JP6295585B2 - 光通信受信装置、及び、周波数オフセット補償方法 - Google Patents
光通信受信装置、及び、周波数オフセット補償方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、光通信受信装置、及び、周波数オフセット補償方法に関する。
近年の伝送トラフィックの増加に伴い、伝送速度が１００Ｇｂｐｓ（Giga bit per second）を超える次世代光伝送システムの要求が高まっている。次世代光伝送システムでは
、従来のシステム以上の伝送距離の実現も求められている。
、従来のシステム以上の伝送距離の実現も求められている。
しかしながら、伝送速度１００Ｇｂｐｓ超を実現するには、従来の光分散補償技術では補償性能的に限界を迎える。このため、広範囲かつ高精度な波形歪補償が行えるデジタルコヒーレント受信方式によるデジタルコヒーレント光受信器が望まれている。デジタルコヒーレント受信方式は、光の振幅と位相との両方の情報を電気信号に変換して受信する方式である。
デジタルコヒーレント光受信器は、受信信号（レーザ光）と同一周波数の局部発振光源を用いて、光位相ハイブリッドで受信信号と局部発振光とを混合して受信信号の電界（振幅）・位相成分を抽出する。さらに、デジタルコヒーレント光受信器は、光電変換、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換、デジタル信号処理を行い、受信信号から送信データを復
元する。
元する。
しかし、受信信号の周波数と局部発振光源の周波数とは、局部発振光源の個体差などにより、完全に一致しない。周波数の不一致を補償するために、デジタルコヒーレント光受信器には、周波数差である周波数オフセットを検出し補正する周波数オフセット補償部がある。しかしながら、伝送距離が長くなるにつれて増加するノイズによって、周波数オフセット補償部は正確な周波数オフセットを検出することが困難になる。その結果、位相ずれなどが発生し、正しく送信データを復元することが困難になる。
デジタルコヒーレント光受信器のデジタル信号処理部は、歪等化部によって波形歪を等化し、周波数オフセット補償部によって送受信間の光源周波数のずれ（オフセット）を補償する。さらに、デジタル信号処理部は、搬送波位相復元部によって符号信号点の位相誤差（搬送波位相）を検出、補正する。そして、デジタル信号処理部は、識別判定部によって識別判定及びエラー訂正を行なって送信データを復元する。
搬送波位相復元部における符号信号点の位相誤差は、周波数オフセットの補償が理想的に行われた場合、時間的に変化しない。しかし、ノイズが大きくなると残留周波数オフセットが原因で、搬送波位相復元部が位相誤差を誤検出して位相スリップを生じ、エラー訂正に失敗して伝送エラーを引き起こすことが知られている。残留周波数オフセットは、周波数オフセット補償部における周波数オフセットの補償残である。
従来は、ノイズ量を減らして残留周波数オフセットを生じさせないように、伝送距離を
短くするといったことが求められ、システム設計の自由度が阻害されていた。このため、残留周波数オフセットを低減し高精度に波形歪を補償可能な、デジタルコヒーレント光受信器のデジタル信号処理部が求められている。
短くするといったことが求められ、システム設計の自由度が阻害されていた。このため、残留周波数オフセットを低減し高精度に波形歪を補償可能な、デジタルコヒーレント光受信器のデジタル信号処理部が求められている。
本件開示の技術は、残留周波数オフセットを低減する光通信受信装置を提供することを目的とする。
開示の技術は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、第１の態様は、
光伝送路からの信号光と局部発振光とを混合した信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理を行う光通信受信装置であって、
前記デジタル信号の周波数オフセットを算出し、前記周波数オフセットに基づいて前記デジタル信号の位相を補償する周波数オフセット補償部と、
前記周波数オフセット補償部で位相を補償されたデジタル信号の搬送波位相を算出する搬送波位相復元部と、
前記搬送波位相の差分値の平均を算出し、残留周波数オフセットとして出力する残留周波数オフセット検出部と、を備え、
前記周波数オフセット補償部は、前記周波数オフセットを、前記残留周波数オフセット検出部が出力する前記残留周波数オフセットを使用して補正する
光通信受信装置とする。
光伝送路からの信号光と局部発振光とを混合した信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理を行う光通信受信装置であって、
前記デジタル信号の周波数オフセットを算出し、前記周波数オフセットに基づいて前記デジタル信号の位相を補償する周波数オフセット補償部と、
前記周波数オフセット補償部で位相を補償されたデジタル信号の搬送波位相を算出する搬送波位相復元部と、
前記搬送波位相の差分値の平均を算出し、残留周波数オフセットとして出力する残留周波数オフセット検出部と、を備え、
前記周波数オフセット補償部は、前記周波数オフセットを、前記残留周波数オフセット検出部が出力する前記残留周波数オフセットを使用して補正する
光通信受信装置とする。
開示の態様は、プログラムが情報処理装置によって実行されることによって実現されてもよい。即ち、開示の構成は、上記した態様における各手段が実行する処理を、情報処理装置に対して実行させるためのプログラム、或いは当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として特定することができる。また、開示の構成は、上記した各手段が実行する処理を情報処理装置が実行する方法をもって特定されてもよい。開示の構成は、上記した各手段が実行する処理を行う情報処理装置を含むシステムとして特定されてもよい。
開示の技術によれば、残留周波数オフセットを低減する光通信受信装置を提供することができる。
以下、図面を参照して実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、開示の構成は、開示の実施形態の具体的構成に限定されない。開示の構成の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
〔実施形態〕
（構成例）
図１は、本実施形態の光通信システムの構成例を示す図である。図１の光通信システム１０は、複数の光送信器２００、波長多重器４００、光伝送路５００、波長分離器３００、及び、複数のデジタルコヒーレント光受信器１００を備える。光通信システム１０では、送信側の装置（光送信器２００、波長多重器４００）から受信側の装置（波長分離器３００、デジタルコヒーレント光受信器１００）に光伝送路５００を介して光信号が伝送される。デジタルコヒーレント光受信器１００は、光通信受信装置の一例である。
（構成例）
図１は、本実施形態の光通信システムの構成例を示す図である。図１の光通信システム１０は、複数の光送信器２００、波長多重器４００、光伝送路５００、波長分離器３００、及び、複数のデジタルコヒーレント光受信器１００を備える。光通信システム１０では、送信側の装置（光送信器２００、波長多重器４００）から受信側の装置（波長分離器３００、デジタルコヒーレント光受信器１００）に光伝送路５００を介して光信号が伝送される。デジタルコヒーレント光受信器１００は、光通信受信装置の一例である。
光送信器２００は、送信データに基づく電気信号を光信号に変換し、波長多重器４００に出力する。光信号の変調方式は、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ
（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等である。ここでは、特にことわりのない限り、光信号の変調方式は、ＱＰＳＫとする。
（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等である。ここでは、特にことわりのない限り、光信号の変調方式は、ＱＰＳＫとする。
波長多重器４００は、各光送信器２００から出力される光信号を多重化し、光伝送路５００に出力する。
光伝送路５００は、多重化された光信号を、受信側の装置に伝送する。光伝送路５００には、中継装置が含まれてもよい。中継装置は、例えば、光信号を増幅し、または、光信号を分岐する。中継装置は、光信号の分散を補償する機能などを備えてもよい。
波長分離器３００は、光伝送路５００で伝送される光信号を、波長毎に分離し、デジタルコヒーレント光受信器１００に出力する。
