JP7059637B2 - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

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Description

本件は、信号処理装置及び信号処理方法に関する。
大容量のデータ伝送の需要の増加に応じ、例えば、1つの波長光で100(Gbps)以上の伝送を可能とするデジタルコヒーレント伝送方式が研究開発されている。デジタルコヒーレント伝送方式では、強度変調方式とは異なり、信号の変調に、光の強度だけでなく、光の位相も用いられる。このような変調方式としては、例えば位相偏移変調(PSK: Phase Shift Keying)や直交振幅変調(QAM: Quadrature Amplitude Modulation)が挙げられる。
この種の変調方式では、様々な要因により送信器及び受信器の各々において同相成分の信号と直交位相成分の信号の間のスキュー、パワー差、及び直交偏差(位相回転)などが生ずる。この事象は、例えばIQ歪み(あるいはIQ不平衡やIQ不完全性など)と呼ばれ、信号劣化の原因となる。これに対し、例えば特許文献1及び2には、受信器で生じたIQ歪みの補償手段について記載されている。
特開2010-193204号公報 米国特許出願公開第2011/0249981号明細書
しかし、送信器で生じたIQ歪みは、例えばガウス雑音や位相雑音のように伝送路で生ずる雑音、偏波変動、及び信号光と局発光の周波数オフセットの影響のために補償することが難しい。このため、受信器の適応等化回路(AEQ: Adaptive Equalizer)は、IQ歪みがある信号が入力された場合、例えばCMA(Constant Module Algorism)のように、信号の振幅を目標値とするアルゴリズムによりFIR(Finite Impulse Response)フィルタのタップ係数を更新するとき、その演算処理の誤差が大きくなるおそれがある。
このため、適応等化回路は、IQ歪みがある信号に対して伝送路特性の影響を十分に補償することができず、信号品質の低下のおそれがある。
本件は、信号品質を向上することができる信号処理装置及び信号処理方法を提供することを目的とする。
1つの態様では、信号処理装置は、フィルタ係数に基づき信号の適応等化処理を行うフィルタ部と、前記信号の振幅目標値とするアルゴリズムにより前記フィルタ係数を更新する更新部と、前記振幅と所定値の差分を算出する算出部と、前記アルゴリズムに基づく前記振幅の制御量が抑制されるように、前記差分に基づき前記目標値を補正する補正部とを有する。
1つの態様では、信号処理方法は、フィルタ係数に基づき信号の適応等化処理を行い、前記信号の振幅目標値とするアルゴリズムにより前記フィルタ係数を更新し、前記振幅と所定値の差分を算出し、前記アルゴリズムに基づく前記振幅の制御量が抑制されるように、前記差分に基づき前記目標値を補正する方法である。
1つの側面として、信号品質を向上することができる。
送信器の一例を示す構成図である。 受信器の一例を示す構成図である。 IQ歪みの例を示す図である。 適応等化処理部の一例を示す構成図である。 光信号Stの一例を示す構成図である。 補正値算出回路の一例を示す構成図である。 目標振幅補正回路の一例を示す構成図である。 補正値算出回路の他の例を示す構成図である。 消光比ごとのQ値の特性の例を示す図である。 タップ係数を更新するCPU回路の一例を示す構成図である。 補正値算出部の処理の一例を示すフローチャートである。 目標振幅補正部の処理の一例を示すフローチャートである。 補正値算出部及び目標振幅補正部の処理の他の例を示すフローチャートである。
図1は、送信器90の一例を示す構成図である。送信器90は、偏波多重方式を用い、デジタルコヒーレント光伝送方式に従って光信号Stを、光ファイバなどの伝送路91を介し受信器92に送信する。
送信器90は、送信処理回路80と、デジタルアナログ変換器(DAC: Digital-to-Analog Converter)82a~82dと、マッハツェンダ変調器(MZM: Mach-Zehnder Modulator)83a~83dとを有する。さらに、送信器90は、偏波ビームコンバイナ(PBC: Polarization Beam Combiner)85と、偏波ビームスプリッタ(PBS: Polarization Beam Splitter)86と、光源87とを有する。
送信処理回路80は、他装置から入力されたデータ信号Dtからデジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqを生成する。送信処理回路80は、マッピング部801と、予等化処理部802とを有する。なお、送信処理回路80としては、例えばDSP(Digital Signal Processor)が挙げられるが、これに限定されず、例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)であってもよい。また、送信処理回路80には、上記以外にもパルス形成などの機能が含まれてもよい。
マッピング部801は、データ信号Dtを変調処理のシンボルにマッピングする。変調方式としては、QPSK(Quadrature PSK)やBPSK(Binary PSK)が挙げられるが、これに限定されず、QAMが用いられてもよい。マッピング部801は、H偏波及びV偏波にそれぞれ割り当てるデータ信号Dtのデータ成分のマッピング処理を実行する。マッピング部801は、H偏波及びV偏波のデータ成分を予等化処理部802に出力する。
