JP6770494B2 - Optical receiver and known signal detection method - Google Patents
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Description
本発明は、光受信器及び既知信号検出方法に関する。 The present invention relates to an optical receiver and a known signal detection method.
光通信システムにおいて、光受信器は、受信信号のフレームに付加された既知信号系列を初期収束に用いる。光受信器は、待受信号及び受信信号の相互相関に基づいて、信号処理のタイミングに受信信号を同期させる。待受信号は、既知信号系列と同系列の信号である。光受信器は、待受信号及び受信信号の相互相関に基づいて、既知信号系列を抽出し、この系列を初期収束に使用することで適応等化フィルタの収束特性を改善することができる(特許文献1参照)。 In an optical communication system, an optical receiver uses a known signal sequence added to a frame of a received signal for initial convergence. The optical receiver synchronizes the received signal with the timing of signal processing based on the cross-correlation between the standby signal and the received signal. The standby signal is a signal of the same sequence as the known signal sequence. The optical receiver can improve the convergence characteristics of the adaptive equalization filter by extracting a known signal sequence based on the cross-correlation of the standby signal and the received signal and using this sequence for initial convergence (patented). Reference 1).
しかしながら、受信信号の同期特性は、伝送路において受信信号に生じた歪みによって劣化する。従来の光受信器は、受信信号の同期特性の劣化を軽減することができないという問題があった。 However, the synchronization characteristics of the received signal are deteriorated by the distortion generated in the received signal in the transmission line. The conventional optical receiver has a problem that the deterioration of the synchronization characteristics of the received signal cannot be reduced.
上記事情に鑑み、本発明は、受信信号の同期特性の劣化を軽減することが可能である光受信器及び既知信号検出方法を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide an optical receiver and a known signal detection method capable of reducing deterioration of synchronization characteristics of received signals.
本発明の一態様は、時間方向に特定周期で配置された複数の特定信号系列を含む既知信号系列を取得する取得部と、前記特定信号系列同士の自己相関係数の成分量を周期ごとに取得する自己相関取得部と、前記周期ごとの前記自己相関係数の成分量のうちから、前記特定周期の前記自己相関係数の成分量を取得する特定周期成分取得部と、前記既知信号系列を含むフレームにおいて前記特定周期の前記自己相関係数の成分量が最大となる位置を検出する自己相関位置検出部とを備える光受信器である。 One aspect of the present invention is an acquisition unit that acquires a known signal sequence including a plurality of specific signal sequences arranged at a specific cycle in the time direction, and a component amount of an autocorrelation coefficient between the specific signal sequences for each cycle. The autocorrelation acquisition unit to be acquired, the specific period component acquisition unit for acquiring the component amount of the autocorrelation coefficient in the specific cycle from the component amounts of the autocorrelation coefficient for each cycle, and the known signal sequence. It is an optical receiver including an autocorrelation position detection unit which detects a position where the component amount of the autocorrelation coefficient of the specific period becomes maximum in the frame including.
本発明の一態様は、上記の光受信器であって、前記既知信号系列は、異なるパターンの前記特定信号系列を含む。 One aspect of the present invention is the optical receiver, wherein the known signal sequence includes the specific signal sequence of a different pattern.
本発明の一態様は、上記の光受信器であって、複数の前記フレームについて前記特定周期の前記自己相関係数の成分量を平均化する平均化部を更に備え、前記自己相関位置検出部は、前記既知信号系列を含むフレームにおいて、平均化された前記特定周期の前記自己相関係数の成分量が最大となる位置を検出する。 One aspect of the present invention is the above-mentioned optical receiver, further including an averaging unit for averaging the component amounts of the autocorrelation coefficients in the specific period for a plurality of the frames, and the autocorrelation position detection unit. Detects the position where the component amount of the autocorrelation coefficient of the averaged specific period is maximized in the frame including the known signal sequence.
本発明の一態様は、上記の光受信器であって、前記フレームにおいて隣接するブロックについて、予め定められた待受信号と前記既知信号系列との相互相関係数の成分量を周期ごとに取得する相互相関取得部と、前記既知信号系列を含むフレームにおいて前記特定周期の前記相互相関係数の成分量が最大となる位置を検出する相互相関位置検出部とを更に備える。 One aspect of the present invention is the above-mentioned optical receiver, and for the adjacent blocks in the frame, the component amount of the cross-correlation coefficient between the predetermined standby signal and the known signal sequence is acquired for each cycle. The cross-correlation acquisition unit is further provided, and a cross-correlation position detection unit that detects the position where the component amount of the cross-correlation coefficient in the specific period is maximized in the frame including the known signal sequence.
本発明の一態様は、光受信器が実行する既知信号検出方法であって、時間方向に特定周期で配置された複数の特定信号系列を含む既知信号系列を取得するステップと、前記特定信号系列同士の自己相関係数の成分量を周期ごとに取得するステップと、前記周期ごとの前記自己相関係数の成分量のうちから、前記特定周期の前記自己相関係数の成分量を取得するステップと、前記既知信号系列を含むフレームにおいて前記特定周期の前記自己相関係数の成分量が最大となる位置を検出するステップとを有する既知信号検出方法である。 One aspect of the present invention is a known signal detection method executed by an optical receiver, which includes a step of acquiring a known signal sequence including a plurality of specific signal sequences arranged at a specific cycle in the time direction, and the specific signal sequence. A step of acquiring the component amount of the autocorrelation coefficient between each other for each cycle and a step of acquiring the component amount of the autocorrelation coefficient of the specific cycle from the component amount of the autocorrelation coefficient for each cycle. This is a known signal detection method including a step of detecting a position where the component amount of the autocorrelation coefficient of the specific period becomes maximum in a frame including the known signal sequence.
