装置１１０は、各シンボル座標４２１の間で、サンプリングしたオーバサンプリング点４１２に相当する軌跡座標４２２を得る。送信装置１１０は、各シンボル座標４２１とともに複数のシンボル座標４２１についても受信装置１２０へ送信する。

図５の（Ｂ）のコンスタレーションに示すように、複数の軌跡座標４２２の平均座標５０１は、例えば原点に位置する。これに対して、送信装置１１０において、複数のナイキストフィルタ間のタップ数（フィルタ段数）またはロールオフ率を相互に異ならせることにより、図５の（Ｃ）に示すように、軌跡座標４２２を図５（Ａ）に対して、ずらすことができる。

複数の軌跡座標４２２の平均座標５１０は、図５の（Ｄ）に示すように、原点から位相基準方向５２０にずらした第１象限の座標となる。なお、軌跡座標４２２の平均座標５１０は、第１象限に限らず、第２象限、第３象限または第４象限のいずれであってもよい。本実施の形態において、軌跡座標４２２の平均座標５１０が第１象限に位置する方向を基準方向とする。

（位相スリップの補償動作の一例）
図６は、位相スリップの補償動作の一例を示す説明図である。図６の（Ａ）に示すように、送信装置１１０は、複数の軌跡座標４２２の平均座標５１０を、原点とは異なる位置に配置する。送信装置１１０は、平均座標５１０を第１象限とした複数の軌跡座標４２２と、シンボル座標４２１と、に基づく信号を、伝送路２０６を介して受信装置１２０へ送信する。

伝送路２０６においては、各シンボル座標４２１が回転する。受信装置１２０は、軌跡座標４２２の平均座標５１０と、シンボル座標４２１の平均座標との差分に基づいて、位相推定方向６００を算出する。例えば、図６の（Ｂ）に示すように、受信装置１２０は、位相推定方向６００が第３象限の方向であると算出したとする。（Ｂ）は、平均座標５１０と位相推定方向６００とは方向が異なっており、位相スリップが発生していることを示している。すなわち、シンボル座標４２１の回転にともなって、軌跡座標４２２および軌跡座標４２２の平均座標５１０も回転している。

そこで、受信装置１２０は、平均座標５１０と位相推定方向６００とを比較し、比較結果に応じて、図６の（Ｃ）に示すように、Ｉ軸およびＱ軸（またはシンボル座標４２１）を回転させる。例えば、（Ｃ）に示すように、受信装置１２０は、算出した位相推定方向６００を、予め定められている送信装置１１０における位相基準方向５２０に、一致させるようにＩ軸およびＱ軸を回転させる。具体的には、送信装置１１０の位相基準方向５２０は、第１象限の方向であるため、受信装置１２０は、Ｉ軸およびＱ軸を１８０°回転させることにより、位相推定方向６００を送信装置１１０における位相基準方向５２０と一致させることができる。

（軌跡座標の平均座標を原点とは異なる座標とした場合のアイパターンおよびコンスタレーションの一例）
図７は、軌跡座標の平均座標を原点とは異なる座標とした場合のアイパターンおよびコンスタレーションの一例を示す説明図である。図７において、（Ａ）は、Ｉ成分のアイパターンを示している。（Ｂ）は、Ｑ成分のアイパターンを示している。（Ａ）、（Ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸はパワーを示している。（Ａ）および（Ｂ）に示すアイパターンはほぼ同様の形状となっている。

（Ｃ）は、ＱＰＳＫのコンスタレーションを示している。（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、シンボル座標４２１の位置は、ほとんど変化していない。これに対して、シンボル座標４２１間の軌跡座標４２２は変化する。例えば、（Ａ）、（Ｂ）では、範囲７０１の方が範囲７０２に比べて、軌跡座標４２２の分布に広がりがある。

また、（Ｃ）に示すように、軌跡座標４２２の平均座標は、位相推定方向６００に示すように、原点ではなく、第１象限にずれている。より詳細には、（Ｃ）に示すように、複数の軌跡座標４２２は、範囲７２１に示す下方向への広がりよりも、範囲７１１に示す上方向に広がって（膨らんで）分布している。同様に、複数の軌跡座標４２２は、範囲７２２に示す左方向への広がりよりも、範囲７１２に示す右方向に広がって（膨らんで）分布している。このように、複数の軌跡座標４２２の平均座標を、原点から位相推定方向６００にずらした座標となるようにしている。

（フィルタリング部の詳細構成）
図８は、フィルタリング部の詳細構成を示す説明図である。図８に示すように、フィルタリング部２２１は、複数のナイキストフィルタ８０１，８０２と、分岐部８１１と、加算部８１２と、を有する。なお、図８に示す各構成部は、Ｉ成分およびＱ成分毎にそれぞれに対応して設けられている。