予等化処理部802は、H偏波及びV偏波のデータ成分に対し予等化処理を行う。例えば、予等化処理部802は、データ成分に対し、予め伝送路91の伝送路特性とは逆の特性を電気的に与えておくことにより伝送路特性による信号波形の歪みを抑制する。予等化処理部802は、H偏波及びV偏波のデータ成分を、デジタル信号Hi,Hq,Vi,VqとしてDAC82a~82dにそれぞれ出力する。
ここで、デジタル信号HiはH偏波の同相成分であり、デジタル信号HqはH偏波の直交位相成分である。また、デジタル信号ViはV偏波の同相成分であり、デジタル信号VqはV偏波の直交位相成分である。
DAC82a~82dは、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqをそれぞれアナログ信号に変換する。アナログ信号は、MZM83a~83dに入力される。なお、DAC82a~82dは、送信処理回路80内に構成されてもよい。
光源87は、例えばレーザダイオードなどから構成され、所定の中心周波数の送信光LOsをPBS86に出力する。PBS86は、送信光LOsをH軸及びV軸(偏光軸)に分離する。送信光LOsのH偏波成分はMZM83a,83bにそれぞれ入力され、送信光LOsのV偏波成分はMZM83c,83dにそれぞれ入力される。
MZM83a~83dは、DAC82a~82dからのアナログ信号に基づき送信光LOsを光変調する。より具体的には、MZM83a,83bは、送信光LOsのH軸成分をDAC82a,82bからのアナログ信号に基づき光変調し、MZM83c,83dは、送信光LOsのV軸成分をDAC82c,82dからのアナログ信号に基づき光変調する。
光変調された送信光LOsのH軸成分及びV軸成分はPBC85に入力される。PBC85は、送信光LOsのH軸成分及びV軸成分を偏波合成することにより光信号Stを生成し伝送路91に出力する。
図2は、受信器92の一例を示す構成図である。受信器92は送信器90から光信号Stを受信する。
受信器92は、信号処理装置の一例であり、受信処理回路70と、ADC(Analog-to-Digital Convertor)72a~72dと、フロントエンド部79とを有する。フロントエンド部79は、光源71と、バランス型のフォトダイオード(PD: Photodiode)73a~73dと、90度光ハイブリッド回路740,741と、PBS75,76とを有する。
PBS76は、光信号StをH軸成分及びV軸成分に分離して90度光ハイブリッド回路740,741にそれぞれ出力する。また、光源71は、例えばレーザダイオードなどから構成され、所定の中心周波数の局発光LOrをPBS75に入力する。PBS75は、局発光LOrをH軸成分及びV軸成分に分離して90度光ハイブリッド回路740,741にそれぞれ出力する。
90度光ハイブリッド回路740は、光信号StのH軸成分及び局発光LOrのH軸成分を干渉させるための導波路を有し、光信号StのH軸成分を検波する。90度光ハイブリッド回路740は、検波結果として、同相成分及び直交位相成分の振幅及び位相に応じた光成分をPD73a,73bにそれぞれ出力する。
90度光ハイブリッド回路741は、光信号StのV軸成分及び局発光LOrのV軸成分を干渉させるための導波路を有し、光信号StのV軸成分を検波する。90度光ハイブリッド回路741は、検波結果として、同相成分及び直交位相成分の振幅及び位相に応じた光成分をPD73c,73dにそれぞれ出力する。
PD73a~73dは、90度光ハイブリッド回路740,741から入力された光成分を電気信号に変換して、電気信号をADC72a~72dにそれぞれ出力する。ADC72a~72dは、PD73a~73dから入力された電気信号をデジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqにそれぞれ変換する。デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqは受信処理回路70に入力される。
受信処理回路70は、分散補償部700と、適応等化処理部701と、周波数オフセット補償部702と、搬送波位相復元部703とを有する。なお、受信処理回路70としては、例えばDSPが挙げられるが、これに限定されず、例えばFPGAであってもよい。また、受信処理回路70には、上記以外の機能が含まれてもよい。
分散補償部700は、伝送路91上の波長分散により生じた光信号Stの波形歪みを固定的なパラメータに基づいて補償する。分散補償部700は、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqを適応等化処理部701に出力する。
適応等化処理部701は、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqに対し適応等化処理を行う。より具体的には、適応等化処理部701は、伝送路91上の波長分散や非線形光学効果などにより生じた光信号Stの波形歪みを動的なパラメータに基づいて補償する。