本発明により、受信信号の同期特性の劣化を軽減することが可能である。 According to the present invention, it is possible to reduce the deterioration of the synchronization characteristics of the received signal.
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、光通信システム1aの構成の例を示す図である。光通信システム1aは、光送信器2と、伝送路3と、光受信器4aとを備える。光送信器2は、データを含むフレームを光信号に変換する。光送信器2は、伝送路3を介して、光信号を光受信器4aに送信する。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the
図2は、フレームの構成の例を示す図である。フレームは、既知信号系列と、データを格納するペイロードとから構成される。図2では、フレーム10は、既知信号系列11と、ペイロード12とから構成される。光送信器2は、フレーム10における任意の位置に、既知信号系列11を付加する。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a frame configuration. A frame consists of a known signal sequence and a payload that stores data. In FIG. 2, the
図3は、既知信号系列11の構成の例を示す図である。既知信号系列11は、所定間隔で配置されたM個のサンプルから構成される特定信号系列を含むN個のサンプルを複数回繰り返すという特定パターンの信号系列である。既知信号系列11は、例えば300個のサンプルから構成される。特定信号系列は、サンプル単位の周期(以下「サンプル周期」という。)のうちの特定の周期(以下「特定周期」という。)「Nサンプル」ごとに検出される。既知信号系列において、特定信号系列は、1種類でもよいし2種類以上でもよい。図3では、特定パターン110は、特定周期「10サンプル」ごとに検出される1種類の特定信号系列を含む。特定パターン111は、特定周期「65サンプル」ごとに検出される2種類の特定信号系列を含む。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the
図1に示された伝送路3は、例えば光ファイバである。伝送路3は、例えば光スプリッタを更に備えてもよい。伝送路3は、光送信器2から送信された光信号を、光受信器4aに伝送する。
The
光受信器4aは、光信号処理部40と、ブロック同期回路41とを備える。光信号処理部40は、光送信器2から送信された光信号を、伝送路3を介して取得する。光信号処理部40は、データに応じた電気信号である受信信号に光信号を変換する。
The
図4は、ブロックの構成の例を示す図である。ブロック同期回路41は、受信信号のフレームを複数のブロックに分割する。ブロック同期回路41は、自己相関処理をブロックごとに実行する。ブロック同期回路41は、自己相関処理によって特定周期「Nサンプル」の成分を特定パターンから抽出する。すなわち、ブロック同期回路41は、周期ごとの自己相関の出力として特定周期の自己相関係数の成分を出力する。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a block configuration. The
ブロック同期回路41は、単一のフレームに対して施される処理(内部ループ処理)において、フレームにおける既知信号系列の時間方向の位置(時刻)を検出する。ここで、ブロック同期回路41は、単一のフレームにおいて特定周期の自己相関係数の成分量(電力)が多いブロックを特定する。ブロック同期回路41は、特定されたブロックに既知信号系列11が含まれていると判定する。図4では、各ブロック50のうち、周期ごとの自己相関の出力において特定周期の自己相関係数の成分量が多い時刻t1のブロック50−2に、既知信号系列11が含まれている。
The
ブロックごとの特定周期の自己相関係数の成分量をブロック同期回路41が平均化できるように、時間方向に関して同じ位置関係で、毎フレームはブロック同期回路41に到来する。ブロック同期回路41は、時間的に隣接する複数のフレームに対して施される処理(外部ループ処理)において、ブロックごとの特定周期の自己相関係数の成分量を平均化する。すなわち、ブロック同期回路41は、ブロックごとの特定周期の自己相関係数の成分量を、バッファに蓄積された複数のフレームについて平均化する。
Each frame arrives at the
ブロック同期回路41は、単一のフレームにおいて、時間方向で偶数番目のブロックと時間方向で奇数番目のブロックとのうちの少なくとも一方に基づいて、ブロック同期回路41における信号処理を実行する。ブロック同期回路41は、時間方向で偶数番目のブロックと時間方向で奇数番目のブロックとのうちの一方に基づいて信号処理を実行する場合、信号処理の対象とされるブロックの偶奇をフレームごとに入れ替える。偶数番目のブロックと奇数番目のブロックとのうちのいずれか一方に基づいてブロック同期回路41が信号処理を実行する場合、ブロック同期回路41の回路規模は、偶数番目のブロックと奇数番目のブロックとの両方に基づいてブロック同期回路41が信号処理を実行する場合と比較して小さくてもよい。
The
ブロック同期回路41は、受信信号のX偏波及びY偏波のうちの少なくとも一方に基づいて、ブロック同期回路41における信号処理を実行する。ブロック同期回路41は、受信信号のX偏波及びY偏波を加算した結果に基づいて、ブロック同期回路41における信号処理を実行してもよい。これによって、ブロック同期回路41は、受信信号の偏波が回転している場合でも、信号処理のタイミングに受信信号をサンプル単位で同期させることができる。
The
ブロック同期回路41は、サンプル加算回路410と、自己相関回路411と、特定周期成分取得回路412と、バッファ413と、フレーム平均化回路414と、最大位置検出回路415とを備える。各機能部のうち一部又は全部は、例えば、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェア機能部である。また、各機能部のうち一部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサが、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部でもよい。
The
図5は、サンプル加算処理の例を示す図である。サンプル加算回路410(取得部)は、受信信号のフレームを複数のブロックに分割する。サンプル加算回路410は、サンプル同士を加算する処理(以下「サンプル加算処理」という。)を、各フレーム10に施す。これによって、サンプル加算回路410は、自己相関回路411が自己相関処理を施す受信信号のサンプルの数を削減することができる。サンプル加算回路410は、加算されるサンプルの数を、送信信号のオーバーサンプリング数に応じて決定する。図5では、オーバーサンプリング数は2である。オーバーサンプリング数が2である場合、サンプル加算処理の出力におけるフレーム10のサンプル数は、サンプル加算処理の入力におけるフレーム10のサンプル数の(2分の1)である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of sample addition processing. The sample addition circuit 410 (acquisition unit) divides the frame of the received signal into a plurality of blocks. The
