(57)【要約】【課題】回路を簡略化しつつ位相変動を高精度に補償することができる位相変動補償装置、位相変動補償方法及び通信装置を得る。【解決手段】既知パターン比較型位相差検出部１２は、受信信号から抽出した既知パターンとその真値との位相差を第１の位相差として検出する。受信信号の位相変調方式における変調位相の数がＭであり、Ｍ乗型位相差検出部１３は、受信信号をＭ乗することで変調成分を除去し、送信側でのマッピング用変調位相点からの位相変動を第２の位相差として検出する。位相補償部１１は、第１の位相差と第２の位相差との合算結果に基づいて受信信号の位相変動を補償する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号から抽出した既知パターンとその真値との位相差を第１の位相差として検出する第１の位相差検出部と、
前記受信信号の位相変調方式における変調位相の数がＭであり、前記受信信号をＭ乗することで変調成分を除去し、送信側でのマッピング用変調位相点からの位相変動を第２の位相差として検出する第２の位相差検出部と、
前記第１の位相差と前記第２の位相差との合算結果に基づいて前記受信信号の位相変動を補償する位相補償部とを備えることを特徴とする位相変動補償装置。
【請求項２】
前記第２の位相差検出部に入力される前記受信信号又はＭ乗後の前記受信信号の位相変動を前記第１の位相差で補償する補償部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の位相変動補償装置。
【請求項３】
前記受信信号を前記第１及び第２の位相差検出部へ供給する前に、前記合算結果に基づいて前記受信信号の周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償部を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の位相変動補償装置。
【請求項４】
前記第１の位相差検出部は、
前記受信信号から前記既知パターンのタイミングを検出する既知パターンタイミング検出部と、
前記タイミングに基づいて前記受信信号から前記既知パターンを抽出する既知パターン抽出部と、
前記真値を記憶する参照信号記憶部と、
前記受信信号から抽出した前記既知パターンと前記真値との位相差を前記第１の位相差として算出する位相差算出部とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の位相変動補償装置。
【請求項５】
前記既知パターンタイミング検出部は、前記位相補償部にて位相補償された前記受信信号から前記既知パターンのタイミングを検出し、
前記既知パターン抽出部は、前記タイミングに基づいて前記位相補償部にて位相補償される前の前記受信信号から前記既知パターンを抽出することを特徴とする請求項４に記載の位相変動補償装置。
【請求項６】
前記第１の位相差検出部は、前記受信信号から抽出した前記既知パターンと前記真値との位相差と、次の既知パターンと前記真値との位相差とを用いて線形補間を行うことで、両者の既知パターンの間の各シンボルに対する位相差を前記第１の位相差として算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の位相変動補償装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の位相変動補償装置を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項８】
位相変動補償装置が行う位相変動補償方法であって、
受信信号から抽出した既知パターンとその真値との位相差を第１の位相差として検出するステップと、
前記受信信号の位相変調方式における変調位相の数がＭであり、前記受信信号をＭ乗することで変調成分を除去し、送信側でのマッピング用変調位相点からの位相変動を第２の位相差として検出するステップと、
前記第１の位相差と前記第２の位相差との合算結果に基づいて前記受信信号の位相変動を補償するステップとを備えることを特徴とする位相変動補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ通信において位相変動を補償する位相変動補償装置、位相変動補償方法及び通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント光通信においては、受信信号の周波数と局部発振光源の周波数との間に周波数差である周波数オフセット（周波数誤差）が生じる。また、非線形光学効果又は光ファイバの振動、レーザー線幅（位相揺らぎ）等によって受信信号に位相雑音などの位相変動が生じる。