デジタルコヒーレント光受信器１００は、所定の波長の光信号を受信する。デジタルコヒーレント光受信器１００は、受信した光信号に基づくデジタル信号を生成する。デジタルコヒーレント光受信器１００は、生成したデジタル信号から元のデータ（送信データ）を得る。
図２は、デジタルコヒーレント光受信器の構成例を示す図である。図２のデジタルコヒーレント光受信器１００は、局部発振光源（Local Oscillator）１１０、光位相ハイブリッド１２０、光電変換部１３０、ＡＤ（Analog to Digital）変換部１４０、デジタル信
号処理部１５０を備える。
号処理部１５０を備える。
局部発振光源１１０は、受信した光信号と同一周波数のレーザ光を発振する光源である。しかし、局部発振光源１１０の個体差などにより、受信信号の周波数と局部発振光源１１０によるレーザ光の周波数との間には、通常、周波数差が存在する。
光位相ハイブリッド１２０は、受信信号と局部発振光源１１０が発振するレーザ光とを使用して受信信号とレーザ光とを混合して、１組の光信号を生成する。１組の光信号のうち一方の光信号は、受信信号とレーザ光とを合成することにより得られる。この光信号を、Ｉ（In-phase、同相）成分の光信号と呼ぶ。１組の光信号のうち他方の光信号は、受信信号と局部発振光源１１０のレーザ光の位相を９０度回転したレーザ光とを合成することにより得られる。この光信号を、Ｑ（Quadrature-phase、直交）成分の光信号と呼ぶ。
光電変換部１３０は、１組の光信号を１組の電気信号（アナログ信号）に変換する。即ち、光電変換部１３０は、Ｉ成分の光信号及びＱ成分の光信号を、それぞれ、Ｉ成分の電気信号及びＱ成分の電気信号に変換する。
ＡＤ変換部１４０は、１組のアナログ信号を１組のデジタル信号に変換する。即ち、ＡＤ変換部１４０は、Ｉ成分のアナログ信号及びＱ成分のアナログ信号を、それぞれ、Ｉ成分のデジタル信号及びＱ成分のデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部１４０は、アナログ信号を、所定のサンプリング周波数で標本化することでデジタル信号に変換する。Ｉ成分のデジタル信号及びＱ成分のデジタル信号（複素信号）は、振幅成分のデジタル信号及び位相成分のデジタル信号で表されてもよい。
デジタル信号処理部１５０は、ＡＤ変換部１４０で変換されたデジタル信号に対して、デジタル信号処理を行い、送信データを復元する。
図３は、デジタル信号処理部の構成例を示す図である。図３のデジタル信号処理部１５０は、歪等化部１５１０、周波数オフセット補償部１５２０、搬送波位相復元部１５３０、残留周波数オフセット検出部１５４０、識別判定部１５５０を備える。
歪等化部１５１０は、ＡＤ変換部１４０から入力されるデジタル信号に対して、光信号の波形歪を等化する演算を実行する。歪等化部１５１０は、光伝送路５００の波長分散に起因する波形歪などを等化する。デジタル信号処理部１５０の各部は、１つのＤＳＰ（Digital Signal Processor）によって実現されてもよいし、それぞれ異なるＤＳＰによって実現されてもよい。また、デジタル信号処理部１５０の各部は、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit、ＡＳＩＣ）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等によって実現されてもよい。
周波数オフセット補償部１５２０は、送受信間の光源の周波数のずれ（オフセット）を補償する。光源の周波数のずれは、位相差（位相誤差）として表れる。周波数オフセット補償部１５２０は、デジタル信号（複素信号）に、ＦＯＥ（Frequency Offset Estimator）が算出した周波数オフセット量を積分し、複素数の積をとることにより、周波数オフセットによる位相誤差を補償する。さらに、周波数オフセット補償部１５２０は、残留周波数オフセット検出部１５４０が検出した残留周波数オフセットに基づいて、周波数オフセット量を補正する。
搬送波位相復元部１５３０は、符号信号点の位相誤差を検出し、補正する。搬送波位相復元部１５３０は、ｍ値ＰＳＫ信号（デジタル信号）の複素電界（複素信号）をｍ乗し、符号情報を複素平面の１点に重ねる。例えば、搬送波位相復元部１５３０は、ＱＰＳＫ信
号の複素電界を４乗し、符号情報を複素平面の１点に重ねる。さらに、搬送波位相復元部１５３０は、一定数の符号間で平均化を行って雑音成分を除去し、位相誤差θｅを算出する。搬送波位相復元部１５３０は、以前のθｅと新たに算出したθｅとの位相差を、±π／４閾値判定し、±π／２位相回転を補償（unwrap）した搬送波位相θｅ’を算出する。搬送波位相復元部１５３０は、算出したθｅ’を用いて、複素数の積をとることによって搬送波位相を補償する。搬送波位相を補償されたデジタル信号は、識別判定部１５５０に入力される。
号の複素電界を４乗し、符号情報を複素平面の１点に重ねる。さらに、搬送波位相復元部１５３０は、一定数の符号間で平均化を行って雑音成分を除去し、位相誤差θｅを算出する。搬送波位相復元部１５３０は、以前のθｅと新たに算出したθｅとの位相差を、±π／４閾値判定し、±π／２位相回転を補償（unwrap）した搬送波位相θｅ’を算出する。搬送波位相復元部１５３０は、算出したθｅ’を用いて、複素数の積をとることによって搬送波位相を補償する。搬送波位相を補償されたデジタル信号は、識別判定部１５５０に入力される。
また、搬送波位相復元部１５３０は、復元に用いた位相ずれ量（搬送波位相）を、シンボル毎に、残留周波数オフセット検出部１５４０に、出力する。
残留周波数オフセット検出部１５４０は、位相ずれ量を逐次記録し、unwrapによる位相飛び成分を補正し、可変変動であるノイズ分を除去（例えば、平均化）し、残留周波数オフセットを求めて周波数オフセット補償部１５２０にフィードバックする。残留周波数オフセット検出部１５４０は、周波数オフセット補償部１５２０に含まれてもよい。
識別判定部１５５０は、搬送波位相復元部１５３０の出力に対して、識別判定及びエラー訂正を行って送信データを復元する。
図４は、デジタル信号処理部における、周波数オフセット補償部、搬送波位相復元部、残留周波数オフセット検出部の具体的構成例（１）を示す図である。図４の構成例（１）では、周波数オフセット補償部１５２０Ａは、初期ＦＯＥ１５２１Ａ、加算器１５２２Ａ、演算部１５２３Ａ、乗算部１５２４Ａを備える。搬送波位相復元部１５３０Ａは、演算部１５３１Ａ、演算部１５３２Ａ、演算部１５３３Ａ、アンラップ部１５３４Ａ、演算部１５３５Ａ、乗算部１５３６Ａを備える。残留周波数オフセット検出部１５４０Ａは、平均化部１５４１Ａ、狭帯域ループフィルタ１５４２Ａを備える。周波数オフセット補償部１５２０Ａ、搬送波位相復元部１５３０Ａ、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ａは、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２０、搬送波位相復元部１５３０、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０の一例である。
周波数オフセット補償部１５２０Ａは、初期ＦＯＥ１５２１Ａが算出する周波数オフセット、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ａが算出する残留周波数オフセットに基づいて、周波数オフセット補償値を算出する。周波数オフセット補償部１５２０Ａは、周波数オフセット補償値をデジタル信号に乗算することにより、デジタル信号の複素平面上の回転を抑制する。
初期ＦＯＥ１５２１Ａは、受信信号（デジタル信号）をバッファし、受信信号と局部発振光源との周波数のずれ（周波数オフセット）を算出する。デジタル信号はシンボル毎に入力される。初期ＦＯＥ１５２１Ａは、例えば、ＰＡＤＥ ｖｅｃｔｏｒ等のｆｅｅｄ ｆｏｒｗａｒｄ型ＦＯＥである。初期ＦＯＥ１５２１Ａが算出する周波数オフセットは、算出開始から所定時間経過後に固定される。
加算器１５２２Ａは、初期ＦＯＥ１５２１Ａが算出した周波数オフセットに、残留周波数オフセット検出部１５４０Ａが算出した残留周波数オフセットを加算し、新たな周波数オフセットとする。
演算部１５２３Ａは、加算器１５２２Ａで算出された周波数オフセットに基づいて、歪等化部１５１０から入力されるデジタル信号に、乗算する補償値を算出する。
乗算部１５２４Ａは、歪等化部１５１０から入力されるデジタル信号に、演算部１５２
３Ａで算出された補償値を乗算する。
３Ａで算出された補償値を乗算する。
搬送波位相復元部１５３０Ａは、入力されるデジタル信号から搬送波位相を算出し、デジタル信号が複素平面上で所定の信号点（変調点）に存在するように、入力されるデジタル信号の位相を回転する。また、搬送波位相復元部１５３０Ａは、搬送波位相を残留周波数オフセット検出部１５４０Ａに出力する。