自己相関回路411は、サンプル加算処理されたフレームにおける既知信号系列11の周期性を、自己相関に基づいて検出する。すなわち、自己相関回路411は、サンプル加算処理されたフレームにおける既知信号系列11の周期性を、自己相関の出力として取得する。自己相関回路411は、既知信号系列11同士の自己相関に基づいて、既知信号系列11の周期性を検出する。自己相関回路411は、時間軸上の演算を含む自己相関関数である式(1)に基づいて、既知信号系列11の周期性を検出する。Rff(t)は、自己相関係数(自己相関の出力)を表す。f(τ)及びf(t−τ)は受信信号を表す。
The
自己相関回路411は、逆高速フーリエ変換(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)と高速フーリエ変換(FFT: Fast Fourier Transform)とを用いる演算を含む自己相関関数としての式(2)に基づいて、既知信号系列11の周期性を検出してもよい。Rff(t)は、自己相関係数(自己相関の出力)を表す。ifftは、逆高速フーリエ変換を表す。fftは、高速フーリエ変換を表す。f(t)は受信信号を表す。
The
自己相関回路411は、式(1)及び式(2)に表されているように、受信信号の周波数成分とその周波数成分の複素共役(conj)の成分とを乗算する。これによって、自己相関回路411は、伝送路3において光信号に生じた線形の歪み成分を打ち消すことができる。したがって、自己相関係数は、伝送路3において光信号に生じた線形の歪み成分の影響を受け難い。
The
図6は、特定パターンを有する既知信号系列の自己相関の出力の例を示す図である。横軸は、サンプル周期のインデックス(i)を表す。縦軸は、特定周期の自己相関係数の成分量(受信信号の電力)を表す。仮に、既知信号系列11が特定パターンを有しない場合、特定周期の自己相関係数の成分量のピーク値は、インデックス「0番目」のサンプル周期の位置に現れる。既知信号系列11は、既知信号系列11が特定パターンを有しているので、特定パターンに応じたサンプル周期の位置に特定周期の自己相関係数の成分量のピーク値が現れる。既知信号系列11が特定パターン111である場合、一例として、10番目のサンプル周期の位置と65番目のサンプル周期の位置とにピーク値が現れる。
FIG. 6 is a diagram showing an example of autocorrelation output of a known signal sequence having a specific pattern. The horizontal axis represents the index (i) of the sample period. The vertical axis represents the component amount (power of the received signal) of the autocorrelation coefficient of a specific period. If the known
インデックス「0番目」のサンプル周期の位置にピーク値が現れることは、単一のブロックにおける特定パターンが自己相関に関して完全に一致することを意味する。既知信号系列11において特定信号系列がN個のサンプルごとに等間隔で配置されているため、ブロック同期処理によって特定周期の自己相関係数の成分量のピーク値が現れる周期は等間隔である。図6では、既知信号系列11が2種類の特定信号系列を有する特定パターン111であるため、10番目のサンプル周期の位置と65番目のサンプル周期の位置とのように、特定周期の自己相関係数の成分量のピーク値が現れる周期は等間隔ではない。
The appearance of a peak value at the position of the index "0th" sample period means that the specific patterns in a single block match perfectly with respect to autocorrelation. In the known
自己相関回路411は、既知信号系列11が複数種類の特定信号系列を有する場合、一部の種類の特定信号系列を用いる同期特性が劣化したとしても、他の種類の特定信号系列により同期特性を維持することが可能である。
In the
特定周期成分取得回路412は、特定周期の自己相関係数の成分量のピーク値と受信信号の電力の折り返し周期の自己相関係数の成分量とを加算した結果を出力する。例えば、特定周期成分取得回路412は、特定周期の自己相関係数の成分量のピーク値と受信信号の電力の折り返し周期の自己相関係数の成分量とについて、自己相関係数Rff同士を加算する。特定周期成分取得回路412は、特定周期の成分量のピーク値と受信信号の電力の折り返し周期の自己相関係数の成分量とについて複素数を考慮して、自己相関係数Rff同士を加算してもよい。例えば、特定周期成分取得回路412は、式(3)に表されてるように、特定周期の自己相関係数の成分量のピーク値と受信信号の電力の折り返し周期の自己相関係数の成分量とを加算する。特定周期成分取得回路412は、複数のフレームについて、加算結果をバッファ413に記録する。
The specific period
ここで、Ppeakは、インデックス(i)が示すサンプル周期の位置における特定周期の自己相関係数の成分量(電力)を表す。Rffは、自己相関係数を表す。ipeakは、特定周期の自己相関係数の成分量(電力)のピーク値を示すサンプル周期のインデックスを表す。iflapは、折り返し周期のサンプル周期のインデックスを表す。 Here, P peak represents the component amount (electric power) of the autocorrelation coefficient of a specific period at the position of the sample period indicated by the index (i). R ff represents the autocorrelation coefficient. i- peak represents the index of the sample period indicating the peak value of the component amount (electric power) of the autocorrelation coefficient of the specific period. i flap represents the index of the sample period of the folding period.
