(57)【要約】【課題】従来技術の機械学習手法を用いた複素振幅ラベル判定では、サイクルスリップを含めた検討はされていない。レーザの位相不安定性や光伝送特性による光信号の劣化により、受信側における搬送波の位相推定に失敗するサイクルスリップが生じる。その発生はランダムであり予測困難である。レーザが位相不安定性を持つ限りこの現象自体を防止することは難しく、サイクルスリップを考慮したより安定な光受信器が望まれていた。【解決手段】本発明は、光受信器に用いられるレーザ光源で生じる様々な位相雑音、取り分け、サイクルスリップの発生も考慮して、機械学習法を用いて複素振幅ラベルの境界を構築する、新規な受信器システムを開示する。本発明の受信器システムでは、サイクルスリップの発生を監視して、一定の判定条件を満たすことによってサイクルスリップの発生を検出すると、受信した複素振幅値のラベルを訂正し、サイクルスリップで生じる位相のオフセットを除去するよう動作する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複素振幅座標上において原点に対して回転対称の位置にある複数の信号点を少なくとも一部に含む変調方式によって変調された光波を受信する受信装置において、
前記変調方式を使用してデータ列で変調された教師信号を受信し、前記複素振幅座標上の信号点のいずれかに対応する複素振幅を順次出力する位相推定回路と、
前記位相推定回路から出力された前記複素振幅を順次受信して、受信した複素振幅の位相を算出し、および、前記複素振幅の位相にオフセットを生じさせるサイクルスリップの発生を検出する検出回路と、
前記順次受信された複素振幅、並びに、前記複素振幅に対応する信号点が運ぶ情報の内容を表示している対応するラベルの複数の組からなる学習データセットを記憶する回路と、
前記サイクルスリップの発生の前記検出に応答して、前記検出回路によって検出された位相オフセットに基づいて、前記検出がされた複素振幅に対応する前記記憶されたラベルを訂正する回路と、
前記訂正されたラベルを含む前記記憶された学習データセットに基づいて、前記複素振幅に対応する複数の信号点の異なるラベルを識別するための境界を構築するよう構成された回路と
を備えたことを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記検出回路は、
前記変調方式で回転対称の位置にある各信号点に対応する前記記憶された複数の複素振幅の平均位相をそれぞれ計算する平均位相計算回路と、
所定の回転対称角度だけ回転させることによって前記複素振幅座標上で重ね合わせることのできる前記回転対称な位置にある信号点を１つのグループとし、１以上のグループを構成したとき、現在の複素振幅の位相と、前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点であって前記現在の複素振幅に対応する信号点を除いた信号点のラベルに対応する前記平均位相との間の位相差を計算する位相差計算回路と、
計算された前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点の各々との位相差に基づいて、所定のサイクルスリップ発生判断条件を満たすかどうかを判定し、前記サイクルスリップ発生判断条件を満たした信号点のラベルを前記現在の複素振幅の更新されるラベルとして特定する位相差監視回路と
を含むこと特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記変調方式は１６ＱＡＭであって、前記複素振幅座標上の１６の異なる信号点に対して、９０度回転対称な４つのシンボルからなる４つのグループが構成され、
前記位相差計算回路は、現在の複素振幅の位相と、前記現在の複素振幅前記現が属するグループの内の信号点であって前記現在の複素振幅に対応する信号点を除いた３つの信号点のラベルに対応する前記平均位相との間の位相差を求め、
前記位相差監視回路は、前記サイクルスリップ発生判断条件の一部として、前記３つの信号点のラベルに対応する前記求められた位相差が４５度以内であるかどうかを監視し、
前記検出回路は、
前記求められた位相差が４５度以内であること満たすことが、現在の複素振幅に加えて、前記順次受信された複素振幅に対して連続して起こった回数を計測するカウント回路であって、前記計測された回数が所定の値を越えたときに、前記サイクルスリップの発生を決定する、カウント回路
をさらに含んでいることを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
【請求項４】
前記教師信号として、予め定められたデータ列で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記データ列に対応する既知のラベルを前記学習データセットとして記憶するよう動作する学習モードと、
前記教師信号として、未知のペイロード信号で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記複素振幅のラベルを判定して前記判定されたラベルをビット変換し、誤り訂正をされたビットがさらにビット／ラベル変換されたラベルを前記学習データセットとして記憶し、前記ペイロード信号のラベル判定およびラベル識別するための境界の再構築を並行して行うよう動作する追跡モードと
の間を切り替えるよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の受信装置。
【請求項５】
前記追跡モードにおいて、ラベル識別するための境界の前記再構築を一定の間隔で行うことを特徴とする請求項４に記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、光ネットワークの光受信器（光受信装置）に関する。より詳細には、光信号受信器において受信した光信号のシンボルラベルを識別する技術に関する。
【０００２】
高精細な動画配信サービスや移動体通信の普及などにより、ネットワークを流れるトラフィック量は膨大なものとなっており、さらに年々増加を続けている。このようなトラフィック需要に応えうる大容量光ネットワークの構築に向け、光の周波数利用効率を高めるための研究開発が広く行われている。
【０００３】
光ネットワークにおいては、搬送波である光波の形を情報に応じて意図的に変形させることによって情報を伝送している。例えば直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）では、直交する２つの搬送波の振幅をそれぞれ変化させ、２つの搬送波を合波して、送信側から伝送する。対向する受信側の受信器では、受信した光波を直交する２つの成分に分波することで、２つの振幅値（振幅値の組）、すなわち光複素振幅値を得ることができる。光複素振幅値は、信号空間ダイアグラムと呼ばれるグラフ上に点としてプロットすることができる（信号点図とも言う）。光複素振幅値の点は「信号点」とも呼ばれ、１つの信号点が１以上の情報データビットで構成される１つのシンボルに対応している。またこの信号点には、伝送された情報ビットを表す複素振幅ラベルが対応付けられる。受信側では、受信した複素振幅の信号空間ダイアグラム上の信号点座標から、複素振幅ラベルを判定するための複素振幅ラベル判定境界を構築・保持することができる。構築された境界に基づいて複素振幅ラベルを特定することで、情報ビットを特定し、送信側から受信側への情報の伝送を実現できる。さらに、複素振幅ラベルと複素振幅値の対応関係を増やすこと、すなわち信号空間ダイアグラムにおいて、複素振幅ラベルと対応付けられた複素振幅座標の数を増やして密に配置することができる。これによって、１つの複素振幅の組が伝送できる情報量を増加して、いわゆる多値度を大きくすることができ、光周波数の利用効率を高めることができる。
【０００４】
しかしながら、このような光信号を光ファイバにより伝送することによって、様々な種類の雑音が混入してしまう。結果として受信側において得られる複素振幅値は、送信時の理想的な複素振幅座標上の複素振幅値に分散が加わったものとなる。すなわち、受信側において得られる信号空間ダイアグラム上の信号点の位置にはバラつきが生じる。そこで、現在一般的な複素振幅ラベル判定では、２次元の信号空間ダイアグラムを、複素振幅ラベル数の正方形の領域へ重畳が無いように分割して、各領域をそれぞれ１つの複素振幅ラベルに対応させる。各領域と受信した光信号の複素振幅値との関係に基づいて、光ファイバに加わる雑音に関わらず、複素振幅ラベルの判定が行われる。
【０００５】
図１は、複素振幅ラベルの数を１６とした直交振幅変調方式（１６ＱＡＭ）における判定境界と、各ラベルの理想的な複素振幅点を示す図である。図１では、直交する２つの太い矢印が、直交する２つの搬送波に対応している。一方は同相（Ｉ：In-phase）軸であり、もう一方が直交（Ｑ：Quadrature）軸である。１６ＱＡＭにおいて、Ｉ−Ｑ平面上で１６の正方形の領域２を構成する点線で示したラベル判定境界と、１６のラベルの各々の理想的な複素振幅点（信号点）１を示す。各信号点には、０〜１５までのラベルが付されている。各信号点（ラベル）を通信シンボルと関連付け、１つのシンボルで４つの情報ビットを表すことができる。図１のような複素振幅ラベル判定領域を用いることで、分散の加わった複素振幅値を受信しても、複素振幅ラベルを判定することができる。送信複素振幅値に加わる分散が正規分布に従うのであれば、前述した判定方法のみで最適な複素振幅ラベル判定を行うことができる。しかしながら、実際には光ファイバにおいて生じる非線形効果も、複素振幅値すなわち信号点の分布を歪ませる大きな要因となる。
【０００６】
図２は、光ファイバにおける非線形効果が受信複素振幅の分布に与える影響を説明する図である。図２の（ａ）は、非線形効果の影響が少ない場合の信号点分布を示し、（ｂ）は、非線形効果の影響が大きい場合の信号点分布を示している。（ａ）を参照すれば非線形効果の影響が少ない場合には、各信号点は図１に示した各理想信号点を中心として、例えば点線の概ね円形の領域２１、２２内に固まって分布し、信号点が０〜１５の内のどのラベルに対応しているのかを明瞭に識別可能である。一方で、（ｂ）を参照すれば非線形効果の影響が大きい場合には、２次元グラフ上にプロットされる信号点が大きくばらついて分布している。（ａ）の円形領域２１が、（ｂ）の楕円形領域２３に対応しており、信号点が分布する領域の形状はいびつに変形しその大きさも拡大しており、隣接するラベル信号点分布と重なっていることがわかる。（ａ）の円形領域２２が（ｂ）の楕円形領域２４に対応しており、円形領域２１の信号点と同じような状況にある。