これに対して、入力信号をＭ乗して変調による位相変化を除去した上で周波数誤差を検出して入力側にフィードバックして周波数オフセットを補償する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、周波数オフセットはある程度補償できるが、位相雑音は多く残る。また、この技術では、雑音又は波形歪みが大きい条件において位相スリップが生じ、連続誤りが生じる可能性がある。この位相スリップを補償する位相スリップ補償回路が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、振幅に応じて設定した閾値で受信信号を仮判定し、本来の位相と受信信号の位相との差を補償する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。ただし、仮判定のみでは位相雑音補償の精度が低いため、周波数誤差と計算途中で出される位相誤差をフィードバックして仮判定前の位相変動を低減することで精度を高めている。また、送信側で挿入した既知パターンを受信信号から抽出し、本来の位相と受信信号の位相との差を検出して位相雑音を補償する技術が提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、位相変動が取りきれず残るという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７６７２７号公報
【特許文献２】特開２０１４−００３５０７号公報
【特許文献３】特開２０１４−１７５９９１号公報
【特許文献４】特開２０１４−１５５１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来の位相変動補償装置及び位相変動補償方法では、位相雑音補償を行っても位相変動が取りきれず残るという問題があった。また、位相スリップ補償回路を設けると、回路が複雑になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は回路を簡略化しつつ位相変動を高精度に補償することができる位相変動補償装置、位相変動補償方法及び通信装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る位相変動補償装置は、受信信号から抽出した既知パターンとその真値との位相差を第１の位相差として検出する第１の位相差検出部と、前記受信信号の位相変調方式における変調位相の数がＭであり、前記受信信号をＭ乗することで変調成分を除去し、送信側でのマッピング用変調位相点からの位相変動を第２の位相差として検出する第２の位相差検出部と、前記第１の位相差と前記第２の位相差との合算結果に基づいて前記受信信号の位相変動を補償する位相補償部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、回路を簡略化しつつ位相変動を高精度に補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るコヒーレント光通信装置の受信装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る位相変動補償装置の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る位相変動補償装置の更に詳細な構成図である。
【図４】送信信号における既知パターンを示す図である。
【図５】既知パターン比較型位相差検出部の位相差算出部の動作を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る位相変動補償装置の動作を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る位相変動補償装置の変形例を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る位相変動補償装置を示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る位相変動補償装置の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態に係る位相変動補償装置、位相変動補償方法及び通信装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るコヒーレント光通信装置の受信装置を示す図である。受信装置は、光ファイバ１から受信した光信号を電気信号に変換してデジタル処理する。
【００１２】
受信装置において、光ファイバ１から受信した光信号は受信光モジュール２により水平偏波の信号と垂直偏波の信号に偏波分離される。偏波分離された２つの信号は、それぞれ２つの直交成分に分離され、さらにアナログ電気信号に変換される。これらのアナログ電気信号はＡＤ変換器３によりデジタル信号に変換される。
