JP6741864B2 - 信号分離装置及び信号分離方法 - Google Patents
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Description
本願は、2017年4月13日に日本へ出願された特願2017−079870号に基づいて優先権を主張し、その内容をここに援用する。
上記信号受信装置において、前記少なくとも1つの信号分離装置は複数の信号分離装置であって、前記空間フィルタリング部は、前記複数の受信信号および前記第2の判定信号のうち、少なくとも前記複数の受信信号と、前記所定の重み係数とを乗算することによって、前記少なくとも1つの等化信号として単一の等化信号を分離し、前記判定信号出力部は、前記等化信号として尤もらしい信号を表す仮判定信号を前記第1の判定信号として生成する仮判定信号出力部であり、k(kは2以上の整数)番目の信号分離装置の空間フィルタリング部では、前記複数の受信信号であるNR(NRは2以上の整数)個の受信信号と、一番目の信号分離装置から(k−1)番目の信号分離装置までで得られた前記第2の判定信号としての(k−1)個の仮判定信号との合計(NR+k−1)個の信号を入力し、前記複数の受信信号から信号kを分離するようにしてもよい。
上記信号受信装置において、前記判定信号出力部は、前記等化信号として尤もらしい信号を表す仮判定信号を前記第1の判定信号として生成する仮判定信号出力部であってもよい。
上記信号受信装置において、前記少なくとも1つの信号分離装置は単一の信号分離装置であって、前記判定信号出力部は、前記第1の判定信号を前記空間フィルタリング部に出力し、前記空間フィルタリング部は、前記複数の受信信号、および、前記判定信号出力部から出力される前記第1の判定信号のうち、少なくとも前記複数の受信信号と、前記所定の重み係数とを乗算することによって、前記少なくとも1つの等化信号として複数の等化信号を分離し、前記判定信号出力部は、前記複数の受信信号に対して、前記第1の判定信号を所定回数生成すると、前記第1の判定信号を前記特定の信号として出力するようにしてもよい。
上記信号受信装置において、前記空間フィルタリング部が出力する前記少なくとも1つの等化信号に基づいて、前記少なくとも1つの等化信号の位相雑音を推定し、推定された前記位相雑音を出力する位相雑音推定部をさらに備えていてもよい。
上記信号受信装置において、前記空間フィルタリング部は、前記位相雑音推定部から出力される前記位相雑音と前記第1の判定信号または前記第2の判定信号とを乗算する位相補正部と、前記複数の受信信号および前記位相補正部の出力信号に係数を乗算する係数乗算部と、を備えていてもよい。
図1は、本発明の第1〜第4の実施形態における光信号受信装置10の構成図である。光信号受信装置10は、受信部11及び第一信号分離装置12−1〜第k信号分離装置12−k(kは2以上の整数)を備える。なお、以下の説明では、第一信号分離装置12−1〜第k信号分離装置12−kについて特に区別しない場合には単に信号分離装置12と記載する。
受信部11は、不図示の各光信号送信装置から送信された信号を受信する。例えば、受信部11は、NR個(NRは2以上の整数)の信号を受信する。受信部11は、受信したNR個の信号を各信号分離装置12に出力する。
以下、信号分離装置の詳細について説明する。
図2は、第1の実施形態における光信号受信装置10の機能構成を表す概略ブロック図である。なお、図2では受信部11の図示を省略している(図2以降の図面についても同様)。図2では、光信号受信装置10が備える信号分離装置12のうち第一信号分離装置12−1及び第二信号分離装置12−2を用いて、信号分離装置12の処理を説明する。なお、本実施形態においても説明の簡単化のためにSINRの高い順に受信信号y(すなわち、受信したNR個の信号)の成分をソートしたものとして説明を行う。
空間フィルタリング部13−1は、受信部11から出力されたNR個の信号を入力し、入力したNR個の信号に対して、重み係数を乗算することによって等化信号を分離する。重み係数は、信号分離に用いられる係数であり、初期値としては予め設定されていてもよいし、0であってもよい。なお、重み係数は、処理の度に更新される。空間フィルタリング部13−1の処理によって分離された等化信号をx1^とする。
重み係数更新部15−1は、空間フィルタリング部13−1の処理によって得られた等化信号x1^を入力し、入力した等化信号x1^に基づいて重み係数wT 1を更新する。以下の説明では、重み係数更新部15−1が更新する重み係数wT 1を第一重み係数と記載する。