分岐部８１１は、入力された信号をプラス成分とマイナス成分とに分岐し、プラス成分をナイキストフィルタ８０１へ出力し、マイナス成分をナイキストフィルタ８０２へ出力する。ナイキストフィルタ８０１は、例えば７段のフィルタ段数を有する。ナイキストフィルタ８０２は、例えば１１段のフィルタ段数を有する。ナイキストフィルタ８０１，８０２は、それぞれ入力された信号をフィルタリングし、加算部８１２へ出力する。具体的には、ナイキストフィルタ８０１，８０２は、ベースバンド信号を波形整形して帯域制限をかけ、加算部８１２へ出力する。

ナイキストフィルタ８０１，８０２は、波形を整形する。図８に示す波形の横軸は時間を示し、縦軸は座標を示している。ナイキストフィルタ８０１は、上側に凸のピーク波形８０３を整形するとともに、ピーク波形８０３周辺において小さく増減するピーク間波形８０４を整形する。なお、ナイキストフィルタ８０１，８０２によって整形される波形の詳細については、図１０Ａ〜図１１Ｃを用いて後述する。

ナイキストフィルタ８０２は、下側に凸のピーク波形８０５を整形するとともに、ピーク波形８０５周辺において小さく増減するピーク間波形８０６を整形する。ナイキストフィルタ８０１，８０２から出力された信号は、加算部８１２によって加算される。加算部８１２によって信号が加算されると、ナイキストフィルタ８０１，８０２の段数に応じて、ピーク間波形８０４，８０６の合成波形８０７は、横軸８１０に対して上側または下側に偏ることとなる。

図８において、ピーク間波形８０４，８０６の合成波形８０７は、例えば横軸８１０を基準に下側に偏っている。このように、ナイキストフィルタ８０１の段数と、ナイキストフィルタ８０２の段数とに差分をつけることにより、合成波形８０７に偏りをもたせることができる。これにより、加算部８１２から出力される信号に基づいて、図７の（Ｃ）に示したコンスタレーションを得ることができる。すなわち、シンボル座標４２１間の軌跡座標４２２の平均座標を、原点から位相基準方向５２０にずらした座標とすることができる。

（ナイキストフィルタの構成の一例）
図９は、ナイキストフィルタの構成の一例を示すブロック図である。図９に示すように、ナイキストフィルタ８０１，８０２は、遅延回路９１１〜９１ｎと、乗算回路９２０〜９２ｎと、加算回路９３０と、不図示のタップ係数制御回路（図１４のフィルタ制御部１４００に相当）と、を有する（ｎ＝５，６，７，…）。

ナイキストフィルタ８０１，８０２のタップ係数制御回路は、乗算回路９２０〜９２ｎに対してそれぞれタップ係数ａ０〜ａｎを入力する。ナイキストフィルタ８０１，８０２へ入力されたベースバンド信号は、乗算回路９２０および遅延回路９１１のそれぞれへ入力される。乗算回路９２０は、入力されたベースバンド信号に対してタップ係数ａ０を乗算し、乗算したベースバンド信号を加算回路９３０へ出力する。

遅延回路９１１は、入力されたベースバンド信号を遅延させ、遅延させたベースバンド信号を乗算回路９２１および遅延回路９１２のそれぞれへ出力する。乗算回路９２１は、遅延回路９１１から出力されたベースバンド信号に対してタップ係数ａ１を乗算し、乗算したベースバンド信号を加算回路９３０へ出力する。

遅延回路９１２は、遅延回路９１１から出力されたベースバンド信号を遅延させ、遅延させたベースバンド信号を乗算回路９２２および遅延回路９１３のそれぞれへ出力する。乗算回路９２２は、遅延回路９１２から出力されたベースバンド信号に対してタップ係数ａ２を乗算し、乗算したベースバンド信号を加算回路９３０へ出力する。

遅延回路９１３は、遅延回路９１２から出力されたベースバンド信号を遅延させ、遅延させたベースバンド信号を乗算回路９２３および遅延回路９１４のそれぞれへ出力する。乗算回路９２３は、遅延回路９１３から出力されたベースバンド信号に対してタップ係数ａ３を乗算し、乗算したベースバンド信号を加算回路９３０へ出力する。

遅延回路９１ｎは、遅延回路９１（ｎ−１）から出力されたベースバンド信号を遅延させ、遅延させたベースバンド信号を乗算回路９２ｎへ出力する。乗算回路９２ｎは、遅延回路９１ｎから出力されたベースバンド信号に対してタップ係数ａｎを乗算し、乗算したベースバンド信号を加算回路９３０へ出力する。