適応等化処理部701は光信号Stの品質劣化を補償する。より具体的には、適応等化処理部701は、FIRフィルタによりデジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqに対し伝送路91の特性とは逆の特性を与えることにより、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqの波形を補正する。適応等化処理部701は、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqを周波数オフセット補償部702に出力する。なお、適応等化処理部701の構成は後述する。
周波数オフセット補償部702は、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqが変調方式に応じた信号コンスタレーション(信号空間ダイヤグラム)により正常に復調処理されるように、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqの搬送周波数と光源71の間の周波数の差分及び位相の差分を補償する。周波数オフセット補償部702は、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqを搬送波位相復元部703に出力する。
搬送波位相復元部703は、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqから雑音成分を除去し、正しい搬送波位相を推定し、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqの位相を、推定した搬送波位相に同期させる。このようにして復元されたデジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqは、受信器92から他の装置に出力される。
上記の構成において、送信器90では、例えばMZM83a~83dの消光特性の不完全性のため、光信号StにIQ歪みが生ずる。このため、受信器92には、例えばガウス雑音や位相雑音などの伝送路91上の雑音成分の影響だけでなく、IQ歪みがある光信号Stが入力される。したがって、光信号Stから得られるデジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqにも、伝送路91上の雑音成分とIQ歪みが含まれている。
図3は、IQ歪みの例を示す図である。本例では、変調方式としてQPSKが用いられた場合を挙げる。
符号Gaは、IQ平面におけるデジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqの理想的な信号点Po(1)~Po(4)の配置を示す。信号点Po(1)~Po(4)は、原点Oを基準として互いに対称な位置関係にある。このため、各信号点Po(1)~Po(4)と原点Oとの距離、つまり振幅Ra_ideal(1)~Ra_ideal(4)は互いに等しくなる。
符号Gbは、送信器90のMZM83a~83dの消光特性の不完全性のため、デジタル信号Hi,Hq,Vi,VqにDC(Direct Current)オフセットが生じた場合の信号点P(1)~P(4)の配置を示す。なお、点線は、理想的な信号点Po(1)~Po(4)の配置を示す。
MZM83a~83dの消光特性が悪い場合、送信器90の消光比が劣化し、光信号Stが出力されていない無信号状態において伝送路91に漏れる光成分が増加する。このため、信号点P(1)~P(4)の配置は、理想的な信号点Po(1)~Po(4)の配置からずれてしまう。これにより、信号点P(1)~P(4)の振幅Ra(1)~Ra(4)と理想的な信号点Po(1)~Po(4)の振幅Ra_ideal(1)~Ra_ideal(4)の間に誤差が生ずる。
符号Gcは、MZM83a~83dにおける直交変調のずれのため、デジタル信号Hi,Hq,Vi,VqにIQ直交ずれが生じた場合の信号点P(1)~P(4)の配置を示す。なお、点線は、理想的な信号点Po(1)~Po(4)の配置を示す。
この場合も、信号点P(1)~P(4)の配置は、理想的な信号点Po(1)~Po(4)の配置からずれてしまう。このため、信号点P(1)~P(4)の振幅Ra(1)~Ra(4)と理想的な信号点Po(1)~Po(4)の振幅Ra_ideal(1)~Ra_ideal(4)の間に誤差が生ずる。
再び図2を参照すると、適応等化処理部701は、伝送路91の特性を推定することにより、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqに対し伝送路91上の雑音成分の補償を行う。このとき、適応等化処理部701は、例えばCMAやRDE(Radius Directed Equalization)のように、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqの振幅を目標値とするアルゴリズムによりFIRフィルタのタップ係数を更新する。
しかし、デジタル信号Hi,Hq,Vi,VqにIQ歪みが含まれている場合、タップ係数を更新するための演算処理の誤差が大きくなるおそれがある。このため、適応等化処理部701は、IQ歪みがあるデジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqに対して伝送路特性の影響を十分に補償することができず、信号品質の低下のおそれがある。
