JP6711358B2 - 信号処理装置、通信システム、及び信号処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、偏波多重かつ多値変調された光信号を用いて通信を行う信号処理装置、通信システム、及び信号処理方法に関する。
インターネットの普及に伴い、通信されるデータの量が増大している。これに対応するためには、伝送路の容量を増大させる必要がある。大容量化を実現するための技術の一つとして、デジタルコヒーレント方式の光通信がある。この方式の光通信では、受信信号から光強度情報および位相情報が抽出され、デジタル信号処理回路により復調が行われる。
ここで、デジタルコヒーレント方式の光通信では、雑音を除去するために、デジタル領域で様々な処理が行われている。例えば特許文献1には、ナイキストレートよりも速い速度で信号伝達を行う場合において、符号間干渉を抑制するために、最尤系列推定を行うことによりシンボル判定タイミングを検出することが記載されている。また、特許文献2には、フーリエ変換及び逆フーリエ変換を用いたデジタルフィルタにおいて、逆フーリエ変換の出力におけるフレームの端が不連続点となることを抑制するために、フーリエ変換の入力となるフレームを生成する際に、一定区間をオーバーラップさせることが記載されている。
デジタルコヒーレント方式の光通信において、受信装置における雑音除去に必要な計算量は膨大になる。このため、通信速度を向上させるためには、雑音除去に必要な計算量を少なくする必要がある。
本発明の目的は、デジタルコヒーレント方式の光通信において、受信装置における雑音除去に必要な計算量を少なくすることにある。
本発明によれば、偏波多重かつ多値変調されていて光伝送路を介して送信された光信号に基づいて電気信号を生成する電気信号生成手段と、
前記電気信号に対して補償処理を行う補償手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換後の前記電気信号に周波数領域で等化処理を行う等化処理手段と、
前記等化処理が行われた後の前記電気信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記等化処理に用いられる等化係数行列W(f)を設定する等化係数設定手段と、
を有し、
前記等化係数設定手段は、以下の式に基づいて、前記等化係数行列W(f)を設定する信号処理装置が提供される。
W(f)=H(f)H(H(f)HH(f)+(1/Es)×Φη)−1
ただしH(f)=G(f)×C(f)、H(f)Hは行列Hのエルミート転置行列であり、Esは前記電気信号の電力であり、Φηは、雑音の有色性に基づいて定められるN行N列の対角行列である。
G(f)は、前記光信号の生成時の帯域制限条件に基づいて設定される対角行列であり、C(f)は光伝送路で受けた波長分散に基づいて設定される対角行列である。
前記電気信号に対して補償処理を行う補償手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換後の前記電気信号に周波数領域で等化処理を行う等化処理手段と、
前記等化処理が行われた後の前記電気信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記等化処理に用いられる等化係数行列W(f)を設定する等化係数設定手段と、
を有し、
前記等化係数設定手段は、以下の式に基づいて、前記等化係数行列W(f)を設定する信号処理装置が提供される。
W(f)=H(f)H(H(f)HH(f)+(1/Es)×Φη)−1
ただしH(f)=G(f)×C(f)、H(f)Hは行列Hのエルミート転置行列であり、Esは前記電気信号の電力であり、Φηは、雑音の有色性に基づいて定められるN行N列の対角行列である。
G(f)は、前記光信号の生成時の帯域制限条件に基づいて設定される対角行列であり、C(f)は光伝送路で受けた波長分散に基づいて設定される対角行列である。
また、本発明によれば、偏波多重かつ多値変調されていて光伝送路を介して送信された光信号に基づいて電気信号を生成する電気信号生成手段と、
前記電気信号に対して補償処理を行う補償手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換後の前記電気信号に周波数領域で等化処理を行う等化処理手段と、
前記等化処理が行われた後の前記電気信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記等化処理に用いられる等化係数行列W(f)を設定する等化係数設定手段と、
を有し、
前記等化係数設定手段は、以下の式に基づいて前記等化係数行列W(f)を設定する信号処理装置。
W(f)=W1(f)×W2(f)
ただし、W1(f)=C(f)−1、
W2(f)=G(f)H(G(f)HG(f)+(1/Es)×Φη)−1
G(f)Hは行列G(f)のエルミート転置行列であり、Esは前記電気信号の電力であり、Φηは、雑音の有色性に基づいて定められるN行N列の対角行列である。
G(f)は、前記光信号の生成時の帯域制限条件に基づいて設定される対角行列であり、C(f)は光伝送路で受けた波長分散条件に基づいて設定される対角行列である。
前記電気信号に対して補償処理を行う補償手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換後の前記電気信号に周波数領域で等化処理を行う等化処理手段と、
前記等化処理が行われた後の前記電気信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記等化処理に用いられる等化係数行列W(f)を設定する等化係数設定手段と、
を有し、
前記等化係数設定手段は、以下の式に基づいて前記等化係数行列W(f)を設定する信号処理装置。
W(f)=W1(f)×W2(f)