バッファ413は、例えば、RAM(Random Access Memory)やレジスタなどの揮発性の記憶媒体を有する。バッファ413は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記憶媒体(非一時的な記録媒体)を有する記憶装置を有してもよい。バッファ413は、特定周期成分取得回路412による加算結果を、複数のフレームについて記憶する。
The
フレーム平均化回路414(平均化部)は、時間的に隣接する複数のフレームに対して施される処理(外部ループ処理)において、ブロックごとの特定周期の自己相関係数の成分量(自己相関の出力)を平均化する。すなわち、フレーム平均化回路414は、ブロックごとの特定周期の自己相関係数の成分量を、バッファに蓄積された複数のフレームについて平均化する。例えば、フレーム平均化回路414は、ブロックごとの特定周期の自己相関係数の成分量を複数のフレームについて加算した結果をフレームの個数で除算することによって、ブロックごとの特定周期の自己相関係数の成分量を平均化する。例えば、フレーム平均化回路414は、忘却係数を用いて、ブロックごとの特定周期の自己相関係数の成分量を平均化してもよい。
The frame averaging circuit 414 (averaging unit) is a component amount (autocorrelation) of the autocorrelation coefficient of a specific period for each block in the processing (external loop processing) performed on a plurality of frames adjacent in time. Output) is averaged. That is, the
最大位置検出回路415(最大位置検出部)は、特定周期成分取得回路412による加算結果に基づいて、特定周期の自己相関係数の成分量が最大値を示す時刻を、既知信号系列11の受信時刻t1として検出する。すなわち、最大位置検出回路415は、既知信号系列を含むフレームにおいて、平均化された特定周期の自己相関係数の成分量が最大となる位置を検出する。最大位置検出回路415は、ブロック同期回路41の信号処理に、受信信号をサンプル単位で同期させる。
The maximum position detection circuit 415 (maximum position detection unit) receives the time at which the component amount of the autocorrelation coefficient of the specific cycle indicates the maximum value based on the addition result by the specific cycle
次に、光受信器4aの動作の例を説明する。
図7は、光受信器4aの動作の例を示すフローチャートである。S101からS108までの外部ループ処理は、複数のフレームについて特定周期の自己相関係数の成分量を平均化する処理である。S102からS106までの内部ループ処理は、単一のフレームにおいて既知信号系列11の位置を探索する処理である。
Next, an example of the operation of the
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the
ブロック同期回路41は、特定周期の自己相関係数の成分量が平均化されるフレームの番号を示す変数(jj)を1に初期化する(S101)。ブロック同期回路41は、特定周期の自己相関係数の成分量が検出されるブロックの番号を示す変数(ii)を1に初期化する(S102)。サンプル加算回路410は、サンプル加算処理を実行する(S103)。自己相関回路411は、サンプル加算処理されたフレームにおける既知信号系列11の周期性を、自己相関に基づいて検出する(S104)。特定周期成分取得回路412は、特定周期の自己相関係数の成分量のピーク値と受信信号の電力の折り返し周期の自己相関係数の成分量とを加算した結果を出力する(S105)。ブロック同期回路41は、S102からS106までの内部ループ処理を、変数(ii)に関する条件が満たさされるまで繰り返す(S106)。
The
フレーム平均化回路414は、ブロックごとの特定周期の自己相関係数の成分量を、バッファに蓄積された複数のフレームについて平均化する(S107)。ブロック同期回路41は、S101からS107までの外部ループ処理を、変数(jj)に関する条件が満たさされるまで繰り返す(S108)。最大位置検出回路415は、特定周期成分取得回路412による加算結果に基づいて、特定周期の自己相関係数の成分量が最大値を示す時刻を、既知信号系列11の受信時刻t1として検出する(S109)。
The
以上のように、第1実施形態の光受信器4aは、取得部としてのサンプル加算回路410と、自己相関取得部としての自己相関回路411と、特定周期成分取得部としての特定周期成分取得回路412と、自己相関位置検出部としての最大位置検出回路415とを備える。サンプル加算回路410は、時間方向に特定周期で配置された複数の特定信号系列を含む既知信号系列を取得する。自己相関回路411は、特定信号系列同士の自己相関係数の成分量を周期ごとに取得する。特定周期成分取得回路412は、周期ごとの自己相関係数の成分量のうちから、特定周期の自己相関係数の成分量を取得する。最大位置検出回路415は、既知信号系列を含むフレームにおいて特定周期の自己相関係数の成分量が最大となる位置を検出する。
As described above, the
これによって、第1実施形態の光受信器4aは、受信信号の同期特性の劣化を軽減することが可能である。
As a result, the
光ファイバ伝送時の歪みに対して自己相関は耐性がある。第1実施形態の光受信器4aは、歪んだ波形同士の自己相関を算出するので、受信信号の同期特性の劣化を軽減することが可能である。
Autocorrelation is resistant to distortion during optical fiber transmission. Since the
(第2実施形態)
第2実施形態では、ブロック同期とサンプル同期とを組み合わせる点が、第1実施形態と相違する。第2実施形態では、第1実施形態との相違点についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
The second embodiment differs from the first embodiment in that block synchronization and sample synchronization are combined. In the second embodiment, only the differences from the first embodiment will be described.