そこで、適応等化処理部701は、タップ係数の更新において、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqの振幅に基づき振幅の目標値を補正する。このため、適応等化処理部701は、振幅と目標値の差分を小さくすることができ、CMAやRDEなどのアルゴリズムに基づく振幅の制御量を抑えることができる。したがって、適応等化処理部701は、デジタル信号Hi,Hq,Vi,Vqに対するIQ歪みの補償量を低減することにより、伝送路91上の雑音成分の補償に対するIQ歪みの影響を低減することができる。以下に適応等化処理部701の構成について述べる。
図4は、適応等化処理部701の一例を示す構成図である。適応等化処理部701は、係数更新回路2と、目標振幅補正回路3と、補正値算出回路4と、フィルタ部5とを有する。
係数更新回路2、目標振幅補正回路3、及び補正値算出回路4は、受信処理回路70とは別に、FPGAのようなハードウェアにより構成されてもよいし、あるいは、後述するようにソフトウェアの機能として構成されてもよい。なお、H偏波の入力信号Hrは、デジタル信号Hi,Hqから合成された信号であり、V偏波の入力信号Vrは、デジタル信号Vi,Vqから合成された信号である。
フィルタ部5は、タップ係数Whh(m),Wvh(m),Whv(m),Wvv(m)に基づき入力信号Hr,Vrの適応等化処理を行う。フィルタ部4は、適応等化処理を行った入力信号Hr,Vrを出力信号Hy,Vyとして出力する。なお、タップ係数Whh(m),Wvh(m),Whv(m),Wvv(m)はフィルタ係数の一例である。
フィルタ部4は、フィルタ回路50と、加算器51,52とを有する。フィルタ回路50は、例えばバタフライ型フィルタ回路を構成するように接続されたFIRフィルタ50a~50dを含む。H偏波の入力信号HrはFIRフィルタ50a,50cに入力され、V偏波の入力信号VrはFIRフィルタ50b,50dに入力される。
タップ係数Whh(m),Wvh(m),Whv(m),Wvv(m)は、係数更新回路2からフィルタ回路50に対して設定される。なお、フィルタ回路50には、例えば、タップ係数Whh(m),Wvh(m),Whv(m),Wvv(m)を保持するためのメモリ(不図示)が設けられている。
FIRフィルタ50aは、タップ係数Whh(m)を用いて入力信号Hrをフィルタリングして加算器51に出力し、FIRフィルタ50cは、タップ係数Whv(m)を用いて入力信号Hrをフィルタリングして加算器52に出力する。FIRフィルタ50bは、タップ係数Wvh(m)を用いて入力信号Vrをフィルタリングして加算器51に出力し、FIRフィルタ50dは、タップ係数Wvv(m)を用いて入力信号Vrをフィルタリングして加算器52に出力する。
加算器51は、FIRフィルタ50a,50bからの各信号を加算することにより出力信号Hyを生成して出力する。加算器52は、FIRフィルタ50c,50dからの各信号を加算することにより出力信号Vyを生成して出力する。
係数更新回路2は、入力信号Hr,Vr及び出力信号Hy,Vyに基づきタップ係数Whh(m),Wvh(m),Whv(m),Wvv(m)を更新し、フィルタ回路50に設定する。タップ係数Whh(m),Wvh(m),Whv(m),Wvv(m)の更新は、光信号Stに周期的に挿入される所定の試験パタンデータを用いて行われる。
図5は、光信号Stの一例を示す構成図である。光信号Stには、ユーザデータ及び試験パタンデータが含まれる。試験パタンデータとしては、既知のトレーニングシーケンスやパイロットシンボルが挙げられる。全データに対する試験パタンデータの占める比率は、例えば数パーセント程度である。試験パタンデータには、時系列上、複数の種類のシンボルが所定の順序で並んでいる。なお、シンボルの種類について、図3の例の場合、信号点Po(1)~Po(4)が、例えばデジタル値「00」、「01」、「10」、及び「11」のシンボルにそれぞれ対応する。
再び図4を参照すると、係数更新回路2は、振幅差算出回路20,21と、乗算器23a~23dと、加算器24a~24dと、複素共役算出回路25,26とを含む。係数更新回路2は、更新部の一例であり、タップ係数Whh(m),Wvh(m),Whv(m),Wvv(m)を入力信号Hr,Vr及び出力信号Hy,Vyの振幅と振幅の目標値とに基づき更新する。
Lh=μ(Ra(k)-|yh(m)|)yh(m) ・・・(1)
Lv=μ(Ra(k)-|yv(m)|)yv(m) ・・・(2)
振幅差算出回路20,21は、出力信号Hy,Vyの振幅(複素振幅)yh(m),yv(m)と目標値Ra(k)の差分に関する変数Lh,Lvを算出する。例えば、振幅差算出回路20は上記の式(1)から変数Lhを算出し、振幅差算出回路21は上記の式(2)から変数Lvを算出する。式(1)及び式(2)において、μは伝送条件に応じて設定される固定値である。また、変数kは、シンボルの種類に応じて決定される値である。振幅差算出回路20は、変数Lhを乗算器23a,23bに出力し、振幅差算出回路21は、変数Lvを乗算器23c,23dに出力する。
また、複素共役算出回路25,26は、入力信号Hr,Vrから振幅(複素振幅)rh(m),rv(m)の複素共役の値rh(m),rv(m)を算出する。複素共役算出回路25は、複素共役の値rh(m)を乗算器23a,23cに出力し、複素共役算出回路26は、複素共役の値rv(m)を乗算器23b,23dに出力する。