ただし、W1(f)=C(f)−1、
W2(f)=G(f)H(G(f)HG(f)+(1/Es)×Φη)−1
G(f)Hは行列G(f)のエルミート転置行列であり、Esは前記電気信号の電力であり、Φηは、雑音の有色性に基づいて定められるN行N列の対角行列である。
G(f)は、前記光信号の生成時の帯域制限条件に基づいて設定される対角行列であり、C(f)は光伝送路で受けた波長分散条件に基づいて設定される対角行列である。
本発明によれば、光信号を生成して送信する信号送信装置と、
前記光信号を受信して処理する信号処理装置と、
を備え、
前記信号送信装置は、偏波多重かつ多値変調することにより前記光信号を生成し、
前記信号処理装置は、上記した2つの信号処理装置のいずれかである通信システムが提供される。
前記光信号を受信して処理する信号処理装置と、
を備え、
前記信号送信装置は、偏波多重かつ多値変調することにより前記光信号を生成し、
前記信号処理装置は、上記した2つの信号処理装置のいずれかである通信システムが提供される。
本発明によれば、光信号を受信して処理する信号処理方法であって、
前記光信号は、偏波多重かつ多値変調することにより前記光信号が生成されており、
前記光信号は、上記した2つの信号処理装置のいずれかを用いて処理される信号処理方法が提供される。
前記光信号は、偏波多重かつ多値変調することにより前記光信号が生成されており、
前記光信号は、上記した2つの信号処理装置のいずれかを用いて処理される信号処理方法が提供される。
本発明によれば、デジタルコヒーレント方式の光通信において、受信装置における雑音除去に必要な計算量を少なくすることができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る通信システム10の構成を示す図である。本実施形態に係る通信システム10は、送信装置20及び受信装置40を備えており、デジタルコヒーレント方式で光通信する。また、ここで送信される光信号は、波長分割多重通信(WDM)によって送信されている。送信装置20は、送信すべき複数の信号を用いて搬送波となる光を変調することにより、光信号を生成する。生成された光信号は、光伝送路60を介して受信装置40に送信される。受信装置40は、受信した光信号を復調する。
図1は、本実施形態に係る通信システム10の構成を示す図である。本実施形態に係る通信システム10は、送信装置20及び受信装置40を備えており、デジタルコヒーレント方式で光通信する。また、ここで送信される光信号は、波長分割多重通信(WDM)によって送信されている。送信装置20は、送信すべき複数の信号を用いて搬送波となる光を変調することにより、光信号を生成する。生成された光信号は、光伝送路60を介して受信装置40に送信される。受信装置40は、受信した光信号を復調する。
光伝送路60は、例えば光ファイバを有している。そして、光信号は、光伝送路60を伝播する際に、波長分散に起因した波長歪を受ける。受信装置40は、この波長歪を補償するための処理も行う。
図2は、送信装置20の機能構成を示す図である。送信装置20は、デジタルフィルタ210、DA変換部220、光変調部230、及び光源240を有している。
デジタルフィルタ210には、多値のデジタル信号(本図に示す例では4系統の信号)が入力される。そしてデジタルフィルタ210は、この多値信号が、WDMで要求される帯域制限条件を満たすように、多値信号に対してフィルタ処理を行う。ここで適用される帯域制限条件、すなわちWDMにおいて一つキャリアに割り当てられる帯域は、例えばナイキスト条件よりも幅が狭く設定されていてもよい(FTN(Faster than Nyquist)信号)。この場合、多値のデジタル信号をs(t)、デジタルフィルタ210のインパルス応答をh(t),ナイキストレートのシンボル間隔をT_0とすると,出力されるデジタル信号は下記の(1)式のようになる。デジタルフィルタ210には,例えばロールオフ率αのレイズドコサインフィルタなどが用いられる。
なお、デジタルフィルタ210は、フーリエ変換(FFT)及び逆フーリエ変換(IFFT)を用いて、周波数領域で処理を行ってもよいし、FIR(Finite Impulse Response)フィルタを用いて時間領域で処理を行ってもよい。
DA変換部220は、デジタルフィルタ210から出力された多値信号のそれぞれをアナログ信号に変換する。そして光変調部230は、光源240(例えばレーザダイオード)から出力されたキャリア光をDA変換部220から出力されたアナログ信号に基づいて変調することにより、光信号を生成し、光伝送路60を介して受信装置40に出力する。
図3は、受信装置40の機能構成を示す図である。受信装置40は、光フロントエンド410、光源420、AD変換部430、加算部440、及び信号処理部450を備えている。DA変換部220、加算部440及び信号処理部450は、例えば集積回路を用いてハードウェアとして実現される。
光フロントエンド410は、光伝送路60から受信した光信号と、光源420からの局所光が入力される。光フロントエンド410は、光信号と局所光とを位相差0で干渉させて第1光信号(Ix)を生成し、光信号と局所光とを位相差π/2で干渉させて第2光信号(Qx)を生成する。また光フロントエンド410は、光信号と局所光とを位相差0で干渉させて第3光信号(Iy)を生成し、光信号と局所光とを位相差π/2で干渉させて第4光信号(Qy)を生成する。第1光信号及び第2光信号は、一組の信号を形成し、また第3光信号及び第4光信号も、一組の信号を形成する。
また、光フロントエンド410は光電変換素子を有している。光電変換素子は、第1〜第4の光信号のそれぞれに対して設けられており、第1〜第4の光信号のそれぞれを電気信号に変換する。これら4つの電気信号は、直交偏波と直交位相を基底としている。