加算回路９３０は、乗算回路９２０〜９２ｎから出力された各ベースバンド信号を加算し、加算したベースバンド信号を後段の複素乗算器（不図示）へ出力する。ナイキストフィルタ８０１，８０２のタップ係数制御回路は、遅延変化量を演算する遅延変化量演算部（不図示）から通知された遅延変化量に基づいて、乗算回路９２０〜９２ｎへ入力するタップ係数ａ０〜ａｎを調節する。これにより、ベースバンド信号の遅延量を変化させることができる。

（フィルタ段数（タップ係数）を変化させたときの波形の変化について）
図１０Ａは、フィルタ段数が３１段の場合の波形の一例を示す説明図である。図１０Ｂは、フィルタ段数が１１段の場合の波形の一例を示す説明図である。図１０Ｃは、フィルタ段数が３段の場合の波形の一例を示す説明図である。図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃにおいて、横軸は時間、縦軸は座標（Ｉ座標またはＱ座標）を示している。

図１０Ａに示すように、波形１０１０は、シンボル座標に相当するピーク１０１１を中心に周辺領域の波形１０１２が整形されている。図１０Ｂに示すように、波形１０２０は、シンボル座標に相当するピーク１０２１を中心に周辺領域の波形１０２２が整形されている。図１０Ｃに示すように、波形１０３０は、シンボル座標に相当するピーク１０３１を中心に周辺領域の波形１０３２が整形されている。

図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃを比較すると、ピーク１０１１，１０２１，１０３１は同じであり、周辺領域の波形１０１２，１０２２，１０３２が異なる。図１０Ａの周辺領域の波形１０１２は、縦軸方向に変動しながら横軸方向に広がる形状を有している。図１０Ｂの周辺領域の波形１０２２は、波形１０１２に比べて縦軸方向に変動する横軸方向への広がりが小さい形状を有している。図１０Ｃの周辺領域の波形１０３２は、縦軸方向への変動のない波形が整形されている。

このように、周辺領域の波形１０１２，１０２２，１０３２は、フィルタ段数が多いほど、縦軸方向に変動する横軸方向への広がりが大きくなり、フィルタ段数が少ないと、縦軸方向の変動がなくなる。なお、各フィルタ段数を奇数にすると、図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃに示す原点を中心にピーク１０１１，１０２１，１０３１を得ることができる。

このように、フィルタ段数を異ならせることにより、周辺領域の波形１０１２，１０２２，１０３２を異ならせることができる。このため、図８に示したように、入力信号を分岐させてそれぞれ段数の異なるナイキストフィルタ８０１，８０２を用いてフィルタ処理を行って加算することによって、ピーク間波形８０４，８０６の合成波形８０７に偏りをもたせることができる。

（フィルタ段数を変化させたときの波形の周波数成分の変化について）
図１１Ａは、フィルタ段数が３１段の場合の波形の周波数成分の一例を示す説明図である。図１１Ｂは、フィルタ段数が１１段の場合の波形の周波数成分の一例を示す説明図である。図１１Ｃは、フィルタ段数が３段の場合の波形の周波数成分の一例を示す説明図である。

図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃにおいて、横軸は光の波長、縦軸は光のパワーを示しており、ロールオフ率は例えば０．３としている。図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃを比較すると、フィルタ段数が多い波形１１１０（１１２０）の方が、フィルタ段数が少ない周辺領域の波形１１３０に比べて、矩形状に近い形状となる。すなわち、ナイキストフィルタ８０１，８０２は、フィルタ段数が多いほど送信帯域幅を減らすことができることを示している。このため、フィルタ段数が多いほど信号のスペクトル効率を向上させることができる。

（送信装置が行う送信処理）
図１２は、送信装置が行う送信処理の一例を示すフローチャートである。図１２に示すように、送信装置１１０は、軌跡座標の平均座標が位相基準方向となるよう複数の軌跡座標を変化させる（ステップＳ１２０１）。そして、送信装置１１０は、シンボル座標と、平均座標を位相基準方向に変化させた軌跡座標と、に基づく信号を受信装置１２０へ送信するために出力し（ステップＳ１２０２）、送信処理を終了する。

（受信装置が行う受信処理）
図１３は、受信装置が行う受信処理の一例を示すフローチャートである。図１３に示すように、受信装置１２０は、送信装置１１０から受信した信号を入力する（ステップＳ１３０１）。次に、受信装置１２０は、オーバサンプリングによって得られたシンボル座標間の軌跡座標の平均座標を求める（ステップＳ１３０２）。そして、受信装置１２０は、シンボル座標の平均座標と軌跡座標の平均座標との差分から位相推定方向を求める（ステップＳ１３０３）。なお、信号の歪みがなく、シンボル座標の平均座標が原点の場合には、ステップＳ１３０３において、原点と軌跡座標の平均座標との差分から位相推定方向を求めてもよい。