【０００７】
図２の（ｂ）のように歪が生じた場合、２次元グラフ上で単純に正方形に分割された領域に基づいて複素振幅ラベルを判定すると、正確なラベルの識別が難しくなり大きな伝送誤りを引き起こす。一般によく知られているように、理想的な複素振幅座標の信号点同士の間隔がより狭い方式、すなわち１つの搬送波において区別される異なるレベルの数が多く、１つの複素振幅値の組によって伝送できる振幅レベルの種類が多い高次多値変調方式となるほど、複素振幅ラベルの誤判定は生じやすくなる。非特許文献１では、多値度の大きい光変調方式を導入した場合の伝送可能距離を評価した結果が報告されている。
【０００８】
上述の非線形歪みの問題に対処するための技術として、非特許文献２では、図２で説明した非線形に歪んだ複素振幅分布にも適応可能な複素振幅ラベルの判定境界構築技術が開示されている。この技術では、情報伝送を始める前に、予め複素振幅ラベルが既知の信号を受信する。受信信号から得られた受信信号点の座標および対応する既知の複素振幅ラベルの組み合わせの集合から、機械学習手法によって複素振幅ラベルの判別境界が構築される。これにより、光ファイバにおいて生じる非線形な歪みに対しても適応性の高い複素振幅ラベル判定境界を構築することが可能となる。
【０００９】
引用文献２に示された機械学習手法を用いた複素振幅ラベル判定は、主に学習フェーズおよび判定フェーズの２つのフェーズによって行われる。学習フェーズにおいては、まず所定の多値伝送方式によって、既知の複素振幅値を持つ学習用信号を受信側へ伝送する。このとき、伝送される学習用信号を構成する複素振幅値に対応する複素振幅ラベルは、予め受信側へ与えられており、受信側ではどのようなラベルが伝送されて来るかがわかっている。したがって、学習用信号を受信することによって、受信側において、実際に受信された複素振幅値（２つの実数値）および複素振幅ラベルの組み合わせを多数用意することができる。以下、この複素振幅値およびそのラベルの組み合わせを学習データと呼ぶ。さらに、学習データの集合を学習データセットと呼ぶ。尚、学習信号は、教師信号とも呼ばれることがある。
【００１０】
学習フェーズにおいて上述の学習用信号を受信し、十分な学習データが蓄積された後で、獲得した学習データセットを基に、機械学習アルゴリズムによって複素振幅ラベルの判別境界を構築する。学習フェーズではこのような操作により、信号空間ダイアグラム上での複素振幅座標と複素振幅ラベルの対応関係を求めることができる。学習フェーズを完了すると、判定フェーズにおいて、求められた複素振幅ラベル境界を用いて、実際の情報データの伝送で受信した複素振幅値の座標から複素振幅のラベルを判定することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Bosco, G.; Curri, V.; Carena, A.; Poggiolini, P.; Forghieri, F., "On the Performance of Nyquist-WDM Terabit Superchannels Based on PM-BPSK, PM-QPSK, PM-8QAM or PM-16QAM Subcarriers," in Journal of Lightwave Technology, vol. 29, no. 1, pp. 53-61, ２０１１年１月１日
【非特許文献２】Minliang Li; Song Yu; Jie Yang; Zhixiao Chen; Yi Han; Wanyi Gu, "Nonparameter Nonlinear Phase Noise Mitigation by Using M-ary Support Vector Machine for Coherent Optical Systems," in Photonics Journal, IEEE , vol. 5, no. 6, ２０１３年１２月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような機械学習手法を用いた複素振幅ラベル判定は、学習用信号が光ファイバを伝送することによって得られた、実際に歪んだ複素振幅を用いてラベル境界を構築する。このため、信号が現実に受けた非線形な歪みを反映させながら、複素振幅ラベルの判定を行うことができる。学習用信号の受信によって識別精度の高い実用的な複素振幅ラベル判定境界を構築するためには、学習データを誤りなく収集することが不可欠である。
【００１３】
しかしながら、従来技術の複素振幅ラベル判定には、依然として送信側および受信側におけるレーザ光源の位相不安定性が原因で、複素振幅ラベルの判定の精度が十分でなくさらなる改善が求められていた。例えば、１６ＱＡＭの復調過程では、信号空間ダイアグラム上の座標上の信号点の複素振幅値、すなわち極座標で見たとき振幅と位相によって情報を識別する。したがって、受信信号を精度良く復調・復号するためには、受信器の例えば局部発振レーザ光源の位相が安定している必要がある。光受信器ではレーザ光源の位相の不安定性を除去するために、レーザ光源の位相を安定化させる光位相同期ループ（ＰＬＬ）か、受信複素振幅値から位相変動を推定するデジタル搬送波位相推定器を用いる。これらを使用した受信器においては、サイクルスリップと呼ばれる、一定の確率で、本来の受信複素振幅の位相にオフセットが加わった状態で複素振幅値を検出してしまう現象の発生が不可避である。
【００１４】
サイクルスリップの本質的な原因は、レーザの出力光電界の位相の時間的不安定性にあることが知られている。このため、光受信器側にある局部発振レーザだけでなく、送信器側に用いられているレーザもサイクルスリップの原因となり得る。このレーザ光源自体が持つ位相不安定性と、伝送路による信号劣化、変調方式、位相推定回路の特性が相まってサイクルスリップが生じる。
【００１５】
この現象が一旦発生すると、以降の受信複素振幅にも同様にオフセットが加わった形で複素振幅値が検出されてしまう。その結果、誤った学習データを含んだ学習データセットに基づいて複素振幅ラベル判定境界が構築されてしまう。すなわち、サイクルスリップは、基準位相の突然のシフト（オフセット）として観察され、その位相シフト（オフセット）の量は、変調方式に応じて変わってくる。具体的には、信号点の回転対称のグループにおける隣接する２点の位相間隔の整数倍となる。例えば、１６ＱＡＭの場合には、９０度の整数倍の単位で、また、８ＰＳＫ（Phase shift keying）の場合には、４５度の整数倍の単位で位相のオフセットが発生する。
【００１６】
無線の発振周波数は数ＧＨｚであるのに対して、光ファイバ通信の発振周波数（レーザ出力の周波数）は１９６ＴＨｚ（テラヘルツ）程度であり、このような高周波の位相を制御することは容易ではない。このため、レーザの位相は無線の発振回路などと比較してはるかに不安定な状態にある。現在知られている種々のサイクルスリップの原因の特性から発生確率を推定することは可能であるが、発生タイミングの予測は原理上不可能である。したがって、サイクルスリップはランダムな発生となり、数十ピコ秒（光通信における１シンボル時間長程度に相当)から∞秒と、様々の時間間隔で起こり得る。
【００１７】
図３は、サイクルスリップが生じない場合の学習データ分布およびラベル判別境界の例を示す図である。図３の（ａ）は、１６ＱＡＭの信号空間ダイアグラム上の学習データをラベルごとに色（彩度）を変えてプロットしたものであって、概ね、図２の（ａ）の信号点分布と同様に、各々のラベルで学習データの信号点同士はまとまって近くに分布しており、異なるラベルが認識できる。（ｂ）は、（ａ）の学習データを基に構築されたラベル判定の境界を示しており、中心部の各々のラベルの領域は概ね四角形であり、周辺部のラベルでも四角形からずれてはいるが１つのまとまった領域になっている。このラベル判定境界を用いれば、例えば受信した信号の複素新振幅値が信号点３０にあるととき、その複素新振幅値は、領域３１に属するラベルを持つと判定できる。
【００１８】
図４は、サイクルスリップが生じた場合の学習データ分布およびラベル判別境界の例を示す図である。図４の（ａ）は、図３の（ａ）と同様に１６ＱＡＭの信号空間ダイアグラム上の学習データをラベルごとに色（彩度）を変えてプロットしたものであるが、各々のラベルの学習データの信号点が分散して分布しており、異なるラベルの領域は判別し難い。（ｂ）は、（ａ）の学習データを基に構築されたラベル判定の境界を示しているが、中心部の各々のラベル判定領域の形状は著しく歪んでおり領域の大きさもまちまちである。周辺部では、２つの領域４１ａ、４１ｂや、４２ａ、４２ｂのように、同一のラベルを表しているにも関わらず２つの領域に分かれた飛び地となって複数個の領域が現われてしまう。図４の（ｂ）のようなラベル判定境界は、サイクルスリップの発生のために、受信された複素振幅値の位相に予期せぬオフセットが含まれているにもかかわらず、このオフセットを含んだままで境界を構築したことで生じている。予期せぬ位相オフセットが含まれていれば、本来想定した信号点の位置とは異なる位置に観測されているのに、意図した信号点のままであると誤認していることになる。誤った学習データによって生成した境界で複素振幅ラベルの判定を行えば、その精度は十分ではなく、判定結果にも誤りが含まれることになる。
【００１９】
従来技術の機械学習手法を用いた複素振幅ラベル判定では、サイクルスリップを考慮した検討すら未だ為されていない。光ファイバを用いた伝送では、電波の伝搬時のようにフェージングがあるわけではないので受信光信号レベルは安定しているが、局部発振光源などのレーザ光源の位相はレーザの様々な雑音が原因でサイクルスリップが生じる。その発生がランダムであって予測することが難しい。また、サイクルスリップは、シンボルからビット変換するときの差動符号化やグレイマッピングなどのビットレベルでのエラー訂正手段が適用される前の段階で起こり、光信号の位相に情報を含める位相変調信号の「生」の位相に直接エラーを与える。レーザ光源が位相不安定性を持つ限りは、サイクルスリップ現象自体を防止することは難しく、サイクルスリップの発生を考慮した、より安定な光受信器が望まれていた。