また、光フロントエンド410はフィルタ特性を有している。このフィルタ特性を例えば整合フィルタh*(-t)と仮定すると、整合フィルタによって処理された後の電気信号(フィルタ等化後の電気信号)r(t)は、以下の式(2)によって与えられる。なお、光フロントエンド401で整合フィルタが実現できない場合は、後段の信号処理部450で整合フィルタを実装してもよい。
AD変換部430は、光フロントエンド410が生成した4つのアナログの電気信号をデジタル信号に変換する(量子化)。具体的には、AD変換部430は、周期Tで信号をサンプリングして量子化する。量子化された信号r[m]=r(mT)は、以下の式で示される。
加算部440は、複素信号生成機として機能し、AD変換部430が生成した4つのデジタル信号を処理することにより、2つの信号を生成する。具体的には、加算部440は、第1光信号(Ix)から生成されたデジタル信号と第2光信号(Qx)から生成されたデジタル信号とを加算処理することにより、第1の信号(Ex)を生成する。具体的には、Ex=Ix+jQxである。また、加算部440は、第3光信号(Iy)から生成されたデジタル信号と第4光信号(Qy)から生成されたデジタル信号とを加算処理することにより、第2の信号(Ey)を生成する。具体的には、Ey=Iy+jQyである。
信号処理部450は、加算部440が生成した第1の信号(Ex)及び第2の信号(Ey)を処理することにより、送信されてきた4つの信号を復調する。
図4は、信号処理部450(補償部)の機能構成を示す図である。信号処理部450は、周波数領域等化部452、時間領域等化部454、及びキャリア再生部456を有している。
周波数領域等化部452は、第1の信号及び第2の信号のそれぞれに対して、周波数領域で等化処理を行う。周波数領域等化部452の構成の詳細については、図5を用いて後述する。
時間領域等化部454は、第1の信号及び第2の信号のそれぞれに対して、時間領域で等化処理を行い、偏波分離を実施する。時間領域等化部454は、例えばFIRフィルタを有している。このFIRフィルタに適用されるフィルタ係数は、例えばCMA(Constant Modulus Algorithm)などの適応等化アルゴリズムによって制御される。
キャリア再生部456は、光伝送路60から受信した光信号と光源420が生成した光(局所光)の間の周波数差および位相差を、例えばMth Power アルゴリズムにより補償(キャンセル)し、その後、送信されてきた4つの信号を復調する。
図5は、周波数領域等化部452の詳細を示す図である。周波数領域等化部452は、フーリエ変換部504、乗算部506(等化処理部)、逆フーリエ変換部508、及び等化係数設定部520を有している。フーリエ変換部504は、加算部440から送信されてきた信号(第1の信号又は第2の信号)をフーリエ変換処理し、周波数軸の情報にする。なお、フーリエ変換部504に入力される段階において、第1の信号及び第2の信号は、所定の時間単位で分割されている。フーリエ変換部504は、この分割後の信号(後述するブロック信号)のそれぞれに対してフーリエ変換処理を行う。
そしてフーリエ変換部504は、この周波数軸に変換されたブロック信号を所定の周波数単位で分割し、出力する。乗算部506は、周波数単位で分割された信号のそれぞれに対して等化係数を乗算することにより、等化処理を行う。なお、この等化係数は、分割された信号のそれぞれに対して個別に設定されている。逆フーリエ変換部508は、等化処理が行われた分割後の信号を結合し、さらに結合後の信号を逆フーリエ変換して時間軸の情報に戻すことにより、等化処理が行われた後のブロック信号を生成する。この等化処理における等化係数は後述の方法で設定される。従って、この等化処理により、受信した信号に対して、シンボル間干渉を除去し、かつ、波長分散効果を補償することができる。
等化係数設定部520は、乗算部506が用いる等化係数を設定する。具体的には、乗算部506は、伝達関数算出部522、伝達関数算出部524、伝達関数合成部526、及び等化係数算出部528を有している。
伝達関数算出部522は、送信装置20および受信装置40で用いられた帯域制限条件g(t)に基づいて対角行列G(f)を算出する。伝達関数算出部524は、光伝送路で受けた波長分散量c(t)に基づいて対角行列C(f)を算出する。伝達関数合成部526は、対角行列G(f)と対角行列C(f)を合成し、対角行列H(f)=G(f)×C(f)を算出する。等化係数算出部528は、対角行列H(f)を用いて、乗算部506で用いられる等化係数行列W(f)を算出する。
具体的には、等化係数算出部528は、以下の式を用いて等化係数Wを算出する。なお、以下の式では複数の等化係数行列Wをまとめて一つの行列として示している。
W(f)=H(f)H(H(f)HH(f)+(1/Es)×Φη)−1
・・・(6)
ただし、HHは行列Hのエルミート転置行列であり、Esは光信号の電力であり、Φηは雑音に関するN行N列の対角行列である。Φηの対角成分は、光信号に含まれる雑音の有色性に基づいて定められる。例えば、Φηの対角成分Φη[k](k=0,1、・・・、N−1)は、以下の式(7)に基づいて定められる。
・・・(6)
ただし、HHは行列Hのエルミート転置行列であり、Esは光信号の電力であり、Φηは雑音に関するN行N列の対角行列である。Φηの対角成分は、光信号に含まれる雑音の有色性に基づいて定められる。例えば、Φηの対角成分Φη[k](k=0,1、・・・、N−1)は、以下の式(7)に基づいて定められる。
ここで、上記した式の意味について説明する。受信した信号と送信機に入力された信号(実際の信号)との差を最小にするための等化係数の算出方法の一つに、MMSE(Minimum Mean Square Error)方法がある。この方法に従う場合、帯域制限条件に基づいて光信号に加わる雑音成分が白色雑音と仮定したときのMMSE規範の等化係数Wwhite(f)は、以下の式に基づいて算出される。