演算部１５３１Ａは、入力される複素信号（デジタル信号）を４乗し、さらに、−１を乗算する。−１の乗算は、複素平面上で角度πを回転することに相当する。ＱＰＳＫ信号を４乗し、−１を乗算することで、変調情報（信号の変調成分による位相回転量）が除去される。
演算部１５３１Ａに入力されるＱＰＳＫ信号の位相は、位相誤差θｅを用いて、次のように表される。
これに対する演算部１５３１Ａから出力される信号の位相は次のように表される。
演算部１５３２Ａは、演算部１５３１Ａから出力される信号を所定数（ここではＮとする）、積算する。演算部１５３２Ａの演算結果である積算値は、直前のＮ個のシンボルを対象として、１シンボル毎に算出される。これにより、演算部１５３１Ａから出力された信号の雑音が除去される。
演算部１５３３Ａは、演算部１５３２Ａの出力の偏角を算出し、算出した偏角を１／４にする。これにより、位相誤差θｅの平均が算出される。位相誤差θｅの平均は、１シンボル毎に算出される。
演算部１５３１Ａ、演算部１５３２Ａ、及び、演算部１５３３Ａにおける演算は、次のように表される。
ここで、Ｉ’及びＱ’は、それぞれ、搬送波位相復元部１５３０Ａに入力されるデジタル信号のＩ成分及びＱ成分である。
アンラップ（unwrap）部１５３４Ａは、位相誤差が出力範囲を超えたか否かを判定し、出力範囲を超えた場合には、出力信号の範囲を拡張して出力信号の連続性を維持する。アンラップ部１５３４Ａは、演算部１５３３Ａが出力した位相誤差（ここでは、ａとする）と、当該ａの直前に演算部１５３３Ａが出力した位相誤差（ここでは、ｂとする）との差分（ここでは、ａ−ｂ）が、−π／４から＋π／４までの範囲内か否かを判定する。アン
ラップ部１５３４Ａは、差分が−π／４から＋π／４までの範囲内にない場合、位相誤差の値を補正する。アンラップ部１５３４Ａの出力は、演算部１５３５Ａ及び残留周波数オフセット検出部１５４０Ａの平均化部１５４１Ａに入力される。
ラップ部１５３４Ａは、差分が−π／４から＋π／４までの範囲内にない場合、位相誤差の値を補正する。アンラップ部１５３４Ａの出力は、演算部１５３５Ａ及び残留周波数オフセット検出部１５４０Ａの平均化部１５４１Ａに入力される。
図５は、アンラップ部の構成例を示す図である。図５のアンラップ部１５３４Ａは、遅延部１５６１Ａ、演算部１５６２Ａ、加算部１５６３Ａ、遅延部１５６４Ａ、演算部１５６５Ａ、加算部１５６６Ａ、演算部１５６７Ａを含む。
アンラップ部１５３４Ａに入力された位相誤差の平均は、遅延部１５６１Ａ及び演算部１５６２Ａに入力される。遅延部１５６１Ａは、入力される位相誤差の平均に対し、遅延演算を実行して、演算部１５６２Ａに出力する。
演算部１５６２Ａは、演算部１５３３Ａから入力される現在の位相誤差の平均（ａとする）と、遅延部１５６１Ａから入力される過去の位相誤差の平均（ｂとする）との差分をとる。ａ−ｂが＋π／４より大きい場合、演算部１５６２Ａは、−π／２を出力する。ａ−ｂが−π／４より小さい場合、演算部１５６２Ａは、＋π／２を出力する。ａ−ｂが＋π／４以下かつ−π／４以上である場合、演算部１５６２Ａは、０を出力する。
加算部１５６３Ａは、演算部１５６２Ａの出力と遅延部１５６４Ａの出力とを加算する。遅延部１５６４Ａは、加算部１５６３Ａの出力に対し、遅延演算を実行して、演算部１５６５Ａに出力する。遅延部１５６４Ａの出力は、過去の演算部１５６２Ａの出力をすべて加算したものとなる。演算部１５６５Ａは、加算部１５６３Ａの出力を２πで割った余りを出力する。
加算部１５６６Ａは、演算部１５３３Ａから入力される現在の位相誤差の平均（ａ）に、演算部１５６５Ａの出力を加算して、出力する。演算部１５６７Ａは、加算部１５６６Ａの出力を２πで割った余りを出力する。アンラップ部１５３４Ａの演算部１５６７Ａの出力を、搬送波位相θｅ’とする。
搬送波位相復元部１５３０Ａの演算部１５３５Ａは、アンラップ部１５３４Ａの出力（搬送波位相θｅ’）に基づいて、周波数オフセット補償部１５２０Ａから入力されるデジタル信号に乗算する補償値を算出する。
乗算部１５３６Ａは、周波数オフセット補償部１５２０Ａから入力されるデジタル信号に、演算部１５３５Ａで算出された補償値を乗算する。これにより、デジタル信号から搬送波位相が取り除かれる。
残留周波数オフセット検出部１５４０Ａは、周波数オフセット補償部１５２０Ａで取り除かれていない周波数オフセット（残留周波数オフセット）を算出する。搬送波位相復元部１５３０Ａで算出される搬送波位相θｅ’が時間変化する場合、信号点が複素平面上で静止していないと考えられる。残留周波数オフセット検出部１５４０Ａは、搬送波位相θｅ’が時間変化する量を、残留周波数オフセットとして算出する。
平均化部１５４１Ａは、シンボル間の位相差を検出し、ビットエラー位相飛びを排除し、レーン平均化を行う。
図６は、平均化部の例を示す図である。図６の平均化部１５４１Ａは、シンボル間位相差検出部１５７１Ａ、ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ａ、レーン平均化部１５７３Ａを含む。
シンボル間位相差検出部１５７１Ａは、搬送波位相θｅ'を用いて、１つ前のシンボル
の搬送波位相との差分（差分値）を算出することで残留周波数オフセット成分を検出する。シンボル間位相差検出部１５７１Ａには、シンボル毎の搬送波位相が入力される。また、シンボル毎の搬送波位相は、遅延部に入力される。遅延部は、入力された信号を遅延させ、遅延させた信号を加算器に出力する。加算器は、シンボル間位相差検出部１５７１Ａに入力されるシンボルの搬送波位相と、遅延部から入力される１つ前のシンボルの搬送波位相との差分を算出し出力する。
の搬送波位相との差分（差分値）を算出することで残留周波数オフセット成分を検出する。シンボル間位相差検出部１５７１Ａには、シンボル毎の搬送波位相が入力される。また、シンボル毎の搬送波位相は、遅延部に入力される。遅延部は、入力された信号を遅延させ、遅延させた信号を加算器に出力する。加算器は、シンボル間位相差検出部１５７１Ａに入力されるシンボルの搬送波位相と、遅延部から入力される１つ前のシンボルの搬送波位相との差分を算出し出力する。
ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ａは、搬送波位相復元部１５３０Ａにて発生する位相飛びを検出し、所定の方法に従って、シンボル間位相差検出部１５７１Ａで算出された差分値を補正する。ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ａは、次の（１）から（３）のうち、いずれかの方法により、差分値を補正する。この処理により、差分値のビットエラー位相飛びが排除される。
（１）差分値の絶対値がπ／４を超えているか否かを判定する。差分値の絶対値がπ／４を超えている場合、差分値を０に変更する。差分値の絶対値がπ／４を超えていない場合、差分値を変更しない。
（２）差分値の絶対値がπ／４を超えているか否かを判定する。差分値の絶対値がπ／４を超えている場合、差分値を１つ前の差分値に変更する。差分値の絶対値がπ／４を超えていない場合、差分値を変更しない。このとき、ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ａは、現在の差分値を次の判定における１つ前の差分値として、バッファ等に格納する。
（３）差分値がπ／４を超えているか否かを判定する。差分がπ／４を超えている場合は、差分値を正の所定値に変更する。さらに、差分値が−π／４未満か否かを判定する。差分が−π／４未満である場合は、差分値を負の所定値に変更する。差分値の絶対値がπ／４を超えていない場合、差分値を変更しない。
アンラップ部１５３４Ａにおける出力（搬送波位相）は、０から２πの範囲内になるように調整される。そのため、１つシンボルの搬送波位相と当該シンボルの１つ前のシンボルの搬送位相差との差分（差分値）は、シンボル間の位相差ではない大きな値を取ることがある。また、シンボル間の位相差は、アンラップ部１５３４Ａによる剰余処理を除けば、±π／４であることが確定している。従って、搬送波位相の差分値の絶対値がπ／４を超える場合、ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ａは、ビットエラー位相飛びが発生しているとみなして、差分値に対して、上記のような所定の処理を行う。
ビットエラー位相飛びが発生している搬送波位相の差分値の絶対値は、本来の値よりも大きな値をとっていると考えられる。したがって、当該差分値をそのまま平均化の処理において使用した場合、残留周波数オフセットが実際よりも大きくなる恐れがある。残留周波数オフセット検出部１５４０Ａによれば、ビットエラー位相飛び排除を行うことで、適切な搬送波位相の差分値の平均化を行うことができる。
