(57)【要約】【課題】光通信といった高速通信であっても位相変動に対応することのできる通信装置を得る。【解決手段】回帰曲線計算部２６は、Sum-product復号部２５で繰り返し復号を行った復号データに基づいて誤り訂正符号化されたデータと復号後のデータの位相差を検出し、回帰曲線の近似を用いたフィルタリングによって、位相差成分のばらつきを低減し、フィルタリング後の位相差成分から位相のオフセット誤差と位相変移量の推定値を検出する。位相誤差算出部２７は、位相のオフセット誤差と位相変移量とに基づいて、誤り訂正符号化されたデータの位相誤差訂正を行う。Sum-product復号部２５は、誤り訂正符号化されたデータに対する位相誤差訂正を行った値に対して繰り返し復号を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誤り訂正符号化されたデータに対して、当該データにおける特定のサンプル点からサンプリングしたデータの軟判定繰り返し復号を行う復号手段と、
前記復号手段で繰り返し復号を行った復号データに基づいて前記誤り訂正符号化されたデータと復号後のデータの位相差を検出し、回帰曲線の近似を用いたフィルタリングによって、位相差成分のばらつきを低減し、前記フィルタリング後の位相差成分から位相のオフセット誤差と位相変移量の推定値を検出する位相誤差推定手段と、
前記位相のオフセット誤差と前記位相変移量とに基づいて、前記誤り訂正符号化されたデータの位相誤差訂正を行う位相誤差訂正手段とを備え、
前記誤り訂正符号化されたデータに対する前記位相誤差訂正を行った値に対して繰り返し復号を行うことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
誤り訂正符号化されたデータに対して、当該データにおける特定のサンプル点からサンプリングしたデータの軟判定繰り返し復号を行う復号手段と、
前記復号手段における復号の過程に出力される軟判定情報を用いて、前記誤り訂正符号化されたデータと復号後のデータの位相差を検出し、回帰曲線の近似を用いたフィルタリングによって、位相差成分のばらつきを低減し、前記フィルタリング後の位相差成分から位相のオフセット誤差と位相変移量の推定値を検出する位相誤差推定手段と、
前記位相のオフセット誤差と前記位相変移量とに基づいて、前記誤り訂正符号化されたデータの位相誤差訂正を行う位相誤差訂正手段とを備え、
前記復号手段は、前記位相誤差訂正手段による位相誤差訂正を行った値を新たな入力として繰り返し復号を予め決められた回数に達するまで行うことを特徴とする通信装置。
【請求項３】
位相誤差推定手段は、位相の固定のオフセット値と正弦波で表現される回帰曲線を位相変動量として位相変動を推定し、フィルタリングを行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の通信装置。
【請求項４】
位相誤差推定手段と位相誤差訂正手段とに代えて、
位相差成分の系列を高速フーリエ変換または離散フーリエ変換により周波数成分に分解して一定の閾値を超える周波数成分だけを残してその他の成分は削除し、逆高速フーリエ変換または逆離散フーリエ変換により、位相差成分のばらつきを低減した位相差成分を生成するフィルタ手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誤り訂正符号の軟判定繰り返し復号を用いてその復号後のデータあるいは復号過程に出力される軟判定情報を用いて位相差成分を推定する通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＤＰＣ符号化されたデータを受信し、このデータに対するＬＤＰＣ復号の過程で出力される軟判定情報を用いて、最小平均自乗誤差法による位相誤差推定を実行し、この推定結果に基づいて受信データを補正するようにしたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４８０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載されたような従来の装置では、位相誤差（θ′＋Δφ′）の推定を１次の回帰直線を用いて行っており、このように推定結果に基づいて、送信側と受信側での同期制御を行っていた。