次に、受信装置１２０は、送信側の位相基準方向と受信側の位相推定方向との双方の方向を比較し（ステップＳ１３０４）、送信側の位相基準方向と受信側の位相推定方向との双方の方向が等しいか否かを判定する（ステップＳ１３０５）。送信側の位相基準方向と受信側の位相推定方向との双方の方向が等しい場合（ステップＳ１３０５：Ｙｅｓ）、受信装置１２０は、受信処理を終了する。送信側の位相基準方向と受信側の位相推定方向との双方の方向が等しくない場合（ステップＳ１３０５：Ｎｏ）、受信装置１２０は、キャリア位相補償を実行し（ステップＳ１３０６）、受信処理を終了する。キャリア位相補償では、受信側の位相推定方向が送信側の位相基準方向と一致する方向にシンボル座標を補正される。

（ダイナミックレンジなどの歪みによる影響の排除について）
次に、ダイナミックレンジなどの歪みによる影響の排除について説明する。送信装置１１０や受信装置１２０のハードウェアにおいては、例えば、ダイナミックレンジの歪みが生じる。ダイナミックレンジの歪みとは、例えば、誤差等により複数のシンボル座標や軌跡座標が予め定めた座標とは異なる座標となることである。

この歪みを排除するためには、例えば、送信装置１１０は、２つのナイキストフィルタ８０１，８０２のフィルタ段数を交互に切替えた信号を送信する。受信装置１２０は、ナイキストフィルタ８０１，８０２のフィルタ段数を交互に入れ替えた各パターンの差分を検出することによって、歪みを補償することができる。以下に、ダイナミックレンジなどの歪みによる影響を排除するために、ナイキストフィルタ８０１，８０２を交互に切替える場合について詳細に説明する。

（送信装置が行うナイキストフィルタを交互に切替える手順の一例）
図１４は、送信装置が行うナイキストフィルタを交互に切替える手順の一例を示す説明図である。図１４に示すように、例えば、フレーム検出１４０１後に、特定の個数のビット（信号）１４０２が存在するものとする。フレーム検出１４０１とは、データの先頭を特定するためのフレームの検出である。なお、データの先頭を特定するには、フレーム検出１４０１に限らず、例えば、データの先頭に配置されるビット数を示す制御信号の検出とすることもできる。

送信装置１１０は、フレーム検出１４０１後の特定ビット数のビットについて、ナイキストフィルタ８０１，８０２のフィルタ段数を交互に異ならせてフィルタ処理が行われた信号を生成する。具体的には、送信装置１１０は、ナイキストフィルタ８０１，８０２のそれぞれのフィルタ段数を相互に入れ替えた値とするフィルタ制御部１４００を有する。位相基準方向１４１０を第１象限の方向としたＡパターン１４１１の信号を生成する場合、フィルタ制御部１４００は、例えば、プラス成分が入力されるナイキストフィルタ８０１を７段にし、マイナス成分が入力されるナイキストフィルタ８０２を１１段にする。

また、位相基準方向１４１０を第３象限の方向としたＢパターン１４１２の信号を生成する場合、フィルタ制御部１４００は、例えば、プラス成分側のナイキストフィルタ８０１を１１段にし、マイナス成分側のナイキストフィルタ８０２を７段にする。Ｂパターン１４１２は、Ａパターン１４１１を１８０°反転させたパターンである。

このように、送信装置１１０は、フレーム検出１４０１によって、Ａパターン１４１１→Ｂパターン１４１２→Ａパターン１４１１→Ｂパターン１４１２→…と、交互に切替えて信号を送信する。また、送信装置１１０は、次のフレーム検出１４０１があると、特定ビット数についてＡパターン１４１１→Ｂパターン１４１２→Ａパターン１４１１→Ｂパターン１４１２→…と、交互に切替えて信号を送信する。なお、図１４に示すＡパターンおよびＢパターンは、信号に歪みがほとんどない場合を示している。

受信装置１２０は、送信装置１１０からＡパターン１４１１またはＢパターン１４１２の信号を受信する。受信装置１２０は、フレーム検出１４０１を基準にして、Ａパターン１４１１→Ｂパターン１４１２→Ａパターン１４１１→Ｂパターン１４１２→…の順で信号を受信する。以下に、受信装置１２０が行う位相推定方向の補正の手順について説明する。

