(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチステージ位相推定構成を有するマルチステージ位相推定装置であって、
各ステージの位相推定構成は、
それぞれが入力信号および初期位相角または前段ステージで得られるサーチ位相角に基づいて距離メトリックおよびサーチ位相角を計算する、当該ステージのサーチ位相角の数と同数の複数のメトリック計算モジュールと、
当該ステージの位相推定結果として、前記複数のメトリック計算モジュールの計算結果に基づいて、最小の距離メトリックに対応するサーチ位相角を選択する選択モジュールと、を有し、
各ステージの位相推定構成は、ブラインド位相サーチアルゴリズムを使用して前記入力信号の位相を推定し、
前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長は、後続するステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長く、
最終ステージの平均時間ウィンドウ長の最適値は、単一ステージ位相推定構成のみが使用される場合における平均時間ウィンドウ長の最適値と同じである
ことを特徴とするマルチステージ位相推定装置。
【請求項２】
Ｌformerが前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長を表し、Ｌlatterが後段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長を表すときに、２Ｌlatter＜Ｌformer＜３Ｌlatterである
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチステージ位相推定装置。
【請求項３】
Ｌformerは、Ｌlatterの２．３〜２．６倍である
ことを特徴とする請求項２に記載のマルチステージ位相推定装置。
【請求項４】
位相推定構成の各ステージにおけるサーチ位相角の数の積と、単一ステージ位相推定構成において必要とされるサーチ位相角の総数との差分の絶対値が最小であり、且つ、位相推定構成の各ステージにおけるサーチ位相角の数の和が最小である
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチステージ位相推定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のマルチステージ位相推定装置を有するデジタルコヒーレント受信機。
【請求項６】
マルチステージ位相推定構成を用いて入力信号に対して位相推定を実行するステップを有し、
各ステージにおいて、ブラインド位相サーチアルゴリズムを使用して前記入力信号の位相を推定し、
前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長は、後続するステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長く、
最終ステージの平均時間ウィンドウ長の最適値は、単一ステージ位相推定構成のみが使用される場合における平均時間ウィンドウ長の最適値と同じである
ことを特徴とするマルチステージ位相推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に係わり、位相推定方法および位相推定装置に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
高速大容量光ファイバ伝送システムは、光通信が発展していく方向であり、高次の直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）方式とコヒーレント受信技術の組合せが有望なソリューションを提供してくれると期待されている。ＱＡＭ方式を使用すると、スペクトル効率が向上し、電気／光帯域の要求を下げることができる。また、コヒーレント受信技術は、受信感度を向上させながら、強力なＤＳＰ（Digital Signal Processing）技術を利用して伝送による信号の劣化の問題を解決することができる。
【０００３】
レーザ位相雑音が存在するので、デジタルコヒーレント受信機においてキャリア位相推定器は重要なデバイスである。また、実用上、トレーニング手順を省略するために、フィードフォワードでブラインド位相推定を使用する方式が期待されている。この方式では、情報の伝送効率が向上する。ただし、変調次数が高くなると（すなわち、シンボル当たりのビット数が増加すると）、ＱＡＭ信号のコンステレーション点の密度が高くなるので、レーザ位相雑音に対してＱＡＭ信号の耐力が大きく劣化する。このため、従来のフィードフォワードブラインド位相推定アルゴリズムには、高次のＱＡＭ信号に適用することは困難であった。また、フィードフォワードブラインド位相推定モジュールに対して技術的に高度な要求が生じていた。これらの問題については、例えば、非特許文献１〜４に記載されている。
【０００４】
様々なフィードフォワードブラインド位相推定アルゴリズムの中で、ブラインド位相サーチ（ＢＰＳ：Blind Phase Search）に基づくフィードフォワードアルゴリズムは、位相雑音耐力が高い、並列処理を実行できる、任意の次数のＱＡＭ方式に適用可能である等の利点を有している。このアルゴリズムの原理は比較的シンプルであるが、実装の複雑さは非常に高い。効果的なソリューションの１つは、１ステージの位相推定モジュールを複数ステージのモジュールに適用することにより、位相サーチにおいて必要とされる位相角の数を削減し、複雑さを低くすることである。なお、フィードフォワードアルゴリズムについては、例えば、非特許文献５〜７に記載されている。
【０００５】
様々なマルチステージ位相推定アルゴリズムが提案されている（例えば、非特許文献８〜１１）。これらの提案においては、複雑さが1.5〜３分の１に削減されている。一例として、非特許文献１０で提案されているアルゴリズムについて記載する。非特許文献１０で提案されている２ステージの位相推定構成において、各ステージはそれぞれ位相サーチアルゴリズムに基づいており、前段ステージは、後段ステージのための粗いサーチと考えられ、後段ステージは、前段ステージでの推定位相に基づく細かいサーチに相当する。この構成により、位相推定の精度を確保しながら、位相サーチのための位相角の数が削減される。しかしながら、この２ステージ位相推定構成においては、各ステージで同じ長さの平均時間ウィンドウが使用されるので、第１ステージで必要とされる位相角の数は、パターン効果の影響により依然として非常に大きい。したがって、複雑さの低減は限定的である。
【０００６】
なお非特許文献１〜１１の内容は、本発明および従来技術の理解を助けるために有用であり、引用によって本件特許出願に取り込まれるものとする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】R. Noe, “Phase noise tolerant synchronous QPSK/BPSK baseband-type intradyne receiver concept with feed-forward carrier recovery,” J. Lightw. Technol., vol. 23, no. 2, pp. 802-808, Feb. 2005.