【００２０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光信号の複素振幅値を識別するために、従来技術と比べて、より安定でかつ精度の高い複素振幅ラベル識別境界を構築し、より良好な通信品質を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複素振幅座標上において原点に対して回転対称の位置にある複数の信号点を少なくとも一部に含む変調方式によって変調された光波を受信する受信装置において、前記変調方式を使用してデータ列で変調された教師信号を受信し、前記複素振幅座標上の信号点のいずれかに対応する複素振幅を順次出力する位相推定回路と、前記位相推定回路から出力された前記複素振幅を順次受信して、受信した複素振幅の位相を算出し、および、前記複素振幅の位相にオフセットを生じさせるサイクルスリップの発生を検出する検出回路と、前記順次受信された複素振幅、並びに、前記複素振幅に対応する信号点が運ぶ情報の内容を表示している対応するラベルの複数の組からなる学習データセットを記憶する回路と、前記サイクルスリップの発生の前記検出に応答して、前記検出回路によって検出された位相オフセットに基づいて、前記検出がされた複素振幅に対応する前記記憶された複素振幅値（ラベル）を訂正する回路と、前記訂正された複素振幅値（ラベル）を含む前記記憶された学習データセットに基づいて、前記複素振幅に対応する複数の信号点の異なるラベルを識別するための境界を構築するよう構成された回路とを備えたことを特徴とする受信装置である。尚、後述するように、サイクルスリップの発生の検出に基づいて訂正をする対象は、記憶する回路に記憶された複素振幅値であっても、ラベルであっても良い。              
請求項２に記載の発明は、請求項１の受信装置であって、前記検出回路は、前記変調方式で回転対称の位置にある各信号点に対応する前記記憶された複数の複素振幅の平均位相をそれぞれ計算する平均位相計算回路と、所定の回転対称角度だけ回転させることによって前記複素振幅座標上で重ね合わせることのできる前記回転対称な位置にある信号点を１つのグループとし、１以上のグループを構成したとき、現在の複素振幅の位相と、前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点であって前記現在の複素振幅に対応する信号点を除いた信号点のラベルに対応する前記平均位相との間の位相差を計算する位相差計算回路と、計算された前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点の各々との位相差に基づいて、所定のサイクルスリップ発生判断条件を満たすかどうかを判定し、前記サイクルスリップ発生判断条件を満たした信号点のラベルを前記現在の複素振幅の更新されるラベルとして特定する位相差監視回路とを含むこと特徴とする。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、請求項２の受信装置であって、前記変調方式は１６ＱＡＭであって、前記複素振幅座標上の１６の異なる信号点に対して、９０度回転対称な４つのシンボルからなる４つのグループが構成され、前記位相差計算回路は、現在の複素振幅の位相と、前記現在の複素振幅前記現が属するグループの内の信号点であって前記現在の複素振幅に対応する信号点を除いた３つの信号点のラベルに対応する前記平均位相との間の位相差を求め、前記位相差監視回路は、前記サイクルスリップ発生判断条件の一部として、前記３つの信号点のラベルに対応する前記求められた位相差が４５度以内であるかどうかを監視し、前記検出回路は、前記求められた位相差が４５度以内であること満たすことが、現在の複素振幅に加えて、前記順次受信された複素振幅に対して連続して起こった回数を計測するカウント回路であって、前記計測された回数が所定の値を越えたときに、前記サイクルスリップの発生を決定する、カウント回路をさらに含んでいることを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかの受信装置であって、前記教師信号として、予め定められたデータ列で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記データ列に対応する既知のラベルを前記学習データセットとして記憶するよう動作する学習モードと、前記教師信号として、未知のペイロード信号で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記複素振幅のラベルを判定して前記判定されたラベルをビット変換し、誤り訂正をされたビットがさらにビット／ラベル変換されたラベルを前記学習データセットとして記憶し、前記ペイロード信号のラベル判定およびラベル識別するための境界の再構築を並行して行うよう動作する追跡モードとの間を切り替えるよう構成されたことを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項４の受信装置であって、前記追跡モードにおいて、ラベル識別するための境界の前記再構築を一定の間隔で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、光ネットワークの信号受信部の複素振幅値の識別境界を構築する受信器において、安定かつ精度の高い複素振幅の識別境界を構築することが可能となり、通信品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、直交振幅変調方式（１６ＱＡＭ）における判定境界と、各ラベルの理想的な信号点を示す図である。
【図２】図２は、光ファイバにおける非線形効果が受信複素振幅の分布に与える影響を説明する図である。
【図３】図３は、サイクルスリップが生じない場合の学習データ分布およびラベル判別境界の例を示す図である。
【図４】図４は、サイクルスリップが生じた場合の学習データ分布およびラベル判別境界の例を示す図である。
【図５】図５は、光ノードにおける本発明の受信器の構成概要を示す図である。
【図６】図６は、本発明の光受信器における複素振幅ラベル判定回路の構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施例１の光受信器で使用される１６ＱＡＭ方式の複素振幅の配置を示す図である。
【図８】図８は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路における平均位相の計算およびグループ化を説明する図である。
【図９】図９は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるグループ選択の動作例を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるグループ選択の別の動作例を説明する図である。
【図１１】図１１は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路における位相差の計算動作の例を説明する図である。
【図１２】図１２は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるサイクルスリップの発生の判定動作を説明する図である。
【図１３】図１３は、位相差監視部においてサイクルスリップの発生の判定に使用されるカウンタの構成例を示した図である。
【図１４】図１４は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路によって得られる通信品質を従来技術と比較して説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、光受信器に用いられるレーザ光源で生じる様々な位相雑音、取り分け、サイクルスリップの発生も考慮して、機械学習法を用いて複素振幅ラベルの境界を構築する、新規な受信器システムを明らかにする。本発明の受信器システムでは、サイクルスリップの発生を監視して、一定の条件を満たすことによってサイクルスリップの発生を検出すると、受信した複素振幅値のラベルを訂正し、サイクルスリップで生じる位相のオフセットを除去するよう動作する。本発明の受信器システムは、様々な方法で実施できるが、デジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ：Digital signal processor)を用いた演算処理によって実施するのに好適であり、すべての処理をデジタル領域で行うこともできる。また、既知の学習用データを受信して複素振幅ラベルの境界を構築する学習フェーズと、その後の通常のデータ受信を行ってラベルの判定を行う判定フェーズとで動作させることができる（非追跡モード）。さらに、実際の受信信号から得られたデータから、ビット／シンボル（ラベル）再変換を行って受信データビットを再シンボル化して、学習データ用のラベル情報として使用する追跡モードでも動作させることができる。
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の様々な実施形態を説明するが、本発明は下記の実施形態だけに限定されるものではない。以下の説明で、受信信号から得られる「複素振幅」は、Ｉ−Ｑ座標平面で表される信号空間ダイアグラム上における信号点の振幅値の組（Ｉ軸の振幅値およびＱ軸の振幅値）を意味する。また、「複素振幅」は、極座標形式で表すことも可能であって、その場合は振幅と位相値よって表現することもできる。
【００２９】
また、用語「複素振幅ラベル」は、変調方式によって決定される信号空間ダイアグラム上の複数の信号点に対してそれぞれ付けられ、その信号点で伝送される１以上の情報ビットを表す表示である。冗長を避けるため、単に「ラベル」と言う場合もある。このラベルによって、その信号点により運ばれる伝送情報ビットの内容を特定できる。上述の複数の信号点は、１つの変調シンボル時間にいずれかの信号点が１対１に対応しているので、ある時点において、ラベルとシンボルも１対１に対応する。以下の説明では、ラベルとシンボルの用語が交換可能に使用できる場合もあることに留意されたい。以下図面を参照しながら、本発明のシステム構成の概要、ラベル境界判定の動作概要、より具体的な装置動作について順次説明する。
【００３０】