レーン平均化部１５７３Ａは、複数シンボル間の残留オフセット成分をブロック平均することで、雑音成分の除去を行う。レーン平均化部１５７３Ａは、所定数のビットエラー位相飛び排除部１５７２Ａの出力（差分値）を、バッファし、当該所定数の出力の平均を算出して出力する。これによって、レーン平均化部１５７３Ａは、後段のループフィルタへの出力レートを落とすことができる。
平均化部１５４１Ａは、所定期間における、搬送波位相復元部１５３０Ａが算出する搬送波位相の変動を算出していることになる。搬送波位相の変動は、残留周波数オフセット
に対応する。
に対応する。
狭帯域ループフィルタ１５４２Ａは、平均化部１５４１Ａの出力に対して帯域制限フィルタをかけることにより、雑音成分や特定帯域の周波数変動を除去する。狭帯域ループフィルタ１５４２の出力は、残留周波数オフセットとして、周波数オフセット補償部１５２０Ａに入力される。
（動作例）
図７及び図８は、周波数オフセット補償部１５２０Ａ、搬送波位相復元部１５３０Ａ、残留周波数オフセット検出部１５４０Ａの動作フローの例を示す図である。図７及び図８の動作フローは、歪等化部１５１０から周波数オフセット補償部１５２０Ａにデジタル信号が入力されることによって開始される。
図７及び図８は、周波数オフセット補償部１５２０Ａ、搬送波位相復元部１５３０Ａ、残留周波数オフセット検出部１５４０Ａの動作フローの例を示す図である。図７及び図８の動作フローは、歪等化部１５１０から周波数オフセット補償部１５２０Ａにデジタル信号が入力されることによって開始される。
ステップＳ１０１では、周波数オフセット補償部１５２０Ａの初期ＦＯＥ１５２１Ａは、歪等化部１５１０から入力される受信信号（デジタル信号）をバッファし、周波数オフセットを算出する。周波数オフセットは、受信信号の周波数と局部発振光源１１０によるレーザ光の周波数との周波数のずれである。
ステップＳ１０２では、周波数オフセット補償部１５２０Ａの演算部１５２３Ａは、ステップＳ１０１で算出された周波数オフセットに基づいて、歪等化部１５１０から入力されるデジタル信号に、乗算する補償値を算出する。乗算部１５２４Ａは、歪等化部１５１０から入力されるデジタル信号に、演算部１５２３Ａで算出された補償値を乗算する。
ステップＳ１０３では、周波数オフセット補償部１５２０Ａの初期ＦＯＥ１５２１Ａは、処理の開始から所定時間（所定の収束時間）を経過したか否かを判定する。処理の収束時間を経過していない場合（Ｓ１０３；ＮＯ）、処理がステップＳ１０１に戻る。所定の収束時間を経過している場合（Ｓ１０３；ＹＥＳ）は、処理がステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４では、周波数オフセット補償部１５２０Ａの初期ＦＯＥ１５２１Ａは、ステップＳ１０１で最後に算出された周波数オフセットを固定し、初期補償量とする。
ステップＳ１０５では、搬送波位相復元部１５３０Ａの演算部１５３１Ａは、周波数オフセット補償部１５２０Ａからのデジタル信号を、シンボル毎に、４乗して、−１（＝ｅｘｐ（ｉπ））を乗算する。これによって、変調情報が除去される。搬送波位相復元部１５３０Ａの演算部１５３２Ａは、直近のＮ個のシンボルについて、演算部１５３１Ａの出力を積算する。演算部１５３２Ａは、シンボル毎に積算結果を出力する。Ｎ個のシンボルについての演算部１５３１Ａの出力が積算されることで、位相誤差のノイズが除去される。
ステップＳ１０６では、搬送波位相復元部１５３０Ａの演算部１５３３Ａは、演算部１５３２Ａの出力の偏角を算出し、算出した偏角を１／４にすることによって、位相誤差θｅの平均を算出する。演算部１５３３Ａは、位相誤差θｅの平均を、シンボル毎に算出する。
ステップＳ１０７では、搬送波位相復元部１５３０Ａのアンラップ部１５３４Ａは、１つ前の位相誤差の平均と、現在の位相誤差の平均との差分について、±π／４閾値判定を行い、±π／２位相回転を補償した搬送波位相θｅ’を算出する。
ステップＳ１０８では、残留周波数オフセット検出部１５４０Ａは、搬送波位相復元部１５３０Ａが算出したシンボル毎の搬送波位相θｅ’を用いて、残留周波数オフセットを
算出する。残留周波数オフセットは、周波数オフセット補償部１５２０Ａにおいて、初期補償量に加算されることによって、周波数オフセット補償値を調整する値として使用される。
算出する。残留周波数オフセットは、周波数オフセット補償部１５２０Ａにおいて、初期補償量に加算されることによって、周波数オフセット補償値を調整する値として使用される。
ステップＳ１０９では、搬送波位相復元部１５３０Ａの演算部１５３５Ａは、アンラップ部１５３４Ａの出力である搬送波位相θｅ’に基づいて、周波数オフセット補償部１５２０Ａから入力されるデジタル信号に乗算する補償値を算出する。搬送波位相復元部１５３０Ａの乗算部１５３６Ａは、周波数オフセット補償部１５２０Ａから入力されるデジタル信号に、演算部１５３５Ａで算出された補償値を乗算して、デジタル信号に含まれる搬送波位相を補償する。これによって、周波数オフセット補償部１５２０Ａから入力されるデジタル信号に含まれる搬送波位相が除去される。搬送波位相が除去されたデジタル信号は、識別判定部１５５０に出力される。
一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。プログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくても、並列的または個別に実行される処理を含む。
（変形例１）
ここでは、平均化部の変形例について説明する。平均化部以外の構成については、上記の構成と同様である。
ここでは、平均化部の変形例について説明する。平均化部以外の構成については、上記の構成と同様である。
図９は、平均化部の変形例を示す図である。図９の平均化部１５４１Ｂは、シンボル間位相差検出部１５７１Ｂ、ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ｂ、レーン平均化部１５７３Ｂを含む。平均化部１５４１Ａによる処理は、シリアル演算処理であったが、平均化部１５４１Ｂによる処理は、パラレル演算処理である。
シンボル間位相差検出部１５７１Ｂには、搬送波位相復元部１５３０で算出された搬送波位相を格納する複数のバッファが設けられる。図９の例では、６５個の搬送波位相を格納できるバッファ１５７１Ｂ１が設けられる。シンボル間位相差検出部１５７１Ｂには、シンボル毎の搬送波位相が入力される。シンボル間位相差検出部１５７１Ｂは、入力された時刻が古い順に、θｅ’64、θｅ’63、・・・、θｅ’1として、搬送波位相をバッフ
ァ１５７１Ｂ１に格納する。バッファ１５７１Ｂ１に格納される最新の搬送波位相が、θｅ’1である。また、シンボル間位相差検出部１５７１Ｂには、θｅ’64の１つ前のシン
ボル（時刻）の搬送波位相も格納されている。シンボル間位相差検出部１５７１Ｂは、加算器１５７１Ｂ２によって、各シンボルの搬送波位相と当該シンボルの１つ前の搬送波位相との差分（差分値）を算出する。算出された差分値は、ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ｂに入力される。
ァ１５７１Ｂ１に格納する。バッファ１５７１Ｂ１に格納される最新の搬送波位相が、θｅ’1である。また、シンボル間位相差検出部１５７１Ｂには、θｅ’64の１つ前のシン
ボル（時刻）の搬送波位相も格納されている。シンボル間位相差検出部１５７１Ｂは、加算器１５７１Ｂ２によって、各シンボルの搬送波位相と当該シンボルの１つ前の搬送波位相との差分（差分値）を算出する。算出された差分値は、ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ｂに入力される。
ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ｂは、演算器１５７２Ｂ１によって、搬送波位相復元部１５３０において発生する搬送波位相の位相飛びを検出し、所定の方法に従って、シンボル間位相差検出部１５７１Ｂで算出されたそれぞれの差分値を補正する。ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ｂの演算器１５７２Ｂ１は、ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ａと同様の方法により、差分値を補正する。
レーン平均化部１５７３Ｂは、加算器１５７３Ｂ１によって、ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ｂで補正された差分値を加算し、演算器１５７３Ｂ２によって、差分値の平均を算出する。レーン平均化部１５７３Ｂは、ビットエラー位相飛び排除部１５７２Ｂの出力の平均を算出する。
平均化部１５４１Ｂによれば、演算処理がパラレル（並列）に実行され、平均化部１５４１Ａによる処理と比べて処理時間が低減される。