上記式(6)において、雑音が有色雑音であると仮定すると、MMSE規範の等化係数Wcolored(f)は、以下の式に基づいて算出される。
・・・(9)
ここで、DはN行N列のDFT(Discrete Fourier Transform)行列であり、ηHはηのエルミート転置行列であり、DHは逆DFT行列である。また、E[・]は期待値を示している。(9)式に基づいたWcolored(f)は対角成分以外にもゼロ以外の成分を含むため、上記(9)式を用いると計算量が増加してしまう。このため、計算量を削減することを目的として、上記した(9)式のうちDE[ηηH]DHを対角行列で近似する。このようにして、上記した(6)式が導出される。
ここで、DはN行N列のDFT(Discrete Fourier Transform)行列であり、ηHはηのエルミート転置行列であり、DHは逆DFT行列である。また、E[・]は期待値を示している。(9)式に基づいたWcolored(f)は対角成分以外にもゼロ以外の成分を含むため、上記(9)式を用いると計算量が増加してしまう。このため、計算量を削減することを目的として、上記した(9)式のうちDE[ηηH]DHを対角行列で近似する。このようにして、上記した(6)式が導出される。
なお、等化係数設定部520は伝達関数算出部522,524及び伝達関数合成部526を有していなくてもよい。この場合、等化係数算出部528には等化係数設定部520の外部から対角行列H(f)が入力される。また、等化係数設定部520は伝達関数算出部522,524を有していなくてもよい。この場合、伝達関数合成部526には等化係数設定部520の外部から対角行列G(f),C(f)が入力される。
図5に示す例において、周波数領域等化部452は、さらに、オーバーラップ付与部502、オーバーラップ除去部510、及びオーバーラップ制御部512を有している。
オーバーラップ付与部502はフーリエ変換部504の前に位置しており、電気信号を分割することにより、フーリエ変換部504における処理単位の信号(以下、ブロック信号と記載)を生成する。この際、オーバーラップ付与部502は、隣接するブロック信号間でオーバーラップが生じるようにする。
オーバーラップ制御部512は、オーバーラップ付与部502が付与するオーバーラップ量を制御する。
図6は、オーバーラップ制御部512が生成するブロック信号を説明するための図である。まずオーバーラップ制御部512は、電気信号を等間隔(図6における幅M)に分割する。そして、オーバーラップ制御部512は、分割後の信号のそれぞれの冒頭に、所定の幅(図6におけるpサンプル)のオーバーラップ部を加える。このオーバーラップ部は、ひとつ前の信号の末尾からpサンプルと同じ内容である。また、オーバーラップ制御部512は、分割後の信号のそれぞれの末尾に、所定の幅(図6におけるqサンプル)のオーバーラップ部を加える。このオーバーラップ部は、ひとつあとの信号の末尾からqサンプルと同じ内容である。このようにして、オーバーラップ制御部512は各ブロック信号を生成する。なお、サンプル数p,qは互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。
オーバーラップのサンプル数p,q(すなわちオーバーラップ量)は、上記したようにオーバーラップ制御部512が指定する。ここで、電気信号のシンボル間干渉は、時間軸におけるブロック信号の冒頭及び末尾に集中する。このため、オーバーラップ制御部512がオーバーラップのサンプル数p、qを適正に設定すると、オーバーラップ除去部510におけるオーバーラップ部の除去によって電気信号のシンボル間干渉は除去される。具体的には、オーバーラップ制御部512は、上記した帯域制限条件g(t)を用いてオーバーラップ量を設定する。具体的には、帯域制限が大きい場合、オーバーラップ制御部512はオーバーラップのサンプル数p,qを大きくする。一方、帯域制限が小さい場合、オーバーラップ制御部512はオーバーラップのサンプル数p,qを小さくする。
なお、オーバーラップ制御部512は、帯域制限条件g(t)のみではなく、光信号が光伝送路で受けた波長分散量c(t)も用いてオーバーラップ量を設定するのが好ましい。具体的には、オーバーラップ制御部512は、波長分散量が大きい場合、波長分散量に起因したオーバーラップ量を大きくする。また、オーバーラップ制御部512は、波長分散量が小さい場合、波長分散量に起因したオーバーラップ量を小さくする。そしてオーバーラップ制御部512は、帯域制限に基づいたオーバーラップ量と、波長分散量に基づいたオーバーラップ量とを加算することにより、オーバーラップ付与部502及びオーバーラップ除去部510が用いるオーバーラップサンプル数p,qを算出する。
オーバーラップ除去部510は、逆フーリエ変換部508によって時間軸の情報に戻された電気信号(すなわちブロック信号)からオーバーラップ部を除去する。オーバーラップ除去部510は、この時除去すべき信号の幅p、qを、オーバーラップ制御部512から受信する。
以上、本実施形態によれば、受信装置40の信号処理部450は、周波数領域等化部452を有している。周波数領域等化部452は、周波数領域で受信した信号を透過処理する。このときの等価係数は、上記した(6)式に基づいて設定されている。上記した(6)式に含まれているΦηは、受信装置40が受信した信号に含まれているノイズが有色雑音であることを考慮して設定されており、また、近似によって対角行列になっている。従って、信号処理部450が行う計算量は、受信装置40が受信した信号に含まれているノイズが白色雑音である場合に必要な計算量と比較して同等ながら、等化性能は、従来のMMSE係数を使用した場合と比較して向上する。
(第2の実施形態)
本実施形態に係る通信システム10は、受信装置40が有する周波数領域等化部452の構成を除いて、第1の実施形態に係る通信システム10と同様の構成である。