空間フィルタリング部13−2は、受信部11から出力されたNR個の信号と、第一信号分離装置12−1から出力された第一仮判定信号x1 −との合計(NR+1)個の信号を入力し、入力した(NR+1)個の信号に対して、重み係数ベクトルを乗算することによって等化信号を分離する。空間フィルタリング部13−2の処理によって分離された等化信号をx2^とする。
重み係数更新部15−2は、空間フィルタリング部13−2の処理によって得られた等化信号x2^を入力し、入力した等化信号x2^に基づいて重み係数wT 2を更新する。以下の説明では、重み係数更新部15−2が更新する重み係数wT 2を第二重み係数と記載する。
空間フィルタリング部13−1は、受信部11から出力されたNR個の信号を入力する(ステップS101)。空間フィルタリング部13−1は、入力したNR個の信号と、重み係数更新部15−1から出力された第一重み係数wT 1とを乗算することによって等化信号を分離する(ステップS102)。空間フィルタリング部13−1は、分離した等化信号x1^を仮判定信号出力部14−1に出力する。
x1^=xr1^+1j*xi1^
x1^を判定するには、xr1^とxi1^をそれぞれ判定すれば良い。白色雑音のもとで、全てのQPSK変調信号のマーク率が全てのシンボル間で等しいと仮定すると、xr1^の識別点は0である。すなわち、xr1^>0またはxr1^=0であるならば1(または0)と判定し、xr1^<0であるならば0(または1)と判定する。同様に、xi1^>0であるならば1(または0)と判定し、xi1^<0またはxi1^=0であるならば0(または1)と判定する。xr1^とxi1^でそれぞれ1ビットずつ判定され、合計2ビットを仮判定結果である第一仮判定信号x1 −として出力する。
図4は、第2の実施形態における光信号受信装置10aの機能構成を表す概略ブロック図である。図4では、光信号受信装置10aが備える信号分離装置12aのうち第一信号分離装置12a−1及び第二信号分離装置12a−2を用いて、信号分離装置12aの処理を説明する。なお、本実施形態においても説明の簡単化のためにSINRの高い順に受信信号yの成分をソートしたものとして説明を行う。
第一信号分離装置12a−1は、仮判定信号出力部14−1に代えて仮判定信号出力部14a−1を備える点で第一信号分離装置12−1と構成が異なる。第一信号分離装置12a−1における他の構成は第一信号分離装置12−1と同様である。そのため、第一信号分離装置12a−1の全体の説明は省略し、仮判定信号出力部14a−1について説明する。
第二信号分離装置12a−2は、仮判定信号出力部14−2に代えて仮判定信号出力部14a−2を備える点で第二信号分離装置12−2と構成が異なる。第二信号分離装置12a−2における他の構成は第二信号分離装置12−2と同様である。そのため、第二信号分離装置12a−2の全体の説明は省略し、仮判定信号出力部14a−2について説明する。
また、光信号受信装置10aは、仮判定信号の生成時に誤り訂正を行う。これにより、第1の実施形態よりも精度よく多重信号を分離することが可能となる。
また、一般に逐次干渉キャンセラの信号検出性能はレプリカ信号の生成精度に依存する。空間フィルタリング部13−1から出力される等化信号x1^を、誤り訂正復号部143−1を通さずに仮判定すると誤りを含みやすい為、逐次干渉キャンセラの信号検出性能が劣化しやすい。一方で、空間フィルタリング部13−1から出力される等化信号x1^を、誤り訂正復号部143−1を通して仮判定すると、誤り訂正復号の効果とインタリーバの効果とがあいまって、ビット誤り率が誤り閾値以下もしくはその付近であれば、レプリカ信号の生成精度を高め、結果として逐次干渉キャンセラの信号検出性能を高めることができる。
図6は、第3の実施形態における光信号受信装置10bにおける第k信号分離装置12b−kの機能構成を表す概略ブロック図である。なお、本実施形態においても説明の簡単化のためにSINRの高い順に受信信号yの成分をソートしたものとして説明を行う。
第k信号分離装置12b−kは、空間フィルタリング部13b−k、仮判定信号出力部14−k、重み係数更新部15b−k及び位相雑音推定部16−kを備える。
第一乗算部131−kは、入力した(NR+k−1)個の信号のうち受信信号であるNR個の信号と、重み係数更新部15b−kから出力された第k重み係数wT k1とを乗算する。このように、第一乗算部131−kは、NR個の受信信号に対して係数を乗算する。