以下では、本発明を光受信器の発明として説明していくが、光通信システムで使用され光の位相または振幅に情報を乗せ、受信側においてこの情報を識別できる変調方式で変調された光信号を受信するものである限り、どのような光受信装置にも適用できる。当然に光信号の送信機能も含む装置であっても良い。また、以下説明する複素振幅ラベル判定回路において、サイクルスリップの発生も考慮した機械学習法を用いて、複素振幅ラベルの境界を構築する方法の発明としても実施できる。さらに、この方法の各段階を実施するコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体の発明としても実施できる。
１．システム構成
図５は、光ノードにおける本発明の光受信器の構成概要を示す図である。図５に示すように、本発明の光受信器５０は、その基本的な受信器の機能を実現する部分として、偏波補償回路５１、位相推定回路５２、複素振幅ラベル判定回路５４および前方誤り訂正回路５５により構成される。光受信器５０が光信号を受信すると、まず偏波補償回路５１において偏波状態に依存する信号歪みが補償される。次に、位相推定回路５２において、所定の変調方法および変調レートに応じたシンボルレートのタイミングで、搬送波の位相が推定され、受信信号の複素振幅を出力する。複素振幅の出力は、後述する本発明の複素振幅ラベル判定回路５４に入力され、予め構築しておいた複素振幅ラベル判定境界および受信した複素振幅の位置関係に応じて、複素振幅ラベルが判定される。その後、判定された複素振幅ラベルは、シンボルからビット系列に変換され、前方誤り訂正回路５５によって、受信されたビット系列の誤り検出・訂正が行われる。光受信器５０からは、誤り訂正されたビット列５９が出力される。複素振幅ラベル判定回路５４以降のブロックは、合わせてビット列復号回路５３とも呼ぶ。
【００３１】
後述するが、本発明の光受信器では、学習用データを使って受信器の非通常動作時にラベル判定境界の構築を行う非追跡モードに加えて、学習用データではなく実際の情報データを受信しながら、複素振幅ラベル判定境界を構築することもできる。これは、追跡モードと呼ばれる動作モード（実施例２）であり、このときビットシンボル変換部５６において復号したビット列を再びシンボルに再変換して学習用データとして利用する。スイッチ５７は、上述の追跡モードおよび非追跡モードの切り替えを概念的に示している。次に、図８の点線で囲った複素振幅ラベル判定回路のより詳細な構成を説明する。
【００３２】
図６は、本発明の光受信器における複素振幅ラベル判定回路の構成を示す図である。図６に示すように、複素振幅ラベル判定回路は、大まかに点線で囲って示した２つのブロック、すなわちサイクルスリップ検出・訂正部７８と、ラベル境界構築・ラベル判定部７９とにより構成される。後述するように、一部の機能は上記の２つのブロックに共通している。以下の図６の説明では、各機能ブロックの相互の接続関係と、各機能ブロックで入出力されるデータ、情報、動作の概要などについて説明される。詳細な動作は、別に実施例とともに説明する。また以下の説明では、光受信器で受信され、位相推定回路５２から出力された複素振幅値６１がスイッチ８０へ入力されて、非追跡モードが選択されており、さらにスイッチ８１によって学習フェーズの動作が選択されている状態を説明する。このとき、スイッチ８２によって非追跡モードが選択されており、受信器のいずれかの場所から提供される既知の学習用データの複素振幅ラベル６２が、複素振幅ラベル判定回路に与えられる。
【００３３】
図６のサイクルスリップ検出・訂正部７８は、光受信器で受信され位相推定回路５２から出力された複素振幅値６１から、サイクルスリップの発生を検知し、検知に応答して受信複素振幅を訂正するよう構成されている。サブブロックとして、学習データ記憶部６６、学習データ分配部６７、平均位相計算部７４、平均位相グループ化部７５、グループ選択部７６、平均位相差計算部６３、平均位相差監視部６４および受信複素振幅訂正部６５により構成される。各サブブロック間の矢印が情報またはデータの流れを示しており、矢印の名称はデータの数を示している。図６の各ブロックは、後に説明するラベルの学習データ収集や、サイクルスリップの検知、受信した複素振幅値の訂正、ラベル判定境界の構築などの演算処理毎に、各処理内容に対応したブロックとして描いているものであって、別個のハードウェアブロックとしてそれぞれ構成しなければならないわけではない。すべての機能ブロックは、例えばＤＳＰを使った演算処理の一まとまりとして実施できるものであり、演算処理の具体的な方法によっては、図６のようなブロック分けだけに限定されないことに留意されたい。
【００３４】
学習データ記憶部６６は、学習データである受信した複素振幅および複素振幅ラベル６２の組み合わせを多数記憶する。学習データ分配部６７は、学習データそれぞれについて、複素振幅ラベルの内容に応じて異なる出力ポートにその学習データを出力する。ここで「出力ポート」と称しているのは、後述するサイクルスリップの検出やラベルの境界構築の演算処理が学習データセットの複素振幅ラベル毎に行われることに対応している。つまり情報処理が、少なくとも最初の段階で、複素振幅ラベル毎に行われることを表しており、何らかの物理的な信号が別個の出力ポートに出力されることを必ずしも意味してはいない。もちろん、少なくとも一部の演算処理を専用のハードウェアで実施することも可能であって、そのような場合には、物理信号を別個の出力ポートに出力することも有り得る。出力ポート、入力ポートなどの記載は、以下の他のブロックでも同様に考えることができる。
【００３５】
以下の説明において、各ブロックの演算処理は、所定の期間に受信器に入力された学習用データから刻々と復調される複素振幅値の入力６１と同期して行うことができる。しかしながら、図６には記載していない記憶手段または学習データ記憶部６６において、学習データセットとして複素振幅値６１および対応する既知の複素振幅ラベル６２を十分な量だけ記憶することができれば、一部の演算処理をまとめて行っても良いし、一部の処理を遅延させて実施しても良い。図６の本発明の光受信器における複素振幅ラベル判定回路特の１つの機能は、サイクルスリップを考慮したより正確な学習データセットを構築する点にある。「非追跡モード」では、実際のユーザデータの処理の必要がないので、各ブロックの処理が複素振幅値の入力６１とリアルタイムで同期している必要は無い。平均位相の計算値がある程度の精度を持つためには、平均位相の演算処理をある程度先行して行って、その後、複素振幅の訂正処理を行っても良い。
【００３６】
平均位相計算部７４は、入力ポート毎、すなわち学習データ分配部６７から与えられる複素振幅ラベル毎に、受信した複素振幅値６１の位相の平均値を算出し出力する。したがって平均位相計算部７４は、「ラベル数」の種類のデータが入力され、「ラベル数」の種類の平均位相値が出力される。ここで言う「ラベル数」の種類データは、受信器に学習用データが入力され、順次複素振幅値６１が入力されるタイミングで、複素振幅値６１に対応する既知の複素振幅ラベル６２に応じた１つの入力ポートに順次入力され、平均位相が計算される。
【００３７】
平均位相グループ化部７５では、分散や歪みの無い理想的な複素振幅(信号点)配置において、回転対称な位置関係にある複数の複素振幅ラベルをグループ化し、同一のグループに属する複素振幅ラベルを持つ受信複素振幅について、複素振幅ラベル毎に平均位相を計算する。算出された平均位相もグループ化される。平均位相グループ化部７５は、端的には、平均位相計算部７４で計算された複素振幅ラベルの総数と同じ数の平均位相値を、「グループ数」の複数のグループに分類をしている。複素振幅ラベルのグループ化の詳細は、後述する。
【００３８】
グループ選択部７６は、学習データ記憶部６６に入力され新たに学習データセットとして格納された複素振幅ラベル６２と、平均位相グループ化部７５からのグループ化された算術された平均位相とを入力とする。これらの入力に基づいて、入力された複素振幅ラベル６２と同一グループであってかつ入力された複素振幅ラベル６２を除いた複素振幅ラベルに対応する平均位相値を出力する。したがって、グループ選択部７６では、「グループ数」の数の平均位相値が入力され、「グループ数−１」の数の平均位相値が出力される。
【００３９】
位相差計算部６３は、新たに学習データセットに格納された複素振幅値６１の実際の位相と、平均位相グループ化部７５から入力された複数の平均位相の差を計算し、その位相差の絶対値を１８０度以内に丸め込みして出力する。計算された位相差は、グループ選択部７６と同様の方法で出力される。すなわち、実際に非線形ひずみを受ける光ファイバを経由して入力された学習用データからの複素振幅値６１の位相と、複素振幅値６１に対応する入力された複素振幅ラベル６２と同一グループであってかつ入力された複素振幅ラベル６２を除いた複素振幅ラベルに対応する平均位相値との差異を出力する。
【００４０】
位相差監視部６４は、位相差計算部６３からの出力に基づいてサイクルスリップの発生を検知し、受信した複素振幅の訂正部６５へ通知する。位相差計算部６３にて算出された、複数の丸め込まれた位相差の絶対値が入力される。同一の入力ポートからの位相差、すなわち同一の複素振幅ラベルの位相差が、予め設定した条件を満足した場合、サイクルスリップの発生を検知する。例えば、同一の複素振幅ラベルの位相差が予め設定した閾値以内となった連続回数をカウントし、予め設定した回数以上となる場合に、サイクルスリップの発生を検知するとして良い。位相差監視部６４は、サイクルスリップの発生を検知した後で、サイクルスリップの発生が検知された複素振幅ラベルを受信複素振幅訂正部６５へ通知する。例えば、サイクルスリップの発生が検知された入力ポート番号を受信複素振幅訂正部へ通知しても良い。受信複素振幅訂正部６５は、入力された入力ポート番号、すなわちサイクルスリップの発生が検知された複素振幅ラベルおよび位相差計算部６３で計算された位相差に基づいて、サイクルスリップによる位相のスリップ量を算出し、サイクルスリップの発生が検知された受信複素振およびその後の受信複素振幅のラベルを訂正する。
【００４１】
図６の本発明の光受信器における複素振幅ラベル判定回路のもう１つのブロックであるラベル境界構築・ラベル判定部７９は、複素振幅ラベル判定境界の構築、および複素振幅ラベルの判定を行うよう構成されている。ラベル境界構築・ラベル判定部７９は、サイクルスリップ検出・訂正部７８にも含まれていた学習データ記憶部６６、学習データ分配部６７に加えて、複素振幅ラベルの判定境界構築部６８、複素振幅ラベルの判定境界記憶部６９、複素振幅ラベル決定部７０により構成される。