本実施形態に係る通信システム10は、受信装置40が有する周波数領域等化部452の構成を除いて、第1の実施形態に係る通信システム10と同様の構成である。
図7は、本実施形態に係る周波数領域等化部452の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る周波数領域等化部452は、伝達関数合成部526及び等化係数算出部528の代わりに、等化係数算出部530、等化係数算出部532、及び等化係数合成部534を有している点を除いて、第1の実施形態に係る周波数領域等化部452と同様の構成である。
等化係数算出部530は、伝達関数算出部524が算出した波長分散量に基づいた対角行列C(f)を用いて、等化係数行列W1(f)を算出する。具体的には、等化係数行列W1(f)は以下の式10に従って算出される。
W1(f)=C(f)−1・・・(10)
等化係数算出部532は、伝達関数算出部522が算出した帯域制限情報に基づいた対角行列G(f)を用いて、等化係数行列W2(f)を算出する。具体的には、等化係数行列W2(f)は以下の式11に従って算出される。
W2(f)=GH(G(f)HG(f)+(1/Es)×Φη)−1・・・(11)
ここで、G(f)Hは行列G(f)のエルミート転置行列である。また、Es及びΦηは、第1の実施形態に示したとおりである。
ここで、G(f)Hは行列G(f)のエルミート転置行列である。また、Es及びΦηは、第1の実施形態に示したとおりである。
等化係数合成部534は、等化係数算出部530が算出した等化係数行列W1(f)及び等化係数算出部532が算出した等化係数行列W2(f)を合成することにより、乗算部506が用いる等化係数行列W(f)を算出する。具体的には、等化係数合成部534は、W(f)=W1(f)×W2(f)により、等化係数行列W(f)を算出する。
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、信号処理部450が行う計算量は、受信装置40が受信した信号に含まれているノイズが白色雑音である場合に必要な計算量と比較して同等ながら、等化性能は、従来のMMSE係数を使用した場合と比較して向上する。
(第3の実施形態)
本実施形態に係る通信システム10は、信号処理部450の構成を除いて、第1の実施形態又は第2の実施形態に係る通信システム10と同様の構成である。
本実施形態に係る通信システム10は、信号処理部450の構成を除いて、第1の実施形態又は第2の実施形態に係る通信システム10と同様の構成である。
図8は、本実施形態に係る信号処理部450の構成を示す図である。本図に示す信号処理部450は、最尤系列推定部458を有している点を除いて、第1の実施形態又は第2の実施形態に係る信号処理部450と同様の構成である。
最尤系列推定部458は、キャリア再生部456が復調した4つの信号のそれぞれに対して、MLSE(Maximum Likelihood Sequence Estimation)アルゴリズムに従った処理(すなわち最尤系列推定処理)を行う。これにより、4つの信号のそれぞれからは、シンボル間干渉がさらに除去される。最尤系列推定部458は、例えば回路によって実現される。
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、信号処理部450が行う計算量は、受信装置40が受信した信号に含まれているノイズが白色雑音である場合に必要な計算量と比較して同等ながら、等化性能は、従来のMMSE係数を使用した場合と比較して向上する。
また、キャリア再生部456が復調した4つの信号は、最尤系列推定部458によって処理されているため、4つの信号のそれぞれからは、シンボル間干渉がさらに除去される。
また、キャリア再生部456が復調した4つの信号は、最尤系列推定部458によって処理されているため、4つの信号のそれぞれからは、シンボル間干渉がさらに除去される。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下の記載には限定されない。
(付記1)
偏波多重かつ多値変調されていて光伝送路を介して送信された光信号に基づいて電気信号を生成する電気信号生成手段と、
前記電気信号に対して補償処理を行う補償手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換後の前記電気信号に周波数領域で等化処理を行う等化処理手段と、
前記等化処理が行われた後の前記電気信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記等化処理に用いられる等化係数行列W(f)を設定する等化係数設定手段と、
を有し、
前記等化係数設定手段は、以下の式に基づいて、前記等化係数行列W(f)を設定する信号処理装置。
W(f)=H(f)H(H(f)HH(f)+(1/Es)×Φη)−1
ただしH(f)=G(f)×C(f)、HHは行列Hのエルミート転置行列であり、Esは前記光信号の電力であり、Φnは雑音の有色性に基づいて定められるN行N列の対角行列である。
G(f)は、前記光信号の生成時の帯域制限条件に基づいて設定される対角行列であり、C(f)は光伝送路で受けた波長分散に基づいて設定される対角行列である。
(付記2)
偏波多重かつ多値変調されていて光伝送路を介して送信された光信号に基づいて電気信号を生成する電気信号生成手段と、
前記電気信号に対して補償処理を行う補償手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換後の前記電気信号に周波数領域で等化処理を行う等化処理手段と、
前記等化処理が行われた後の前記電気信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記等化処理に用いられる等化係数行列W(f)を設定する等化係数設定手段と、
