JP6592558B1 - フレーム同期装置、光通信装置およびフレーム同期方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るフレーム構成例を示す図である。
図2は、本発明の第1の実施の形態に係るフレーム同期装置の構成例を示す図である。フレーム同期装置10は、受信信号と、信号空間ダイアグラム上の所定の信号点に対する同期パターンの逆複素数とを、受信信号の複数のシンボル毎に乗算する乗算部11と、受信信号の複数のシンボルにおける乗算部の出力を加算平均する加算平均部12と、加算平均部の出力が、所定の信号点の所定の一致判定範囲内であるか否かの一致判定を行い、一致判定の結果に基づいて、フレーム同期の同期状態を判定する同期判定部13、信号空間ダイアグラム上の所定の信号点に対する同期パターンの逆複素数を算出する逆複素数算出部14とを備える。
図3は、本発明の第1の実施の形態に係る同期パターン受信時の動作例を示す図である。図3では、受信信号として、雑音を伴ったQPSK変調信号を受信した場合を想定しており、5つのシンボルを受信した時の信号空間ダイアグラム上の信号点が例示されている。これらの受信信号の信号点が、同期パターンの信号点に一致する場合は、逆複素数を乗算することにより、乗算結果が信号点(1+j)の付近に移される。
図4は、本発明の第1の実施の形態に係る同期パターン以外の受信時の動作例を示す図である。図3と同様に、受信信号として、雑音を伴ったQPSK変調信号を受信した場合を想定しており、5つのシンボルを受信した時の信号空間ダイアグラム上の信号点が例示されている。
図5は、本発明の第1の実施の形態に係る同期パターンの一致判定方法を示す図である。図3、4で説明したように、雑音を伴ったQPSK変調信号の場合、加算平均により雑音成分を抑制したとしても、加算平均の結果は、信号点(1+j)、あるいはゼロ点に一致しない。そこで、本実施形態では、図5に示すように、信号点(1+j)の周囲に所定の一致判定範囲を設けて、加算平均の結果が所定の一致判定範囲内であるかにより、一致状態か否かを判定する。
図6は、本発明の第1の実施の形態に係る位相スリップ時の同期パターンの一致判定方法を示す図である。PSK変調信号の場合、一般的に受信側では、キャリア信号の同期において90度の不確定性が生じる。90度の不確定性がある状態で、フレーム同期を実現するには、その不確定性(位相スリップ)が発生した場合でもフレーム同期を判定し、維持する必要がある。
図7は、本発明の第2の実施の形態に係るフレーム同期装置の構成例を示す図である。第2の実施の形態では、受信信号と同期パターンの符号の乗算結果の加算平均の出力が所定の一致判定範囲内であるか否かに基づいて同期状態の判定を行う。
第2の実施の形態のフレーム同期装置10は、受信信号と、同期パターンの符号とを、受信信号の複数のシンボル毎に乗算する乗算部11と、受信信号の複数のシンボルにおける乗算部11の出力を加算平均する加算平均部12と、加算平均部12の出力が、所定の信号点の所定の一致判定範囲内であるか否かの一致判定を行い、一致判定の結果に基づいて、フレーム同期の同期状態を判定する同期判定部13と、同期パターンの符号を検出する符号検出部15を備える。
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る同期パターン受信時の動作例を示す図である。図8では、受信信号として、雑音を伴ったQPSK変調信号を受信した場合を想定しており、5つのシンボルを受信した時の信号空間ダイアグラム上の信号点が例示されている。第2の実施の形態では、同期パターンがBPSK変調信号であるため、同期パターンの受信信号は2つの信号点(1+j)及び(−1−j)に集まっている。
図9は、本発明の第2の実施の形態に係る同期パターン以外の受信時の動作例を示す図である。図8と同様に、受信信号として、雑音を伴ったQPSK変調信号を受信した場合を想定しており、5つのシンボルを受信した時の信号空間ダイアグラム上の信号点が例示されている。
図10は、本発明の第2の実施の形態に係る同期パターンの一致判定方法を示す図である。第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、乗算部出力の加算平均が信号点の一致判定範囲内であるかに基づいて、一致判定を行う。
(1)I成分、Q成分の加算平均の両方が、所定値範囲内の場合(一致判定範囲に入った場合)
(2)I成分、Q成分の加算平均のいずれか一方が、所定値範囲内の場合
(3)I成分、Q成分の加算平均の和が、所定値範囲内の場合
(4)I成分、Q成分の加算平均の積が、所定値範囲内の場合
第1の実施の形態においても説明したように、PSK変調信号の場合、受信側では、キャリア信号の同期において90度の不確定性が生じる。90度不確定性がある状態で、フレーム同期を実現したい場合は、その不確定性(位相スリップ)が発生してもフレーム同期を維持する必要がある。第2の実施の形態では、加算平均の絶対値を用いることで、位相スリップが発生した場合でも同期状態を判定することができる。
図13は、本発明のフレーム同期装置における雑音抑制効果を説明するための図である。横軸は、受信信号に雑音が付加された場合のビット誤り率(以下、「RAWBER」という。)を示し、縦軸は、RAWBERを有する8シンボルにおける乗算結果を加算平均した後のビット誤り率を示している。
図15は、本発明の第3の実施の形態に係るマルチフレーム同期装置の構成例を示す図である。第3の実施の形態では、複数のフレームから成るマルチフレーム信号の所定の同期パターンを検出することにより、マルチフレーム同期を確立する。