（受信装置が行う位相推定方向の補正の一例）
図１５は、受信装置が行う位相推定方向の補正の一例を示す説明図である。なお、図１５においては、信号に歪みがほとんどない図１４に対応する場合を示している。図１５において、受信装置１２０は、フレーム検出１４０１に応じて、Ａパターン１４１１またはＢパターン１４１２を交互に検出することができる。

受信装置１２０は、Ａパターン１４１１の位相推定方向１５０１およびＢパターン１４１２の位相推定方向１５０２をそれぞれ算出する。受信装置１２０は、算出した位相推定方向１５０１，１５０２について、Ａパターン１４１１についてはそのままとし、Ｂパターン１４１２については１８０°反転させる。

そして、受信装置１２０は、Ａパターン１４１１の位相推定方向１５０１と、Ｂパターン１４１２を反転させた反転パターン１４１３の位相推定方向１５０２との平均を算出することにより、補正した位相推定方向１５０３を求めることができる。Ａパターン１４１１と、反転パターン１４１３との平均は、例えば、Ａパターン１４１１と反転パターン１４１３との各軌跡座標の平均座標を足し合わせて２で割ることにより求まる。

（特定の方向に歪んでいる場合の位相推定方向の補正の一例）
図１６は、特定の方向に歪んでいる場合の位相推定方向の補正の一例を示す説明図である。図１６に示す位相推定方向の補正の手順は、図１５に示した位相推定方向の補正の手順と、手順自体は同じである。図１６に示す例では、位相推定方向１５０１が図１５に示した例と異なる。

図１６において、Ａパターン１４１１は、送信装置１１０において位相基準方向１４１０（図１４参照）を第１象限の方向とする処理を行ったものの、歪みにより、受信装置１２０では、位相推定方向１５０１が第３象限の方向となった場合を示している。すなわち、位相基準方向１４１０の方向を打ち消す方向に、歪んでいる場合を示している。

また、図１６において、Ｂパターン１４１２は、位相基準方向１４１０を第３象限の所定位置までの方向としたものの、歪みにより、受信装置１２０では、位相推定方向１５０２が所定位置よりも原点から離れた位置までの方向となっている場合を示している。すなわち、位相基準方向１４１０をより増大する方向に、歪んでいる場合を示している。

受信装置１２０は、Ａパターン１４１１の位相推定方向１５０１およびＢパターン１４１２の位相推定方向１５０２をそれぞれ算出する。受信装置１２０は、算出した位相推定方向１５０１，１５０２について、Ａパターン１４１１についてはそのままとし、Ｂパターン１４１２については１８０°反転させる。

そして、受信装置１２０は、Ａパターン１４１１と、Ｂパターン１４１２を反転させた反転パターン１４１３との平均を算出することにより、補正した位相推定方向１５０３を求めることができる。このように、Ａパターン１４１１およびＢパターン１４１２を反転させた反転パターン１４１３の平均を得ることにより、歪みの作用を打ち消し、補正した位相推定方向１５０３を得ることができる。したがって、歪みを考慮して位相を推定することができる。

（送信装置が行うフィルタ段数の切替えを行う際の送信処理）
図１７は、送信装置が行うフィルタ段数の切替えを行う際の送信処理の一例を示すフローチャートである。図１７に示すように、送信装置１１０は、フレーム検出があったか否かを判定する（ステップＳ１７０１）。フレーム検出があった場合（ステップＳ１７０１：Ｙｅｓ）、送信装置１１０は、参照する送信パターンをリセットし（ステップＳ１７０２）、ステップＳ１７０４に移行する。参照する送信パターンをリセットするとは、以降の送信パターンの順を、図１４に示した、Ａパターン１４１１→Ｂパターン１４１２→Ａパターン１４１１→…の順とすることである。

フレーム検出がない場合（ステップＳ１７０１：Ｎｏ）、送信装置１１０は、参照する送信パターンを更新する（ステップＳ１７０３）。参照する送信パターンを更新とは、前回の送信パターンがＡパターン１４１１の場合にはＢパターン１４１２に更新し、前回の送信パターンがＢパターン１４１２の場合にはＡパターン１４１１に更新することである。

そして、送信装置１１０は、フレーム検出１４０１からのビット数に応じた位相基準方向（Ａパターン１４１１またはＢパターン１４１２）を特定する（ステップＳ１７０４）。そして、送信装置１１０は、特定した位相基準方向に応じたフィルタ段数に、ナイキストフィルタ８０１，８０２のフィルタ段数を変更する（ステップＳ１７０５）。

次に、送信装置１１０は、軌跡座標の平均座標がフィルタ段数の変更に応じた位相基準方向となるように軌跡座標を変化させる（ステップＳ１７０６）。そして、送信装置１１０は、シンボル座標と、平均座標を位相基準方向に変化させた軌跡座標と、に基づく信号を受信装置１２０へ送信するために出力し（ステップＳ１７０７）、送信処理を終了する。