を有し、
前記等化係数設定手段は、以下の式に基づいて前記等化係数行列W(f)を設定する信号処理装置。
W(f)=W1(f)×W2(f)
ただし、W1(f)=C(f)−1、
W2(f)=G(f)H(G(f)HG(f)+(1/Es)×Φη)−1
G(f)Hは行列G(f)のエルミート転置行列であり、Esは前記電気信号の電力であり、Φnは雑音の有色性に基づいて定められるN行N列の対角行列である。
G(f)は、前記光信号の生成時の帯域制限条件に基づいて設定される対角行列であり、C(f)は光伝送路で受けた波長分散条件に基づいて設定される対角行列である。
(付記3)
付記1又は2に記載の信号処理装置において、
前記Φηの対角成分Φη[k](k=0,1、・・・、N−1)は、上記式(7)に基づいて定められる信号処理装置。
(付記4)
付記1〜3のいずれか一つに記載の信号処理装置において、
前記補償手段は、前記電気信号を分割することにより、前記フーリエ変換手段における処理単位の信号であるブロック信号を、隣接する前記ブロック信号間でオーバーラップが生じるように生成するオーバーラップ付与手段と、
前記逆フーリエ変換手段が逆フーリエ変換した前記ブロック信号から前記オーバーラップを除去し、当該除去後の前記ブロック信号を連結するオーバーラップ除去手段と、
を備える信号処理装置。
(付記5)
付記4に記載の信号処理装置において、
前記オーバーラップの大きさは、前記オーバーラップ除去手段における前記オーバーラップの除去によって前記電気信号のシンボル間干渉が除去されるように設定されている信号処理装置。
(付記6)
付記4又は5に記載の信号処理装置において、
前記帯域制限条件、及び前記波長分散を補償するための補償量に基づいて前記オーバーラップの大きさを設定するオーバーラップ制御手段を備える信号処理装置。
(付記7)
付記1〜6のいずれか一つに記載の信号処理装置において、
前記光信号は波長分割多重通信(WDM)によって送信されており、
前記波長分割多重通信における一つの帯域は、ナイキスト条件よりも狭く設定されている信号処理装置。
(付記8)
光信号を生成して送信する信号送信装置と、
前記光信号を受信して処理する信号処理装置と、
を備え、
前記信号送信装置は、偏波多重かつ多値変調することにより前記光信号を生成し、
前記信号処理装置は、請求項1又は2に記載の信号処理装置である通信システム。
(付記9)
付記8に記載の通信システムにおいて、
前記Φηの対角成分Φη[k](k=0,1、・・・、N−1)は、上記式(7)に基づいて定められる通信システム。
(付記10)
付記8又は9に記載の通信システムにおいて、
前記補償手段は、前記電気信号を分割することにより、前記フーリエ変換手段における処理単位の信号であるブロック信号を、隣接する前記ブロック信号間でオーバーラップが生じるように生成するオーバーラップ付与手段と、
前記逆フーリエ変換手段が逆フーリエ変換した前記ブロック信号から前記オーバーラップを除去し、当該除去後の前記ブロック信号を連結するオーバーラップ除去手段と、
を備える通信システム。
(付記11)
付記10に記載の通信システムにおいて、
前記オーバーラップの大きさは、前記オーバーラップ除去手段における前記オーバーラップの除去によって前記電気信号のシンボル間干渉が除去されるように設定されている通信システム。
(付記12)
付記10又は11に記載の通信システムにおいて、
前記帯域制限条件、及び前記波長分散を補償するための補償量に基づいて前記オーバーラップの大きさを設定するオーバーラップ制御手段を備える通信システム。
(付記13)
付記8〜12のいずれか一つに記載の通信システムにおいて、
前記光信号は波長分割多重通信(WDM)によって送信されており、
前記波長分割多重通信における一つの帯域は、ナイキスト条件よりも狭く設定されている通信システム。
(付記14)
光信号を受信して処理する信号処理方法であって、
前記光信号は、偏波多重かつ多値変調することにより前記光信号が生成されており、
前記光信号は、請求項1又は2に記載の信号処理装置を用いて処理される信号処理方法。
(付記15)
付記14に記載の信号処理方法において、
前記Φηの対角成分Φη[k](k=0,1、・・・、N−1)は、上記式(7)に基づいて定められる信号処理方法。
(付記16)
付記14又は15に記載の信号処理方法において、
前記補償手段は、前記電気信号を分割することにより、前記フーリエ変換手段における処理単位の信号であるブロック信号を、隣接する前記ブロック信号間でオーバーラップが生じるように生成するオーバーラップ付与手段と、
前記逆フーリエ変換手段が逆フーリエ変換した前記ブロック信号から前記オーバーラップを除去し、当該除去後の前記ブロック信号を連結するオーバーラップ除去手段と、
を備える信号処理方法。
(付記17)
付記16に記載の信号処理方法において、
前記オーバーラップの大きさは、前記オーバーラップ除去手段における前記オーバーラップの除去によって前記電気信号のシンボル間干渉が除去されるように設定されている信号処理方法。
(付記18)
付記16又は17に記載の信号処理方法において、
前記帯域制限条件、及び前記波長分散を補償するための補償量に基づいて前記オーバーラップの大きさを設定するオーバーラップ制御手段を備える信号処理方法。
(付記19)
付記14〜18のいずれか一つに記載の信号処理方法において、
前記光信号は波長分割多重通信(WDM)によって送信されており、
前記波長分割多重通信における一つの帯域は、ナイキスト条件よりも狭く設定されている信号処理方法。
(付記1)
偏波多重かつ多値変調されていて光伝送路を介して送信された光信号に基づいて電気信号を生成する電気信号生成手段と、
前記電気信号に対して補償処理を行う補償手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換後の前記電気信号に周波数領域で等化処理を行う等化処理手段と、