【非特許文献２】H. Louchet, K. Kuzmin, and A. Richter, “Improved DSP algorithms for coherent 16-QAM transmission,”PaperTu.1.E.6, in Proc. ECOC2008, Brussels,  Belgium, Sep.21-25, 2008.
【非特許文献３】M. Seimetz, “Laser linewidth limitations for optical systems with high-order modulation employing feedforward digital carrier phase estimation,” PaperOTuM2, in Proc.OFC2008, San Diego, CA, Feb. 24-28, 2008.
【非特許文献４】I. Fatadin, D. Ives, and S. J. Savory, “Laser linewidth tolerance for 16QAM coherent optical systems using QPSK partitioning,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 22, no. 9, pp. 631-633, May. 2010.
【非特許文献５】S.K. Oh and S.P. Stapleion, “Blind phase recovery using finite alphabet properties in digital communications,”Electronics Letters, vol. 33, no. 3, pp. 175-176, Jan. 1997.
【非特許文献６】F. Rice, B. Cowley, B. Moran, and M. Rice, “Cramer-Rao lower bounds for QAM phase and frequency estimation,” IEEE Transactions on Communications, vol. 49, no. 9, pp. 1582-1591, Sep. 2001.
【非特許文献７】T. Pfau, S. Hoffmann, and R. Noe, “Hardware-efficient coherent digital receiver concept with feed-forward carrier recovery for M-QAM constellations,” Journal of Lightwave Technology, vol. 27, no. 8, pp. 989-999, Apr. 15, 2009.
【非特許文献８】T. Pfau, and R. Noe, “Phase-noise-tolerant two-stage carrier recovery concept for higher order QAM formats,” IEEE Journal of Selected Topics on Quantum Electronics, vol. 16, no. 5, pp. 1210-1216, 2010.
【非特許文献９】X. Zhou, “An improved feed-forward carrier recovery algorithm for coherent receivers with M-QAM modulation format,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 22, no. 14, pp. 1051-1053, July. 2010.
【非特許文献１０】X. Li, Y. Cao, S. Yu, W. Gu, and Y. Ji, “A Simplified Feed-Forward Carrier Recovery Algorithm for Coherent Optical QAM System,” Journal of Lightwave Technology, vol. 29, no. 5, pp. 801-807, Mar. 2011.
【非特許文献１１】Q. Zhuge, C. Chen, and D. V. Plant, “Low computation complexity two-stage feedforward carrier recovery algorithm for M-QAM,” Paper OMJ5, presented in OFC2011, Los Angeles, CA, Mar. 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、マルチステージ位相推定方法および／または装置の処理および／または構成の複雑さを低くすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様のマルチステージ位相推定装置は、マルチステージ位相推定構成を有し、各ステージの位相推定構成は、それぞれが入力信号および初期位相角または前段ステージで得られるサーチ位相角に基づいて距離メトリックおよびサーチ位相角を計算する、当該ステージのサーチ位相角の数と同数の複数のメトリック計算モジュールと、当該ステージの位相推定結果として、前記複数のメトリック計算モジュールの計算結果に基づいて、最小の距離メトリックに対応するサーチ位相角を選択する選択モジュールと、を有する。前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長は、後続するステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長い。
【発明の効果】
【００１０】
上述の態様によれば、マルチステージ位相推定方法および／または装置の処理および／または構成の複雑さが低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態のマルチステージ位相推定装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示すマルチステージ位相推定装置の実施例を示す図である。