（受信装置が行う位相推定方向を補正する処理）
図１８は、受信装置が行う位相推定方向を補正する処理の一例を示すフローチャートである。図１８に示すように、受信装置１２０は、送信装置１１０から受信した信号を入力する（ステップＳ１８０１）。そして、受信装置１２０は、フレーム検出があったか否かを判定する（ステップＳ１８０２）。フレーム検出があった場合（ステップＳ１８０２：Ｙｅｓ）、受信装置１２０は、受信パターンをリセットし（ステップＳ１８０３）、ステップＳ１８０５に移行する。受信パターンをリセットするとは、以降に受信する受信パターンの順を、Ａパターン１４１１（図１５参照）→Ｂパターン１４１２→Ａパターン１４１１→…の順とすることである。

フレーム検出がない場合（ステップＳ１８０２：Ｎｏ）、受信装置１２０は、受信パターンを更新する（ステップＳ１８０４）。ステップＳ１８０４では、受信装置１２０は、前回の受信パターンがＡパターン１４１１の場合にはＢパターン１４１２に更新し、前回の受信パターンがＢパターン１４１２の場合にはＡパターン１４１１に更新する。

次に、受信装置１２０は、受信した信号がＡパターン１４１１であるか否かを判定する（ステップＳ１８０５）。受信した信号がＡパターン１４１１である場合（ステップＳ１８０５：Ｙｅｓ）、受信装置１２０は、シンボル座標間の軌跡座標の平均座標を求める（ステップＳ１８０６）。そして、受信装置１２０は、シンボル座標の平均座標と軌跡座標の平均座標との差分から位相推定方向を求め（ステップＳ１８０７）、ステップＳ１８１１に移行する。

ステップＳ１８０５において、判定パターンがＡパターン１４１１ではない場合（ステップＳ１８０５：Ｎｏ）、すなわち、Ｂパターン１４１２である場合、受信装置１２０は、シンボル座標の軌跡座標の平均座標を求める（ステップＳ１８０８）。そして、受信装置１２０は、シンボル座標の平均座標と軌跡座標の平均座標との差分から位相推定方向を求める（ステップＳ１８０９）。次に、受信装置１２０は、求めた位相推定方向を１８０°反転させる（ステップＳ１８１０）。

次に、受信装置１２０は、Ａパターン１４１１と、Ｂパターン１４１２を反転させた反転パターン１４１３（図１５参照）と、の平均から位相推定方向を補正する（ステップＳ１８１１）。そして、受信装置１２０は、送信側の位相基準方向と受信側の位相推定方向との双方の方向を比較し（ステップＳ１８１２）、送信側の位相基準方向と受信側の位相推定方向との双方の方向が等しいか否かを判定する（ステップＳ１８１３）。

送信側の位相基準方向と受信側の位相推定方向との双方の方向が等しい場合（ステップＳ１８１３：Ｙｅｓ）、受信装置１２０は、受信処理を終了する。送信側の位相基準方向と受信側の位相推定方向との双方の方向が等しくない場合（ステップＳ１８１３：Ｎｏ）、受信装置１２０は、キャリア位相補償を実行し（ステップＳ１８１４）、受信処理を終了する。キャリア位相補償では、受信側の位相推定方向が送信側の位相基準方向と一致する方向にシンボル座標を補正される。

このように、受信装置１２０は、ナイキストフィルタ８０１，８０２のフィルタ段数を交互に切替えて、位相推定方向を位相基準方向に補正することにより、信号の歪みを補償することができる。例えば、図１６に示した、Ａパターン１４１１およびＢパターン１４１２のように、両パターンともに位相推定方向１５０１，１５０２が第３象限の方向となっている場合であっても、歪みを考慮して位相補償を行うことができる。

本実施の形態によれば、シンボル座標間の軌跡座標の平均を原点と相違させた信号を送信し、受信側で軌跡座標の平均を推定する。このため、送信信号にパイロット信号を含ませなくても、受信側において位相スリップを判定することができる。したがって、データの伝送容量の低下を抑えつつ精度よく位相を推定することができる。

また、位相推定方向を、シンボル座標の平均座標と軌跡座標の平均座標との差分から求めるため、誤差等により歪みが生じてコンスタレーション上における座標の基準点となる原点がずれる場合でも、精度よく位相を推定することができる。

また、ナイキストフィルタ８０１，８０２のフィルタ段数を交互に切替えることにより、位相推定方向を位相基準方向に補正することができる。これにより、ダイナミックレンジなどの歪みを排除することができ、精度よく位相を推定することができる。