前記等化処理が行われた後の前記電気信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記等化処理に用いられる等化係数行列W(f)を設定する等化係数設定手段と、
を有し、
前記等化係数設定手段は、以下の式に基づいて、前記等化係数行列W(f)を設定する信号処理装置。
W(f)=H(f)H(H(f)HH(f)+(1/Es)×Φη)−1
ただしH(f)=G(f)×C(f)、HHは行列Hのエルミート転置行列であり、Esは前記光信号の電力であり、Φnは雑音の有色性に基づいて定められるN行N列の対角行列である。
G(f)は、前記光信号の生成時の帯域制限条件に基づいて設定される対角行列であり、C(f)は光伝送路で受けた波長分散に基づいて設定される対角行列である。
(付記2)
偏波多重かつ多値変調されていて光伝送路を介して送信された光信号に基づいて電気信号を生成する電気信号生成手段と、
前記電気信号に対して補償処理を行う補償手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換後の前記電気信号に周波数領域で等化処理を行う等化処理手段と、
前記等化処理が行われた後の前記電気信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記等化処理に用いられる等化係数行列W(f)を設定する等化係数設定手段と、
を有し、
前記等化係数設定手段は、以下の式に基づいて前記等化係数行列W(f)を設定する信号処理装置。
W(f)=W1(f)×W2(f)
ただし、W1(f)=C(f)−1、
W2(f)=G(f)H(G(f)HG(f)+(1/Es)×Φη)−1
G(f)Hは行列G(f)のエルミート転置行列であり、Esは前記電気信号の電力であり、Φnは雑音の有色性に基づいて定められるN行N列の対角行列である。
G(f)は、前記光信号の生成時の帯域制限条件に基づいて設定される対角行列であり、C(f)は光伝送路で受けた波長分散条件に基づいて設定される対角行列である。
(付記3)
付記1又は2に記載の信号処理装置において、
前記Φηの対角成分Φη[k](k=0,1、・・・、N−1)は、上記式(7)に基づいて定められる信号処理装置。
(付記4)
付記1〜3のいずれか一つに記載の信号処理装置において、
前記補償手段は、前記電気信号を分割することにより、前記フーリエ変換手段における処理単位の信号であるブロック信号を、隣接する前記ブロック信号間でオーバーラップが生じるように生成するオーバーラップ付与手段と、
前記逆フーリエ変換手段が逆フーリエ変換した前記ブロック信号から前記オーバーラップを除去し、当該除去後の前記ブロック信号を連結するオーバーラップ除去手段と、
を備える信号処理装置。
(付記5)
付記4に記載の信号処理装置において、
前記オーバーラップの大きさは、前記オーバーラップ除去手段における前記オーバーラップの除去によって前記電気信号のシンボル間干渉が除去されるように設定されている信号処理装置。
(付記6)
付記4又は5に記載の信号処理装置において、
前記帯域制限条件、及び前記波長分散を補償するための補償量に基づいて前記オーバーラップの大きさを設定するオーバーラップ制御手段を備える信号処理装置。
(付記7)
付記1〜6のいずれか一つに記載の信号処理装置において、
前記光信号は波長分割多重通信(WDM)によって送信されており、
前記波長分割多重通信における一つの帯域は、ナイキスト条件よりも狭く設定されている信号処理装置。
(付記8)
光信号を生成して送信する信号送信装置と、
前記光信号を受信して処理する信号処理装置と、
を備え、
前記信号送信装置は、偏波多重かつ多値変調することにより前記光信号を生成し、
前記信号処理装置は、請求項1又は2に記載の信号処理装置である通信システム。
(付記9)
付記8に記載の通信システムにおいて、
前記Φηの対角成分Φη[k](k=0,1、・・・、N−1)は、上記式(7)に基づいて定められる通信システム。
(付記10)
付記8又は9に記載の通信システムにおいて、
前記補償手段は、前記電気信号を分割することにより、前記フーリエ変換手段における処理単位の信号であるブロック信号を、隣接する前記ブロック信号間でオーバーラップが生じるように生成するオーバーラップ付与手段と、
前記逆フーリエ変換手段が逆フーリエ変換した前記ブロック信号から前記オーバーラップを除去し、当該除去後の前記ブロック信号を連結するオーバーラップ除去手段と、
を備える通信システム。
(付記11)
付記10に記載の通信システムにおいて、
前記オーバーラップの大きさは、前記オーバーラップ除去手段における前記オーバーラップの除去によって前記電気信号のシンボル間干渉が除去されるように設定されている通信システム。
(付記12)
付記10又は11に記載の通信システムにおいて、
前記帯域制限条件、及び前記波長分散を補償するための補償量に基づいて前記オーバーラップの大きさを設定するオーバーラップ制御手段を備える通信システム。
(付記13)
付記8〜12のいずれか一つに記載の通信システムにおいて、
前記光信号は波長分割多重通信(WDM)によって送信されており、
前記波長分割多重通信における一つの帯域は、ナイキスト条件よりも狭く設定されている通信システム。
(付記14)
光信号を受信して処理する信号処理方法であって、
前記光信号は、偏波多重かつ多値変調することにより前記光信号が生成されており、
前記光信号は、請求項1又は2に記載の信号処理装置を用いて処理される信号処理方法。
(付記15)
付記14に記載の信号処理方法において、
前記Φηの対角成分Φη[k](k=0,1、・・・、N−1)は、上記式(7)に基づいて定められる信号処理方法。
(付記16)
付記14又は15に記載の信号処理方法において、