（変形例２）
ここでは、初期ＦＯＥをフィードバック型とした構成について説明する。変形例２は、上記の構成例、変形例１等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
ここでは、初期ＦＯＥをフィードバック型とした構成について説明する。変形例２は、上記の構成例、変形例１等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
図１０は、デジタル信号処理部における、周波数オフセット補償部、搬送波位相復元部、残留周波数オフセット検出部の具体的構成例（２）を示す図である。図１０の構成例（２）では、周波数オフセット補償部１５２０Ｃは、初期ＦＯＥ１５２１Ｃ、加算器１５２２Ｃ、演算部１５２３Ｃ、乗算部１５２４Ｃを備える。搬送波位相復元部１５３０Ｃは、演算部１５３１Ｃ、演算部１５３２Ｃ、演算部１５３３Ｃ、アンラップ部１５３４Ｃ、演算部１５３５Ｃ、乗算部１５３６Ｃを備える。残留周波数オフセット検出部１５４０Ｃは、平均化部１５４１Ｃ、狭帯域ループフィルタ１５４２Ｃを備える。周波数オフセット補償部１５２０Ｃ、搬送波位相復元部１５３０Ｃ、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｃは、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２０、搬送波位相復元部１５３０、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０の一例である。搬送波位相復元部１５３０Ｃ及び残留周波数オフセット検出部１５４０Ｃの構成は、それぞれ、搬送波位相復元部１５３０Ａ及び残留周波数オフセット検出部１５４０Ａの構成と同様である。
周波数オフセット補償部１５２０Ｃは、初期ＦＯＥ１５２１Ｃが算出する周波数オフセット、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｃが算出する残留周波数オフセットに基づいて、周波数オフセット補償値を算出する。周波数オフセット補償部１５２０Ｃは、周波数オフセット補償値をデジタル信号に乗算することにより、デジタル信号の複素平面上の回転を抑制する。
初期ＦＯＥ１５２１Ｃは、乗算部１５２４Ｃから出力される信号をバッファし、当該信号と局部発振光源との周波数のずれ（周波数オフセット）を算出する。初期ＦＯＥ１５２１Ｃは、例えば、ＰＡＤＥ ｖｅｃｔｏｒ等のｆｅｅｄ ｂａｃｋ型ＦＯＥである。初期ＦＯＥ１５２１Ｃが算出する周波数オフセットは、算出開始から所定時間経過後に固定される。
加算器１５２２Ｃ、演算部１５２３Ｃ、乗算部１５２４Ｃは、それぞれ、加算器１５２２Ａ、演算部１５２３Ａ、乗算部１５２４Ａと同様である。
（変形例３）
ここでは、広帯域ループフィルタが含まれる場合について説明する。変形例３は、上記の構成例、変形例１−２等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
ここでは、広帯域ループフィルタが含まれる場合について説明する。変形例３は、上記の構成例、変形例１−２等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
図１１は、デジタル信号処理部における、周波数オフセット補償部、搬送波位相復元部、残留周波数オフセット検出部の具体的構成例（３）を示す図である。図１１の構成例（３）では、周波数オフセット補償部１５２０Ｄは、初期ＦＯＥ１５２１Ｄ、加算器１５２２Ｄ、演算部１５２３Ｄ、乗算部１５２４Ｄを備える。搬送波位相復元部１５３０Ｄは、演算部１５３１Ｄ、演算部１５３２Ｄ、演算部１５３３Ｄ、アンラップ部１５３４Ｄ、演算部１５３５Ｄ、乗算部１５３６Ｄを備える。残留周波数オフセット検出部１５４０Ｄは、平均化部１５４１Ｄ、広帯域ループフィルタ１５４３Ｄ、狭帯域ループフィルタ１５４２Ｄを備える。周波数オフセット補償部１５２０Ｄ、搬送波位相復元部１５３０Ｄ、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｄは、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２
０、搬送波位相復元部１５３０、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０の一例である。周波数オフセット補償部１５２０Ｄ及び搬送波位相復元部１５３０Ｄの構成は、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２０Ａ及び搬送波位相復元部１５３０Ａの構成と同様である。
０、搬送波位相復元部１５３０、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０の一例である。周波数オフセット補償部１５２０Ｄ及び搬送波位相復元部１５３０Ｄの構成は、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２０Ａ及び搬送波位相復元部１５３０Ａの構成と同様である。
残留周波数オフセット検出部１５４０Ｄは、周波数オフセット補償部１５２０Ｄで取り除かれていない周波数オフセット（残留周波数オフセット）を算出する。
平均化部１５４１Ｄは、平均化部１５４１Ａと同様である。平均化部１５４１Ｄの出力は、広帯域ループフィルタ１５４３Ｄに入力される。
広帯域ループフィルタ１５４３Ｄは、平均化部１５４１Ａから出力される信号に対して帯域制限フィルタをかける。広帯域ループフィルタ１５４３Ｄは、平均化部１５４１Ａから出力される信号に重畳されるＦＭ変調成分等を除去する。
狭帯域ループフィルタ１５４２Ｄは、狭帯域ループフィルタ１５４２Ａと同様である。狭帯域ループフィルタ１５４２Ｄは、省略されてもよい。
図１２は、ループフィルタの構成例を示す図である。図１２のループフィルタ６００は、増幅器６１２、増幅器６１２、加算器６３２、加算器６３４、遅延部６５２、増幅器６２２、増幅器６２４、加算器６４２、加算器６４４、加算器６４６、遅延部６６２を含む。図１２のループフィルタは、増幅器のゲインを調整することにより、広帯域ループフィルタとして動作したり、狭帯域ループフィルタとして動作したりする。例えば、増幅器６１２のゲインを０．００５、増幅器６１４のゲインを０．０１５、増幅器６２２のゲインを０、増幅器６２４のゲインを０とすることで、ループフィルタ６００は、カットオフ周波数１．２ＭＨｚのフィルタとして動作する。また、増幅器６１２のゲインを０．００５、増幅器６１４のゲインを０．００００１５、増幅器６２２のゲインを０、増幅器６２４のゲインを０とすることで、ループフィルタ６００は、カットオフ周波数１２ｋＨｚのフィルタとして動作する。この２種類のフィルタでは、前者が広帯域ループフィルタであり、後者が狭帯域ループフィルタである。
本実施形態におけるループフィルタ（狭帯域ループフィルタ、広帯域ループフィルタ）は、図１２の例に限定されるものではなく、信号に重畳される除去すべき位相変動を除去できる構成であれば、どのような構成でもよい。
帯域を制限するループフィルタによって、信号の雑音成分や特定帯域の周波数変動が除去され得る。
（変形例４）
ここでは、周波数オフセット補償部の後段に他処理が含まれる場合について説明する。変形例４は、上記の構成例、変形例１−３等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
ここでは、周波数オフセット補償部の後段に他処理が含まれる場合について説明する。変形例４は、上記の構成例、変形例１−３等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
図１３は、デジタル信号処理部における、周波数オフセット補償部、搬送波位相復元部、残留周波数オフセット検出部の具体的構成例（４）を示す図である。図１３の構成例（４）では、周波数オフセット補償部１５２０Ｅは、初期ＦＯＥ１５２１Ｅ、演算部１５２３Ｅ、乗算部１５２４Ｅを備える。搬送波位相復元部１５３０Ｅは、演算部１５３１Ｅ、演算部１５３２Ｅ、演算部１５３３Ｅ、アンラップ部１５３４Ｅ、演算部１５３５Ｅ、乗算部１５３６Ｅを備える。残留周波数オフセット検出部１５４０Ｅは、平均化部１５４１Ｅ、狭帯域ループフィルタ１５４２Ｅ、演算部１５４４Ｅ、乗算部１５４５Ｅを備える。
周波数オフセット補償部１５２０Ｅ、搬送波位相復元部１５３０Ｅ、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｅは、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２０、搬送波位相復元部１５３０、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０の一例である。搬送波位相復元部１５３０Ｅの構成は、搬送波位相復元部１５３０Ａの構成と同様である。