上述した説明では、位相推定方向を特定することによって位相スリップを推定したが、これに限らない。例えば、軌跡の平均座標を各象限で算出し、原点と各象限の平均座標との間の距離が最大または最小となる象限を、軌跡座標の平均座標の象限として特定することによって、位相スリップを推定してもよい。このような構成であっても、送信信号にパイロット信号を含ませなくても、受信側において位相スリップを判定することができ、データの伝送容量の低下を抑えつつ精度よく位相を推定することができる。

（パイロット信号を用いる場合の一例）
ここで、コンスタレーション上においてシンボル形状が正四角形状となるようにシンボル座標を生成して、パイロット信号を用いて、位相スリップを補償する構成について説明する。

図１９は、パイロット信号を用いて位相推定する場合の一例を示す説明図である。図１９の（Ａ）において、横軸は時間、縦軸は位相を示している。各シンボル座標１９００は、４５°，１３５°，２２５°，３１５°のいずれかを示しており、それぞれ、２ビット（４値）で表される。図１９の（Ａ）では、時間の経過にしたがって、０１の信号、００の信号、１１の信号、１０の信号、が順次送信されることを示している。

また、送信装置１１０は、予め定められた所定のタイミングで、パイロット信号１９０１を受信装置１２０へ送信する。パイロット信号１９０１は、基準となる位相を示す信号である。また、受信装置１２０側でもパイロット信号１９０１が送信される所定のタイミングがわかっている。

送信装置１１０は、例えば、予め決められた周期で決められた値（００＝４５°）のパイロット信号１９０１を送信する。図１９の（Ｂ）に示すように、受信装置１２０は、このパイロット信号１９０１を基準にして、複数のシンボル１９００の位相を推定することができる。

ここで、パイロット信号１９０１は、伝送レートの時間領域の一部を利用するものである。そのため、パイロット信号１９０１の比率を高くすると、その分だけ帯域の使用効率の低下を招き、すなわち、データの伝送容量が低下してしまう。また、パイロット信号１９０１の比率を少なくすると、位相スリップの検出についての信頼性が低下し、データに誤りが生じるバーストエラーの発生確率が高まり、信号品質が劣化してしまう。

これに対して、本実施の形態では、帯域の使用効率の低下を招くパイロット信号を用いなくても受信側で位相スリップを判定することが可能であるため、帯域を最大限に活用することができ、データの伝送容量の低下を抑えつつ精度よく位相を推定できる。

上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）コンスタレーション上の複数のシンボル座標と、前記複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標であって、平均座標が原点とは異なる座標となる複数の軌跡座標と、に基づいて信号を送信する送信装置と、
前記送信装置から受信した前記信号におけるコンスタレーション上の複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標を累積し、累積した前記複数の軌跡座標の平均座標と、前記異なる座標と、の相違を示す値に基づいて、前記送信装置から受信した前記信号の位相を推定する受信装置と、
を有することを特徴とする通信システム。

（付記２）前記相違を示す値は、累積した前記複数の軌跡座標の平均座標と、前記異なる座標と、の比較結果に基づく値であることを特徴とする付記１に記載の通信システム。

（付記３）前記受信装置は、前記送信装置から受信した前記信号におけるコンスタレーション上の複数のシンボル座標を累積し、
前記相違を示す値は、累積した前記複数のシンボル座標の平均座標に基づいて、累積した前記複数の軌跡座標の平均座標および前記異なる座標のうちの少なくともいずれか一方を補正し、前記少なくともいずれか一方を補正した前記複数の軌跡座標の平均座標と前記異なる座標との比較結果に基づく値であることを特徴とする付記２に記載の通信システム。

（付記４）前記相違を示す値は、累積した前記複数の軌跡座標の所定領域毎の平均座標の比較結果に基づく値であることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の通信システム。

（付記５）前記送信装置は、コンスタレーション上の平均座標が原点と異なる第１座標となる複数の軌跡座標（以下、「第１軌跡座標群」と称する。）に基づく第１信号と、コンスタレーション上の平均座標が原点および前記第１座標と異なる第２座標となる第２軌跡座標群に基づく第２信号と、を切替えながら送信し、
前記相違を示す値は、前記送信装置から受信した前記第１信号における複数のシンボル座標のそれぞれの間の第３軌跡座標群と、前記送信装置から受信した前記第２信号における複数のシンボル座標のそれぞれの間の第４軌跡座標群と、前記第１座標および前記第２座標の相違と、に基づく値であることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の通信システム。

（付記６）前記相違を示す値は、前記第１座標および前記第２座標の相違に基づいて少なくともいずれか一方が補正された前記第３軌跡座標群および前記第４軌跡座標群の平均座標と、前記異なる座標と、の相違を示す値であることを特徴とする付記５に記載の通信システム。