【図３】図２に示す第１ステージ位相推定構成のメトリック計算モジュールの構成を示す図である。
【図４】図２に示す第２ステージ位相推定構成のメトリック計算モジュールの構成を示す図である。
【図５】実施形態のデジタルコヒーレント受信機の構成を示す図である。
【図６】実施形態の偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機の構成を示す図である。
【図７】図５または図６に示すコヒーレント受信機を使用する光通信システムの構成を示す図である。
【図８】実施形態のマルチステージ位相推定方法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】
【００１２】
本発明の幾つかの実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下に記載する実施形態は、例示的なものであり、本発明を限定するものではない。当業者が本発明の原理および実施形態をより適切に理解するために、以下では、光通信システムにおけるレーザ位相雑音の推定を例にして説明する。ただし、本発明は、位相雑音が存在するすべての通信システムに適用可能であり、光通信システムに限定されるものではない。
【００１３】
図１は、実施形態のマルチステージ位相推定装置の構成を示す図である。図１に示すように、実施形態のマルチステージ位相推定装置は、マルチステージ位相推定構成１１を有する。すなわち、マルチステージ位相推定装置は、複数の位相推定構成１１を有し、各ステージの結果はそれぞれ次のステージで使用される。各ステージの位相推定構成１１は、複数のメトリック計算モジュール１１１、および選択モジュール１１２を有する。各ステージのメトリック計算モジュール１１１の数は、当該ステージのサーチ位相角の数と同じである。
【００１４】
各メトリック計算モジュール１１１は、入力信号および初期サーチ位相角または前段の位相推定構成で得られたサーチ位相角に基づいて、距離メトリックを計算するために使用される。選択モジュール１１２は、すべてのメトリック計算モジュール１１１の計算結果に基づいて、当該ステージが出力する位相推定結果として、最小距離メトリックに対応するサーチ位相角を選択する。ここで、この実施形態では、前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長は、それに続くステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長い。
【００１５】
実施形態のマルチステージ位相推定装置においては、各ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長が互いに同じであるという制限は取り除かれ、ステージ毎に同一ではない平均時間ウィンドウ長が使用される。このため、レーザ位相雑音耐力を保証しながらパターン効果の問題が解決され、さらに位相推定アルゴリズムを実装する際の複雑さ（或いは、位相推定のための処理または構成の複雑さ）が低くなる。したがって、この実施形態のマルチステージ位相推定装置をデジタルコヒーレント受信機または偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機に適用すれば、位相推定のための処理のコストおよび実装の複雑さが低くなる。
【００１６】
なお、この実施形態では、各ステージの位相推定構成は、一例として、または好ましくは、ＢＰＳ（Blind Phase Search）アルゴリズムを使用する。
この実施形態では、最終ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長の最適値は、単一ステージ位相推定構成のみが使用される場合の平均時間ウィンドウ長の最適値と同じまたはほぼ同じである。ここで、単一ステージ位相推定構成は、入力信号の位相を推定するために位相推定構成を１ステージだけ使用する形態を意味する。そして、単一ステージ位相推定構成が実施形態のマルチステージ位相推定構成と同じアルゴリズムを使用する場合に、単一ステージ位相推定構成の最適な平均時間ウィンドウ長は、実施形態のマルチステージ位相推定装置の最終ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長の最適値と同じまたはほぼ同じである。
【００１７】
この実施形態では、位相推定構成の各ステージにおけるサーチ位相角の数の積と、単一ステージ位相推定構成において必要とされるサーチ位相角の総数との差分の絶対値が最小である。また、位相推定構成の各ステージにおけるサーチ位相角の数の和が最小である。なお、単一ステージ位相推定構成の意味は、上述した通りであり、さらなる記載は省略する。
【００１８】
以下、この実施形態のマルチステージ位相推定装置について、マルチステージ位相推定構成を例にして説明する。なお、この実施形態では、一例として、２つのステージ（第１ステージおよび第２ステージ）を取り上げるが、マルチステージ位相推定装置が３以上のステージを有する場合には、第３ステージから最終ステージまでの各ステージの処理は、第２ステージと実質的に同じであり、その記載は省略する。
【００１９】
図２は、図１に示すマルチステージ位相推定装置の実施例を示す図である。図２に示すように、実施形態のマルチステージ位相推定装置は、マルチステージ位相推定構成を有する。図２においては、第１ステージ位相推定構成２１および第２ステージ位相推定構成２２が示されている。
【００２０】
第１ステージ位相推定構成２１は、複数のメトリック計算モジュール
0005772565.tif 000002
を有する。メトリック計算モジュール
0005772565.tif 000003
は、それぞれ、入力信号ｒkおよび対応する初期サーチ位相角
0005772565.tif 000004
に基づいて、位相サーチのために使用される距離メトリック