乗算器131a−kは、第一乗算部131−kから出力された出力信号と、位相雑音推定部16−kによって推定された位相雑音とを乗算する。
第二乗算部132−kは、入力した(NR+k−1)個の信号のうち(k−1)個の信号と、重み係数更新部15b−kから出力された第k重み係数wT k2とを乗算する。第二乗算部132−kに入力される(k−1)個の信号は、第一信号分離装置12−1から第(k−1)信号分離装置12b−(k−1)までで出力された第一仮判定信号x1 −から第(k−1)仮判定信号x(k−1) −である。このように、第二乗算部132−kは、(k−1)個の信号に対して係数を乗算する。
位相雑音推定部16−kは、空間フィルタリング部13b−kの処理によって得られた等化信号xk^を入力し、入力した等化信号xk^から位相雑音を推定する。位相雑音推定部16−kで用いるアルゴリズムは、特に限定するものではなく、デジタル位相同期ループ法やビタビ・ビタビアルゴリズムなどを用いることができる。また、位相雑音推定部16−kは、光位相同期ループからの出力を用いてもよい。
また、前述のように逐次干渉キャンセラの信号検出性能は、レプリカ信号の生成精度に大きく依存する。光コヒーレント検波の場合、受信信号には、送信側の光源と受信側の局発光の位相ずれや周波数ずれに起因する位相雑音が重畳する。従来の逐次干渉キャンセラを光通信に適用する場合、レプリカ信号の生成精度を高めるためには、空間フィルタリング部13b−kの入力前において、伝搬路での位相および振幅の変化、すなわちチャネル情報を高精度に求めることが要求されるだけではなく、位相雑音を高精度に求めることも要求される。それに対して、本実施形態における位相雑音推定部16−kと空間フィルタリング部13b−kとを組み合わせて用いることにより、チャネル情報の推定や位相雑音の推定を予め行うことが不要となる。
第k信号分離装置12b−kが備える仮判定信号出力部14−kは、誤り訂正の機能を有するものと置き換えてもよい。すなわち、仮判定信号出力部14−kが、第2の実施形態と同様に対数尤度比計算部、デインタリーバ、誤り訂正復号部、インタリーバ及びマッピング回路を備えてもよい。
図7は、第4の実施形態における光信号受信装置10cにおける第k信号分離装置12c−kの機能構成を表す概略ブロック図である。なお、本実施形態においても説明の簡単化のためにSINRの高い順に受信信号yの成分をソートしたものとして説明を行う。
第k信号分離装置12c−kは、空間フィルタリング部13c−k、仮判定信号出力部14−k、重み係数更新部15c−k及び位相雑音推定部16−kを備える。
演算器137−kは、位相雑音推定部16−kによって推定された位相雑音(図7におけるexp(−1j*θk)に相当)から位相雑音補正(図7におけるexp(1j*θk)に相当)を求める。位相補正部134−kは、入力した(NR+k−1)個の信号のうち(k−1)個の信号と、演算器137−kによって求められた位相雑音補正とを用いて、位相補正を行う。例えば、位相補正部134−kは、以下の式(16)に基づいて位相補正を行う。
係数乗算部135−kは、入力した(NR+k−1)個の信号のうちNR個の信号と、位相補正後の(k−1)個の信号と、重み係数更新部15c−kから出力された第k重み係数wT kとを乗算する。
乗算器136−kは、係数乗算部135−kから出力された出力信号と、位相雑音推定部16−kによって推定された位相雑音とを乗算することによって等化信号xk^を生成する。乗算器136−kは、生成した等化信号xk^を仮判定信号出力部14−k、重み係数更新部15c−k及び位相雑音推定部16−kに出力する。
第k信号分離装置12c−kが備える仮判定信号出力部14−kは、誤り訂正の機能を有するものと置き換えてもよい。すなわち、仮判定信号出力部14−kが、第2の実施形態と同様に対数尤度比計算部、デインタリーバ、誤り訂正復号部、インタリーバ及びマッピング回路を備えてもよい。
図8および図9は、第5の実施形態における光信号受信装置に設けられた信号分離装置の機能構成を表す概略ブロック図である。本実施形態の光信号受信装置は、図1に示した第一信号分離装置12−1および第k信号分離装置12−kに代えて、第一信号分離装置12d−1および第k信号分離装置12d−kを備える点で、第1の実施形態における光信号受信装置とは構成が異なっている。
重み係数更新部15d−kと位相雑音推定部16d−kは、図10に示す同名の機能部と同じ処理を行うため、ここではそれらの説明を省略する。