図8は、光通信システム1bの構成の例を示す図である。光通信システム1bは、光送信器2と、伝送路3と、光受信器4bとを備える。光受信器4bは、光信号処理部40と、ブロック同期回路41と、サンプル同期回路42とを備える。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of the optical communication system 1b. The optical communication system 1b includes an
サンプル同期回路42は、ブロック同期回路41によって検出されたブロック(以下「検出ブロック」という。)を、ブロック同期回路41から取得する。サンプル同期回路42は、検出ブロックにおける既知信号系列と待受信号の信号系列との相互相関係数(相互相関の出力)を取得する。サンプル同期回路42は、ブロックごとの相互相関係数を、バッファに蓄積された複数のフレームについて平均化する。サンプル同期回路42は、サンプル同期回路42の信号処理に受信信号をサンプル単位で同期させる。
The
サンプル同期回路42は、時間的に隣接する複数のフレームに対して施される処理(外部ループ処理)において、ブロックごとの特定周期の自己相関係数の成分量を平均化する。サンプル同期回路42は、同期特性を改善するために,既知信号系列11に加えて他の種類の既知信号系列を使用してもよい。サンプル同期回路42は、既知信号系列11と既知信号系列13及び14との少なくとも一方をフレームが有する場合、一部の種類の既知信号系列を用いる同期特性が劣化したとしても、光信号に生じた線形の歪み成分を他の種類の既知信号系列を用いて補償することができる。
The
図9は、フレームの構成の第1例を示す図である。図9では、フレーム10−1は、既知信号系列11と、ペイロード12−1とから構成される。フレーム10−2は、既知信号系列13と、ペイロード12−2とから構成される。フレーム10−3は、既知信号系列11と、ペイロード12−3とから構成される。光送信器2は、フレーム10における任意の位置に、既知信号系列11又は13を付加する。サンプル同期回路42は、既知信号系列11及び13に差動処理等が施された結果に基づいて、サンプル同期回路42における信号処理のタイミングに受信信号を同期させる。既知信号系列11は、ブロック同期とサンプル同期との両方に使用されてもよい。
FIG. 9 is a diagram showing a first example of a frame configuration. In FIG. 9, frame 10-1 is composed of a known
図10は、フレームの構成の第2例を示す図である。図10では、フレーム10−1は、既知信号系列11と、ペイロード12−1とから構成される。フレーム10−2は、既知信号系列14と、ペイロード12−2とから構成される。フレーム10−3は、既知信号系列11と、ペイロード12−3とから構成される。光送信器2は、フレーム10における任意の位置に、既知信号系列11又は14を付加する。サンプル同期回路42は、既知信号系列11及び14に差動処理等が施された結果に基づいて、サンプル同期回路42における信号処理のタイミングに受信信号を同期させる。
FIG. 10 is a diagram showing a second example of the frame configuration. In FIG. 10, frame 10-1 is composed of a known
光送信器2は、フレーム10における任意の位置に、既知信号系列11、13又は14を付加する。既知信号系列13及び14は、既知信号系列11と同様に特定パターンを有してもよいし、特定パターンを有しなくてもよい。例えば、既知信号系列13及び14は、PRBS(Pseudo Random Bit Sequence)を有してもよい。既知信号系列13及び14は、任意のパターンを有してもよい。例えば、既知信号系列13及び14は、ランダムなパターンを有してもよい。既知信号系列11、13及び14の平均電力は、ペイロード12の電力と同等である。
The
サンプル同期回路42は、サンプル加算回路420と、差動処理回路421と、差動成分加算回路422と、偏波間成分加算回路423と、待受信号部424と、相互相関取得回路425と、バッファ426と、フレーム平均化回路427と、隣接サンプル加算回路428と、最大位置検出回路429とを備える。なお、サンプル同期回路42は、隣接サンプル加算回路428を備えなくてもよい。
The
サンプル加算回路420は、検出ブロックをブロック同期回路41から取得する。サンプル加算回路420は、検出ブロックにサンプル加算処理を施す。サンプル加算回路420は、加算されるサンプルの数を、送信信号のオーバーサンプリング数に関わらず決定する。決定されたサンプルの数に応じて、サンプル加算回路420は、サンプル加算処理が施された既知信号系列と待受信号とが同系列の信号となるように、待受信号部424が保持する待受信号の系列にもサンプル加算処理を施す。
The sample adder circuit 420 acquires the detection block from the
差動処理回路421は、サンプル加算処理が施されたブロックをサンプル加算回路420から取得する。差動処理回路421は、選択されたシンボル(自シンボル)から0個以上先のシンボルと選択されたシンボルとを乗算する。
The
図11は、既知信号系列において選択されたシンボル100から0個先のシンボル100と、選択されたシンボル100との間の差動処理の例を示す図である。差動処理回路421は、受信信号の各サンプルについて、選択されたサンプルの0個先のサンプルの複素共役(conj)と選択されたサンプルとを乗算する。
FIG. 11 is a diagram showing an example of differential processing between the