【００４２】
学習データ記憶部６６は、学習データである複素振幅および対応する複素振幅ラベルの組み合わせを多数記憶する。学習データ分配部６７は、各複素振幅ラベルに対応した各学習データを、次のブロックにおける演算処理のためにラベルに応じて振り分けを行う。複素振幅ラベル判定の境界構築部６８は、機械学習アルゴリズムによって、学習データ分配部６７から供給された学習データからラベル判定のための境界を構築する。複素振幅ラベルの判定境界記憶部６９は、複素振幅ラベル判定の境界構築部６８で求められた信号空間ダイアグラム上のラベル判定境界を記憶する。複素振幅ラベル決定部７０は、前段の複素振幅ラベル判定の境界構築部６８にて得られた複素振幅ラベル判定境界と、光受信器に入力されたペイロード信号のような複素振幅ラベルが未知である複素振幅とを照らし合わせることで、対応する複素振幅ラベルを判定する。
【００４３】
図６の本発明の光受信器における複素振幅ラベル判定回路では、複素振幅ラベル決定部７０で決定されたラベルからラベル／ビット変換部７１において、ビット列に変換する。ラベルは、信号空間ダイアグラム上の信号点のラベルであり、信号点はシンボルに１対１に対応しているので、ラベル／ビット変換は、シンボル／ビット変換と同じである。変換されたビット列は、前方誤り訂正部７２で、誤り訂正処理がなされた後で、誤りのないビット列７７が得られる。すなわち、図６の複素振幅ラベル判定回路は、位相推定器５２からの入力された複素振幅値６１から、本発明のサイクルスリップを考慮した学習法により構築された複素振幅ラベルの境界に基づいてラベル判定が行われ、誤りのないビット列７７が得られる。次に、サイクルスリップを考慮した機械学習法により構築された複素振幅ラベルの境界に基づくラベル判定回路の動作について詳細に説明する。
２．複素振幅ラベル判定回路の動作
＜動作の概要＞
以下、図５および図６に示した構成を持つ本発明の光受信器における、複素振幅ラベル判定回路のより詳細な動作を説明する。
【００４４】
本発明の光受信器は、複素振幅ラベル判定回路の動作の観点から非追跡モードおよび追跡モードの２つの動作モードを持つ。非追跡モードは、サイクルスリップを考慮した機械学習法を用いた複素振幅ラベル判定の境界の構築を、既知の学習用データを用いて、ペイロード信号のような実データの受信動作とは別個に独立して実施するモードである。一方追跡モードは、サイクルスリップを考慮した機械学習法を用いた複素振幅ラベル判定の境界の構築を、ペイロード信号のようなラベルが未知の実データの受信動作と同時に実施するモードである。図６では、スイッチ８０およびスイッチ８２によって、学習用データとしての受信した複素振幅値６１や複素振幅ラベル６２の経路を切り替えて、非追跡モードおよび追跡モードを切り替えることができる。ただし、図６のように信号経路の切替を行うハードウェアスイッチとして実装する必要性は無く、演算処理において信号または情報の流れが等価的に切り替えられれば良いのであって、学習用データの複素振幅ラベルをどのように学習データ記憶部に供給するか、および、受信した複素振幅を学習用データとして使用するか否かの方法を２つの異なる演算処理で実施できれば良い。
【００４５】
非追跡モードの動作では、さらに、学習データの収集、および複素振幅ラベル判定境界の構築を行う学習フェーズと、ペイロード信号の複素振幅ラベル判定を行う判定フェーズを持っている。この２つのフェーズも、図６のスイッチ８１による経路切替で示されている。
【００４６】
本発明の受信器の複素振幅ラベル判定回路の動作においては、所定のタイミングでまたは所定の時間間隔を空けて機械学習のための学習用データとしての複素振幅値が入力されることを想定している。このデータは、既知の学習用信号のデータでも良いし、未知のペイロード信号のデータでも良い。学習フェーズにおいては、既知の学習用信号のデータを利用し、図６に示したように位相推定回路５２からの複素振幅値６１と同時に、対応する複素振幅ラベル６２が到着する。伝送される複素振幅値６１の順序は、予め送信側との間で定められているものとする。したがって、本発明の光受信器では、既知の複素振幅のパターンが記憶されており、複素振幅値６１と同期して、記憶された複素振幅ラベル６２が学習データ記憶部へ供給される。
【００４７】
従来技術の光受信器では、学習フェーズにおいてサイクルスリップが発生した場合、実用的な複素振幅ラベル判定境界が構築できなくなる。本発明の受信器の複素振幅ラベル判定回路では、図６に示した新規なサイクルスリップ検出・訂正回路７８によってまずサイクルスリップの発生を検知する。サイクルスリップの発生が認められた場合、その発生以後に受信される複素振幅値は、検出されたスリップ量に応じて修正される。修正は、受信した複素振幅データに適用しても良いし、ラベルに適用しても良い。サイクルスリップ検出・訂正回路７８による修正によって、サイクルスリップによる信号点のシフトが除去される。サイクルスリップ検出・訂正回路７８によって得られた「修正された複素振幅値」と複素振幅ラベルの組み合わせの集合に基づいて、機械学習アルゴリズムによって複素振幅ラベル判定境界を構築する。このとき、サイクルスリップの影響が排除されているので、複素振幅ラベル判定境界には、図４の（ｂ）に示したような判定領域の飛び地などが生じず、図３の（ｂ）に示したような形状が揃ったまとまった判定領域を形成することができる。より具体的な効果は、後述する。
【００４８】
非追跡モードでは、上述のサイクルスリップを考慮した複素振幅ラベル判定境界の構築を行う「学習フェーズ」が完了すると、この構築されたラベル判定境界を利用して、実データに対してラベル判定を行う「判定フェーズ」へ移行する。判定フェーズは光受信器の通常の動作である。学習フェーズは、ペイロード信号の受信が不要なタイミングで定期的に行っても良いし、不定期に行っても良い。通常、光ファイバ回線が一旦設置されればその光ファイバにおいて生じる非線形量は決まるので、短期的には１回学習フェーズを実施すれば、その結果得られたラベル判定境界を記憶していれば良い。光ファイバの増設や、経路の切り替えが行われれば、その光受信器が影響を受ける非線形の状態も変化する。また、比較的ゆっくりの、光ファイバ設置場所の環境温度変化や経時変化に対応する必要もある。したがって、学習フェーズを実施するタイミング頻度は、適宜決定すれば良い。
【００４９】
図６のサイクルスリップ検出・訂正回路７８は、以下に述べる判定フェーズまたは追跡モードにて用いても良い。判定フェーズは、複素振幅ラベルが未知であるペイロード信号の受信複素振幅を、学習フェーズにて獲得した複素振幅ラベル判定境界と照らし合わせることで、ペイロード信号の複素振幅ラベルを判定する。
【００５０】
追跡モードでは、図５に示した複素振幅ラベル判定回路５４の次段に位置する前方誤り訂正回路５５から、ラベルを判定したペイロード信号のビットから、再びビットシンボル変換回路５６でされた正しい複素振幅ラベルが入力される。一般に、前方誤り訂正回路で誤り訂正された後のビット列５９には誤りが存在しないので、ビットシンボル変換回路５６でラベルに再変換された複素振幅レベルは正確である。したがって、ペイロード信号の受信複素振幅値のための学習用データとして再変換されたラベルを使用できる。ペイロード信号の受信複素振幅値と、誤り訂正後の正しい複素振幅ラベルを用いて、複素振幅ラベル判定境界の更新を行う。最初に非追跡モードの学習フェーズを経て、ラベル判定境界が構築されていれば、その境界データに基づいて、追跡モードを利用することでペイロード信号の受信を行いながら、サイクルスリップを考慮した複素振幅ラベル判定境界の構築を継続できる。
【００５１】
さらに詳細な動作は、実施例に置いて説明するが、本発明は、複素振幅座標上において原点に対して回転対称の位置にある複数の信号点を少なくとも一部に含む変調方式によって変調された光波を受信する受信装置（５０、６０）において、前記変調方式を使用してデータ列で変調された教師信号（６１）を受信し、前記複素振幅座標上の信号点のいずれかに対応する複素振幅を順次出力する位相推定回路５２と、前記位相推定回路から出力された前記複素振幅を順次受信して、受信した複素振幅の位相を算出し、および、前記複素振幅の位相にオフセットを生じさせるサイクルスリップの発生を検出する検出回路（７４〜７６、６３、６４）と、前記順次受信された複素振幅、並びに、前記複素振幅に対応する信号点が運ぶ情報の内容を表示している対応するラベルの複数の組からなる学習データセットを記憶する回路（６６）と、前記サイクルスリップの発生の前記検出に応答して、前記検出回路によって検出された位相オフセットに基づいて、前記検出がされた複素振幅に対応する前記記憶されたラベルを訂正する回路６５と、前記訂正されたラベルを含む前記記憶された学習データセットに基づいて、前記複素振幅に対応する複数の信号点の異なるラベルを識別するための境界を構築するよう構成された回路（６８）とを備えたことを特徴とする受信装置として実施できる。
【００５２】
上述のように、本発明の光受信器におけるサイクルスリップを考慮した複素振幅ラベル判定境界の構築の実施は、非追跡モードおよび追跡モード非追跡モードのいずれでも使用できるし、いずれか一方のモードのみで使用するとしても良い。このような各モードおよび各フェーズの動作により、光ファイバの伝送によって生じる信号歪みに適応的な複素振幅ラベル判定を、サイクルスリップが発生する環境下でも安定的に行うことができる。
【００５３】
以下、本発明の光受信器の各モードに具体的な実施例をより詳細に説明する。最初に実施例１として、非追跡モードにおける動作例を説明する。次に実施例２として、追跡モードにおける動作例を説明する。
【実施例１】
【００５４】
＜非追跡モードにおける実施例＞
図７は、本発明の実施例１の光受信器で使用される１６ＱＡＭ方式の複素振幅の配置を示す図である。１６ＱＡＭ方式では、信号空間ダイアグラム上で１６種類の信号点が存在し、対応する０〜１５の複素振幅ラベルが存在する。この信号空間ダイアグラムで、光受信器においてサイクルスリップが発生すると、信号点の回転対象の最小角度の整数倍の角度、すなわち９０度、１８０度または２７０度の内のいずれかの位相のオフセットが加わり得る。符号化方式としては、グレイ符号化を用いる。サイクルスリップ発生の判定条件として、詳細は後述するが、位相差監視部６４への入力が４５度以下となることが同一のラベルにおいて５回連続で発生した場合に、サイクルスリップが発生したと決定するものとする。