【００１３】
波長分散補償部４以降の構成は、ＡＤ変換器３からデジタル信号として出力された直交変調信号をデジタル処理して歪を補償する光伝送歪補償装置に相当する。ここで、光ファイバ１中を光信号が伝搬する際に、波長分散という効果によって信号波形が歪む。波長分散補償部４は、その歪の大きさを受信信号から推定して補償する。
【００１４】
また、光通信において水平偏波と垂直偏波を合成して送信し受信において分離する際に、偏波モード分散という効果によって偏波変動が生じ波形が歪む。適応等化部５は、その歪みを補償する等化処理を行う。偏波分離は最初に受信光モジュール２内の光復調器によって行われるが、適応等化部５においてより完全に偏波分離が行われる。適応等化部５の補償処理として、送信側で長周期・既知パターン信号又は短周期・既知パターン信号を挿入し、受信した該信号との誤差を最小にする方法等が提案されている。
【００１５】
周波数オフセット補償部６は、送受のローカル信号（キャリア信号）の周波数誤差を補償する。位相変動補償装置７は、周波数オフセット補償部６で補償しきれなかった残留周波数オフセットと、適応等化部５で補償しきれなかった残留位相変動、位相雑音又は位相スリップを、送信側で挿入した既知パターン信号等を利用して補償する。
【００１６】
キャリア位相再生部８は、周波数オフセット補償部６及び位相変動補償装置７で取りきれなかった位相変動を補償する。具体的には、仮判定したコンスタレーション（信号点）と受信したコンスタレーション（信号点）とのずれΦを検出し、Φだけ位相回転を行って補正する。この位相回転による補正は、複素表示の信号にｅｘｐ（ｊΦ）を乗ずることで行うことができる。ただし、位相変動補償装置７によって、残留周波数オフセットや残留位相変動等がほぼ補償される場合は、キャリア位相再生部８は、不要にできる。その後、誤り訂正部９が誤り訂正処理を行う。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態１に係る位相変動補償装置の構成図である。受信信号には、位相変動補償装置７に入力される前に周波数オフセット補償が行われている。従って、位相変動補償装置７に入力される受信信号には、周波数オフセット補償で補償しきれなかった残留周波数オフセット及び位相雑音が含まれる。なお、更に熱雑音が含まれることは言うまでもない。残留周波数オフセット補償部１０が残留周波数オフセットを補償する。また、位相補償部１１が位相雑音などの位相変動を補償する。
【００１８】
ここでは、残留周波数オフセット補償部１０の入力信号を受信信号と定義するが、その出力信号も受信信号と称する。従って、受信信号は、位相変動補償装置７の入力信号だけでなく、残留周波数オフセット補償部１０の出力信号も意味する。残留周波数オフセット補償部１０は必須でなく、予め残留周波数オフセットが補償された受信信号に対しても本発明は有効である。なお、必要な場合は、「残留周波数オフセット補償部１０の出力信号」のように特定する。
【００１９】
既知パターン比較型位相差検出部１２は、受信信号から抽出した既知パターンとその真値との位相差を第１の位相差として検出する。この比較は２π上での位相の比較であるため、±πの位相変動を検出することができる。なお、既知パターンは、所定の数のシンボル数毎に挿入される。そこで、既知パターン比較型位相差検出部１２は、受信信号から抽出した既知パターンとその真値との位相差と、次の既知パターンと真値との位相差とを用いて線形補間を行うことで、両者の既知パターンの間の各シンボルに対する位相差を第１の位相差として算出してもよい。雑音の影響を取り除く場合には、隣り合う連続した既知パターンの位相を抽出し、移動平均を取ってから線形補間によって位相変動量を算出してもよい。
【００２０】
受信信号の位相変調方式は、２πｎ／Ｍの位相を用いた変調である。Ｍは変調位相の数（ＰＳＫの位相数）である。ｎ、Ｍは原則的には自然数だが有理数も可能である。Ｍ乗型位相差検出部１３は、受信信号をＭ乗することで変調成分を除去し、送信側でマッピングに使用する変調位相点からの位相変動を第２の位相差として検出する（絶対量ではなく、最大２π／Ｍ）。送信側でのマッピング用変調位相点は、ＢＰＳＫでは、例えば０度と１８０度の２位相点であり、ＱＰＳＫでは、例えば４５度、１３５度、２２５度、３１５度の４位相点である。Ｍ乗（本ケースでは、２乗、４乗）によって変調成分が除去されるため、各シンボルの位相は、本来取り得るべき理想的な位相（１点であり、位相同期時は０）に重ねられる。更に、所定の数のシンボルの値を平均（例えば、移動平均）することによって、熱雑音の影響を低減できる。この方法によって、第２の位相差は、直接的に理想的な位相からの位相変動として検出できる。