0005772565.tif 000005
、およびサーチ位相角
0005772565.tif 000006
を計算するために使用される。Ｉ1は、第１ステージ位相推定構成２１で使用されるサーチ位相角の数を表す。
【００２１】
第１ステージ位相推定構成２１は、マルチステージ位相推定構成全体の第１番目のステージであって、他のステージ（すなわち、２段目以降のステージ）とは異なっている。すなわち、第１ステージ位相推定構成２１の各メトリック計算モジュールで使用されるサーチ位相角は、第１ステージのサーチ位相角の数に基づいて直接的に得られ、例えば、サーチ位相角は、−π/4からπ/4の間に等しい間隔で分布する。
【００２２】
第１ステージ位相推定構成２１は、更に選択モジュールを有する。この実施形態では、選択モジュールは、最小値セレクタ２１２およびスイッチ２１３を有する。そして、最小値セレクタ２１２およびスイッチ２１３を利用することにより、第１ステージ位相推定構成２１が出力すべき位相推定結果として、最小距離メトリックに対応するサーチ位相角が選択される。すなわち、最小値セレクタ２１２は、複数の距離メトリック
0005772565.tif 000007
の中で最小値を特定する。ここで、例えば、距離メトリック
0005772565.tif 000008
が最小であったときは、スイッチ２１３は、
0005772565.tif 000009
に対応するサーチ位相角
0005772565.tif 000010
を選択する。そして、第１ステージ位相推定構成２１で選択されたサーチ位相角は、第２ステージ位相推定構成２２に与えられる。
【００２３】
第１ステージ位相推定構成２１に設けられる各メトリック計算モジュールは、例えば、図３に示す構成で実現される。図３に示すように、メトリック計算モジュールは、乗算器３１、判定器３２、第１の計算器３３、第２の計算器３４を有する。
【００２４】
乗算器３１は、初期位相角として与えられているサーチ位相角に対応する複素数を入力信号ｒkに掛けるために使用される。これにより、入力信号の位相は対応する角度だけ回転する。なお、この実施形態では、例えば、各メトリック計算モジュールに対して、互いに異なる初期位相角が与えられる。そして、判定部３２は、乗算器３１の出力に対してＱＡＭコンステレーションに基づく硬判定を行うために使用される。
【００２５】
第１の計算器３３は、乗算器３１の出力と判定器３２の出力との間の差分の絶対値の二乗を計算するために使用される。すなわち、第１の計算器３３は、実質的に、乗算器３１の出力と判定器３２の出力との間の距離を計算する。第２の計算器３４は、長さＮjの平均時間ウィンドウの中で第１の計算器３３の出力の和を計算して距離メトリックの値を得るために使用される。すなわち、第２の計算器３４は、長さＮjの平均時間ウィンドウの中で、実質的に、乗算器３１の出力と判定器３２の出力との間の距離の平均を計算する。そして、第２の計算器３４による計算結果は、距離メトリックとして図２に示す最小値セレクタ２１２へ導かれる。なお、このステージの位相推定構成は、第１番目のステージ位相推定構成なので、ｊ＝１である。
【００２６】
第２ステージ位相推定構成２２は、複数のメトリック計算モジュール
0005772565.tif 000011
を有する。メトリック計算モジュール
0005772565.tif 000012
は、それぞれ、入力信号ｒkおよび前段ステージの位相推定構成で得られたサーチ位相角
0005772565.tif 000013
に基づいて、位相サーチのために使用される距離メトリック
0005772565.tif 000014
、およびサーチ位相角
0005772565.tif 000015
を計算するために使用される。Ｉ2は、第２ステージ位相推定構成２２で使用されるサーチ位相角の数を表す。
【００２７】
この実施形態では、各メトリック計算モジュールは、前段ステージの位相推定構成から出力されるサーチ位相角に基づく計算により、自ステージのサーチ位相角を得る。すなわち、第２ステージ位相推定構成２２の各メトリック計算モジュールは、第１ステージ位相推定構成２１から出力されるサーチ位相角に基づいて、第２ステージのサーチ位相角を得る。なお、第２ステージ位相推定構成２２の各メトリック計算モジュールが使用するサーチ位相角は、互いに異なっている。このとき、第２ステージ位相推定構成２２の各メトリック計算モジュールが使用するサーチ位相角は、等しい間隔で分布していてもよいし、そうでなくてもよい。
【００２８】
第２ステージ位相推定構成２２は、更に選択モジュールを有する。この実施形態では、選択モジュールは、最小値セレクタ２２２およびスイッチ２２３を有する。そして、最小値セレクタ２２２およびスイッチ２２３を利用することにより、第１ステージ位相推定構成２２が出力すべき位相推定結果として、最小距離メトリックに対応するサーチ位相角が選択される。
【００２９】
第２ステージ位相推定構成２２に設けられる各メトリック計算モジュールは、例えば、図４に示す構成で実現される。図４に示すように、メトリック計算モジュールは、乗算器４１、判定器４２、第１の計算器４３、第２の計算器４４を有する。
【００３０】
乗算器４１は、入力信号ｒkに、前段ステージの位相推定構成のサーチ位相角に基づく計算で得られるサーチ位相角に対応する複素数を掛けるために使用される。これにより、入力信号の位相は対応する角度だけ回転する。ここで、第ｊ番目のステージのサーチ位相角
0005772565.tif 000016
は、第ｊ−１番目のステージで得られる推定位相角（サーチ位相角）
0005772565.tif 000017
により決定される。
【００３１】
判定器４２は、乗算器４１の出力に対してＱＡＭコンステレーションに基づく硬判定を行うために使用される。第１の計算器４３は、乗算器４１の出力と判定器４２の出力との間の差分の絶対値の二乗を計算するために使用される。第２の計算器４４は、長さＮjの平均時間ウィンドウの中で第１の計算器４３の出力の和を計算して、距離メトリックの値を得るために使用される。そして、第２の計算器４４による計算結果は、距離メトリックとして図２に示す最小値セレクタ２２２へ導かれる。なお、このステージの位相推定構成は、第２ステージ位相推定構成なので、ｊ＝２である。