しかしながら、上記従来の同期制御は、無線通信といった比較的伝送速度が低速である分野では十分な同期制御を行うことができるものであるが、光通信といった高速通信の分野では十分な同期制御を行うことができないという問題があった。すなわち、無線通信の伝送速度は数１０Ｍｂｐｓ〜１００Ｍｂｐｓであるのに対し、光通信では１００Ｇｂｐｓと１０００倍近い伝送速度の差がある。その為、同期回路における揺らぎが１００Ｍｂｐｓ程度の通信では無視できるほどの揺らぎが、１００Ｇｂｐｓ通信では周期性のある位相変動に見えてしまう。その結果、従来の無線通信では線形な近似で十分対応できた回路が周期性のある位相変動には対応できなくなるという問題があった。
【０００５】
また、このように位相変動が著しいため同期検波は困難であることから、位相変動に強い差動変調により送信し、受信側では差動検波を行うことで、位相変動に対応するようにしたものがあった。しかしながら、差動検波は同期検波よりある検波後のビット誤り率（ＢＥＲ）に対するＳＮＲ比で約３ｄＢの劣化を生じる、といった利得低下の問題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光通信といった高速通信であっても位相変動に対応することのできる通信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る通信装置は、誤り訂正符号化されたデータに対して、そのデータにおける特定のサンプル点からサンプリングしたデータの軟判定繰り返し復号を行う復号手段と、復号手段で繰り返し復号を行った復号データに基づいて誤り訂正符号化されたデータと復号後のデータの位相差を検出し、回帰曲線の近似を用いたフィルタリングによって、位相差成分のばらつきを低減し、フィルタリング後の位相差成分から位相のオフセット誤差と位相変移量の推定値を検出する位相誤差推定手段と、位相のオフセット誤差と位相変移量とに基づいて、誤り訂正符号化されたデータの位相誤差訂正を行う位相誤差訂正手段とを備え、誤り訂正符号化されたデータに対する位相誤差訂正を行った値に対して繰り返し復号を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の通信装置は、回帰曲線の近似を用いたフィルタリングによって、位相差成分のばらつきを低減し、フィルタリング後の位相差成分から位相のオフセット誤差と位相変移量の推定値を検出するようにしたので、光通信といった高速通信であっても位相変動に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による通信装置を含む通信システムの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による通信装置の受信信号の位相誤差を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による通信装置の受信信号の推定位相誤差を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２による通信装置を含む通信システムの構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２による通信装置のフィルタ部における処理の流れを示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２による通信装置の位相誤差成分の周波数領域での成分を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２による通信装置の位相誤差成分の主成分のみ抽出した周波数領域での成分を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
位相誤差及び搬送波周波数誤差による同期性能の劣化のリカバリの為に本実施の形態ではサンプルタイミングおよび搬送波周波数に対して同期が取れていない状態でＬＤＰＣ復号法であるSum-productアルゴリズムが出力する軟判定ビットを使って位相誤差や搬送波周波数誤差を推定する方法を説明する。
【００１１】
図１は、この発明の実施の形態１による通信装置と送信側装置とを含む通信システムの構成図である。
図１に示す通信システムは、送信側装置として、ＬＤＰＣ符号化部１１と変調器１２を備え、受信側装置（通信装置）として、キャリアセンス部２１、ＰＬＬ２２、フレーム同期部２３、復調器２４、Sum-product復号部２５、回帰曲線計算部２６、位相誤差算出部２７を備えている。
【００１２】
実施の形態１では、伝送路としてＡＷＧＮ（additive white Gaussian noise：白色ガウス雑音）伝送路を仮定する。２値のデータは符号語ｂｉ∈｛０，１｝，ｉ＝１，２，・・・，Ｌｃを生成するＬＤＰＣ符号化部１１を用いて符号化されるものとする。以下の説明では、符号語ｂｉを送信信号ｕｉにマッピングするものとする。