【００２１】
補償部１４は、Ｍ乗型位相差検出部１３に入力される受信信号の位相変動を第１の位相差で補償する。補償部１４によって位相変動をできる限り減らすことで、残りの位相変動による位相差をＭ乗型位相差検出部１３で検出する精度を上げることができる。
【００２２】
既知パターン比較型位相差検出部１２で検出した第１の位相差と、Ｍ乗型位相差検出部１３で検出した第２の位相差との合算結果が残留周波数オフセット補償部１０と位相補償部１１に供給される。残留周波数オフセット補償部１０は、受信信号を既知パターン比較型位相差検出部１２及びＭ乗型位相差検出部１３へ供給する前に、ループフィルタ１５を介して供給された合算結果に基づいて受信信号の残留周波数オフセットを補償する。位相補償部１１は、合算結果に基づいて受信信号の位相雑音などの位相変動を補償する。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態１に係る位相変動補償装置の更に詳細な構成図である。既知パターン比較型位相差検出部１２は、受信信号から既知パターンを検出する既知パターン検出部１６と、既知パターンの真値を記憶する参照信号記憶部１７と、受信信号から抽出した既知パターンと真値との位相差を第１の位相差として算出する位相差算出部１８とを有する。既知パターン検出部１６は、受信信号から既知パターンのタイミングを検出する既知パターンタイミング検出部１９と、検出したタイミングに基づいて受信信号から既知パターンを抽出する既知パターン抽出部２０とを有する。
【００２４】
Ｍ乗型位相差検出部１３は、受信信号をＭ乗して変調成分を取り除いた位相成分に対して、所定の数のシンボルの移動平均を行い、位相誤差成分のみを抽出後、Ｍで除することによって、理想的な位相（変調位相点）からの位相変動を第２の位相差として出力する。これにより、変調成分を除去した位相変動を抽出することができる。なお、熱雑音成分は、移動平均によって低減できる。例えば、ＱＰＳＫの場合、Ｍ＝４で、位相が４倍されることによって変調成分は２ｎπとなる。２ｎπを除去することで、位相変動成分のみが抽出できる。その位相変動を４で除することで、４倍前の実際の位相変動を検出できる。なお、位相変動が大きい場合、特にシンボル間での位相変動量が±π／４を超えるような場合は、変動方向と逆方向にπ／２回転させるπ／２位相回転トラッキング回路を設ける。これは、所定の値より大きな位相変動が存在する場合、その位相変動に追従する為の回路である。
【００２５】
Ｍ乗型位相差検出部１３において、位相抽出の位置は、移動平均と÷Ｍの間に限られず、Ｍ乗後であればどの位置でもよい。後述の他の実施の形態においても同様である。また、位相抽出を行う際に移動平均の出力における電界情報を位相情報に変換する回路は、通常の設計事項であるので特に図示していない。
【００２６】
既知パターン比較型位相差検出部１２からの第１の位相差は、位相／電界変換部２１で電界に変換されて、Ｍ乗型位相差検出部１３の入力側の補償部１４に供給される。なお、本明細書で使用する「電界」という用語は、変調信号を極座標上に表した複素信号又はベクトルを意味する。位相をφとすると、電界はＡｅｘｐ（ｊφ）＝Ａ（ｃｏｓφ＋ｊｓｉｎφ）で表される（Ａは振幅）。
【００２７】
Ｍ乗型位相差検出部１３に入力される信号の位相変動量は、予め既知パターン比較型位相差検出部１２で検出した位相変動量を差し引いているため、±π／４を超える確率は非常に小さい。従って、本構成の場合、Ｍ乗型位相差検出部１３においてπ／２位相回転トラッキングを省略することができる。
【００２８】
後に説明するが、既知パターン比較型位相差検出部１２が動作していない場合、又は、補償部１４の停止によってＭ乗型位相差検出部１３の入力信号が事前補償されない場合は、大きな位相変動が残るため、前述のπ／２位相回転トラッキングを設けることが好ましい。なお、π／２位相回転トラッキングの動作はパラメータ設定等で制御することができる。
【００２９】
図４は、送信信号における既知パターンを示す図である。データの位相マッピングの一例として既知パターンがＱＰＳＫの場合について説明する。この場合、既知パターンを送信側で所定の数のデータシンボル毎（例えば、３２シンボル毎）に、（０，０）、（０，１）、（１，１）、（１，０）、・・・の順番で１シンボルずつ挿入する。他の多値変調の場合も同様に既知パターンを構成できる。
【００３０】