仮判定信号出力部14d−1−1〜14d−1−NTおよび仮判定信号出力部14d−k−1〜14d−k−NTは、誤り訂正の機能を有するものと置き換えてもよい。すなわち、これら仮判定信号出力部のそれぞれが、第2の実施形態と同様に、対数尤度比計算部、デインタリーバ、誤り訂正復号部、インタリーバ及びマッピング回路を備えてもよい。
図12および図13は、第6の実施形態における光信号受信装置に設けられた信号分離装置の機能構成を表す概略ブロック図である。図12は第一信号分離装置12e−1の機能構成を表す概略ブロック図であり、図13は第k信号分離装置12e−kの機能構成を表す概略ブロック図である。これらの信号分離装置は、第5の実施形態における第一信号分離装置12d−1および第k信号分離装置12d−k内の仮判定信号出力部14d−1−1〜14d−1−NTおよび仮判定信号出力部14d−k−1〜14d−k−NTの代わりに、軟判定信号出力部14e−1−1〜14e−1−NTおよび軟判定信号出力部14e−k−1〜14e−k−NTを備える点で、第5の実施形態における信号分離装置と構成が異なっている。
Le(ci t)=Lp(ci t)−La(ci t) …(17)
bi t 〜=tanh(bi t) …(18)
図15は、第7の実施形態における光信号受信装置に設けられた信号分離装置の機能構成を表す概略ブロック図である。本実施形態の信号分離装置12fは、空間フィルタリング部13f及び判定信号出力部14f−1〜14f−NTを備える。空間フィルタリング部13fは、第5実施形態で説明した空間フィルタリング部または第6実施形態で説明した空間フィルタリングと同様の機能を有する。判定信号出力部14f−1〜14f−NTは、上述した実施形態における仮判定信号出力部または軟判定信号出力部である。
上記の信号検出処理がk=Pに対して行われるまで繰り返されると、信号分離装置12fは、判定信号系列x1〜〜xNT 〜を出力する。
11…受信部
12…信号分離装置
12−1、12a−1、12d−1…第一信号分離装置
12−2、12a−2…第二信号分離装置
12−k、12b−k、12d−k…第k信号分離装置
12f…信号分離装置
13−1、13−2、13b−k、13d−1、13d−k、13f…空間フィルタリング部
131−k、131d−k…第一乗算部
131a−k、131da−k、136d−k…乗算器
132−k、132d−k…第二乗算部
133−k、133d−k…加算器
134−k、134d−k…位相補正部
135−k、135d−k…係数乗算部
136−k…乗算器
137−k…演算器
14−1〜14−2、14a−1〜14a−2、14a−k、14d−1−1〜14d−1−NT、14d−k−1〜14d−k−NT…仮判定信号出力部
14e−1−1〜14e−1−NT、14e−k−1〜14e−k−NT…軟判定信号出力部
14f−1〜14f−NT…判定信号出力部
141−1〜141−2、141e…対数尤度比計算部
142−1〜142−2、142e…デインタリーバ
143−1〜143−2、143e…誤り訂正復号部
144−1〜144−2、144e…インタリーバ
145−1〜145−2…マッピング回路
146e…軟判定シンボル生成部
147e…減算器
15−1、15−2、15b−k、15c−k、15d−k…重み係数更新部
16−k、16d−k…位相雑音推定部
Claims (11)
- 複数の受信信号から特定の信号を分離する少なくとも1つの信号分離装置を備え、
前記少なくとも1つの信号分離装置のそれぞれは、
少なくとも1つの等化信号を分離する空間フィルタリング部と、
前記等化信号を判定して第1の判定信号を生成し、生成された前記第1の判定信号を出力する判定信号出力部と
を備え、
前記空間フィルタリング部は、前記複数の受信信号、および、前記判定信号出力部から出力される前記第1の判定信号または他の信号分離装置から出力される第2の判定信号のいずれかのうち、少なくとも前記複数の受信信号と、重み係数とを乗算することによって、前記少なくとも1つの等化信号を分離し、
前記少なくとも1つの信号分離装置のそれぞれは、前記少なくとも1つの等化信号に基づいて前記重み係数を更新する重み係数更新部をさらに備える信号受信装置。 - 前記少なくとも1つの信号分離装置は複数の信号分離装置であって、
前記空間フィルタリング部は、前記複数の受信信号および前記第2の判定信号のうち、少なくとも前記複数の受信信号と、前記重み係数とを乗算することによって、前記少なくとも1つの等化信号として単一の等化信号を分離し、