図12は、既知信号系列において選択されたシンボル100から1個先のシンボル101と、選択されたシンボル100との間の差動処理の例を示す図である。オーバーサンプル数が1である場合に1個のシンボルは1個のサンプルを表すので、差動処理回路421は、受信信号の各サンプルについて、選択されたサンプルの1個先のサンプルの複素共役(conj)と選択されたサンプルとを乗算する。
FIG. 12 is a diagram showing an example of differential processing between the
図13は、既知信号系列において選択されたシンボル100から2個先のシンボル102と、選択されたシンボル100との間の差動処理の例を示す図である。オーバーサンプル数が2である場合に1個のシンボルは2個のサンプルを表すので、差動処理回路421は、受信信号の各サンプルについて、選択されたサンプルの2個先のサンプルの複素共役(conj)と選択されたサンプルとを乗算する。
FIG. 13 is a diagram showing an example of differential processing between the
図14は、複数のシンボルの差動成分を差動成分加算回路422が一度に生成した結果の例を示す図である。差動処理回路421は、受信信号の各サンプルについて、選択されたサンプルの0個以上先のサンプルの複素共役(conj)と選択されたサンプルとを乗算してもよい。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the result of the differential
図1に示された差動成分加算回路422は、差動成分加算回路422によって複数のシンボルについて生成された差動成分を加算する。差動成分加算回路422は、差動成分加算回路422によって複数のシンボルについて一度に生成された差動成分を加算してもよい。
The differential
偏波間成分加算回路423は、信号のX偏波及びY偏波を加算する。これによって、サンプル同期回路42は、受信信号の偏波が回転している場合でも、信号処理のタイミングに受信信号をサンプル単位で同期させることができる。
待受信号部424は、待受信号を相互相関取得回路425に出力する。待受信号(待受パターン)は、既知信号系列に対してサンプル加算から偏波間成分加算までが施された系列の信号である。
The interpolarization
The
自己相関回路411は、既知信号系列11同士の自己相関に基づいて既知信号系列11の周期性を検出し、検出された周期性に基づいて受信信号をブロック同期させる。これに対して、相互相関取得回路425は、既知信号系列11、13及び14等の既知信号系列と待受信号との相互相関に基づいて既知信号系列11と受信信号の一致性を検出し、検出された一致性に基づいて受信信号をサンプル同期させる。相互相関取得回路425は、式(2)に基づいて同期を取得する場合、式(2)における(fft)の信号系列のうちの一方を受信信号とする。相互相関取得回路425は、式(2)に基づいて同期を取得する場合、式(2)における(fft)の信号系列のうちの他方を待受信号とする。
The
相互相関取得回路425は、既知信号系列と待受信号との相互相関の出力を、バッファ426に記録する。相互相関取得回路425は、逆高速フーリエ変換と高速フーリエ変換とを用いる演算を含む相互相関関数としての式(2)に基づいて、相互相関の出力としてサンプルごとの相互相関係数を取得する。
The
バッファ426は、RAMやレジスタなどの揮発性の記憶媒体を有する。バッファ426は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記憶媒体(非一時的な記録媒体)を有する記憶装置を有してもよい。バッファ426は、サンプルごとの相互相関の出力としての相互相関係数を記憶する。
フレーム平均化回路427は、時間的に隣接する複数のフレームに対して施される処理(外部ループ処理)において、サンプルごとの相互相関の出力を平均化する。
The
The
図15は、隣接サンプル加算回路428による加算結果の例を示す図である。隣接サンプル加算回路428は、平均化されたサンプルごとの相互相関の出力を、隣り合う任意のサンプル同士で加算する。これによって、隣接サンプル加算回路428は、相互相関の出力の最大値を大きくすることができる。
FIG. 15 is a diagram showing an example of the addition result by the adjacent
最大位置検出回路429は、フレーム平均化回路427によって平均化されたサンプルごとの相互相関の出力に基づいて、サンプルごとの相互相関の出力が最大値を示す時刻を、既知信号系列11の受信時刻t1として検出する。すなわち、最大位置検出回路429は、サンプル同期回路42の信号処理に、受信信号をサンプル単位で同期させる。
The maximum
式(2)のように逆高速フーリエ変換と高速フーリエ変換とを用いる相互相関の取得では、相互相関の出力のピーク値が現れたサンプル周期の位置に基づいて、同期位置の第1候補及び第2候補が得られる場合がある。 In the acquisition of the cross-correlation using the inverse fast Fourier transform and the fast Fourier transform as in Eq. (2), the first candidate and the first synchronous position are based on the position of the sample period in which the peak value of the output of the cross-correlation appears. Two candidates may be obtained.