図５は、既知パターン比較型位相差検出部の位相差算出部の動作を説明する図である。受信側で既知パターンタイミング検出部１９が受信信号から既知パターンのタイミングを検出する。既知パターン抽出部２０が既知パターンを抽出する。位相差算出部１８が、抽出された既知パターンを参照信号と比較し、既知パターンシンボル毎にそれぞれの位相差を第１の位相差として算出する。この時、既知パターンシンボルと次の既知パターンシンボルとの間における各データシンボルにおける位相差は、隣接する２つの既知パターンシンボルにおける位相差を用いて線形補間によって求められる。隣接する２つの既知パターンシンボルの位相を算出する際に、連続する既知パターンの位相の移動平均をとってもよい。この移動平均によって、受信信号に付加されている熱雑音の影響による既知パターンの位相検出誤差を低減することができる。
【００３１】
図６は、本発明の実施の形態１に係る位相変動補償装置の動作を説明する図である。本実施の形態に係る位相変動補償装置では以下の（１）及び（２）の動作が並行に行われる。
【００３２】
（１）既知パターン比較型位相差検出及びＭ乗型位相差検出による残留周波数オフセット補償。
既知パターン比較型位相差検出部１２は、図５に示すように、受信信号から検出された既知パターンを参照信号と比較し、各シンボルにおける第１の位相差を算出する。この第１の位相差は、ループフィルタ１５を介して残留周波数オフセット補償部１０へ供給され、位相補償部１１にも供給される。更に、この第１の位相差は、Ｍ乗型位相差検出部１３の入力にある補償部１４へ位相／電界変換部２１を介して供給される。補償部１４は、Ｍ乗型位相差検出部１３への入力信号を、既知パターン比較型位相差検出部１２からの第１の位相差で予め補償する。即ち、既知パターン比較型位相差検出部１２からの第１の位相差が入力信号から予め取り除かれた状態で、Ｍ乗型位相差検出部１３は処理を行う。この場合、Ｍ乗型位相差検出部１３の入力信号の位相変動は、少なくとも±π／４以下となり、大きな位相変動への追従のためのπ／２位相回転トラッキングは不要にできる。実際には、パラメータ設定によりπ／２位相回転トラッキングを非動作制御する。なお、補償部１４は、電界ベクトルで表された受信信号に、電界ベクトルに変換された第１の位相差を複素乗算する方法で構成できる。これにより既知パターン比較型位相差検出部１２で求めた位相変動量が受信信号から予め取り除かれる。位相／電界変換部２１における位相／電界変換は、演算に限らず、メモリテーブルで行うこともできる。
【００３３】
Ｍ乗型位相差検出部１３は、第１の位相差によって補償された受信信号に対して、Ｍ乗、移動平均、位相誤差成分の位相抽出、及び÷Ｍを行い、変調成分が除かれた理想的な信号の位相からの位相変動として第２の位相差を出力する。
【００３４】
次に、既知パターン比較型位相差検出部１２からの第１の位相差と、Ｍ乗型位相差検出部１３からの第２の位相差を合算する。この合算結果は、ループフィルタ１５を介して残留周波数オフセット補償部１０に供給されると共に、位相補償部１１にも供給される。
【００３５】
ループフィルタ１５は、第１の位相差と第２の位相差の合算結果について、シンボル間での位相変動（例えば、ｎ番目のシンボルの位相差−（ｎ−１）番目のシンボルの位相差）を検出し、所定のシンボル数で移動平均する。その値を用いて残留周波数オフセット補償部１０が受信信号を補償する。「受信信号⇒第１及び第２の位相差検出⇒ループフィルタ⇒残留周波数オフセット補償⇒受信信号」なるフィードバックループを構成している。具体的には、ループフィルタ１５において１シンボル毎の位相差をみて回転を検出し、受信信号を補正する。残留周波数オフセットによる位相回転が検出されなくなるまで受信信号は補正され、その後もフィードバックによって残留周波数オフセットが除去されるように制御される。ループフィルタ１５には補正量が維持される。これにより、前段の周波数オフセット補償部６で補償しきれなかった残留周波数オフセットを補償することができる。
【００３６】
残留周波数オフセット補償部１０が補償した受信信号に対して、既知パターン比較型位相差検出とＭ乗型位相差検出が行われる。残留周波数オフセットがほぼ補償された収束状態では、既知パターン比較型位相差検出部１２とＭ乗型位相差検出部１３で残留周波数オフセット成分が検出されなくなる。残留周波数オフセット成分が検出されなくなるように、ループフィルタ１５は残留周波数オフセット補償部１０への補償量を常に調整する。
【００３７】
なお、ループフィルタ１５が位相差情報の平均や保持機能を有すると述べたが、これらの機能はループフィルタ１５の機能に限定されず、別の回路に実装することも可能である。また、周波数フィルタ機能などの他の機能をループフィルタ１５に実装することもできる。ループフィルタの構成によって、上記フィードバックループの収束特性を変更することができる。
【００３８】
（２）既知パターン比較型位相差検出及びＭ乗型位相差検出による位相雑音補償。