（付記７）前記信号は、少なくとも位相変調を含む変調により生成された信号であることを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の通信システム。

（付記８）コンスタレーション上の複数のシンボル座標と、前記複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標であって、平均座標が原点とは異なる座標となる複数の軌跡座標と、に基づいて信号を送信する送信装置から前記信号を受信する受信部と、
前記受信部によって受信された前記信号におけるコンスタレーション上の複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標を累積する累積部と、
前記累積部によって累積された前記複数の軌跡座標の平均座標と、前記異なる座標と、の相違を示す値に基づいて、前記送信装置から受信した前記信号の位相を推定する推定部と、
を有することを特徴とする受信装置。

（付記９）コンスタレーション上の複数のシンボル座標と、前記複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標であって、平均座標が原点とは異なる座標となる複数の軌跡座標と、に基づいて信号を送信する送信装置から送信され受信部によって受信された前記信号におけるコンスタレーション上の複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標を累積する累積部と、
前記累積部によって累積された前記複数の軌跡座標の平均座標と、前記異なる座標と、の相違を示す値に基づいて、前記送信装置から受信した前記信号の位相を推定する推定部と、
を有することを特徴とする半導体装置。

１００ 通信システム
１１０ 送信装置
１２０ 受信装置
１２１ 受信部
１２２ 累積部
１２３ 推定部
１３０ 半導体装置
２０１ 送信ＤＳＰ
２１２ シンボルマッピング部
２１３ オーバサンプリング部
２２１ フィルタリング部
３０４ 受信ＤＳＰ
３１２ キャリア再生部
３２０ 分布平均推定部
３２１ 平均化部
３２２ 判定部
３２３ 回転部
８０１，８０２ ナイキストフィルタ

Claims (6)

1. コンスタレーション上の複数のシンボル座標と、前記複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標であって、平均座標が原点とは異なる座標となる複数の軌跡座標と、に基づいて信号を送信する送信装置と、
   前記送信装置から受信した前記信号におけるコンスタレーション上の複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標を累積し、累積した前記複数の軌跡座標の平均座標と、前記異なる座標と、の相違を示す値に基づいて、前記送信装置から受信した前記信号の位相を推定する受信装置と、
   を有することを特徴とする通信システム。
2. 前記相違を示す値は、累積した前記複数の軌跡座標の平均座標と、前記異なる座標と、の比較結果に基づく値であることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記受信装置は、前記送信装置から受信した前記信号におけるコンスタレーション上の複数のシンボル座標を累積し、
   前記相違を示す値は、累積した前記複数のシンボル座標の平均座標に基づいて、累積した前記複数の軌跡座標の平均座標および前記異なる座標のうちの少なくともいずれか一方を補正し、前記少なくともいずれか一方を補正した前記複数の軌跡座標の平均座標と前記異なる座標との比較結果に基づく値であることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 前記送信装置は、コンスタレーション上の平均座標が原点と異なる第１座標となる複数の軌跡座標（以下、「第１軌跡座標群」と称する。）に基づく第１信号と、コンスタレーション上の平均座標が原点および前記第１座標と異なる第２座標となる第２軌跡座標群に基づく第２信号と、を切替えながら送信し、
   前記相違を示す値は、前記送信装置から受信した前記第１信号における複数のシンボル座標のそれぞれの間の第３軌跡座標群と、前記送信装置から受信した前記第２信号における複数のシンボル座標のそれぞれの間の第４軌跡座標群と、前記第１座標および前記第２座標の相違と、に基づく値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の通信システム。
5. コンスタレーション上の複数のシンボル座標と、前記複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標であって、平均座標が原点とは異なる座標となる複数の軌跡座標と、に基づいて信号を送信する送信装置から前記信号を受信する受信部と、
   前記受信部によって受信された前記信号におけるコンスタレーション上の複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標を累積する累積部と、
   前記累積部によって累積された前記複数の軌跡座標の平均座標と、前記異なる座標と、の相違を示す値に基づいて、前記送信装置から受信した前記信号の位相を推定する推定部と、
   を有することを特徴とする受信装置。
6. コンスタレーション上の複数のシンボル座標と、前記複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標であって、平均座標が原点とは異なる座標となる複数の軌跡座標と、に基づいて信号を送信する送信装置から送信され受信部によって受信された前記信号におけるコンスタレーション上の複数のシンボル座標のそれぞれの間の複数の軌跡座標を累積する累積部と、
   前記累積部によって累積された前記複数の軌跡座標の平均座標と、前記異なる座標と、の相違を示す値に基づいて、前記送信装置から受信した前記信号の位相を推定する推定部と、
   を有することを特徴とする半導体装置。

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