前記補償手段は、前記電気信号を分割することにより、前記フーリエ変換手段における処理単位の信号であるブロック信号を、隣接する前記ブロック信号間でオーバーラップが生じるように生成するオーバーラップ付与手段と、
前記逆フーリエ変換手段が逆フーリエ変換した前記ブロック信号から前記オーバーラップを除去し、当該除去後の前記ブロック信号を連結するオーバーラップ除去手段と、
を備える信号処理方法。
(付記17)
付記16に記載の信号処理方法において、
前記オーバーラップの大きさは、前記オーバーラップ除去手段における前記オーバーラップの除去によって前記電気信号のシンボル間干渉が除去されるように設定されている信号処理方法。
(付記18)
付記16又は17に記載の信号処理方法において、
前記帯域制限条件、及び前記波長分散を補償するための補償量に基づいて前記オーバーラップの大きさを設定するオーバーラップ制御手段を備える信号処理方法。
(付記19)
付記14〜18のいずれか一つに記載の信号処理方法において、
前記光信号は波長分割多重通信(WDM)によって送信されており、
前記波長分割多重通信における一つの帯域は、ナイキスト条件よりも狭く設定されている信号処理方法。
この出願は、2015年8月21日に出願された日本出願特願2015−163904号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
Claims (9)
- 偏波多重かつ多値変調されていて光伝送路を介して送信された光信号に基づいて電気信号を生成する電気信号生成手段と、
前記電気信号に対して補償処理を行う補償手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換後の前記電気信号に周波数領域で等化処理を行う等化処理手段と、
前記等化処理が行われた後の前記電気信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記等化処理に用いられる等化係数行列W(f)を設定する等化係数設定手段と、
を有し、
前記等化係数設定手段は、以下の式に基づいて、前記等化係数行列W(f)を設定する信号処理装置。
W(f)=H(f)H(H(f)HH(f)+(1/Es)×Φη)−1
ただしH(f)=G(f)×C(f)、HHは行列Hのエルミート転置行列であり、Esは前記光信号の電力であり、Φnは雑音の有色性に基づいて定められるN行N列の対角行列である。
G(f)は、前記光信号の生成時の帯域制限条件に基づいて設定される対角行列であり、C(f)は光伝送路で受けた波長分散に基づいて設定される対角行列である。 - 偏波多重かつ多値変調されていて光伝送路を介して送信された光信号に基づいて電気信号を生成する電気信号生成手段と、
前記電気信号に対して補償処理を行う補償手段と、
を備え、
前記補償手段は、
前記電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換後の前記電気信号に周波数領域で等化処理を行う等化処理手段と、
前記等化処理が行われた後の前記電気信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記等化処理に用いられる等化係数行列W(f)を設定する等化係数設定手段と、
を有し、
前記等化係数設定手段は、以下の式に基づいて前記等化係数行列W(f)を設定する信号処理装置。
W(f)=W1(f)×W2(f)
ただし、W1(f)=C(f)−1、
W2(f)=G(f)H(G(f)HG(f)+(1/Es)×Φη)−1
G(f)Hは行列G(f)のエルミート転置行列であり、Esは前記電気信号の電力であり、Φnは雑音の有色性に基づいて定められるN行N列の対角行列である。
G(f)は、前記光信号の生成時の帯域制限条件に基づいて設定される対角行列であり、C(f)は光伝送路で受けた波長分散条件に基づいて設定される対角行列である。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の信号処理装置において、
前記補償手段は、前記電気信号を分割することにより、前記フーリエ変換手段における処理単位の信号であるブロック信号を、隣接する前記ブロック信号間でオーバーラップが生じるように生成するオーバーラップ付与手段と、
前記逆フーリエ変換手段が逆フーリエ変換した前記ブロック信号から前記オーバーラップを除去し、当該除去後の前記ブロック信号を連結するオーバーラップ除去手段と、
を備える信号処理装置。 - 請求項4に記載の信号処理装置において、
前記オーバーラップの大きさは、前記オーバーラップ除去手段における前記オーバーラップの除去によって前記電気信号のシンボル間干渉が除去されるように設定されている信号処理装置。 - 請求項4又は5に記載の信号処理装置において、
前記帯域制限条件、及び前記波長分散を補償するための補償量に基づいて前記オーバーラップの大きさを設定するオーバーラップ制御手段を備える信号処理装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の信号処理装置において、
前記光信号は波長分割多重通信(WDM)によって送信されており、
前記波長分割多重通信における一つの帯域は、ナイキスト条件よりも狭く設定されている信号処理装置。 - 光信号を生成して送信する信号送信装置と、
前記光信号を受信して処理する信号処理装置と、
を備え、
前記信号送信装置は、偏波多重かつ多値変調することにより前記光信号を生成し、
前記信号処理装置は、請求項1又は2に記載の信号処理装置である通信システム。 - 光信号を受信して処理する信号処理方法であって、
前記光信号は、偏波多重かつ多値変調することにより前記光信号が生成されており、
前記光信号は、請求項1又は2に記載の信号処理装置を用いて処理される信号処理方法。
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