残留周波数オフセットが補償された受信信号には位相雑音が残る。従って、残留周波数オフセット補償の収束時点において、既知パターン比較型位相差検出部１２からの第１の位相差とＭ乗型位相差検出部１３からの第２の位相差の合算結果は位相雑音を意味する。この合算結果は位相補償部１１にも供給され、残留周波数オフセット補償部１０から出力された受信信号に存在する位相雑音が位相補償部１１で補償される。具体的には、位相補償部１１は、合算結果である位相情報を電界ベクトルに変換し、残留周波数オフセット補償部１０の出力信号である電界ベクトルと複素乗算する。この位相補償部１１の出力は、残留周波数オフセットと位相雑音が補償された信号となる。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態では、既知パターン比較型位相差検出部１２からの第１の位相差とＭ乗型位相差検出部１３からの第２の位相差を用いて受信信号の位相変動を補償する。第１の位相差を用いることで位相変動の補償範囲が±πまで広がるので、Ｍ乗型位相差検出部１３からの第２の位相差のみを用いる場合に必要であった位相スリップ補償回路を省略することができる。よって、回路を簡略化しつつ位相変動を高精度に補償することができる。また、Ｍ乗型位相差検出部１３の入力を予め第１の位相差で補償することにより、Ｍ乗型位相差検出部１３における第２の位相差の検出精度を向上することができる。
【００４０】
なお、既知パターン比較型位相差検出部１２と、Ｍ乗型位相差検出部１３とを必ずしも一緒に動作させる必要はない。低消費電力化が必要な場合は、既知パターン比較型位相差検出部１２のみ動作させることも可能である。これは、Ｍ乗型位相差検出部１３の全回路を止め、第２の位相差をゼロと設定することで容易に実現できる。よって、伝送性能に比べて低消費電力化が重要なシステムで使用する場合に、設定変更だけで対応することができる。
【００４１】
また、上述の例ではＱＰＳＫ変調の場合について説明したが、１６ＱＡＭの場合にも本実施の形態の構成を適用することができる。１６ＱＡＭの場合、コンステレーション上において、最も原点に近い４点及び、最も原点から遠い４点については、ＱＰＳＫと同様にＭ＝４とすることで処理ができる。それらの中間位置にある８点については、Ｍ＝４として処理し、かつ±１０５度のシフト制御を行う。同様に、その他のデジタル変調方式にも本実施の形態を適用することができる。
【００４２】
図７は、本発明の実施の形態１に係る位相変動補償装置の変形例を示す構成図である。変形例は、図３の装置と比較して、Ｍ乗型位相差検出部１３の構成と、既知パターン比較型位相差検出部１２からＭ乗型位相差検出部１３へのフィードバックの方法が異なり、他の構成は同じである。
【００４３】
変形例では、補償部１４は、Ｍ乗後の受信信号の位相変動を第１の位相差で補償する。また、入力信号の位相のＭ倍に合わせて、既知パターン比較型位相差検出部１２から補償部１４に入力する第１の位相差もＭ倍する。この場合、補償部１４の補償回路は、加算器で構成できる。既知パターン比較型位相差検出部１２からの位相差のフィードバックの効力及びＭ乗型位相差検出部１３の効力は実施の形態１と同じである。
【００４４】
しかし、第１の位相差を補償部１４に供給する場合、実施の形態１では、位相／電界変換部２１と、補償部１４における複素乗算の回路が必要である。これ対して、変形例では電界／位相変換部と、２つのＭ倍の掛け算器（Ｍ＝４の場合は、３回の加算器で構成）と、補償部１４における加算器が必要である。加算器は複素乗算器に比べて回路規模と消費電力を大幅に削減できる。従って、変形例は、実施の形態１に比べて回路規模と消費電力を小さくできる。電界／位相変換部、位相／電界変換部２１と同様に演算等又はテーブルで構成できる。
【００４５】
なお、変形例では、電界／位相変換部以降、位相に関する計算処理が可能であるが、移動平均の処理においては、一度電界情報に変換し、振幅情報も考慮することでより精度よく計算を行うことができる。なお、位相抽出前に再び位相情報に変換することは通常の設計事項の範囲である。また、位相と電界との複数回の変換について同じ変換テーブルを使うことで回路規模を低減できる。
【００４６】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る位相変動補償装置を示す構成図である。実施の形態１と比較して既知パターン比較型位相差検出部１２の構成が異なるが、他の構成は同じである。
【００４７】
実施の形態２では、既知パターンタイミング検出部１９は、位相補償部１１にて位相補償された受信信号から既知パターンのタイミングを検出する。既知パターン検出部１６は、このタイミングに基づいて位相補償部１１にて位相補償される前の受信信号から既知パターンを検出する。位相補償部１１の出力信号は残留周波数オフセットと位相雑音が補償されているため、その出力信号からより正確に既知パターンタイミングを検出できる。このタイミングを用いることで既知パターン抽出部２０は既知パターンの抽出を精度よく行うことができる。ただし、この場合、残留周波数オフセット補償と位相雑音の補償の処理による遅延を考慮する必要がある。