乗算器23aは、複素共役の値rh(m)と変数Lhを乗算して加算器24aに出力する。加算器24aは、乗算器23aからの入力値に現在のタップ係数Whh(m)を加算することにより新たなタップ係数Whh(m+1)を算出してフィルタ回路50に設定する。
乗算器23bは、複素共役の値rv(m)と変数Lhを乗算して加算器24bに出力する。加算器24bは、乗算器23bからの入力値に現在のタップ係数Wvh(m)を加算することにより新たなタップ係数Wvh(m+1)を算出してフィルタ回路50に設定する。
乗算器23cは、複素共役の値rh(m)と変数Lvを乗算して加算器24cに出力する。加算器24cは、乗算器23cからの入力値に現在のタップ係数Whv(m)を加算することにより新たなタップ係数Whv(m+1)を算出してフィルタ回路50に設定する。
乗算器23dは、複素共役の値rv(m)と変数Lvを乗算して加算器24dに出力する。加算器24dは、乗算器23dからの入力値に現在のタップ係数Wvv(m)を加算することにより新たなタップ係数Wvv(m+1)を算出してフィルタ回路50に設定する。
w(m+1)=w(m)-μr(m)(Ra(k)-|y(m)|)y(m)
・・・(3)
このようにして、係数更新回路2は、入力信号Hr,Vrの振幅が目標値Ra(k)に近づくようにタップ係数Whh(m),Wvh(m),Whv(m),Wvv(m)を更新する。更新処理は、光信号Stに挿入された試験パタンデータが適応等化処理部701に入力されているときに実行される。なお、上記の式(3)は、更新後のタップ係数w(m+1)と更新前のタップ係数w(m)の関係を一般的に表したものである。式(3)において、変数y(m)は入力信号Hr,Vrの振幅を示し、変数r(m)は入力信号Hr,Vrの振幅の複素共役の値である。
目標振幅補正回路3は、補正部の一例であり、出力信号Hy,Vyの振幅yh(m),yv(m)に基づき目標値Ra(k)を補正する。このため、目標振幅補正回路3は、目標値Ra(k)を振幅yh(m),yv(m)に近づけることができ、係数更新回路2は、IQ歪みによる振幅yh(m),yv(m)と目標値Ra(k)のずれの制御量を抑えることができる。
これにより、係数更新回路2は、伝送路91上の雑音成分の補償に対するIQ歪みの影響を低減することができる。したがって、受信器92は信号品質を向上することができる。
目標振幅補正回路3は、例えば、振幅yh(m),yv(m)と、図3に示された理想的な振幅Ra_ideal(k)との差分ΔR(k)から目標値Ra(k)を補正する。補正値算出回路4は、算出部の一例であり、差分ΔR(k)を算出する。補正値算出回路4は、差分ΔR(k)から目標値Ra(k)に対する振幅yh(m),yv(m)のずれを推定する。このため、係数更新回路2は、理想的な振幅Ra_ideal(k)に基づいて高精度にタップ係数Whh(m),Wvh(m),Whv(m),Wvv(m)を更新することができる。
ΔRav(k)=Σ=1{ΔR(k,n)}/N
=Σ=1(Ra_ideal(k)-|y(k,n)|)/N・・・(4)
より具体的には、補正値算出回路4は、上記の式(4)から、差分ΔR(k)をN回(N:2以上の整数)連続で算出し、その差分ΔR(k)の平均値ΔRav(k)を算出する。式(4)おいて、変数ΔR(k,n)は、n回目(n=1,2,・・・,N)に算出された差分ΔR(k)であり、変数y(k,n)は、N回の振幅検出のうち、n回目に検出された種類#k(k=1,2,3,4)のシンボルの振幅である。これにより、補正値算出回路4は、入力信号Hr,Vrに含まれる雑音の影響を低減し、振幅yh(m),yv(m)と目標値Ra(k)のずれの推定の精度を向上することができる。
なお、平均値ΔRav(k)の算出手段には限定がなく、例えば回数nごとに重み係数を差分ΔR(k)に乗算することにより重み付きの平均化が行われてもよい。また、例えば最適な動作点の検出のため、送信器90が光信号Stをディザリング(Dithering)する場合、目標値Ra(k)に対する振幅yh(m),yv(m)のずれは時間的に変動する。この場合、補正値算出回路4は、その変動に合わせて目標値Ra(k)を補正するため、例えば変動の時定数に応じて上記の回数Nを変更してもよい。
Ra(k)=Ra_ideal(k)+ΔRav(k) ・・・(5)
目標振幅補正回路3は、平均値ΔRav(k)から目標値Ra(k)を補正する。例えば、目標振幅補正回路3は、上記の式(5)から目標値Ra(k)を補正して、振幅差算出回路20,21に出力する。これにより、目標値Ra(k)に対する振幅yh(m),yv(m)のずれが低減される。
図6は、補正値算出回路4の一例を示す構成図である。補正値算出回路4は、同期回路40と、振幅検出回路41と、スイッチ回路42と、スイッチ制御回路43と、加算器44a~44cと、平均値算出回路45a~45cとを有する。
同期回路40は、出力信号Hy,Vyに対し同期検出を行うことにより出力信号Hy,Vyに含まれる試験パタンデータを検出する。同期回路40は、試験パタンデータの検出をスイッチ制御回路43に通知する。出力信号Hy,Vyは同期回路40から振幅検出回路41に入力される。振幅検出回路41は、例えば入力信号Hr,Vrに対し電圧検出を行うことにより振幅yh(m),yv(m)を検出して、その絶対値をスイッチ回路42に出力する。