【００３２】
この実施形態では、マルチステージ位相推定装置が３以上のステージを有する場合は、第３ステージから最後のステージまでの各ステージの位相推定構成の構成および機能は、第２ステージ位相推定構成２２と類似しているので、説明を省略する。このように、マルチステージ位相推定構成の各ステージの各メトリック計算モジュールは、長さＮj（ｊ＝１，２，．．．，Ｊ）を有する平均時間ウィンドウの中で和を求める演算に関係する。
【００３３】
上記構成において、前段ステージの位相推定構成は、後段ステージの位相推定構成と比較してパターン効果の影響をより強く受ける。このため、この実施形態では、前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長は、後段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長く設定されている。すなわち、Ｎ1＞Ｎ2＞．．．＞Ｎjである。ここで、Ｎj（ｊ＝１，２，．．．，Ｊ）は、第ｊ番目のステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長を表す。Ｊは、マルチステージ位相推定装置のステージの総数を表す。これにより、パターン効果による影響は緩和される。
【００３４】
前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長および後段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長は、２Ｌlatter＜Ｌformer＜３Ｌlatterを満たすように決定してもよい。ここで、Ｌformerは、あるステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長を表し、Ｌlatterは、その直後のステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長を表す。この場合、一例として、倍数は2.3〜2.6であることが好ましい。すなわち、１つの実施例においては、2.3Ｌlatter＜Ｌformer＜2.6Ｌlatterを満たすようにウィンドウ長が決定される。ただし、本発明はこの値に限定されるものではなく、前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長が後段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長く設定されているマルチステージ位相推定構成であれば、すべて本発明に含まれる。
【００３５】
好ましい実施形態として、各位相推定構成において同じアルゴリズムが使用される場合には、単一ステージ位相推定構成の平均時間ウィンドウ長Ｎと比較すると、マルチステージ位相推定装置の最終ステージの位相推定構成のウィンドウ長ＮJの最適値は、単一ステージ構成のみが使用される場合の最適な長さＮと同じまたはほぼ同じである。このようにウィンドウ長を設定することにより、位相雑音耐力は保証される。
【００３６】
他の好ましい実施形態として、各位相推定構成において同じアルゴリズムが使用される場合は、単一ステージ位相推定構成のサーチ位相角の数Ｉと比較すると、各ステージの位相推定構成のサーチ位相角の数の積（Ｉ1Ｉ2・・・ＩJ）と、単一ステージ位相推定構成において必要とされるサーチ位相角の総数Ｉとの差分の絶対値｜Ｉ1Ｉ2・・・ＩJ−Ｉ｜が最小であり、且つ、各ステージの位相推定構成のサーチ位相角の数の和（Ｉ1＋Ｉ2＋・・・＋ＩJ）が最小である。これにより、パターン効果を緩和しながら、実装の複雑さを効果的に低くすることができる。
【００３７】
既存のマルチステージ位相推定構成においては、各ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長Ｎjは、互いに同じである。このため、レーザ位相雑音耐力を維持するという前提においては、パターン効果の影響があるために、第１ステージにおいて必要とされるサーチ位相角の数を大幅に削減することは出来ない。
【００３８】
これに対して、実施形態のマルチステージ位相推定構成においては、平均時間ウィンドウ長を互いに同じにする、という制限が取り除かれており、各ステージの平均時間ウィンドウ長Ｎjは個々に最適化される。ここで、前段ステージの位相推定構成は、後段ステージの位相推定構成と比較してパターン効果の影響をより強く受けるので、この実施形態においては、前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長は、後段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長く設定される。そして、平均時間ウィンドウ長を長くすることにより、パターン効果による影響は緩和される。さらに、パターン効果を緩和するという前提においては、この実施形態では、各ステージのサーチ位相角の数を調整することにより、サーチ位相角の総数が最小化される。これにより、実装の複雑さが十分に低くなる。
【００３９】
次に、この実施形態のマルチステージ位相推定装置の効果について下記の例を参照しながら説明する。ここでは、実施例として、６４ＱＡＭまたは２５６ＱＡＭ変調信号を取り上げて説明する。
【００４０】
位相推定性能を保証する、という前提においては、単一ステージ位相推定方法で必要とされる位相角の数Ｉは、６４である（Ｉ＝６４）。ここで、２ステージ位相推定構成を採用する場合、｜Ｉ1Ｉ2−Ｉ｜を最小化し、Ｉ1＋Ｉ2を最小化するために、Ｉ1＝Ｉ2＝８が導き出される。この場合、実施形態のマルチステージ位相推定装置のサーチ位相角の総数（すなわち、Ｉ1＋Ｉ2）は、１６である。同様に、３ステージ位相推定構成を採用する場合、｜Ｉ1Ｉ2Ｉ3−Ｉ｜を最小化し、Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3を最小化するためには、各ステージのサーチ位相角の理想的な数は、４である（Ｉ1＝Ｉ2＝Ｉ3＝４）。この場合、サーチ位相角の総数（すなわち、Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3）は、１２である。