周波数オフセット補償部１５２０Ｅ、搬送波位相復元部１５３０Ｅ、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｅは、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２０、搬送波位相復元部１５３０、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０の一例である。搬送波位相復元部１５３０Ｅの構成は、搬送波位相復元部１５３０Ａの構成と同様である。
周波数オフセット補償部１５２０Ｅは、初期ＦＯＥ１５２１Ａが算出する周波数オフセットに基づいて、周波数オフセット補償値を算出する。周波数オフセット補償部１５２０Ｅは、周波数オフセット補償値をデジタル信号に乗算することにより、デジタル信号の複素平面上の回転を抑制する。
初期ＦＯＥ１５２１Ｅは、受信信号をバッファし、受信信号と局部発振光源との周波数のずれ（周波数オフセット）を算出する。初期ＦＯＥ１５２１Ｅは、例えば、ＰＡＤＥ ｖｅｃｔｏｒ等のｆｅｅｄ ｆｏｒｗａｒｄ型ＦＯＥである。初期ＦＯＥ１５２１Ｅが算出する周波数オフセットは、算出開始から所定時間経過後に固定される。
演算部１５２３Ｅは、初期ＦＯＥ１５２１Ｅで算出された周波数オフセットに基づいて、歪等化部１５１０から入力されるデジタル信号に、乗算する補償値を算出する。
乗算部１５２４Ｅは、歪等化部１５１０から入力されるデジタル信号に、演算部１５２３Ｅで算出された補償値を乗算する。
周波数オフセット補償部１５２０Ｅの後段に、他処理が挿入され得る。他処理は、例えば、基準シンボルによる位相補償部などである。
残留周波数オフセット検出部１５４０Ａは、周波数オフセット補償部１５２０Ａで取り除かれていない周波数オフセット（残留周波数オフセット）を算出し、周波数オフセット補償部１５２０Ｅの後段の他処理の出力信号に、乗算する。
平均化部１５４１Ｅ及び狭帯域ループフィルタ１５４２Ｅの構成は、それぞれ、平均化部１５４１Ａ及び狭帯域ループフィルタ１５４２Ａの構成と同様である。狭帯域ループフィルタ１５４２Ａから出力される信号は、演算部１５４４Ｅに入力される。
演算部１５４４Ｅは、狭帯域ループフィルタ１５４２Ａから出力されル信号に基づいて、周波数オフセット補償部１５２０Ｅの後段の他処理の出力信号（デジタル信号）に、乗算する補償値を算出する。
乗算部１５４５Ｅは、周波数オフセット補償部１５２０Ｅの後段の他処理の出力信号に、演算部１５４４Ｅで算出された補償値を乗算する。乗算後の信号は、搬送波位相復元部１５３０Ｅに入力される。
周波数オフセット補償部１５２０Ｅの後段に他処理を挿入できることにより、より適切に、デジタル信号に重畳される位相変動を除去することが可能となる。
（変形例５）
ここでは、搬送波位相復元部で振幅情報を抽出する場合について説明する。変形例５は、上記の構成例、変形例１−４等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
ここでは、搬送波位相復元部で振幅情報を抽出する場合について説明する。変形例５は、上記の構成例、変形例１−４等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
図１４は、デジタル信号処理部における、周波数オフセット補償部、搬送波位相復元部、残留周波数オフセット検出部の具体的構成例（５）を示す図である。図１４の構成例（
５）では、周波数オフセット補償部１５２０Ｆは、初期ＦＯＥ１５２１Ｆ、加算器１５２２Ｆ、演算部１５２３Ｆ、乗算部１５２４Ｆを備える。搬送波位相復元部１５３０Ｆは、演算部１５３１Ｆ、演算部１５３２Ｆ、演算部１５３３Ｆ、アンラップ部１５３４Ｆ、演算部１５３５Ｆ、乗算部１５３６Ｆ、振幅情報抽出部１５３７Ｆを備える。残留周波数オフセット検出部１５４０Ｆは、平均化部１５４１Ｆ、狭帯域ループフィルタ１５４２Ｆ、乗算部１５４６Ｆを備える。周波数オフセット補償部１５２０Ｆ、搬送波位相復元部１５３０Ｆ、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｆは、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２０、搬送波位相復元部１５３０、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０の一例である。周波数オフセット補償部１５２０Ｆの構成は、周波数オフセット補償部１５２０Ａの構成と同様である。
５）では、周波数オフセット補償部１５２０Ｆは、初期ＦＯＥ１５２１Ｆ、加算器１５２２Ｆ、演算部１５２３Ｆ、乗算部１５２４Ｆを備える。搬送波位相復元部１５３０Ｆは、演算部１５３１Ｆ、演算部１５３２Ｆ、演算部１５３３Ｆ、アンラップ部１５３４Ｆ、演算部１５３５Ｆ、乗算部１５３６Ｆ、振幅情報抽出部１５３７Ｆを備える。残留周波数オフセット検出部１５４０Ｆは、平均化部１５４１Ｆ、狭帯域ループフィルタ１５４２Ｆ、乗算部１５４６Ｆを備える。周波数オフセット補償部１５２０Ｆ、搬送波位相復元部１５３０Ｆ、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｆは、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２０、搬送波位相復元部１５３０、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０の一例である。周波数オフセット補償部１５２０Ｆの構成は、周波数オフセット補償部１５２０Ａの構成と同様である。
搬送波位相復元部１５３０Ｆは、入力されるデジタル信号から搬送波位相を算出し、デジタル信号が複素平面上で所定の信号点（変調点）に存在するように、入力されるデジタル信号の位相を回転する。また、搬送波位相復元部１５３０Ｆは、搬送波位相及び振幅情報を、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｆに出力する。
演算部１５３１Ｆ、演算部１５３２Ｆ、演算部１５３３Ｆ、アンラップ部１５３４Ｆ、演算部１５３５Ｆ、乗算部１５３６Ｆは、それぞれ、対応する搬送波位相復元部１５３０Ａの処理部と同様である。
振幅情報抽出部１５３７Ｆは、演算部１５３２Ａの演算結果から、信号の振幅の平均を、１シンボル毎に抽出する。信号の振幅の大きさは、フィードバックする情報の確からしさを表す。
残留周波数オフセット検出部１５４０Ｆは、平均化部１５４１Ｆから出力される信号と、振幅情報抽出部１５３７Ｆで抽出された振幅の平均とを乗算する。乗算された結果は、狭帯域ループフィルタ１５４２Ｆに出力される。
変形例５の構成によれば、信号の振幅の大きさ及び算出された搬送波位相に基づいて、残留周波数オフセットが算出される。
（変形例６）
ここでは、入力される信号が、ＢＰＳＫである場合について説明する。変形例６は、上記の構成例、変形例１−５等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
ここでは、入力される信号が、ＢＰＳＫである場合について説明する。変形例６は、上記の構成例、変形例１−５等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
図１５は、デジタル信号処理部における、周波数オフセット補償部、搬送波位相復元部、残留周波数オフセット検出部の具体的構成例（６）を示す図である。図１５の構成例（６）では、周波数オフセット補償部１５２０Ｇは、初期ＦＯＥ１５２１Ｇ、加算器１５２２Ｇ、演算部１５２３Ｇ、乗算部１５２４Ｇを備える。搬送波位相復元部１５３０Ｇは、演算部１５３１Ｇ、演算部１５３２Ｇ、演算部１５３３Ｇ、アンラップ部１５３４Ｇ、演算部１５３５Ｇ、乗算部１５３６Ｇを備える。残留周波数オフセット検出部１５４０Ｇは、平均化部１５４１Ｇ、狭帯域ループフィルタ１５４２Ｇを備える。周波数オフセット補償部１５２０Ｇ、搬送波位相復元部１５３０Ｇ、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｇは、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２０、搬送波位相復元部１５３０、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０の一例である。周波数オフセット補償部１５２０Ｇの構成は、周波数オフセット補償部１５２０Ａの構成と同様である。
演算部１５３１Ｇは、入力される複素信号を２乗する。ＢＰＳＫ信号を２乗することで、変調情報（信号の変調成分による位相回転量）が除去される。