2015099950.tif 000003
【００１３】
変調器１２におけるＱＰＳＫ変調の為の符号語系列ｃｋ，ｋ＝１，２，・・・，Ｌｃ／２は以下のように与える。
2015099950.tif 000004
また、（２）式を用いてＱＰＳＫ変調信号ｓ（ｔ）を以下の式により実現する。
2015099950.tif 000005
ここでＲｅは実部、ｆｃは搬送波周波数を示す。またｔは時間を示しており、ｔ＝Ｔｓ・ｉ，（ｉ＝１，２，・・・，２ｋ−１，２ｋ，・・・，Ｌｃ）の順に送信する。Ｔｓはサンプル間隔を示しており、Ｔｓ＝１／（４ｆｃ）である。
【００１４】
2015099950.tif 000006
ここでｒ２ｋ−１とｒ２ｋは、受信符号語系列の複素成分である。
図１では簡略化のため、送信信号は式（２）で受信信号は式（５）で表現している。
【００１５】
受信側装置において、キャリアセンス部２１はキャリア電力を検出する処理部であり、ＰＬＬ２２は、キャリアセンス部２１での検出結果に基づいて位相同期を行う位相同期回路である。フレーム同期部２３は、ＰＬＬ２２の出力に基づいて、フレーム同期を行う処理部である。復調器２４は、変調器１２で変調されたデータを復調する処理部である。Sum-product復号部２５は、誤り訂正符号化されたデータに対して、このデータにおける特定のサンプル点からサンプリングしたデータの軟判定繰り返し復号を行う復号手段であり、また、一般的なSum-product復号を行う復号回路である。回帰曲線計算部２６は、復号手段で繰り返し復号を行った復号データに基づいて誤り訂正符号化されたデータと復号後のデータの位相差を検出し、回帰曲線の近似を用いたフィルタリングによって、位相差成分のばらつきを低減し、フィルタリング後の位相差成分から位相のオフセット誤差と位相変移量の推定値を検出する位相誤差推定手段であり、その詳細については後述する。位相誤差算出部２７は、位相誤差推定手段で推定された位相のオフセット誤差と位相変移量とに基づいて、誤り訂正符号化されたデータの位相誤差訂正を行う位相誤差訂正手段である。
【００１６】
次に、実施の形態１の通信装置の動作について説明する。
本実施の形態では回帰曲線の近似を用いたフィルタリングによる位相誤差推定器を用いた拡張Sum-productアルゴリズムを提案する。このアルゴリズムは繰り返し復号において三つのステップを持っている。すなわち、（Ｉ）第１ステップは初期設置プロセス、第２ステップは（Ａ）ＭＭＳＥ位相誤差推定プロセス、第３ステップは（Ｂ）通常のSum-productアルゴリズムプロセスである。
【００１７】
本発明は、確率領域sum-product復号法及び対数領域sum-product復号法のいずれでも同等の性能を示すが、実施の形態１では対数領域sum-product復号法で説明する。また、実施の形態中ではＬＤＰＣ符号を用いているが、その復号法であればいかなる復号法でも適用できる。
【００１８】
（Ｉ）第１ステップ：初期設定プロセス
2015099950.tif 000007
【００１９】
（Ａ）第２ステップ：軟判定による位相誤差補正
（Ａ−１）：初期化
2015099950.tif 000008
【００２０】
（Ａ−２）：Sum-product復号
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【００２１】
（Ａ−３）：軟判定ビット計算
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【００２２】
（Ａ−４）：最小平均自乗誤差法（ＭＭＳＥ）による位相誤差推定
光通信の場合レーザで通信するが、このレーザの特徴により周期的に位相が変動する事が知られている。位相差成分を観測した場合、その位相差成分の軌跡はＳＩＮ波形に近似できる。このことから回帰曲線計算部２６は以下のような処理を行う。
【００２３】
ＭＭＳＥによる位相誤差推定を以下のように実行する。
2015099950.tif 000011
【００２４】
式（８）を求めるには、下式
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【００２５】
（Ａ−５）：軟判定ビットによる位相誤差訂正
2015099950.tif 000013
【００２６】
（Ａ−６）：ＬＬＲの更新
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【００２７】