【００４１】
このように、実施形態のマルチステージ位相推定装置においてマルチステージ位相推定構成を使用すると、前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長が、後段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長くなり、パターン効果の影響が緩和される。そして、パターン効果を緩和する、という前提においては、各ステージの位相推定構成のサーチ位相角の数の再結合によって、実装の複雑さが十分に低くなる。
【００４２】
上述の実施形態のマルチステージ位相推定装置は、ＱＡＭ信号変調に基づくデジタルコヒーレント受信機に適用化脳である。以下では、マルチステージ位相推定装置の適用について、２つの実施例を記載する。ただし、本発明のマルチステージ位相推定装置は、下記の２つの実施例に限定されるものではない。すなわち、ＱＡＭ信号変調に基づく任意のデジタルコヒーレント受信機は、位相推定を実行するために、この実施形態で提案されているマルチステージ位相推定装置を使用することができる。
【００４３】
図５は、実施形態のデジタルコヒーレント受信機の構成を示す図である。図５に示すように、デジタルコヒーレント受信機は、受信機光／電気フロントエンド５１、Ａ／Ｄコンバータ５２、リニアイコライザ５３、周波数差推定器５４、位相推定器５５、データ再生器５６を有する。
【００４４】
受信機光／電気フロントエンド５１、Ａ／Ｄコンバータ５２、リニアイコライザ５３、周波数差推定器５４、データ再生器５６は、既存のデジタルコヒーレント受信機に設けられている構成および機能と同等であり、説明を省略する。また、位相推定器５５は、上述した実施形態のマルチステージ位相推定装置により実現される。実施形態のマルチステージ位相推定装置の構成および機能については、上述した通りなので、説明を省略する。なお、リニアイコライザ５３、周波数差推定器５４、データ再生器５６は、デジタル信号プロセッサ等のプロセッサを用いて実現してもよい。
【００４５】
実施形態のマルチステージ位相推定装置を使用するデジタルコヒーレント受信機は、デジタルコヒーレント受信機の実装の複雑さおよび位相推定処理のコストを効果的に削減できる。
【００４６】
コヒーレント光通信システムは、容量をさらに大きくするために、伝送端で偏波多重を使用することがある。この場合、互いに直交する２つの偏波を利用して情報が送信され、受信側には偏波ダイバーシティコヒーレント光受信機が適用される。そして、この実施形態のマルチステージ位相推定装置は、偏波ダイバーシティを利用するデジタルコヒーレント受信機にも適用可能である。
【００４７】
図６は、実施形態の偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機の構成を示す図である。図６に示すように、偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機は、受信機光／電気フロントエンド６１、第１のＡ／Ｄコンバータ６２１、第２のＡ／Ｄコンバータ６２２、リニアイコライザ６３、第１の周波数差推定器６４１、第２の周波数差推定器６４２、第１の位相推定器６５１、第２の位相推定器６５２、第１のデータ再生器６６１、第２のデータ再生器６６２を有する。
【００４８】
受信機光／電気フロントエンド６１、第１のＡ／Ｄコンバータ６２１、第２のＡ／Ｄコンバータ６２２、リニアイコライザ６３、第１の周波数差推定器６４１、第２の周波数差推定器６４２、第１のデータ再生器６６１、第２のデータ再生器６６２は、既存の偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機に設けられている構成および機能と同等であり、説明を省略する。ここで、この実施形態では、図６に示すように、リニアイコライザ６３は、バタフライ構成のＦＩＲ（Finite Impulse Response）リニアイコライザを用いて実現される。
【００４９】
第１の位相推定器６５１および第２の位相推定器６５２は、それぞれ、実施形態のマルチステージ位相推定装置により実現される。実施形態のマルチステージ位相推定装置の構成および機能については、上述した通りなので、説明を省略する。なお、リニアイコライザ６３、第１の周波数差推定器６４１、第２の周波数差推定器６４２、第１の位相推定器６５１、第２の位相推定器６５２、第１のデータ再生器６６１、第２のデータ再生器６６２は、デジタル信号プロセッサ等のプロセッサを用いて実現してもよい。
【００５０】
実施形態のマルチステージ位相推定装置を使用する偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機は、デジタルコヒーレント受信機の実装の複雑さおよび位相推定処理のコストを効果的に削減できる。
【００５１】
図７は、実施形態に係るコヒーレント受信機を使用する光通信システムの構成を示す図である。図７に示すように、この実施形態の光通信システムは、光送信機７１、光ファイバリンク７６、光コヒーレント受信機７５を有する。光ファイバリンク７６は、この実施例では、ネットワークの交換ノード７２、光ファイバ７３、光アンプ７４を有する。光コヒーレント受信機７５は、図５に示すデジタルコヒーレント受信機または図６に示す偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機によって実現される。光送信機７１、光ファイバリンク７６、および他の関連するデバイスは、既存の公知の技術で実現されるので、説明を省略する。
【００５２】
この実施形態の光通信システムによれば、上述した実施形態のデジタルコヒーレント受信機または偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機の実装の複雑さおよび位相推定処理のコストを効果的に削減できる。