演算部１５３１Ｇに入力されるＢＰＳＫ信号の位相は、位相誤差θｅを用いて、次のように表される。
これに対する演算部１５３１Ｇから出力される信号の位相は次のように表される。
演算部１５３２Ｇは、演算部１５３１Ｇから出力される信号を所定数（ここではＮとする）、積算する。演算部１５３２Ｇの演算結果である積算値は、直前のＮ個のシンボルを対象として、１シンボル毎に算出される。これにより、演算部１５３１Ｇから出力された信号の雑音が除去される。
演算部１５３３Ｇは、演算部１５３２Ｇの出力の偏角を算出し、算出した偏角を１／２にする。これにより、位相誤差θｅの平均が算出される。位相誤差θｅの平均は、１シンボル毎に算出される。
演算部１５３１Ｇ、演算部１５３２Ｇ、及び、演算部１５３３Ｇにおける演算は、次のように表される。
ここで、Ｉ’及びＱ’は、それぞれ、搬送波位相復元部１５３０Ａに入力されるデジタル信号のＩ成分及びＱ成分である。
図１６は、アンラップ部の構成例を示す図である。図１６のアンラップ部１５３４Ｇは、遅延部１５６１Ｇ、演算部１５６２Ｇ、加算部１５６３Ｇ、遅延部１５６４Ｇ、演算部１５６５Ｇ、加算部１５６６Ｇ、演算部１５６７Ｇを含む。アンラップ部１５３４Ｇは、演算部１５６２Ｇを除いて、アンラップ部１５３４Ｇと同様である。
演算部１５６２Ｇは、演算部１５３３Ｇから入力される現在の位相誤差の平均（ａとする）と、遅延部１５６１Ｇから入力される過去の位相誤差の平均（ｂとする）との差分をとる。ａ−ｂが＋π／２より大きい場合、演算部１５６２Ｇは、−πを出力する。ａ−ｂが−π／２より小さい場合、演算部１５６２Ｇは、＋πを出力する。ａ−ｂが＋π／２以下かつ−π／２以上である場合、演算部１５６２Ｇは、０を出力する。
また、平均化部１５４１Ｈのビットエラー位相飛び排除部は、次の（１）から（３）のうち、いずれかの方法により、差分値を補正する。
（１）差分値の絶対値がπ／２を超えているか否かを判定する。差分値の絶対値がπ／２を超えている場合、差分値を０に変更する。差分値の絶対値がπ／２を超えていない場合、差分値を変更しない。
（２）差分値の絶対値がπ／２を超えているか否かを判定する。差分値の絶対値がπ／２を超えている場合、差分値を１つ前の差分値に変更する。差分値の絶対値がπ／２を超
えていない場合、差分値を変更しない。このとき、平均化部１５４１Ｈのビットエラー位相飛び排除部は、現在の差分値を次の判定における１つ前の差分値として、バッファ等に格納する。
えていない場合、差分値を変更しない。このとき、平均化部１５４１Ｈのビットエラー位相飛び排除部は、現在の差分値を次の判定における１つ前の差分値として、バッファ等に格納する。
（３）差分値がπ／２を超えているか否かを判定する。差分がπ／２を超えている場合は、差分値を正の所定値に変更する。さらに、差分値が−π／２未満か否かを判定する。差分が−π／２未満である場合は、差分値を負の所定値に変更する。差分値の絶対値がπ／２を超えていない場合、差分値を変更しない。
周波数オフセット補償部１５２０Ｇ、搬送波位相復元部１５３０Ｇ、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｇによれば、ＢＰＳＫ信号に対して、残留周波数オフセットを算出することができる。
（変形例７）
ここでは、入力される信号が、１６ＱＡＭである場合について説明する。変形例７は、上記の構成例、変形例１−６等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
ここでは、入力される信号が、１６ＱＡＭである場合について説明する。変形例７は、上記の構成例、変形例１−６等と共通点を有する。ここでは、主として、変更点について説明する。
図１７は、デジタル信号処理部における、周波数オフセット補償部、搬送波位相復元部、残留周波数オフセット検出部の具体的構成例（７）を示す図である。図１７の構成例（７）では、周波数オフセット補償部１５２０Ｈは、初期ＦＯＥ１５２１Ｈ、加算器１５２２Ｈ、演算部１５２３Ｈ、乗算部１５２４Ｈを備える。搬送波位相復元部１５３０Ｇは、データ判定部１５３８Ｈ、演算部１５３１Ｈ、演算部１５３２Ｈ、演算部１５３３Ｈ、アンラップ部１５３４Ｈ、演算部１５３５Ｈ、乗算部１５３６Ｈを備える。残留周波数オフセット検出部１５４０Ｈは、平均化部１５４１Ｈ、狭帯域ループフィルタ１５４２Ｈを備える。周波数オフセット補償部１５２０Ｈ、搬送波位相復元部１５３０Ｈ、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｈは、それぞれ、周波数オフセット補償部１５２０、搬送波位相復元部１５３０、及び、残留周波数オフセット検出部１５４０の一例である。周波数オフセット補償部１５２０Ｈ、残留周波数オフセット検出部１５４０Ｈの構成は、周波数オフセット補償部１５２０Ａ、残留周波数オフセット検出部１５４０Ａの構成と同様である。搬送波位相復元部１５３０Ｈは、演算部１５３８Ｈを除いて、搬送波位相復元部１５３０Ａと同様である。
搬送波位相復元部１５３０Ｈのデータ判定部１５３８Ｈは、１６ＱＡＭ信号のデータ点を閾値判定し、位相角がＱＰＳＫ信号と異なるデータ点を排除する。これにより、搬送波位相復元部１５３０Ｈは、上記のＱＰＳＫ信号と同様に、処理を行うことができる。
また、データ判定部１５３８Ｈは、１６ＱＡＭ信号のデータ点を閾値判定し、位相角がＱＰＳＫ信号と異なるデータ点を回転して、ＱＰＳＫ信号の位相角と同じになるようにしてもよい。これにより、搬送波位相復元部１５３０Ｈは、上記のＱＰＳＫ信号と同様に、処理を行うことができる。
（実施形態の作用、効果）
残留周波数オフセット検出部１５４０は、符号間で平均化を行なってノイズ成分を除去した搬送波位相復元部１５３０が算出する搬送波位相（位相補償量）を基に、残留周波数オフセット量を高精度に検出する。残留周波数オフセット検出部１５４０は、シンボル毎の搬送波位相の差分値に基づいて、残留周波数オフセットを検出する。即ち、残留周波数オフセット検出部１５４０は、搬送波位相復元部１５３０が算出する搬送波位相の変動に基づいて、残留周波数オフセットを算出する。周波数オフセット補償部１５２０は、残留周波数オフセット検出部１５４０で算出された残留周波数オフセットを用いて周波数オフ
セットを補正することができる。残留周波数オフセットが、周波数オフセット補償部１５２０にフィードバックされることで、周波数オフセット補償部１５２０から出力される信号における残留周波数オフセット（補償残）が低減される。これにより、搬送波位相復元部１５３０による位相誤差の誤検出を低減し、位相スリップの発生を抑制し、伝送品質を向上させることができる。
残留周波数オフセット検出部１５４０は、符号間で平均化を行なってノイズ成分を除去した搬送波位相復元部１５３０が算出する搬送波位相（位相補償量）を基に、残留周波数オフセット量を高精度に検出する。残留周波数オフセット検出部１５４０は、シンボル毎の搬送波位相の差分値に基づいて、残留周波数オフセットを検出する。即ち、残留周波数オフセット検出部１５４０は、搬送波位相復元部１５３０が算出する搬送波位相の変動に基づいて、残留周波数オフセットを算出する。周波数オフセット補償部１５２０は、残留周波数オフセット検出部１５４０で算出された残留周波数オフセットを用いて周波数オフ
セットを補正することができる。残留周波数オフセットが、周波数オフセット補償部１５２０にフィードバックされることで、周波数オフセット補償部１５２０から出力される信号における残留周波数オフセット（補償残）が低減される。これにより、搬送波位相復元部１５３０による位相誤差の誤検出を低減し、位相スリップの発生を抑制し、伝送品質を向上させることができる。
また、残留周波数オフセット検出部１５４０は、ビットエラー位相飛び排除部により、搬送波位相の差分値の絶対値が所定値を超えた場合、所定の処理を行って位相飛びを排除する。これにより、残留周波数オフセット検出部１５４０は、適切に搬送波位相の差分値の平均値（搬送波位相の変動）を算出できる。
識別判定部１５５０がエラー訂正に失敗しなくなるので、デジタルコヒーレント光受信器１００の受信性能を向上（伝送エラーを低減）することができる。
以上の構成例、各変形例は、可能な限りこれらを組み合わせて実施され得る。
〔付記〕
上記の実施形態に関し、以下の付記を開示する。
上記の実施形態に関し、以下の付記を開示する。
（付記１）
光伝送路からの信号光と局部発振光とを混合した信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理を行う光通信受信装置であって、
前記デジタル信号の周波数オフセットを算出し、前記周波数オフセットに基づいて前記デジタル信号の位相を補償する周波数オフセット補償部と、