（Ｂ）第３ステップ：一般的なSum-product復号
（Ｂ−１）フレーム同期後の初期化
2015099950.tif 000015
【００２８】
（Ｂ−２）：Sum-product復号
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【００２９】
（Ｂ−３）：パリティ検査
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【００３０】
（Ｂ−４）：カウンタのインクリメント
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【００３１】
また、復号過程に出力される軟判定情報を用いて位相差成分を推定し、その推定値からSum-product復号部２５の入力軟判定値に対して位相誤差を修正し、その値を元に繰り返し復号を継続していく場合、（Ｂ−４）の処理は次のようになる。
（Ｂ−４）：カウンタのインクリメント
2015099950.tif 000019
【００３２】
以上説明したように、実施の形態１の通信装置によれば、誤り訂正符号化されたデータに対して、そのデータにおける特定のサンプル点からサンプリングしたデータの軟判定繰り返し復号を行う復号手段と、復号手段で繰り返し復号を行った復号データに基づいて誤り訂正符号化されたデータと復号後のデータの位相差を検出し、回帰曲線の近似を用いたフィルタリングによって、位相差成分のばらつきを低減し、フィルタリング後の位相差成分から位相のオフセット誤差と位相変移量の推定値を検出する位相誤差推定手段と、位相のオフセット誤差と位相変移量とに基づいて、誤り訂正符号化されたデータの位相誤差訂正を行う位相誤差訂正手段とを備え、誤り訂正符号化されたデータに対する位相誤差訂正を行った値に対して繰り返し復号を行うようにしたので、光通信といった高速通信であっても位相変動に対応することができる。また、差動変調を適用せざるを得なかった通信路でも同期検波を適用でき、最大３ｄＢの利得を得ることができる。
【００３３】
また、実施の形態１の通信装置によれば、誤り訂正符号化されたデータに対して、そのデータにおける特定のサンプル点からサンプリングしたデータの軟判定繰り返し復号を行う復号手段と、復号手段における復号の過程に出力される軟判定情報を用いて、誤り訂正符号化されたデータと復号後のデータの位相差を検出し、回帰曲線の近似を用いたフィルタリングによって、位相差成分のばらつきを低減し、フィルタリング後の位相差成分から位相のオフセット誤差と位相変移量の推定値を検出する位相誤差推定手段と、位相のオフセット誤差と位相変移量とに基づいて、誤り訂正符号化されたデータの位相誤差訂正を行う位相誤差訂正手段とを備え、復号手段は、位相誤差訂正手段による位相誤差訂正を行った値を新たな入力として繰り返し復号を予め決められた回数に達するまで行うようにしたので、光通信といった高速通信であっても位相変動に対応することができる。また、差動変調を適用せざるを得なかった通信路でも同期検波を適用でき、最大３ｄＢの利得を得ることができる。
【００３４】
また、実施の形態１の通信装置によれば、位相誤差推定手段は、位相の固定のオフセット値と正弦波で表現される回帰曲線を位相変動量として位相変動を推定し、フィルタリングを行うようにしたので、レーザで光通信を行う場合の位相誤差を高い精度で推定することができる。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態１では回帰曲線計算部２６と位相誤差算出部２７とによって、位相誤差の推定と訂正を行うようにしたが、これらの構成に代えて、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）またはＦＦＴ（高速フーリエ変換）の近似を用いたフィルタリングによる位相誤差推定を行うようにしてもよく、これを実施の形態２として以下に説明する。
【００３６】
図４は、実施の形態２の通信装置を含む通信システムの構成図である。
図において、フィルタ部２８は、位相差成分の系列を高速フーリエ変換または離散フーリエ変換により周波数成分に分解して一定の閾値を超える周波数成分だけを残してその他の成分は削除し、逆高速フーリエ変換または逆離散フーリエ変換により、位相差成分のばらつきを低減した位相差成分を生成するフィルタ手段である。他の構成は図１に示した実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