前記判定信号出力部は、前記等化信号として尤もらしい信号を表す仮判定信号を前記第1の判定信号として生成する仮判定信号出力部であり、
k(kは2以上の整数)番目の信号分離装置の空間フィルタリング部では、前記複数の受信信号であるNR(NRは2以上の整数)個の受信信号と、一番目の信号分離装置から(k−1)番目の信号分離装置までで得られた前記第2の判定信号としての(k−1)個の仮判定信号との合計(NR+k−1)個の信号を入力し、前記複数の受信信号から信号kを分離する請求項1に記載の信号受信装置。 - 前記少なくとも1つの信号分離装置は複数の信号分離装置であって、
前記空間フィルタリング部は、前記複数の受信信号および前記第2の判定信号のうち、少なくとも前記複数の受信信号と、前記重み係数とを乗算することによって、前記少なくとも1つの等化信号として複数の等化信号を分離し、
k(kは2以上の整数)番目の信号分離装置の空間フィルタリング部では、前記複数の受信信号であるNR(NRは2以上の整数)個の受信信号を入力するとともに、(k−1)番目の信号分離装置の判定信号出力部により生成される前記第1の判定信号を前記第2の判定信号として入力し、前記複数の受信信号から前記特定の信号を分離する請求項1に記載の信号受信装置。 - 前記判定信号出力部は、前記等化信号として尤もらしい信号を表す仮判定信号を前記第1の判定信号として生成する仮判定信号出力部である請求項3に記載の信号受信装置。
- 前記判定信号出力部は、送信信号情報の尤度情報を算出し、前記尤度情報に基づく軟判定シンボルを前記第1の判定信号として生成する軟判定信号出力部である請求項3に記載の信号受信装置。
- 前記少なくとも1つの信号分離装置は単一の信号分離装置であって、
前記判定信号出力部は、前記第1の判定信号を前記空間フィルタリング部に出力し、
前記空間フィルタリング部は、前記複数の受信信号、および、前記判定信号出力部から出力される前記第1の判定信号のうち、少なくとも前記複数の受信信号と、前記重み係数とを乗算することによって、前記少なくとも1つの等化信号として複数の等化信号を分離し、
前記判定信号出力部は、前記複数の受信信号に対して、前記第1の判定信号を所定回数生成すると、前記第1の判定信号を前記特定の信号として出力する請求項1に記載の信号受信装置。 - 前記判定信号出力部は、誤り訂正復号部を備える、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の信号受信装置。
- 前記空間フィルタリング部が出力する前記少なくとも1つの等化信号に基づいて、前記少なくとも1つの等化信号の位相雑音を推定し、推定された前記位相雑音を出力する位相雑音推定部をさらに備える、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の信号受信装置。
- 前記空間フィルタリング部は、
前記複数の受信信号に係数を乗算する第一乗算部と、
前記第1の判定信号または前記第2の判定信号に係数を乗算する第二乗算部と、
前記位相雑音推定部から出力される前記位相雑音と前記第一乗算部の出力を乗算する第三乗算部と、
前記第二乗算部の出力と前記第三乗算部の出力を加算する加算部と
を備える、請求項8に記載の信号受信装置。 - 前記空間フィルタリング部は、
前記位相雑音推定部から出力される前記位相雑音と前記第1の判定信号または前記第2の判定信号とを乗算する位相補正部と、
前記複数の受信信号および前記位相補正部の出力信号に係数を乗算する係数乗算部と、
を備える、請求項8に記載の信号受信装置。 - 複数の受信信号から特定の信号を分離する少なくとも1つの信号分離装置のそれぞれが、少なくとも1つの等化信号を分離する空間フィルタリングステップと、
前記等化信号を判定して第1の判定信号を生成し、生成された前記第1の判定信号を出力する判定信号出力ステップと、
を有し、
前記空間フィルタリングステップでは、前記複数の受信信号、および、前記判定信号出力ステップにおいて出力される前記第1の判定信号または他の信号分離装置から出力される第2の判定信号のいずれかのうち、少なくとも前記複数の受信信号と、重み係数とを乗算することによって、前記少なくとも1つの等化信号を分離し、
前記少なくとも1つの信号分離装置のそれぞれが、前記少なくとも1つの等化信号に基づいて前記重み係数を更新する重み係数更新ステップをさらに有する信号分離方法。
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