図16は、検出ブロック51と既知信号系列との位置関係の第1例を示す図である。図16では、一例として、300個のサンプルから構成される既知信号系列の先頭位置が、ブロックの先頭位置よりも時間的に後に位置している。ブロック同期回路41が検出したブロックにおける真の同期位置のインデックスが「+64番目」である場合、相互相関の出力のピーク値がインデックス「+64番目」のサンプル周期の位置に現れるので、同期位置のインデックスは「+64番目」と定まる。
FIG. 16 is a diagram showing a first example of the positional relationship between the
図17は、検出ブロック51と既知信号系列との位置関係の第1例を示す図である。サンプル同期回路42は、同期位置を示すインデックスを正値で表現する。ブロック同期回路41が検出したブロックにおける真の同期位置のインデックスが仮に「−64番目」のように負値である場合、相互相関の出力のピーク値がインデックス「+236(=300−64)番目」のサンプル周期の位置に現れるので、真の同期位置のインデックスが「−64番目」であるか「+236番目」であるかが定まらない。
FIG. 17 is a diagram showing a first example of the positional relationship between the
この不確定性を無くすために、サンプル同期回路42は、検出位置を変えて相互相関処理(サンプル同期)を更に2回実行する。すなわち、サンプル同期回路42は、検出ブロックに時間的に前に隣接するブロックのサンプルと、検出ブロックに時間的に後に隣接するブロックのサンプルとについて、相互相関処理(サンプル同期)を実行する。
In order to eliminate this uncertainty, the
図18は、サンプル同期の追加1回目の例を示す図である。図18では、1ブロック長は、既知信号系列の長さと等しい。検出ブロック51を時間的に後に64サンプルだけずらした場合に、インデックス「0番目」のサンプル周期の位置にピーク値が現れる場合、サンプル同期回路42は、検出ブロック51を時間的に後に64サンプルだけずらした位置から時間的に後に隣接する1ブロック長のサンプル群であるブロック52について相互相関の出力を取得する。サンプル同期回路42は、サンプル同期の追加1回目において検出したブロック52に時間的に前に隣接する1ブロック長のサンプル群であるブロック53について相互相関の出力を取得する。追加1回目及び追加2回目の相互相関の出力の結果、サンプル同期の追加1回目において検出したブロック52に基づいて、サンプル同期回路42は同期を取ることができる。
FIG. 18 is a diagram showing an example of the first addition of sample synchronization. In FIG. 18, one block length is equal to the length of the known signal sequence. If the peak value appears at the position of the index "0th" sample period when the
図19は、サンプル同期の追加2回目の例を示す図である。図19では、1ブロック長は、既知信号系列の長さと等しい。検出ブロック51を時間的に前に64サンプルだけずらした場合に、インデックス「0番目」のサンプル周期の位置にピーク値が現れる場合、サンプル同期回路42は、検出ブロック51を時間的に後に236(=300−64)サンプルだけずらした位置から1ブロック長のサンプル群であるブロック52について相互相関の出力を取得する。サンプル同期回路42は、サンプル同期の追加1回目において検出したブロック52に時間的に前に隣接する1ブロック長のサンプル群であるブロック53について相互相関の出力を取得する。追加1回目及び追加2回目の相互相関の出力の結果、サンプル同期の追加2回目において検出したブロック52に基づいて、サンプル同期回路42は同期を取ることができる。
FIG. 19 is a diagram showing an example of the second addition of sample synchronization. In FIG. 19, one block length is equal to the length of the known signal sequence. If a peak value appears at the position of the index "0th" sample period when the
次に、光受信器4bの動作の例を説明する。
図20は、光受信器4bの動作の例を示すフローチャートである。S201からS208までの外部ループ処理は、複数のフレームについて相互相関の出力を平均化する処理である。
Next, an example of the operation of the
FIG. 20 is a flowchart showing an example of the operation of the
サンプル同期回路42は、相互相関の出力が平均化されるフレームの番号を示す変数(jj)を1に初期化する(S201)。サンプル加算回路420は、サンプル加算処理を実行する(S202)。差動処理回路421は、選択されたシンボル(自シンボル)から0個以上先のシンボルと選択されたシンボルとを乗算する。差動成分加算回路422は、差動成分加算回路422によって複数のシンボルについて生成された差動成分を加算する(S203)。偏波間成分加算回路423は、信号のX偏波及びY偏波を加算する(S204)。待受信号部424は、待受信号を相互相関取得回路425に出力する(S205)。
The
相互相関取得回路425は、既知信号系列11、13及び14等の既知信号系列と待受信号との相互相関に基づいて、既知信号系列11の周期性を検出する(S206)。フレーム平均化回路427は、時間的に隣接する複数のフレームに対して施される処理(外部ループ処理)において、サンプルごとの相互相関の出力を平均化する(S207)。サンプル同期回路42は、S202からS207までの外部ループ処理を、変数(jj)に関する条件が満たさされるまで繰り返す(S208)。
The
隣接サンプル加算回路428は、平均化されたサンプルごとの相互相関の出力を、隣り合う任意のサンプル同士で加算する(S209)。最大位置検出回路429は、隣接サンプル加算回路428による加算結果に基づいて、相互相関の出力が最大値を示す時刻を、既知信号系列11の受信時刻t1として検出する(S109)。
The adjacent
以上のように、第2実施形態の光受信器4bは、第1実施形態の光受信器4aと比較して、サンプル同期回路42を更に備える。サンプル同期回路42は、相互相関取得部としての相互相関取得回路425と、相互相関位置検出部としての最大位置検出回路429とを備える。相互相関取得回路425は、フレームにおいて隣接するブロックについて、待受信号と既知信号系列との相互相関係数の成分量を周期ごとに取得する。最大位置検出回路429は、既知信号系列を含むフレームにおいて特定周期の相互相関係数の成分量が最大となる位置を検出する。
As described above, the
これによって、第2実施形態の光受信器4bは、第1実施形態と比較して同期特性の精度を向上させて、受信信号の同期特性の劣化を軽減することが可能である。
As a result, the
上述した実施形態における光受信器、光通信システムの少なくとも一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。 At least a part of the optical receiver and the optical communication system in the above-described embodiment may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read by a computer system and executed. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices. Further, the "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, a "computer-readable recording medium" is a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short period of time. It may also include a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or a client in that case. Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be further realized for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system. It may be realized by using a programmable logic device such as FPGA (Field Programmable Gate Array).
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the design and the like within a range not deviating from the gist of the present invention are also included.
本発明は、光受信器、光通信システムに適用可能である。 The present invention is applicable to optical receivers and optical communication systems.