【００５５】
前述のように非追跡モードにおいては、「学習フェーズ」と「判定フェーズ」が存在する。始めに、学習データセットを獲得し、それに基づいて複素振幅ラベル識別境界を構築する学習フェーズについて説明する。本発明の光受信器では、送信側と間で、学習フェーズにて用いられる学習用データ（教師信号）の数、長さ、送信される順番などを予め定めておく。 したがって、学習用データの内容は光受信器において既知であって、その内容を光受信器のメモリに記憶しておくなどして、学習モードの時に読み出して利用する。
【００５６】
次に、定めた順序に従って、学習用データで変調された光信号が送信側から受信側へ伝送される。図５に示したように、光受信器に到着した光信号は、偏波補償回路５１、および位相推定回路５２によって処理され、学習用複素振幅値として複素振幅ラベル判定回路５４に入力される。学習モードが開始すると、図６に示したように、新たに到着した学習用複素振幅値６１に対応するラベル６２が、学習用複素振幅値６１の入力に合わせて複素振幅ラベル判定回路の学習用データ記憶部６６に入力される。以後の説明では、着目している光受信器に到着した複素振幅値６１を「現在の複素振幅」と呼ぶことにする。これにより、光ファイバの非線形性やサイクルスリップによる分散が加わった複素振幅値６１と、対応する複素振幅ラベル６２との組み合わせ（学習データ）を受信側で獲得することが可能となる。入力された複素振幅値と対応する複素振幅ラベルは、学習データ記憶部６６にて蓄積される。ただし、受信した複素振幅値６１は、必要に応じて、後述するサイクルスリップを考慮した複素振幅の訂正を受けることになる。
【００５７】
次に学習データ分配部６７にて、学習データ記憶部６６より複素振幅ラベル学習データが読み出され、複素振幅ラベル値に応じて異なる出力ポートへ学習データが出力される。先にも述べたが、ここで言う異なる出力ポートとは、以後の演算処理が複素振幅ラベル値ごとに実施されて演算データが処理され、異なるラベルごとにまとまったデータ処理が行われることを意味しているのであって、特定の物理ポートや出力場所に特定の信号や情報が出力されるということではない。以下の演算処理の少なくとも一部をハードウェアとして実現することも可能であるが、ハードウェアとしての出力端子を備える必要性は無い。
【００５８】
図８は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路における平均位相の計算およびグループ化を説明する図である。平均位相計算部７４は、演算処理のため取り出された学習データに対して、入力ポート（すなわちラベル）ごとに平均位相を計算し出力する。図８の（ａ）は、平均位相計算部７４の動作を概念的に示しており、１６種類のラベルごとに学習データが入力される。そして、各ラベルに対して、平均位相値が計算され出力される。すなわち平均位相計算部７４は、１６の入力ポート８０１を持ち、１６の出力ポート８０２を持つものとして表現できる。１６の入力ポート８０１は、１６種類（ラベル数）のラベルの各々における、学習データの内の受信された複素振幅６１から得られた個々の位相値に対応する。１６の出力ポート８０２は、１６種類（ラベル数）のラベルの各々における、計算された平均位相値に対応する。
【００５９】
図８の（ｂ）は、平均位相グループ化部７５の動作を概念的に示しており、１６種類のラベルごとに計算された平均位相値が入力される。そして、平均位相値は回転対称となるラベル同士がグループ化されて、グループの数の平均位相値のセットが出力される。すなわち平均位相グループ化部７５は、１６の入力ポート８０２を持ち、１６ＱＡＭの本実施例の場合は４の出力ポート８０３を持つものとして表現できる。１６の入力ポート８０２は、１６種類（ラベル数）のラベルの各々における、計算された平均位相値に対応する。４の出力ポート８０４は、４種類（グループ数）のグループの各々における、計算された平均位相値のセットに対応する。
【００６０】
平均位相値のグループ化は、図７に示した本実施例の１６ＱＡＭ変調方式の場合は、以下のように行われる。１６ＱＡＭ変調方式では、信号空間ダイアグラム（Ｉ−Ｑ座標軸面）上の各信号点は、各軸上に等間隔で１６個の信号点が線対称であり、同時にＩ−Ｑ座標の原点に対して回転対象となるように配置されている。本発明の光受信器では、サイクルスリップを考慮する必要があり、前述のようにサイクルスリップ生じると、９０度、１８０度または２７０度の内のいずれかの位相のオフセット加わる。平均位相グループ化部７５は、回転対象の関係にある図７に示したラベル０、３、１５、１２が付けられた４つの信号点７０１，７０２、７０３、７０４を１つのグループとして定義する。ここでは、ラベル０、３、１５、１２の信号点をグループ１とする。同様に、原点に近い４つの信号点７０５、７０６、７０７、７０８も１つのグループとして定義される。図７で同じハッチングで表された円がグループを構成する。すなわち、ラベル１、７、８、１４の信号点をグループ２、ラベル２、４、１１、１３の信号点をグループ３、ラベル５、６、９、１０の信号点をグループ４とする。平均位相グループ化部７５は、上記の４つのグループ毎に、計算された平均位相値を出力する。結局、平均位相グループ化部７５は、変調方式に応じてラベルをグループ分けし、計算された平均位相値をグループに分けて、次のグループ選択部７６に供給するよう動作する。
【００６１】
本実施例では、１６ＱＡＭ変調方式の例を示しているが、光送受信システムの位相の不安定性に起因するサイクルスリップの影響を受けるすべての位相変調方式に当てはまる。したがって、例えば、８ＰＳＫ方式のように、Ｉ−Ｑ座標面で円状に等間隔で８個の信号点が配置される場合にも当然適用できる。８ＰＳＫの場合は、信号点配置は４５度の回転対称性を持つので、サイクルスリップが生じると、４５度、９０度、・・または３１５度の４５度間隔の値の位相のオフセット加わり得る。このとき、すべての信号点（ラベル）が相互に回転対称の関係にあるので、１つのグループだけが生成される。グループ化は、対象とする変調方式の信号点の配置とサイクルスリップによってとり得る可能性のある位相オフセット値によって異なってくる。他の変調方式でも、本発明の光受信器のサイクルスリップを考慮した複素振幅ラベル判定境界の構築における、平均位相の計算およびグループ化の概念が適用できる。次に、グループ選択部７６の動作について説明する。
【００６２】
図９は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるグループ選択の動作例を説明する図である。グループ選択部７６は、学習モードにおいて光受信器に新たに到着した現在の複素振幅６１の対応するラベル６２が属するグループであって、かつ、そのラベルを除いた複素振幅ラベルである３つのラベルに対応する平均位相を出力する。図９の（ａ）の信号点図を参照すると、新たに到着した現在の複素振幅６１がＩ−Ｑ座標平面の信号点９０１に対応しており、対応する複素振幅ラベル６２がラベル０と想定される場合を考える。平均位相グループ化部７５からのグループの数の平均位相値のセット９０４が、グループ選択部７６へ入力される。
【００６３】
このとき、グループ選択部７６は、図９の（ｂ）に示したように、ラベル０、３、１２、１５を含み、ラベル０が属しているグループ１の入力９０３を選択し、さらに、グループ１の中から入力ラベル９０２であるラベル０を除いたラベル３、１５、１２の３つの平均位相値９０５をこの順で出力する。ここで、ラベル３の信号点は、ラベル０を持つ現在の複素振幅６１の信号点９０１から９０度離れた信号点である。また、ラベル１５の信号点は、ラベル０を持つ現在の複素振幅６１の信号点９０１から１８０度離れた信号点である。さらに、ラベル１２の信号点は、ラベル０を持つ現在の複素振幅６１の信号点９０１から２７０度離れた信号点である。このように、グループ選択部７６の出力は、現在の複素振幅の想定される信号点からの位相差の小さい順（９０度、１８０度、２７０度）に、現在の複素振幅と同一グループに属する、他のラベルに対して平均位相値を出力している。したがって、出力ポート９０５の位置（順序）も考慮した場合、複素振幅６１の信号点９０１からの位相差の昇順に、対応するラベルの平均位相値が出力される。
【００６４】
図１０は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるグループ選択の別の動作例を説明する図である。図１０の（ａ）の信号点図を参照すると、新たに到着した現在の複素振幅６１がＩ−Ｑ座標平面の信号点９０６に対応しており、対応する複素振幅ラベル６２がラベル１１と想定される場合を考える。このとき、グループ選択部７６は、図１０の（ｂ）に示したように、ラベル２、４、１１、１３を含み、ラベル１１が属しているグループ３の入力９０９を選択し、さらに、グループ３の中から入力ラベル９０８であるラベル１１を除いたラベル１３、４、２の３つの平均位相値９１１をこの順で出力する。ここで、ラベル１３の信号点は、ラベル１１を持つ現在の複素振幅の信号点９０６から位相差で９０度離れた信号点である。また、ラベル４の信号点は、ラベル１１を持つ現在の複素振幅の信号点９０６から位相差で１８０度離れた信号点である。さらに、ラベル２の信号点は、ラベル１１を持つ現在の複素振幅の信号点９０６から位相差で２７０度離れた信号点である。グループ選択部７６は、１つのグループの中の平均位相の数（４）から１を引いた数（４−１＝３）の平均位相が出力される。
【００６５】
図９および図１０に示したグループ選択の動作例のように、グループ選択部７６は、現在の複素振幅６１に対して次に説明をする位相差計算部６３によって行われる位相差の計算のために、位相差の計算に使用されることになる平均位相を選択していることになる。
【００６６】