次に、このように構成された実施の形態２の通信装置の動作について説明する。
実施の形態２においても、三つのステップを持っており、これらステップの基本的な動作は実施の形態１の（Ｉ），（Ａ），（Ｂ）と同様である。実施の形態１との違いは、（Ａ−４）のステップのみであるため、このステップについて説明する。
【００３８】
（Ａ−４）：ＤＦＴあるいはＦＦＴによる位相誤差推定
光通信の場合レーザで通信するが、このレーザの特徴により周期的に位相が変動する事が知られている。位相差成分を観測した場合、その位相差成分の軌跡はＳＩＮ波形に近似できる。このことから以下のような処理を行う。
ＤＦＴあるいはＦＦＴによる位相誤差推定を以下のように実行する。
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【００３９】
フィルタ部２８は、以下の手順でフィルタリングを行う。図５は、フィルタ部２８における処理の流れを示す説明図である。
（Ｉ）時間軸位相情報をＤＦＴあるいはＦＦＴを使って周波数成分で主成分信号の帯域を認識
位相差成分のフィルタ部２８への信号は実施の形態１で説明した図２の様に表現できる。これにＤＦＴかＦＦＴをかけることにより図６の様な周波数成分を抽出できる（図５におけるステップ２８ａ）。
【００４０】
（ＩＩ）周波数軸上で閾値を用いることにより主成分以外の帯域を削除して時間軸に変換しフィルタリングし位相誤差推定値を再生する（図５におけるステップ２８ｂ，２８ｃ）。
図６における周波数成分に対しある閾値を用いて主成分のみを残し、ある閾値以下のＤＦＴあるいはＦＦＴ出力成分を０にする。この処理により図７のような成分を抽出できる。そして、主成分抽出後の信号を再度ＩＤＦＴ（逆離散フーリエ変換）あるいはＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）をかけることにより実施の形態１で説明した図３に示すような推定位相誤差成分を生成できる（図５におけるステップ２８ｄ，２８ｅ）。
【００４１】
（ＩＩＩ）受信信号から推定位相誤差成分を引き去り、事前情報として繰り返し復号を実行
上記（ＩＩ）による操作により下記のような推定位相誤差を生成できる。
2015099950.tif 000021
【００４２】
以上説明したように、実施の形態２の通信装置によれば、実施の形態１の位相誤差推定手段と位相誤差訂正手段とに代えて、位相差成分の系列を高速フーリエ変換または離散フーリエ変換により周波数成分に分解して一定の閾値を超える周波数成分だけを残してその他の成分は削除し、逆高速フーリエ変換または逆離散フーリエ変換により、位相差成分のばらつきを低減した位相差成分を生成するフィルタ手段を備えたので、実施の形態１と同様の効果を得ることができると共に、ＤＦＴあるいはＦＦＴを用いた回路は非常に簡単な回路で実装できるため、回路規模削減に高い効果を奏する。また、簡易な構成のため高速通信にも容易に適用可能である。
【００４３】
なお、実施の形態１、２では、直流成分とある一定の周波数成分を一つ持った位相誤差成分を例に取り上げて説明したが、複数の周波数成分の組み合わせでもＳＩＮ波の成分を複数用意することで容易に適用できる。また、周期的な信号はＳＩＮ波以外にも三角関数やＥＸＰ関数で表現しても適用できる。
【００４４】
また、実施の形態１、２では、直流成分とある一定の周波数成分を持った信号を例として説明したが、周期性をもった位相誤差成分やその組み合わせ以外の非周期的な信号でも適用できることは自明である。
【００４５】
また、実施の形態１、２では、一例としてＬＤＰＣ符号とその復号を用いて説明したが、軟判定ビットを出力できるいかなる誤り訂正符号とその復号法でも適用できる。
【００４６】
また、実施の形態１、２では、光通信に適用する場合を説明したが、これに限定されるものではなく、無線通信装置、有線通信装置、衛星通信装置などのいかなる通信装置にも適用可能である。
【００４７】
さらに、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１１  ＬＤＰＣ符号化部、１２  変調器、２１  キャリアセンス部、２２  ＰＬＬ、２３  フレーム同期部、２４  復調器、２５  Sum-product復号部、２６  回帰曲線計算部、２７  位相誤差算出部、２８  フィルタ部。
【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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