スイッチ回路42は、スイッチ制御回路43からの制御に従い、振幅yh(m),yv(m)の絶対値の出力先の加算器44a~44cを切り替える。加算器44a~44cは、試験パタンデータに含まれるシンボルの種類#kごとに設けられている。例えば、変調方式がQPSKである場合、図3に示されるように、シンボルは4種類(k=1,2,3,4)となる。
スイッチ制御回路43は、同期回路40から試験パタンデータの検出が通知されると、予め設定された試験パタンデータのシンボルパタンに従いスイッチ回路42を制御する。このため、振幅yh(m),yv(m)の値は、シンボルの種類#kに応じた加算器44a~44cに出力される。
加算器44a~44cは、振幅yh(m),yv(m)の符号を反転して理想的な振幅Ra_ideal(1)~(M)(M:2以上の整数、k=1,2,・・・,M)に加算する。つまり、加算器44a~44cは、振幅yh(m),yv(m)(=y(k,n))の絶対値と理想的な振幅Ra_ideal(1)~Ra_ideal(M)の差分ΔR(1)~ΔR(M)をそれぞれ算出する。差分ΔR(1)~ΔR(M)は、平均値算出回路45a~45cにそれぞれ入力される。
平均値算出回路45a~45cは、上記の式(4)に従い、加算器44a~44cによりN回算出された差分ΔR(1)~ΔR(M)の平均値ΔRav(1)~ΔRav(M)をそれぞれ算出する。平均値算出回路45a~45cは、例えば、加算器44a~44cから差分ΔR(1)~ΔR(M)が入力されるたびにメモリなどの保持手段により差分ΔR(1)~ΔR(M)の値をそれぞれ保持する。平均値算出回路45a~45cは、保持された差分ΔR(M)の値がN個に達すると平均値ΔRav(1)~ΔRav(M)を算出する。
このように、補正値算出回路4は、複数回算出された差分ΔR(1)~ΔR(M)の平均値ΔRav(1)~ΔRav(M)を算出する。平均値ΔRav(1)~ΔRav(M)は目標振幅補正回路3に入力される。
図7は、目標振幅補正回路3の一例を示す構成図である。目標振幅補正回路3は、加算器30a~30cを有する。加算器30a~30cは、平均値ΔRav(1)~ΔRav(M)に理想的な振幅Ra_ideal(1)~(M)を加算する。これにより、加算器30a~30cは、補正された目標値Ra(1)~Ra(M)を算出する。
このように、目標振幅補正回路3は、平均値ΔRav(1)~ΔRav(M)から目標値Ra(1)~Ra(M)を補正する。これにより、補正値算出回路4は、入力信号Hr,Vrに含まれる雑音の影響を低減し、振幅yh(m),yv(m)と目標値Ra(k)のずれの推定の精度を向上することができる。目標振幅補正回路3は、目標値Ra(1)~Ra(M)を振幅差算出回路20,21に設定する。
また、目標振幅補正回路3は、試験パタンデータのシンボルの種類#kごとに目標値Ra(1)~Ra(M)を補正する。このため、係数更新回路2は、IQ歪みによる振幅yh(m),yv(m)と目標値Ra(k)のずれの制御量をシンボルの種類#kに応じて抑えることができる。
本例において、平均値算出回路45a~45cは、理想的な振幅Ra_ideal(1)~(M)を用いて差分ΔR(1)~ΔR(M)の平均値ΔRav(1)~ΔRav(M)を算出したが、これに限定されず、単に振幅yh(m),yv(m)の絶対値の平均値を算出してもよい。
図8は、補正値算出回路4の他の例を示す構成図である。図8において、図6と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。補正値算出回路4は、同期回路40と、振幅検出回路41と、スイッチ回路42と、スイッチ制御回路43と、平均値算出回路46a~46cとを有する。
スイッチ回路42は、スイッチ制御回路43からの制御に従い、振幅yh(m),yv(m)の絶対値の出力先の平均値算出回路46a~46cを切り替える。平均値算出回路46a~46cは、例えば、N回検出された振幅yh(m),yv(m)の絶対値の平均値Yav(1)~Yav(M)を算出する。

なお、平均値Yav(k)の算出手段には限定がなく、例えば検出回数ごとに重み係数を振幅yh(m),yv(m)に乗算することにより重み付きの平均化が行われてもよい。また、送信器90が光信号Stをディザリングする場合、平均値算出回路46a~46cは、その変動に合わせて目標値Ra(k)を補正するため、例えば変動の時定数に応じて上記の検出回数Nを変更してもよい。
平均値Yav(1)~Yav(M)は目標振幅補正回路3に入力される。目標振幅補正回路3は、平均値Yav(1)~Yav(M)を目標値Ra(1)~Ra(M)として振幅差算出回路20,21に設定する。
このように、目標振幅補正回路3は、N回検出された振幅yh(m),yv(m)の平均値Yav(1)~Yav(M)から目標値を補正する。このため、目標振幅補正回路3は、図6の例とは異なって加算器44a~44cが不要となり、簡素に構成される。
次に、本例の受信器92の効果について述べる。
図9は、消光比ごとのQ値の特性の例を示す図である。図9において、横軸はOSNR(Optical Signal to Noise Ratio)[dB]を示し、縦軸はQ値[dB]を示す。ここで、Q値は、送信器90及び受信器92の信号品質の指標の一例である。なお、Q値の特性は、一例として、ビットレートを400[Gbps]とし、変調方式を64QAMとし、ボーレートを43.84705[baud]とした条件で算出されたものである。