図１１は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路における位相差の計算の例を説明する図である。位相差計算部６３は、グループ選択部７６から入力された３つの平均位相の各々と、現在の複素振幅６１との位相差を計算する。図６において、位相推定回路からの複素振幅６１は、位相差計算部６３および複素振幅訂正部６５を経由して、学習データ記憶部の両方に提供されていることに留意されたい。図１１の信号点図を参照すると、ここでは現在の複素振幅６１はグループ２（ラベル１、７、８、１４を持つ）に属しており、ラベル７を持つ受信シンボル１００４に対応しているものと推定できる場合を示す。学習モードでは、学習用データ信号（教師信号）としてどのような情報が送られて来るのかが既知であって、当然に、位相推定回路で推定された複素振幅すなわち受信シンボルの信号点図上の大よその位置すなわち位相が判っている。これによって、伝送環境の位相変動の影響を受けた実際の複素振幅値６１および対応する複素振幅ラベル６２からなる学習データセットから、複素振幅ラベル識別境界を構築できる。
【００６７】
位相差計算部６３では、受信シンボル１００４の位相と、グループ選択部７６から入力された３つの平均位相の各々との位相差を計算する。すなわち、受信シンボル１００４とラベル１４の平均位相１００３との間の位相差の絶対値｜θｒ−θ14｜を計算する。同様に、受信シンボル１００４とラベル８の平均位相１００２との間の位相差の絶対値｜θｒ−θ8｜および受信シンボル１００４とラベル１の平均位相１００１との間の位相差の絶対値｜θｒ−θ1｜を計算する。ここで、位相差が１８０度を超える場合には、位相差を１８０度以内に丸め込んだ絶対値を出力する。例えば、受信シンボル１００４とラベル１の平均位相１００１との間が時計回りの方向で概ね２８０度であれば、逆方向に位相差を計り−８０度として、さらにその絶対値を取って位相差は８０度と計算される。位相差計算部６３では、このようにして、現在の複素振幅が一応正しいラベルを持つものと推定をして、現在の複素振幅と、同一グループ内の推定されたラベルを除いたラベルの平均位相値との位相差を求めている。サイクルスリップが発生していなければ、これらの計算された位相差は９０度、１８０度、２７０度（−９０度）の近傍の値となることが容易に理解されるだろう。逆に、計算された位相差が上記値から逸脱していれば、サイクルスリップが発生した可能性が検知できる。上述のように位相差計算部６３からは、回転対称の関係にある１つのグループの中の平均位相の数（４）から１を引いた数（４−１＝３）の位相差が、次の位相差監視部６４へ出力される。
【００６８】
位相差監視部６４では、位相差計算部６３で求められた位相差が所定のサイクルスリップ判定条件を満たすかどうかが決定される。具体的には、位相差計算部６３から入力される位相差の計算値の絶対値の各々が、例えば、４５度以下となっているかどうかを確認する。この「４５度以下となっているかどうか」を判定する条件は、変調方式が本実施例の１６ＱＡＭの時に適用できるものであって、信号点の配置が異なる他の変調方式の場合には異なる条件が適用されることに留意されたい。例えば、回転対称な信号点が４５度の間隔で並ぶ８ＰＳＫ変調方式では、１６ＱＡＭ変調方式の場合の半分の２２．５度を閾値とする判断ができることは容易に理解できるだろう。
【００６９】
図１２は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路におけるサイクルスリップの発生を判定する動作を説明する図である。図１１に示したように現在の複素振幅がラベル７を持つものと一応の推定が行われた場合で、実際には直前にサイクルスリップが発生していた場合を示している。図１２の（ａ）を参照すると、現在の複素振幅は、図１１の（ａ）で示したサイクルスリップが起きていない場合の受信シンボル左下の象限の位置１００９ではなく、左上の象限の位置１００５にある。受信シンボル１００５は、推定されたラベル７の位置ではなくむしろラベル１の平均位相の位置に近いことがわかる。このような状況では、ラベル７を持つと一応推定されていた複素振幅にはオフセットが加えられており、サイクルスリップが発生している可能性が高いことが判定できる。
【００７０】
ここでは既に位相差計算部６３において、ラベル７と推定された受信シンボル１００５の位相と、ラベル７が属するグループであって、かつラベル７を除いた、ラベル１４、８、１の平均位相との位相差が計算されている。すなわち、受信シンボル１００５とラベル１４の平均位相１００８との間の位相差の絶対値｜θｒ−θ14｜が計算されている。同様に、受信シンボル１００５とラベル８の平均位相１００７との間の位相差の絶対値｜θｒ−θ8｜および受信シンボル１００５とラベル１の平均位相１００６との間の位相差の絶対値｜θｒ−θ1｜が計算されている。位相差監視部６４では、位相推定回路からの複素振幅（受信シンボル）と、位相差計算部６３から入力された３つの平均位相（ラベル１４、８、１）の各々との位相差に基づいて、サイクルスリップの発生が判定される。図１２の（ａ）では、受信シンボル１００５とラベル１の平均位相１００６との間の位相差が、２０度程になっている。したがって、｜θｒ−θ1｜が４５度以下である条件を満たしており、判定条件の１回の成立が認定され、現在の複素振幅におけるサイクルスリップの発生の可能性が認識される。このとき、受信シンボルには、サイクルスリップの発生によって位相オフセットが加えられている。
【００７１】
図１２の（ｂ）は、サイクルスリップの発生を判断する様子を表しており、図１２の（ａ）の状態は、本来ラベル７であった複素振幅がサイクルスリップによる位相オフセットのためにラベル１の信号点の近傍で観測されていると判断できる。後述するように、サイクルスリップの発生の判断が確定すると、受信シンボルはラベル７ではなくてラベル１の複素振幅であるものとみなされ、誤っていると判断された受信信号点（ラベル）に学習用データとして新しいラベルが付与される（更新される）ことになる。サイクルスリップの発生は、１回の判定条件の成立だけで確定するのではなく、判定条件が複数回連続して成立することを条件とすることもできる。これは、次に説明するように位相差監視部６４にカウンタを備えることで実施できる。
【００７２】
図１３は、位相差監視部においてサイクルスリップの発生の判定に使用されるカウンタブロックの構成例を示した図である。カウンタブロック１１００は、位相差計算部６３からは、３つの位相差（９０度、１８０度、２７０度）が入力されており、各々の位相差について判定条件１１０４〜１１０６が判断される。さらに各々の判定条件に対して専用のカウンタ１１０１〜１１０３が設けられている。各々の判定条件として、計算された位相差が４５度以下となっていれば、その入力ポート（ラベル）に対応するカウンタの値を１つ増加させる。このとき、他のカウンタの値が０以外であれば、０に変更する。増加したカウンタの値が５となった場合（判定条件１１０７）、サイクルスリップが発生したものと判定し、位相差監視部６４への入力ポート番号が通知される。すなわち位相差計算部６３で計算された位相差の内で、サイクルスリップの発生の判定条件を繰り返し満たし、現在の複素振幅と非常に近接している位相平均値を持っているラベルが、受信複素振幅訂正部６５へ通知される。
【００７３】
この通知とともに、図１３の全てのカウンタ１１０１〜１１０３の値を０へリセットする。図１２の（ｂ）を再び参照すれば、現在の複素振幅はラベル７を持っていると推定されていたが、実際に受信された複素振幅は信号点１０１０であって、ラベル１の平均位相１００６の位置と非常に近接している。このとき、「ラベル１の平均位相がサイクルスリップ発生の判定条件を満たしたこと」が受信複素振幅訂正部６５へ通知される。言い換えると、現在の複素振幅はラベル７を持っているものと推定されていたが、サイクルスリップの発生のために、正しいラベルとしてラベル１へ訂正されるべきことが受信複素振幅訂正部６５に示されることになる。
【００７４】
受信複素振幅訂正部６５は、入力されたポート番号から、どのようにサイクルスリップが生じたかを認識する。つまり、位相差監視部６４から入力されたポート番号が１であれば９０度、ポート番号が２であれば１８０度、そしてポート番号が３であれば２７０度、それぞれスリップしたものと見なすことができる。したがって、位相差監視部６４は、サイクルスリップの発生の検出に応答して、検出回路（位相差計算部６３）によって検出された位相オフセットに基づいて、位相オフセットの検出がされた複素振幅に対応する記憶されたラベルを訂正することになる。受信複素振幅訂正部６５は、サイクルスリップの発生の検出の後に到着する複素振幅については、サイクルスリップによって生じた位相オフセット（位相シフト）を打ち消すように訂正される。
【００７５】
上述のラベルの訂正法については、様々なバリエーションを取ることができる。例えば、判定条件の成立の連続数が５の時に、サイクルスリップを検出した場合は、（ａ）サイクルスリップ検知に関わった５ラベル（シンボル）を境界構築に使用するデータから排除することができる。また、（ｂ）過去に遡ってその５ラベル（シンボル）のサイクルスリップを修正してから境界構築を行う選択肢もある。サイクルスリップの発生を最判断する判定条件の連続数は、多すぎると問題が生じる。例えば、連続数を１０００００(１０万回)などの長い時間に対応する値に設定すると、その時間範囲でサイクルスリップが複数回起き、一旦発生した位相オフセットが元に戻ってしまう場合のように、見かけ上サイクルスリップが起こっていないかのように振る舞う状況が起こり得る。このような場合、エラーを多く含むデータを用いてラベル判定の境界を構築することになり、光受信器のＢＥＲなどの受信特性が劣化する。
【００７６】
逆に、判定条件の成立の連続数を１にして、疑わしい複素振幅データをすべて排除することが最も高性能となり得る。しかしながら、受信した各信号点の分布が分散している場合、サイクルスリップの疑いがあって使用不可のデータが増えることになるため、機械学習に時間が掛るデメリットも考えられる。実用上は、判定条件の成立の連続数（カウンタ１１０７の判定条件）を数個程度に設定するのが適切であると考えられる。
【００７７】
尚、上述の説明では、サイクルスリップの発生に応答して、学習データのラベルを訂正するものとして説明をしたが、ラベルは同じままとして、受信された複素振幅を、検出された位相オフセットに応じて変更しても良い。要するに、学習用データとして、複素振幅とそのラベルの対応関係に誤りが無ければ、結果としてサイクルスリップの発生の影響が排除された、正確な複素振幅ラベル判定の境界が構築できる。
【００７８】