マルチフレーム信号においてマルチフレーム同期を確立するには、マルチフレームの先頭を検出する必要がある。マルチフレームの先頭を検出するためのマルチフレーム用同期パターンは、送信側のマルチフレーム用同期パターン挿入部21において送信信号に挿入され、受信側の同期パターン判定部24においてマルチフレーム用同期パターンを判定し、マルチフレーム同期系列判定部25においてマルチフレームの同期判定が行われる。
図16は、本発明の第3の実施の形態に係るマルチフレーム信号の構成例を示す図である。本実施形態では、各フレームの先頭領域に複数のシンボルで構成される2種類のマルチフレーム用同期パターンをマルチフレーム信号の先頭から複数のフレームに渡ってフレームの先頭に挿入する。図16の例では、マルチフレーム用同期パターンとして、複数のシンボルから構成される2種類のマークパターンMとスペースパターンSを定義する。受信側では、マルチフレームの同期判定のために、各フレームにおいてマークパターンMとスペースパターンSが検出される。
図17は、本発明の第3の実施の形態に係るマルチフレーム信号のマークパターンMとスペースパターンSの一例を示す図である。各パターンは、シンボル毎に信号空間ダイアグラム上の座標(I、Q)で表される。
マルチフレームの同期判定は、図15の同期パターン判定部24とマルチフレーム同期系列判定部25において行われる。図18は、本発明の第3の実施の形態に係る受信信号とマークパターンM及びスペースパターンSとの距離を示す図である。図18では、受信信号がマークパターンMの場合を示している。
<その他の実施の形態>
Claims (10)
- 受信信号に含まれる所定の同期パターンを検出することにより、フレーム同期を確立するフレーム同期装置であって、
前記受信信号と、信号空間ダイアグラム上の所定の信号点に対する前記所定の同期パターンの逆複素数とを、前記受信信号の複数のシンボル毎に乗算する乗算部と、
前記受信信号の複数のシンボルにおける前記乗算部の出力を加算平均する加算平均部と、
前記加算平均部の出力が、前記所定の信号点の所定の一致判定範囲内であるか否かの一致判定を行い、前記一致判定の結果に基づいて、フレーム同期の同期状態を判定する同期判定部と
を備えるフレーム同期装置。 - 前記同期判定部は、複数のフレームにおける前記一致判定の結果に基づいて、フレーム同期の同期状態を判定すること
を特徴とする請求項1記載のフレーム同期装置。 - 前記同期判定部は、前記加算平均部の出力と、前記所定の信号点、及び前記所定の信号点から90度、180度、及び270度位相回転した信号点のそれぞれとの距離の最小値を算出し、前記最小値が属する信号空間ダイアグラム上の象限において、前記加算平均部の出力が前記一致判定範囲であるか否かの一致判定を行うこと
を特徴とする請求項1又は2記載のフレーム同期装置。 - 受信信号に含まれる所定の同期パターンを検出することにより、フレーム同期を行うフレーム同期装置であって、
前記受信信号と、前記同期パターンの各シンボルの符号とを、前記受信信号の複数のシンボル毎に乗算する乗算部と、
前記受信信号の複数のシンボルにおける前記乗算部の出力を加算平均する加算平均部と、
前記加算平均部の出力の絶対値が、信号空間ダイアグラム上の所定の信号点の所定の一致判定範囲内であるか否かの一致判定を行い、前記一致判定の結果に基づいて、フレーム同期の同期状態を判定する同期判定部と
を備えるフレーム同期装置。 - 前記同期パターンは、BPSK変調信号であることを特徴とする請求項4記載のフレーム同期装置。
- 前記乗算部は、前記受信信号の同位相成分と前記同期パターンの同位相成分の符号との乗算と、前記受信信号の直交位相成分と前記同期パターンの直交位相成分の符号との乗算の、少なくともいずれかの乗算を行うこと
を特徴とする請求項5記載のフレーム同期装置。 - 前記同期判定部は、
同位相成分および直交位相成分における前記絶対値の両方が、前記所定の一致判定範囲であるか否か、
同位相成分および直交位相成分における前記絶対値のいずれか一方が、前記所定の一致判定範囲であるか否か、
同位相成分および直交位相成分における前記絶対値の和が、前記所定の一致判定範囲であるか否か、
同位相成分および直交位相成分における前記絶対値の積が、前記所定の一致判定範囲であるか否か、
の少なくともいずれかの一致判定の結果に基づいて、フレーム同期の同期状態を判定すること
を特徴とする請求項6記載のフレーム同期装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載のフレーム同期装置を備えた光通信装置。
- 受信信号に含まれる所定の同期パターンを検出することにより、フレーム同期を確立するフレーム同期装置におけるフレーム同期方法であって、
前記受信信号と、信号空間ダイアグラム上の所定の信号点に対する前記所定の同期パターンの逆複素数とを、前記受信信号の複数のシンボル毎に乗算するステップと、
前記受信信号の複数のシンボルにおける前記乗算の出力を加算平均するステップと、
前記加算平均の出力が、前記所定の信号点の所定の一致判定範囲内であるか否かの一致判定を行い、前記一致判定の結果に基づいて、フレーム同期の同期状態を判定するステップと
を含むフレーム同期方法。 - 受信信号に含まれる所定の同期パターンを検出することにより、フレーム同期を行うフレーム同期装置におけるフレーム同期方法であって、
前記受信信号と、前記同期パターンの各シンボルの符号とを、前記受信信号の複数のシンボル毎に乗算するステップと、
前記受信信号の複数のシンボルにおける前記乗算の出力を加算平均するステップと、
前記加算平均の出力の絶対値が、信号空間ダイアグラム上の所定の信号点の所定の一致判定範囲内であるか否かの一致判定を行い、前記一致判定の結果に基づいて、フレーム同期の同期状態を判定するステップと
を含むフレーム同期方法。
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