【００４８】
図９は、本発明の実施の形態２に係る位相変動補償装置の動作を説明する図である。本実施の形態に係る位相変動補償装置は以下のステップＳ１及びステップＳ２の動作を順に行う。
【００４９】
ステップＳ１：Ｍ乗型位相差検出による残留周波数オフセット補償。
位相変動補償装置の起動時は、位相補償部１１の出力信号の補償が完全に行われないため、その信号を入力とする既知パターンタイミング検出部１９から、正確な既知パターンタイミングが得られず、正確な第１の位相差の計算ができない。従って、Ｍ乗型位相差検出部１３のみが動作し、第２の位相差を出力する。誤った補償を防ぐため、この間は既知パターン比較型位相差検出部１２の動作を停止するように制御することもできる。
【００５０】
Ｍ乗型位相差検出部１３は、受信信号に対して、Ｍ乗、移動平均、位相誤差成分の位相抽出、及び÷Ｍを行い、変調成分が除かれた位相変動を第２の位相差として出力する。既知パターン比較型位相差検出部１２が動作しないので、補償部１４で大きな位相変動を事前に補償することができず、大きな位相変動も受信信号と共に入力される。そこで、Ｍ乗型位相差検出部１３の後段に、大きな位相変動に対応するためのπ／２位相回転トラッキング回路を設けている。π／２位相回転トラッキング回路は、実際にはパラメータ設定によりその動作を制御することができる。
【００５１】
Ｍ乗型位相差検出部１３からの第２の位相差は、ループフィルタ１５を介して残留周波数オフセット補償部１０に供給されると共に、位相補償部１１にも供給される。これらの動作は実施の形態１と同様である。
【００５２】
Ｍ乗型位相差検出部１３だけでも残留周波数オフセット及び位相雑音はおおむね補償可能である。これにより、既知パターンタイミング検出部１９で既知パターンタイミングを得られるようになる。その時点で、既知パターン比較型位相差検出部１２を動作させる。
【００５３】
ステップＳ２：既知パターン比較型位相差検出及びＭ乗型位相差検出による残留周波数オフセット補償と位相雑音補償。
既知パターン比較型位相差検出部１２を動作させた場合の動作は実施の形態１と同様である。なお、この場合、既知パターン比較型位相差検出部１２の出力は、Ｍ乗型位相差検出部１３の入力にフィードバックされ入力信号が第１の位相差で補償されるため、Ｍ乗型位相差検出部１３の後段のπ／２位相回転トラッキング回路の動作を停止する。
【００５４】
本実施の形態では、既知パターンタイミング検出が、残留周波数オフセット補償及び位相雑音補償が行われた後の信号によって行われる。これにより、既知パターンタイミングの抽出及び既知パターンの検出を精度よく行うことができるため、第１の位相差の精度を上げることができる。この第１の位相差によってＭ乗型位相差検出部１３の入力信号を事前に補償できるので、第２の位相差の精度も向上することができる。これらに基づく残留周波数オフセット補償及び位相雑音補償の精度も向上できる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
【００５５】
なお、図８に示す実施の形態２の位相変動補償装置に、図７に示す実施の形態１の変形例の構成を組み合わせることができる。これにより、先に示した変形例と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
また、実施の形態１，２の位相変動補償方法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又はプログラマブルロジックデバイスに読み込ませ、実行することにより波長分散補償を行ってもよい。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、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。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。更に「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が送信された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（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。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い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既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、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