また、上述の図６のサイクルスリップ検出・訂正部７８の各ブロックの動作、機能の配分は、ＤＳＰによる演算処理に適した例として説明している。各ブロック間の中間データの移動や記憶などは他の様々な方法でも実施できることに留意されたい。したがって、回転対称の位置にある複数の信号点（ラベル）をグループ化し、平均位相差を計算し、受信した複素振幅の位相と、計算された平均位相との位相差を計算して、サイクルスリップの発生検出とサイクルスリップによる位相オフセットの推定ができる限り、様々な演算方法が適用できることに留意されたい。各ブロックの処理は、すべてをＤＳＰなどのプロセッサを用いた演算処理で、一部またはすべてをハードウェアで実現することもできる。各ブロックを「回路」として説明しているが、各ブロックで説明をしたのと等価的な機能・処理を実施できれば、電子回路や電気回路で構成されることに限定する趣旨ではない。このようにして、サイクルスリップ検出・訂正回路７８でサイクルスリップの検出・訂正を行いながら、複素振幅および訂正されたものを含む複素振幅ラベルの値の組み合わせを、学習データ記憶部６６へ蓄積していく。
【００７９】
したがって、本発明の光受信器は、前記検出回路は、前記変調方式で回転対称の位置にある各信号点に対応する前記記憶された複数の複素振幅の平均位相をそれぞれ計算する平均位相計算回路（７４）と、所定の回転対称角度だけ回転させることによって前記複素振幅座標上で重ね合わせることのできる前記回転対称な位置にある信号点を１つのグループとし、１以上のグループを構成したとき、現在の複素振幅の位相と、前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点であって前記現在の複素振幅に対応する信号点を除いた信号点のラベルに対応する前記平均位相との間の位相差を計算する位相差計算回路（６３）と、計算された前記現在の複素振幅が属するグループの内の信号点の各々との位相差に基づいて、所定のサイクルスリップ発生判断条件を満たすかどうかを判定し、前記サイクルスリップ発生判断条件を満たした信号点のラベルを前記現在の複素振幅の更新されるラベルとして特定する位相差監視回路（６４）とを含むものとして実施できる。
【００８０】
学習データ記憶部６６に蓄積された学習データ数が１００００に達すると、複素振幅ラベル判定境界の構築に移る。まず、複素振幅ラベル判定境界構築部６８が、学習データ記憶部６７より全学習データを読み出す。そして、機械学習アルゴリズムによって、複素振幅ラベル判定境界を構築し、複素振幅ラベル判定境界記憶部６９へ格納する。以上の動作により学習モードが完了し、ペイロード信号の伝送・受信を開始する準備が整う。
【００８１】
次に、ペイロード信号に対して複素振幅ラベル判定を行う「判定フェーズ」の動作を説明する。通常のユーザデータであるペイロード信号の伝送時においても、上述の学習フェーズと同様に、光受信器に到着した光信号が図６の偏波補償回路５１、位相推定回路５２によって処理され、複素振幅値が複素振幅ラベル判定回路５４へ入力される。
【００８２】
しかしながら、受信信号がペイロード信号であるため、学習フェーズとは異なってペイロード信号の内容は未知であり、当然に対応する複素振幅ラベルも学習データ記憶部６７へ入力されない。受信された複素振幅値は、直接複素振幅ラベル判定部７０へと入力される。複素振幅ラベル判定境界を複素振幅ラベル判定境界記憶部６９より読み出し、複素振幅ラベル判定境界が引かれた２次元グラフのどこに受信した複素振幅値がマッピングされるかを確認する。すなわち「学習フェーズ」で構築された複素振幅ラベルの判定境界を用いて、複素振幅ラベルを判定する。その後、グレイ符号化方式に基づいて、判定された複素振幅ラベルはラベル／ビット変換部７１においてビット系列に変換され、前方誤り訂正回路７２へ入力される。誤り訂正をされたビット列７７が、最後に出力される。
【００８３】
本発明の光受信器におけるサイクルスリップを考慮した複素振幅ラベル判定境界の構築が実施例されているので、安定でかつ精度の高い複素振幅ラベル識別境界が構築し、良好な通信品質が得られる。
【００８４】
図１４は、本発明の光受信器の複素振幅ラベル判定回路によって得られる通信品質を従来技術と比較して説明する図である。図１４の（ａ）は、従来技術によって、サイクルスリップを考慮せずに機械学習を用いて構築した１６ＱＡＭ変調方式のラベル判定境界とした場合のＢＥＲ測定値を示している。ＢＥＲ測定値のグラフの横軸は、光受信器に光源として用いられているレーザのレーザ線幅（ＭＨｚ）を示しており、レーザの不安定性を表すメータとして知られている。すなわち、レーザ線幅が大きいほどレーザの雑音が多く位相が不安定であることを示している。ＢＥＲ測定は、シンボル時間が３３ｐｓ(シンボルレートが３０ＧＨｚ）の信号を１０5シンボル分の時間受信したときのＢＥＲを測定し、この測定を１万回繰り返した。丸のプロットは１万回の平均値を示しており、線の長さはＢＥＲの最大値と最小値を示している。図１４の（ａ）では、レーザ線幅が大きいときに、ＢＥＲ測定値のばらつきが非常に大きい。
【００８５】
これに対して、図１４の（ｂ）に示した本発明のサイクルスリップを考慮して機械学習を用いて構築した１６ＱＡＭ変調方式のラベル判定境界を利用した場合のＢＥＲ測定値を示している。このとき、サイクルスリップの発生の判定は、学習フェーズにおいて、判定条件（位相差が４５度以下）が５回連続して起きたときに、ラベルの訂正を行って構築したものである。ラベル判定の境界は、各々１つの領域にまとまっており、回転対称に揃っている。ＢＥＲ測定値は、レーザ線幅が大きい場合でもならつきが少なく、サイクルスリップの影響が見られない。このように、本発明の光受信器では、複素振幅ラベル判定回路によってサイクルスリップを考慮して構築したラベル判定境界を利用できるため、サイクルスリップの影響を受けない高い通信品質が得られる。
【実施例２】
【００８６】
＜追跡モードにおける動作例＞
本実施例では、本発明の光受信器における追跡モードにおける動作例を説明する。追跡モードは、図６において追跡モード側にスイッチがＯＮとなっている状態で実現される。上述の非追跡モードの動作によって複素振幅ラベル判定境界が構築されているか、ネットワーク管理者により複素振幅ラベル判定境界の情報が光受信器に与えられ、記憶されており、ペイロード信号の伝送を開始しているものとする。
【００８７】
追跡モードにおいても非追跡モード時と同様に、光受信器に到着した光信号が偏波補償回路５１、位相推定回路５２によって処理され、複素振幅値が複素振幅ラベル判定回路５４へ入力される。ペイロード信号であるので、複素振幅ラベルは未知である。受信複素振幅は、図６に示した複素振幅ラベル判定部７０および学習データ記憶部６６の双方に入力される。
【００８８】
複素振幅ラベル判定部７０は、非追跡モード時の場合と同様に、複素振幅ラベルの判定を行う。そして判定されたラベルはラベル／ビット変換部７１でビット系列へと変換され、前方誤り訂正部７２に入力される。
【００８９】
前方誤り訂正部７２は、誤り訂正アルゴリズムにより、ビット誤りを訂正する。得られたビット系列は、ビット/ラベル変換回路７３によって、再度、複素振幅ラベル値に変換される。再変換された複素振幅ラベル値を学習データ記憶部６７へ入力することで、ペイロード信号の複素振幅６１と正しい複素振幅ラベルの組み合わせを、新たに学習データとすることができる。差動符号化を経て、前方誤り訂正を行った後のビット列には誤りは含まれておらず、サイクルスリップが起きても、実動作での誤りは直ちに修正される。
【００９０】
ペイロード信号を学習データとして蓄積した後、これらのデータは複素振幅ラベル判定境界構築部６８へ入力され、新たな複素振幅ラベル判定境界の構築に用いられる。新しい複素振幅ラベル判定境界は、複素振幅ラベル判定境界記憶部６９に上書きされ、以降のペイロード信号は、精度を向上させた新しい複素振幅ラベル判定境界に基づいて複素振幅ラベルが判定される。
【００９１】
「学習フェーズ」を経て、既にある程度精度が得られた複素振幅ラベル判定境界が構築されていれば、光受信器の通常動作であるペイロード信号の受信を利用して、適切な素振幅ラベル判定境界を維持できる。この複素振幅ラベル判定境界の更新が行われる間隔は、複素振幅が到着する間隔より大きくても良い。
【００９２】
したがって、本発明の光受信器は、教師信号として、予め定められたデータ列で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記データ列に対応する既知のラベルを前記学習データセットとして記憶するよう動作する学習モードと、前記教師信号として、未知のペイロード信号で変調された学習データ信号を受信し、前記学習データ信号から得られた前記複素振幅と、前記複素振幅のラベルを判定して前記判定されたラベルをビット変換し、誤り訂正をされたビットがさらにビット／ラベル変換されたラベルを前記学習データセットとして記憶し、前記ペイロード信号のラベル判定およびラベル識別するための境界の再構築を並行して行うよう動作する追跡モードとの間を切り替えるよう構成された物として実施できる。
【００９３】
以上、詳細に述べたように、本発明によって、光ネットワークの信号受信部の複素振幅値の識別境界を構築する受信器において、安定かつ精度の高い複素振幅の識別境界を構築することが可能となり、通信品質が向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、一般的に光通信システムに利用することができる。特に、位相変調を用いた光信号を受信する光受信装置に利用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１、３０、７０１〜７０８  信号点
２、３１  判定領域
５０  光受信器
５１  偏波補償回路
５２  位相推定回路
５３  ビット列復号回路
５４、６０  複素振幅ラベル判定回路
５５、７２  前方誤り訂正部
５６、７３  ビット／シンボル変換部
５９、７７  ビット列
６１  複素振幅値（入力）
６２  複素振幅ラベル（入力）
７１  ラベル／ビット変換部
７８  サイクルスリップ検出・訂正部
７９  ラベル境界構築・ラベル判定部
１１００  カウンタ回路
【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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