【００５３】
図８は、実施形態のマルチステージ位相推定方法を示すフローチャートである。この方法は、図８に示すように、ステップ８０１を含む。
ステップ８０１においては、マルチステージ位相推定構成を用いて、入力信号に対して位相推定を実行する。ここで、前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長は、後続するステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長い。
【００５４】
好ましい実施形態としては、位相推定構成の各ステージは、ブラインド位相サーチ（ＢＰＳ：Blind Phase Search）アルゴリズムを使用する。ＢＰＳアルゴリズムについては上述したので、説明を省略する。
【００５５】
他の好ましい実施形態としては、マルチステージ位相推定構成において、最終ステージの平均時間ウィンドウ長の最適値は、単一ステージ位相推定構成のみが使用される場合における平均時間ウィンドウ長の最適値と同じまたはほぼ同じである。
【００５６】
さらに他の好ましい実施形態としては、位相推定構成の各ステージにおけるサーチ位相角の数の積と、単一ステージ位相推定構成において必要とされるサーチ位相角の総数との差分の絶対値が最小である。また、位相推定構成の各ステージにおけるサーチ位相角の数の和が最小である。
【００５７】
この実施形態のマルチステージ位相推定方法は、上述した実施形態のマルチステージ位相推定装置に適用可能であり、この方法のステップおよび各特徴についての記載は、上述した実施形態のマルチステージ位相推定装置の対応する記載と同等であり、その内容をここに取り込むものとして説明を省略する。
【００５８】
この実施形態のマルチステージ位相推定方法によれば、各ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長が互いに同じであるという制限は取り除かれ、ステージ毎に互いに同一でない平均時間ウィンドウ長が使用される。このため、レーザ位相雑音耐力を保証しながらパターン効果の問題が解決され、さらに位相推定を実装する際の複雑さ（或いは、位相推定のための処理または構成の複雑さ）が低くなる。したがって、このマルチステージ位相推定方法をデジタルコヒーレント受信機または偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機に適用すれば、位相推定のための処理のコストおよび実装の複雑さが削減される。
【００５９】
本発明に係る装置および方法は、ハードウェアで実現してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの組合せで実現してもよい。また、本発明は、論理コンポーネントにより実行されたときに、その論理コンポーネントに上述の装置またはその一部を実現させる、或いはその論理コンポーネントに上述の方法またはステップを実現させる、コンピュータ読み取り可能プログラムに係わる。さらに、本発明は、上述のプログラムを格納する格納媒体にも係わる。格納媒体は、例えば、ハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等である。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について、本発明の原理が適用される態様を示しながら、明細書において図面を参照して詳しく説明した。ただし、本発明の実施形態は上述の記載に限定されるものではない。すなわち、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載の精神および用語の範囲内での様々な変更、変形、および均等な構成および方法を含む。
【００６１】
ある実施形態について記載または示された特徴は、１または複数の他の実施形態において同じまたは類似の方法で使用してもよい。また、ある実施形態について記載または示された特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせて、或いは他の実施形態の特徴と置き換えて使用してもよい。
【００６２】
「有する／有している／含む／含んでいる」という語は、この明細書で使用されるときは、特徴、全体、ステップ、部品などが存在することを意味し、他の特徴、全体、ステップ、部品、またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。
【００６３】
本発明について、幾つかの実施形態を参照しながら記載した。ただし、実施形態の記載は、例示的なものであり、本発明の範囲を限定するものではない。当業者であれば様々なバリエーションおよび／または変形が可能であり、そのようなバリエーションおよび変形も本発明の範囲に属するものである。
【００６４】
以上記載した各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
マルチステージ位相推定構成を有するマルチステージ位相推定装置であって、
各ステージの位相推定構成は、
それぞれが入力信号および初期位相角または前段ステージで得られるサーチ位相角に基づいて距離メトリックおよびサーチ位相角を計算する、当該ステージのサーチ位相角の数と同数の複数のメトリック計算モジュールと、
当該ステージの位相推定結果として、前記複数のメトリック計算モジュールの計算結果に基づいて、最小の距離メトリックに対応するサーチ位相角を選択する選択モジュールと、を有し、
前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長は、後続するステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長い
ことを特徴とするマルチステージ位相推定装置。
（付記２）