７  位相変動補償装置、１０  残留周波数オフセット補償部（周波数オフセット補償部）、１１  位相補償部、１２  既知パターン比較型位相差検出部（第１の位相差検出部）、１３  Ｍ乗型位相差検出部（第２の位相差検出部）、１４  補償部、１７  参照信号記憶部、１８  位相差算出部、１９  既知パターンタイミング検出部、２０  既知パターン抽出部
【図１】
2020017819.tif 000003
【図２】
2020017819.tif 000004
【図３】
2020017819.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020017819.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020017819.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年6月28日(2019.6.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号から抽出した既知パターンとその真値との位相差を第１の位相差として検出する第１の位相差検出部と、
前記受信信号の位相変調方式における変調位相の数がＭであり、前記受信信号をＭ乗することで変調成分を除去し、送信側でのマッピング用変調位相点からの位相変動を第２の位相差として検出する第２の位相差検出部と、
前記第１の位相差と前記第２の位相差との合算結果に基づいて前記受信信号の位相変動を補償する位相補償部とを備えることを特徴とする位相変動補償装置。
【請求項２】
前記第２の位相差検出部に入力される前記受信信号又はＭ乗後の前記受信信号の位相変動を前記第１の位相差で補償する補償部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の位相変動補償装置。
【請求項３】
前記受信信号を前記第１及び第２の位相差検出部へ供給する前に、前記合算結果に基づいて前記受信信号の周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償部を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の位相変動補償装置。
【請求項４】
前記第１の位相差検出部は、
前記受信信号から前記既知パターンのタイミングを検出する既知パターンタイミング検出部と、
前記タイミングに基づいて前記受信信号から前記既知パターンを抽出する既知パターン抽出部と、
前記真値を記憶する参照信号記憶部と、
前記受信信号から抽出した前記既知パターンと前記真値との位相差を前記第１の位相差として算出する位相差算出部とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の位相変動補償装置。
【請求項５】
前記既知パターンタイミング検出部は、前記位相補償部にて位相補償された前記受信信号から前記既知パターンのタイミングを検出し、
前記既知パターン抽出部は、前記タイミングに基づいて前記位相補償部にて位相補償される前の前記受信信号から前記既知パターンを抽出することを特徴とする請求項４に記載の位相変動補償装置。
【請求項６】
前記第１の位相差検出部は、前記受信信号から抽出した前記既知パターンと前記真値との位相差と、次の既知パターンと該既知パターンの真値との位相差とを用いて線形補間を行うことで、両者の既知パターンの間の各シンボルに対する位相差を前記第１の位相差として算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の位相変動補償装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の位相変動補償装置を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項８】
位相変動補償装置が行う位相変動補償方法であって、
受信信号から抽出した既知パターンとその真値との位相差を第１の位相差として検出するステップと、
前記受信信号の位相変調方式における変調位相の数がＭであり、前記受信信号をＭ乗することで変調成分を除去し、送信側でのマッピング用変調位相点からの位相変動を第２の位相差として検出するステップと、
前記第１の位相差と前記第２の位相差との合算結果に基づいて前記受信信号の位相変動を補償するステップとを備えることを特徴とする位相変動補償方法。