1a,1b…光通信システム、2…光送信器、3…伝送路、4a,4b…光受信器、10…フレーム、11…既知信号系列、12…ペイロード、13…既知信号系列、14…既知信号系列、40…光信号処理部、41…ブロック同期回路、50…ブロック、51…検出ブロック、52…ブロック、53…ブロック、100…シンボル、101…シンボル、102…シンボル、110…特定パターン、111…特定パターン、410…サンプル加算回路、411…自己相関回路、412…特定周期成分取得回路、413…バッファ、414…フレーム平均化回路、415…最大位置検出回路、420…サンプル加算回路、421…差動処理回路、422…差動成分加算回路、423…偏波間成分加算回路、424…待受信号部、425…相互相関取得回路、426…バッファ、427…フレーム平均化回路、428…隣接サンプル加算回路、429…最大位置検出回路 1a, 1b ... optical communication system, 2 ... optical transmitter, 3 ... transmission path, 4a, 4b ... optical receiver, 10 ... frame, 11 ... known signal sequence, 12 ... payload, 13 ... known signal sequence, 14 ... known Signal sequence, 40 ... Optical signal processing unit, 41 ... Block synchronization circuit, 50 ... Block, 51 ... Detection block, 52 ... Block, 53 ... Block, 100 ... Symbol, 101 ... Symbol, 102 ... Symbol, 110 ... Specific pattern, 111 ... specific pattern, 410 ... sample addition circuit, 411 ... autocorrelation circuit, 412 ... specific period component acquisition circuit, 413 ... buffer, 414 ... frame averaging circuit, 415 ... maximum position detection circuit, 420 ... sample addition circuit, 421. ... differential processing circuit, 422 ... differential component addition circuit, 423 ... interpolar component addition circuit, 424 ... standby signal unit, 425 ... mutual correlation acquisition circuit, 426 ... buffer, 427 ... frame averaging circuit, 428 ... adjacent Sample addition circuit, 429 ... Maximum position detection circuit
Claims (5)
前記特定信号系列同士の自己相関係数の成分量を前記既知信号系列の周期ごとに算出する自己相関算出部と、
前記既知信号系列の周期ごとの前記自己相関係数の成分量のうちから、前記特定周期の前記自己相関係数の成分量を取得する特定周期成分取得部と、
前記既知信号系列を含むフレームにおいて前記特定周期の前記自己相関係数の成分量が最大となる位置を検出する自己相関位置検出部と
を備え、
前記取得部は、前記既知信号系列に含まれているサンプル同士を加算する処理を前記フレームに施す、
光受信器。 An acquisition unit that acquires a known signal sequence including a plurality of specific signal sequences arranged at a specific cycle in the time direction in the cycle of the known signal sequence, and an acquisition unit.
An autocorrelation calculation unit that calculates the component amount of the autocorrelation coefficient between the specific signal series for each period of the known signal series, and
A specific period component acquisition unit that acquires the component amount of the autocorrelation coefficient of the specific period from the component amounts of the autocorrelation coefficient for each period of the known signal series .
It is provided with an autocorrelation position detection unit that detects a position where the component amount of the autocorrelation coefficient of the specific period is maximized in the frame including the known signal sequence .
The acquisition unit performs a process of adding samples included in the known signal sequence to the frame.
Optical receiver.
前記自己相関位置検出部は、前記既知信号系列を含むフレームにおいて、平均化された前記特定周期の前記自己相関係数の成分量が最大となる位置を検出する、請求項1又は請求項2に記載の光受信器。 Further provided with an averaging unit for averaging the component amounts of the autocorrelation coefficient of the specific period for the plurality of frames
The autocorrelation position detection unit detects the position where the component amount of the autocorrelation coefficient of the specific period averaged is maximized in the frame including the known signal sequence, according to claim 1 or 2. The optical receiver described.
前記既知信号系列を含むフレームにおいて前記特定周期の前記相互相関係数の成分量が最大となる位置を、前記サンプル単位で検出する相互相関位置検出部と
を更に備える、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光受信器。 For adjacent blocks in the frame, a component amount of a cross-correlation coefficient between a standby signal predetermined to be a signal of the same sequence as the known signal sequence including the plurality of specific signal sequences and the known signal sequence. With a cross-correlation acquisition unit that acquires the above for each period of the sample unit ,
Claims 1 to 3 further include a cross-correlation position detection unit that detects a position where the component amount of the cross-correlation coefficient of the specific period is maximum in the frame including the known signal sequence in the sample unit. The optical receiver according to any one of the above.
時間方向に特定周期で配置された複数の特定信号系列を含む既知信号系列を前記既知信号系列の周期で取得するステップと、
前記特定信号系列同士の自己相関係数の成分量を前記既知信号系列の周期ごとに算出するステップと、
前記既知信号系列の周期ごとの前記自己相関係数の成分量のうちから、前記特定周期の前記自己相関係数の成分量を取得するステップと、
前記既知信号系列を含むフレームにおいて前記特定周期の前記自己相関係数の成分量が最大となる位置を検出するステップと
を有し、
前記取得するステップでは、前記既知信号系列に含まれているサンプル同士を加算する処理を前記フレームに施す、
既知信号検出方法。 A known signal detection method performed by an optical receiver
A step of acquiring a known signal sequence including a plurality of specific signal sequences arranged at a specific cycle in the time direction in the cycle of the known signal sequence, and
A step of calculating the component amount of the autocorrelation coefficient between the specific signal series for each period of the known signal series, and
A step of acquiring the component amount of the autocorrelation coefficient of the specific period from the component amounts of the autocorrelation coefficient for each period of the known signal series, and
It has a step of detecting a position where the component amount of the autocorrelation coefficient of the specific period is maximized in the frame including the known signal sequence.
In the acquisition step, the frame is subjected to a process of adding the samples included in the known signal sequence.
Known signal detection method.
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