また、図9には、比較例として、送信器90の消光比が60[dB]と25[dB]のQ値の特性が示され、実施例として送信器90の消光比が25[dB]のQ値の特性が示されている。ここで、比較例の場合、適応等化処理部701には上記の目標振幅補正回路3及び補正値算出回路4が設けられておらず、目標値Ra(k)の補正が行われないと仮定する。
IQ歪みは、消光比が低いほど大きくなる。しかし、実施例の場合、消光比が25[dB]であっても、消光比が60[dB]とほぼ同等のQ値であって、さらに、比較例において消光比を25[dB]とした場合より高いQ値が得られる。したがって、本実施例によると、信号品質が比較例より向上されることが理解される。
この効果は、係数更新回路2、目標振幅補正回路3、及び補正値算出回路4と同等の機能がソフトウェアにより実現された場合も同様に得られる。
図10は、タップ係数を更新するCPU(Central Processing Unit)回路1の一例を示す構成図である。図10において、図4と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
CPU回路1は、受信処理回路70の外部に設けられており、CPU10、ROM(Read Only Memory)11、RAM(Random Access Memory)12、及びハードウェアインターフェース部(HW-IF)14を有する。CPU10は、互いに信号の入出力ができるように、ROM11、RAM12、及びHW-IF14と、バス19を介して接続されている。
ROM11は、CPU10を駆動するプログラムが格納されている。RAM12は、CPU10のワーキングメモリとして機能する。
HW-IF14は、CPU回路1をフィルタ部5に対して接続し、CPU10とフィルタ部5の間の通信を中継する。HW-IF14は、例えばFPGAなどの論理回線により構成される。
CPU10は、ROM11からプログラムを読み込むと、機能として、係数更新部100、目標振幅補正部101、及び補正値算出部102が形成される。係数更新部100は、更新部の一例であり、上記の係数更新回路2と実質的に同等の機能を実行する。また、目標振幅補正部101は、補正部の一例であり、上記の目標振幅補正回路3と実質的に同等の機能を実行し、補正値算出部102は、算出部の一例であり、補正値算出回路4と実質的に同等の機能を実行する。
以下に、図6及び図7の構成に対応するCPU10の処理について述べる。なお、CPU10が実行する処理は、実施例の信号処理方法の一例である。
図11は、補正値算出部102の処理の一例を示すフローチャートである。本処理は、例えば周期的に実行される。
補正値算出部102は、出力信号Hy,Vyに対する同期処理によりフィルタ部5から試験パタンデータの出力が開始されたか否かを判定する(ステップSt1)。補正値算出部102は、試験パタンデータの出力が開始されていない場合(ステップSt1のNo)、処理を終了する。
また、補正値算出部102は、試験パタンデータの出力が開始されている場合(ステップSt1のYes)、出力信号Hy,Vyの試験パタンデータの振幅yh(m),yv(m)を検出する(ステップSt2)。次に、補正値算出部102は、出力信号Hy,Vyの試験パタンデータのシンボルの種類#kを判定する(ステップSt3)。なお、以下のステップSt5~St7の各処理は、シンボルの種類#kごとに実行される。
補正値算出部102は、検出した振幅yh(m),yv(m)の絶対値と理想的な振幅Ra_ideal(k)との差分ΔR(k)を算出する(ステップSt4)。次に、補正値算出部102は、差分ΔR(k)の算出回数がN回に達したか否かを判定する(ステップSt5)。補正値算出部102は、算出回数がN回未満である場合(ステップSt5のNo)、後述するステップSt8の処理を実行する。なお、補正値算出部102は、ステップSt6の処理が終了するたびに、算出回数を0にリセットする。
また、補正値算出部102は、算出回数がN回に達した場合(ステップSt5のYes)、差分ΔR(k)の平均値ΔRav(k)を算出する(ステップSt6)。次に、補正値算出部102は、平均値ΔRav(k)を目標振幅補正部101に出力する(ステップSt7)。
次に、補正値算出部102は、試験パタンデータの出力が終了したか否かを判定する(ステップSt8)。補正値算出部102は、試験パタンデータの出力が未終了である場合(ステップSt8のNo)、再びステップSt2の処理を実行する。また、補正値算出部102は、試験パタンデータの出力が終了している場合(ステップSt8のYes)、処理を終了する。このようにして、補正値算出部102の処理は実行される。
図12は、目標振幅補正部101の処理の一例を示すフローチャートである。本処理は、例えば周期的にシンボルの種類#kごとに実行される。
目標振幅補正部101は、補正値算出部102から差分ΔR(k)の平均値Rav(k)が入力されたか否かを判定する(ステップSt11)。目標振幅補正部101は、平均値Rav(k)が入力されていない場合(ステップSt11のNo)、処理を終了する。
目標振幅補正部101は、平均値Rav(k)が入力されている場合(ステップSt11のYes)、理想的な振幅Ra_ideal(k)に差分ΔR(k)を加算する(ステップSt12。次に、目標振幅補正部101は、その加算の算出値を目標値Ra(k)として係数更新部100に出力する(ステップSt13)。