Ｌformerが前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長を表し、Ｌlatterが後段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長を表すときに、２Ｌlatter＜Ｌformer＜３Ｌlatterである
ことを特徴とする付記１に記載のマルチステージ位相推定装置。
（付記３）
Ｌformerは、Ｌlatterの２．３〜２．６倍である
ことを特徴とする付記２に記載のマルチステージ位相推定装置。
（付記４）
各ステージの位相推定構成は、ブラインド位相推定アルゴリズムを使用する
ことを特徴とする付記１に記載のマルチステージ位相推定装置。
（付記５）
最終ステージの平均時間ウィンドウ長の最適値は、単一ステージ位相推定構成のみが使用される場合における平均時間ウィンドウ長の最適値と同じまたはほぼ同じである
ことを特徴とする付記４に記載のマルチステージ位相推定装置。
（付記６）
位相推定構成の各ステージにおけるサーチ位相角の数の積と、単一ステージ位相推定構成において必要とされるサーチ位相角の総数との差分の絶対値が最小であり、且つ、位相推定構成の各ステージにおけるサーチ位相角の数の和が最小である
ことを特徴とする付記５に記載のマルチステージ位相推定装置。
（付記７）
付記１〜６のいずれか１つに記載のマルチステージ位相推定装置を有するデジタルコヒーレント受信機。
（付記８）
信号を受信する受信機光／電気フロントエンドデバイスと、
前記受信機光／電気フロントエンドデバイスにより受信された信号に対してアナログ／デジタル変換を行うＡ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータにより得られる信号に対してリニアな等化を行うリニアイコライザと、
前記リニアイコライザにより得られる信号の周波数差を推定して、前記マルチステージ位相推定装置に提供する周波数差推定器と、
前記マルチステージ位相推定装置により得られる信号のデータを再生するデータ再生器と、をさらに有する
ことを特徴とする付記７に記載のデジタルコヒーレント受信機。
（付記９）
付記１〜６のいずれか１つに記載のマルチステージ位相推定装置を２つ有する偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機。
（付記１０）
信号を受信する受信機光／電気フロントエンドデバイスと、
前記受信機光／電気フロントエンドデバイスにより受信されたｈ偏波方向の信号に対してアナログ／デジタル変換を行う第１のＡ／Ｄコンバータと、
前記受信機光／電気フロントエンドデバイスにより受信されたｖ偏波方向の信号に対してアナログ／デジタル変換を行う第２のＡ／Ｄコンバータと、
前記第１のＡ／Ｄコンバータにより得られるｈ偏波方向の信号および前記第２のＡ／Ｄコンバータにより得られるｖ偏波方向の信号に対してリニアな等化を行うデジタルフィルタと、
前記デジタルフィルタにより得られるｈ偏波方向の信号の周波数差を推定して、一方のマルチステージ位相推定装置に提供する第１の周波数差推定器と、
前記デジタルフィルタにより得られるｖ偏波方向の信号の周波数差を推定して、他方のマルチステージ位相推定装置に提供する第２の周波数差推定器と、
前記一方のマルチステージ位相推定装置により得られる信号のデータを再生する第１のデータ再生器と、
前記他方のマルチステージ位相推定装置により得られる信号のデータを再生する第２のデータ再生器と、をさらに有する
ことを特徴とする付記９に記載の偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機。
（付記１１）
付記７に記載のデジタルコヒーレント受信機または付記９に記載の偏波ダイバーシティデジタルコヒーレント受信機を有する光通信システム。
（付記１２）
マルチステージ位相推定構成を用いて入力信号に対して位相推定を実行するステップを有し、
前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長は、後続するステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長よりも長い
ことを特徴とするマルチステージ位相推定方法。
（付記１３）
Ｌformerが前段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長を表し、Ｌlatterが後段ステージの位相推定構成の平均時間ウィンドウ長を表すときに、２Ｌlatter＜Ｌformer＜３Ｌlatterである
ことを特徴とする付記１２に記載のマルチステージ位相推定方法。
（付記１４）
Ｌformerは、Ｌlatterの２．３〜２．６倍である
ことを特徴とする付記１３に記載のマルチステージ位相推定方法。
（付記１５）
各ステージの位相推定構成は、ブラインド位相推定アルゴリズムを使用する
ことを特徴とする付記１２に記載のマルチステージ位相推定方法。
（付記１６）
最終ステージの平均時間ウィンドウ長の最適値は、単一ステージ位相推定構成のみが使用される場合における平均時間ウィンドウ長の最適値と同じまたはほぼ同じである
ことを特徴とする付記１５に記載のマルチステージ位相推定方法。
（付記１７）
位相推定構成の各ステージにおけるサーチ位相角の数の積と、単一ステージ位相推定構成において必要とされるサーチ位相角の総数との差分の絶対値が最小であり、且つ、位相推定構成の各ステージにおけるサーチ位相角の数の和が最小である
ことを特徴とする付記１６に記載のマルチステージ位相推定方法。
【符号の説明】
【００６５】
１１  位相推定構成
１１１  メトリック計算モジュール
１１２  選択モジュール
２１  第１ステージ位相推定構成
２２  第２ステージ位相推定構成
５１  受信機光／電気フロントエンド
５２  Ａ／Ｄコンバータ
５３  リニアイコライザ
５４  周波数差推定器
５５  位相推定器
５６  データ再生器
【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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