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JP5437205B2 - Optical receiving method, optical receiving apparatus and beat noise estimator - Google Patents
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JP5437205B2 - Optical receiving method, optical receiving apparatus and beat noise estimator - Google Patents

Optical receiving method, optical receiving apparatus and beat noise estimator

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JP5437205B2 JP2010200835A JP2010200835A JP5437205B2 JP 5437205 B2 JP5437205 B2 JP 5437205B2 JP 2010200835 A JP2010200835 A JP 2010200835A JP 2010200835 A JP2010200835 A JP 2010200835A JP 5437205 B2 JP5437205 B2 JP 5437205B2
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Description

本発明は、光信号受信時に発生するビート雑音の影響を低減する光受信方法、光受信装置及びこれに備えられるビート雑音推定器に関するものである。   The present invention relates to an optical receiving method, an optical receiving apparatus, and a beat noise estimator provided in the optical receiving method for reducing the influence of beat noise generated when receiving an optical signal.

複数の光を同時に光電変換した場合、それぞれの光の周波数差(波長間隔)に依存して周期的に変動するビート雑音が発生する。この変動は、光の位相差をパラメータとする正弦波の形で表せる。また、3つ以上の複数の光を同時に光電変換した場合には、その光位相差に応じて複数のビート雑音が発生することになる。ビート雑音の振幅は、信号成分の振幅以上の値をとることもあり、ビット誤り率(Bit Error Rate、以下、「BER」と呼ぶ)を大幅に増加させる。   When a plurality of lights are photoelectrically converted at the same time, beat noise that periodically varies depending on the frequency difference (wavelength interval) between the lights is generated. This variation can be expressed in the form of a sine wave with the phase difference of light as a parameter. When three or more light beams are simultaneously photoelectrically converted, a plurality of beat noises are generated according to the optical phase difference. The amplitude of the beat noise may take a value larger than the amplitude of the signal component, and the bit error rate (hereinafter referred to as “BER”) is significantly increased.

複数のビート雑音が同時に発生した場合でも判定性能を向上させることができる光受信方法、光受信装置及びこれに備えられるビート雑音推定器が、特許文献1及び非特許文献1に開示されている。図1に従来技術の光受信装置の機能を説明するブロック図を示す。   Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1 disclose an optical reception method, an optical reception device, and a beat noise estimator provided therein that can improve determination performance even when a plurality of beat noises are generated simultaneously. FIG. 1 is a block diagram illustrating functions of a conventional optical receiver.

図1の光受信装置は、光電変換器11、ビート雑音推定器13及び最尤判定器12を備える。光電変換器11は、受信した送信光信号90を光電変換して受信電気信号91を出力する。ビート雑音推定器13は、光電変換器11からの受信電気信号91に含まれるビート雑音を推定し、推定したビート雑音をビート雑音推定値93として出力する。最尤判定器12は、光電変換器11からの受信電気信号91とビート雑音推定器13からのビート雑音推定値93とから、事後確率が最大となるビットパターンを送信光信号90のビットパターンであると最大尤度判定し、光電変換器11からの受信電気信号91に含まれる信号成分を推定して信号成分推定値92として出力する。   The optical receiver of FIG. 1 includes a photoelectric converter 11, a beat noise estimator 13, and a maximum likelihood determiner 12. The photoelectric converter 11 photoelectrically converts the received transmission optical signal 90 and outputs a received electrical signal 91. The beat noise estimator 13 estimates beat noise included in the received electrical signal 91 from the photoelectric converter 11 and outputs the estimated beat noise as a beat noise estimated value 93. The maximum likelihood determiner 12 uses the bit pattern of the transmission optical signal 90 as the bit pattern with the maximum posterior probability from the received electrical signal 91 from the photoelectric converter 11 and the beat noise estimation value 93 from the beat noise estimator 13. If there is, the maximum likelihood is determined, and the signal component included in the received electrical signal 91 from the photoelectric converter 11 is estimated and output as the signal component estimated value 92.