次に、図8の構成に対応するCPU10の処理について述べる。
図13は、補正値算出部102及び目標振幅補正部101の処理の他の例を示すフローチャートである。図13において、図11と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。なお、以下のステップSt4a~St7aの各処理は、シンボルの種類#kごとに実行される。
補正値算出部102は、ステップSt3の処理の実行後、振幅yh(m),yv(m)の検出回数がN回に達したか否かを判定する(ステップSt4a)。補正値算出部102は、検出回数がN回未満である場合(ステップSt4aのNo)、ステップSt8の処理を実行する。なお、補正値算出部102は、ステップSt5aの処理が終了するたびに、検出回数を0にリセットする。
また、補正値算出部102は、検出回数がN回に達した場合(ステップSt4aのYes)、振幅yh(m),yv(m)の絶対値の平均値Yav(k)を算出する(ステップSt5a)。次に、補正値算出部102は、平均値Yav(k)を目標振幅補正部101に出力する(ステップSt6a)。
目標振幅補正部101は、平均値Yav(k)を目標値Ra(k)として係数更新部100に出力する(ステップSt7a)。このようにして、補正値算出部102及び目標振幅補正部101の処理は実行される。
本実施例によると、図4~図8を参照して述べた目標値Ra(k)の補正が可能であるため、信号品質を向上することができる。
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能である。
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
(付記1) フィルタ係数に基づき信号の適応等化処理を行うフィルタ部と、
前記フィルタ係数を前記信号の振幅と前記振幅の目標値とに基づき更新する更新部と、
前記信号の前記振幅に基づき前記目標値を補正する補正部とを有することを特徴とする信号処理装置。
(付記2) 前記補正部は、複数回検出された前記振幅の平均値から前記目標値を補正することを特徴とする付記1に記載の信号処理装置。
(付記3) 前記振幅と所定値の差分を算出する算出部を有し、
前記補正部は、前記差分に基づき前記目標値を補正することを特徴とする付記1に記載の信号処理装置。
(付記4) 前記算出部は、複数回算出された前記差分の平均値を算出し、
前記補正部は、前記平均値から前記目標値を補正することを特徴とする付記3に記載の信号処理装置。
(付記5) 前記信号には、所定のパタンのシンボルが挿入されており、
前記補正部は、前記シンボルの種類ごとに前記目標値を補正することを特徴とする付記1乃至4の何れかに記載の信号処理装置。
(付記6) フィルタ係数に基づき信号の適応等化処理を行い、
前記フィルタ係数を前記信号の振幅と前記振幅の目標値とに基づき更新し、
前記信号の前記振幅に基づき前記目標値を補正することを特徴とする信号処理方法。
(付記7) 複数回検出された前記振幅の平均値から前記目標値を補正することを特徴とする付記6に記載の信号処理方法。
(付記8) 前記振幅と所定値の差分を算出し、
前記差分に基づき前記目標値を補正することを特徴とする付記6に記載の信号処理方法。
(付記9) 複数回算出された前記差分の平均値を算出し、
前記平均値から前記目標値を補正することを特徴とする付記8に記載の信号処理方法。
(付記10) 前記信号には、所定のパタンのシンボルが挿入されており、
前記シンボルの種類ごとに前記目標値を補正することを特徴とする付記6乃至9の何れかに記載の信号処理方法。
1 CPU回路
2 係数更新回路
3 目標振幅補正回路
4 補正値算出回路
5 フィルタ部
45a~45c,46a~46c 平均値算出回路
50a~50d FIRフィルタ
90 送信器
91 伝送路
92 受信器
100 係数更新部
101 目標振幅補正部
102 補正値算出部
701 適応等化処理部

Claims (4)

  1. フィルタ係数に基づき信号の適応等化処理を行うフィルタ部と
    記信号の振幅目標値とするアルゴリズムにより前記フィルタ係数を更新する更新部と、
    前記振幅と所定値の差分を算出する算出部と、
    前記アルゴリズムに基づく前記振幅の制御量が抑制されるように、前記差分に基づき前記目標値を補正する補正部とを有することを特徴とする信号処理装置。
  2. 前記算出部は、複数回算出された前記差分の平均値を算出し、
    前記補正部は、前記平均値から前記目標値を補正することを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
  3. 前記信号には、所定のパタンのシンボルが挿入されており、
    前記補正部は、前記シンボルの種類ごとに前記目標値を補正することを特徴とする請求項1または2に記載の信号処理装置。
  4. フィルタ係数に基づき信号の適応等化処理を行い
    記信号の振幅目標値とするアルゴリズムにより前記フィルタ係数を更新し、
    前記振幅と所定値の差分を算出し、
    前記アルゴリズムに基づく前記振幅の制御量が抑制されるように、前記差分に基づき前記目標値を補正することを特徴とする信号処理方法。
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