(57)【要約】【課題】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。【解決手段】光受信器は、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、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、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特定周期成分取得部と、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自己相関位置検出部とを備える。【選択図】図１
2019036912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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、請求項１に記載の光受信器。
【請求項３】
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、請求項１又は請求項２に記載の光受信器。
【請求項４】
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、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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光受信器及び既知信号検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１４１６５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における、光通信システムの構成の例を示す図である。
【図２】第１実施形態における、フレームの構成の例を示す図である。
【図３】第１実施形態における、既知信号系列の構成の例を示す図である。
【図４】第１実施形態における、ブロックの構成の例を示す図である。
【図５】第１実施形態における、サンプル加算処理の例を示す図である。
【図６】第１実施形態における、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。
【図７】第１実施形態における、光受信器の動作の例を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態における、光通信システムの構成の例を示す図である。
【図９】第２実施形態における、フレームの構成の第１例を示す図である。
【図１０】第２実施形態における、フレームの構成の第２例を示す図である。
【図１１】第２実施形態における、既知信号系列において選択されたシンボルから０個先のシンボルと、選択されたシンボルとの間の差動処理の例を示す図である。
【図１２】第２実施形態における、既知信号系列において選択されたシンボルから１個先のシンボルと、選択されたシンボルとの間の差動処理の例を示す図である。
【図１３】第２実施形態における、既知信号系列において選択されたシンボルから２個先のシンボルと、選択されたシンボルとの間の差動処理の例を示す図である。
【図１４】第２実施形態における、複数のシンボルの差動成分を差動成分加算回路が一度に生成した結果の例を示す図である。
【図１５】第２実施形態における、隣接サンプル加算回路による加算結果の例を示す図である。
【図１６】第２実施形態における、検出ブロック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１７】第２実施形態における、検出ブロックと既知信号系列との位置関係の第２例を示す図である。
【図１８】第２実施形態における、サンプル同期の追加１回目の例を示す図である。
【図１９】第２実施形態における、サンプル同期の追加２回目の例を示す図である。
【図２０】第２実施形態における、光受信器の動作の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
【数１】
2019036912.tif 000003
【００２７】
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。
【００２８】
【数２】
2019036912.tif 000004
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
【数３】
2019036912.tif 000005
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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）。
【００４１】
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）。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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）。
【００７４】
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）。
【００７５】
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）。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、光受信器、光通信システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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