前記周波数オフセット補償部で位相を補償されたデジタル信号の搬送波位相を算出する搬送波位相復元部と、
前記搬送波位相の差分値の平均を算出し、残留周波数オフセットとして出力する残留周波数オフセット検出部と、を備え、
前記周波数オフセット補償部は、前記周波数オフセットを、前記残留周波数オフセット検出部が出力する前記残留周波数オフセットを使用して補正する
光通信受信装置。
光伝送路からの信号光と局部発振光とを混合した信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理を行う光通信受信装置であって、
前記デジタル信号の周波数オフセットを算出し、前記周波数オフセットに基づいて前記デジタル信号の位相を補償する周波数オフセット補償部と、
前記周波数オフセット補償部で位相を補償されたデジタル信号の搬送波位相を算出する搬送波位相復元部と、
前記搬送波位相の差分値の平均を算出し、残留周波数オフセットとして出力する残留周波数オフセット検出部と、を備え、
前記周波数オフセット補償部は、前記周波数オフセットを、前記残留周波数オフセット検出部が出力する前記残留周波数オフセットを使用して補正する
光通信受信装置。
（付記２）
前記残留周波数オフセット検出部は、前記搬送波位相の差分値の絶対値が所定値を超えている場合、前記搬送波位相の差分値を０とする、
付記１に記載の光通信受信装置。
前記残留周波数オフセット検出部は、前記搬送波位相の差分値の絶対値が所定値を超えている場合、前記搬送波位相の差分値を０とする、
付記１に記載の光通信受信装置。
（付記３）
前記残留周波数オフセット検出部は、前記搬送波位相の差分値が正の所定値を超えている場合、前記搬送波位相の差分値を前記正の所定値とし、前記搬送波位相の差分値が負の所定値未満である場合、前記搬送波位相の差分値を前記負の所定値とする、
付記１に記載の光通信受信装置。
前記残留周波数オフセット検出部は、前記搬送波位相の差分値が正の所定値を超えている場合、前記搬送波位相の差分値を前記正の所定値とし、前記搬送波位相の差分値が負の所定値未満である場合、前記搬送波位相の差分値を前記負の所定値とする、
付記１に記載の光通信受信装置。
（付記４）
光伝送路からの信号光と局部発振光とを混合した信号を変換されたデジタル信号の周波数オフセットを算出し、前記周波数オフセットに基づいて前記デジタル信号の位相を補償し、
前記位相を補償されたデジタル信号の搬送波位相を算出し、
前記搬送波位相の差分値の平均を算出し、残留周波数オフセットとして出力し、
前記周波数オフセットを、前記出力された前記残留周波数オフセットを使用して補正す
る
周波数オフセット補償方法。
光伝送路からの信号光と局部発振光とを混合した信号を変換されたデジタル信号の周波数オフセットを算出し、前記周波数オフセットに基づいて前記デジタル信号の位相を補償し、
前記位相を補償されたデジタル信号の搬送波位相を算出し、
前記搬送波位相の差分値の平均を算出し、残留周波数オフセットとして出力し、
前記周波数オフセットを、前記出力された前記残留周波数オフセットを使用して補正す
る
周波数オフセット補償方法。
（付記５）
前記搬送波位相の差分値の絶対値が所定値を超えている場合、前記搬送波位相の差分値を０とする、
付記４に記載の周波数オフセット補償方法。
前記搬送波位相の差分値の絶対値が所定値を超えている場合、前記搬送波位相の差分値を０とする、
付記４に記載の周波数オフセット補償方法。
（付記６）
前記搬送波位相の差分値が正の所定値を超えている場合、前記搬送波位相の差分値を前記正の所定値とし、前記搬送波位相の差分値が負の所定値未満である場合、前記搬送波位相の差分値を前記負の所定値とする、
付記４に記載の周波数オフセット補償方法。
前記搬送波位相の差分値が正の所定値を超えている場合、前記搬送波位相の差分値を前記正の所定値とし、前記搬送波位相の差分値が負の所定値未満である場合、前記搬送波位相の差分値を前記負の所定値とする、
付記４に記載の周波数オフセット補償方法。
１０ 光通信システム
１００ デジタルコヒーレント光受信器
１１０ 局部発振光源
１２０ 光位相ハイブリッド
１３０ 光電変換部
１４０ ＡＤ変換部
１５０ デジタル信号処理部
１５１０ 歪等化部
１５２０ 周波数オフセット補償部
１５２１Ａ 初期ＦＯＥ
１５２２Ａ 加算器
１５２３Ａ 演算部
１５２４Ａ 乗算部
１５３０ 搬送波位相復元部
１５３１Ａ 演算部
１５３２Ａ 演算部
１５３３Ａ 演算部
１５３４Ａ アンラップ部
１５６１Ａ 遅延部
１５６２Ａ 演算部
１５６３Ａ 加算器
１５６４Ａ 遅延部
１５６５Ａ 演算部
１５６６Ａ 加算器
１５６７Ａ 演算部
１５３５Ａ 演算部
１５３６Ａ 乗算部
１５３７Ｆ 振幅情報抽出部
１５３８Ｈ データ判定部
１５４０ 残留周波数オフセット検出部
１５４１Ａ 平均化部
１５７１Ａ シンボル間位相差検出部
１５７２Ａ ビットエラー位相飛び排除部
１５７３Ａ レーン平均化部
１５４２Ａ 狭帯域ループフィルタ
１５４３Ｄ 広帯域ループフィルタ
１５４４Ｅ 演算部
１５４５Ｅ 乗算部
１５４６Ｆ 乗算部
１５５０ 識別判定部
２００ 光送信器
３００ 波長分離器
４００ 波長多重器
５００ 光伝送路
６００ ループフィルタ
１００ デジタルコヒーレント光受信器
１１０ 局部発振光源
１２０ 光位相ハイブリッド
１３０ 光電変換部
１４０ ＡＤ変換部
１５０ デジタル信号処理部
１５１０ 歪等化部
１５２０ 周波数オフセット補償部
１５２１Ａ 初期ＦＯＥ
１５２２Ａ 加算器
１５２３Ａ 演算部
１５２４Ａ 乗算部
１５３０ 搬送波位相復元部
１５３１Ａ 演算部
１５３２Ａ 演算部
１５３３Ａ 演算部
１５３４Ａ アンラップ部
１５６１Ａ 遅延部
１５６２Ａ 演算部
１５６３Ａ 加算器
１５６４Ａ 遅延部
１５６５Ａ 演算部
１５６６Ａ 加算器
１５６７Ａ 演算部
１５３５Ａ 演算部
１５３６Ａ 乗算部
１５３７Ｆ 振幅情報抽出部
１５３８Ｈ データ判定部
１５４０ 残留周波数オフセット検出部
１５４１Ａ 平均化部
１５７１Ａ シンボル間位相差検出部
１５７２Ａ ビットエラー位相飛び排除部
１５７３Ａ レーン平均化部
１５４２Ａ 狭帯域ループフィルタ
１５４３Ｄ 広帯域ループフィルタ
１５４４Ｅ 演算部
１５４５Ｅ 乗算部
１５４６Ｆ 乗算部
１５５０ 識別判定部
２００ 光送信器
３００ 波長分離器
４００ 波長多重器
５００ 光伝送路
６００ ループフィルタ
Claims (4)
- 光伝送路からの信号光と局部発振光とを混合した信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理を行う光通信受信装置であって、
前記デジタル信号の周波数オフセットを算出し、前記周波数オフセットに基づいて前記デジタル信号の位相を補償する周波数オフセット補償部と、
前記周波数オフセット補償部で位相を補償されたデジタル信号のシンボルごとに、前記補償されたデジタル信号のシンボル間の位相誤差を算出し、前記算出した位相誤差に基づいて搬送波位相を算出し、前記算出した搬送波位相によって前記デジタル信号を補償する搬送波位相復元部と、
前記補償されたデジタル信号のあるシンボルの搬送波位相と前記あるシンボルの１つ前のシンボルの搬送波位相の差分値の平均を算出し、残留周波数オフセットとして出力する残留周波数オフセット検出部と、を備え、
前記周波数オフセット補償部は、前記周波数オフセットを、前記残留周波数オフセット検出部が出力する前記残留周波数オフセットを使用して補正する
光通信受信装置。 - 前記残留周波数オフセット検出部は、前記搬送波位相の差分値の絶対値が所定値を超えている場合、前記搬送波位相の差分値を０とする、
請求項１に記載の光通信受信装置。 - 前記残留周波数オフセット検出部は、前記搬送波位相の差分値が正の所定値を超えている場合、前記搬送波位相の差分値を前記正の所定値とし、前記搬送波位相の差分値が負の所定値未満である場合、前記搬送波位相の差分値を前記負の所定値とする、
請求項１に記載の光通信受信装置。 - 光伝送路からの信号光と局部発振光とを混合した信号を変換されたデジタル信号の周波数オフセットを算出し、前記周波数オフセットに基づいて前記デジタル信号の位相を補償し、
前記位相を補償されたデジタル信号のシンボルごとに、前記補償されたデジタル信号のシンボル間の位相誤差を算出し、前記算出した位相誤差に基づいて搬送波位相を算出し、
前記算出した搬送波位相によって前記デジタル信号を補償し、
前記補償されたデジタル信号のあるシンボルの搬送波位相と前記あるシンボルの１つ前のシンボルの搬送波位相の差分値の平均を算出し、残留周波数オフセットとして出力し、
前記周波数オフセットを、前記出力された前記残留周波数オフセットを使用して補正する
周波数オフセット補償方法。
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