ビート雑音推定器13は、光電変換器11からの受信電気信号91と最尤判定器12からの信号成分推定値92とからビート雑音推定値93を推定する。ビート雑音推定器13は、遅延子21、減算器22及び相関器23を有する。遅延子21は、光電変換器11が出力する受信電気信号91に時間遅延を与える。減算器22は、遅延子21が時間遅延した受信電気信号91から最尤判定器12が出力する信号成分推定値92を減算して受信電気信号91から信号成分を除去した雑音信号95を出力する。相関器23は、減算器22が出力する雑音信号95と最尤判定器12が出力する信号成分推定値92との相関関係からビート雑音を推定し、ビート雑音推定値93として出力する。   The beat noise estimator 13 estimates the beat noise estimated value 93 from the received electrical signal 91 from the photoelectric converter 11 and the signal component estimated value 92 from the maximum likelihood determiner 12. The beat noise estimator 13 includes a delay element 21, a subtractor 22, and a correlator 23. The delay element 21 gives a time delay to the received electrical signal 91 output from the photoelectric converter 11. The subtracter 22 outputs a noise signal 95 obtained by subtracting the signal component estimation value 92 output from the maximum likelihood determiner 12 from the received electrical signal 91 delayed by the delay element 21 and removing the signal component from the received electrical signal 91. . The correlator 23 estimates beat noise from the correlation between the noise signal 95 output from the subtractor 22 and the signal component estimated value 92 output from the maximum likelihood determiner 12 and outputs the beat noise as an estimated beat noise value 93.

相関器23は、演算回路31、信号変換器32、乗算器33及び高周波数成分除去器(Low Pass Filter、以下、「LPF」と呼ぶ)34を有する。演算回路31は、最尤判定器12から出力される信号成分推定値92に対し、特定のビート雑音成分を取り出すために所定の方法で信号を分類する。信号変換器32は、演算回路31で分類された信号に対し、所定の条件の下で振幅を変換する。乗算器33は、減算器22からの雑音信号95と信号変換器32から出力される信号との相関を取る。LPF34は、乗算器33の出力を平均化することによって、乗算器33から出力される信号に含まれる特定のビート雑音以外の雑音成分を低減する。   The correlator 23 includes an arithmetic circuit 31, a signal converter 32, a multiplier 33, and a high frequency component remover (hereinafter referred to as “LPF”) 34. The arithmetic circuit 31 classifies the signal by a predetermined method with respect to the signal component estimation value 92 output from the maximum likelihood determiner 12 in order to extract a specific beat noise component. The signal converter 32 converts the amplitude of the signals classified by the arithmetic circuit 31 under a predetermined condition. The multiplier 33 takes a correlation between the noise signal 95 from the subtracter 22 and the signal output from the signal converter 32. The LPF 34 averages the output of the multiplier 33 to reduce noise components other than the specific beat noise included in the signal output from the multiplier 33.

次に、最尤判定器12で判定される信号成分の推定値が3チャネルある場合を例として相関器23の説明をする。まず相関器23の出力を特定のビート雑音だけにするために、演算回路31は、発生するビート雑音の種類に基づいて、入力される信号成分推定値92のビットパターンを3種に分類する。そして、信号変換器32は、特定のビート雑音成分以外の雑音成分の平均が0になるよう、信号に乗算する係数を設定する。   Next, the correlator 23 will be described by taking as an example a case where there are three channel signal estimation values determined by the maximum likelihood determiner 12. First, in order to set the output of the correlator 23 to only specific beat noise, the arithmetic circuit 31 classifies the input bit pattern of the signal component estimated value 92 into three types based on the type of generated beat noise. Then, the signal converter 32 sets a coefficient by which the signal is multiplied so that the average of noise components other than the specific beat noise component becomes zero.

ここで、ビート雑音成分を推定する場合について説明する。チャネルpとチャネルqによって発生するビート雑音をbpqと表すことにする。例えば、b12は、チャネル1とチャネル2から発生するビート雑音を示している。具体的に、特定のビート雑音成分b12を推定する場合を説明する。なお、この例では強度変調を前提とし、{1}は光あり、{0}は光なしとする。3ビット信号の組み合わせのうち、ビート雑音が発生する場合を解析すると、ビート雑音は{1}の信号が2つ以上のチャネルで同時に存在する場合に発生するため、{1}の数が2、3と増えるごとにビート雑音の数もその相互関係より1(b12)、3(b12,b13,b23)と増える。推定する特定のビート雑音(b12)と信号成分の推定値の相関を取るために、以下の動作ルール例を導入する。   Here, a case where a beat noise component is estimated will be described. Let beat noise generated by channel p and channel q be represented by bpq. For example, b12 indicates beat noise generated from channel 1 and channel 2. Specifically, a case where a specific beat noise component b12 is estimated will be described. In this example, intensity modulation is assumed, and {1} is light and {0} is light. Analyzing the case where beat noise occurs among combinations of 3-bit signals, beat noise occurs when signals of {1} are simultaneously present in two or more channels, so the number of {1} is 2, As the number increases to 3, the number of beat noises also increases to 1 (b12), 3 (b12, b13, b23) due to the mutual relationship. In order to correlate the specific beat noise (b12) to be estimated and the estimated value of the signal component, the following operation rule example is introduced.

(1)ビットパターンが{1,1,0}の場合、パターン1とする。
(2)ビットパターンが{1,1,1}の場合、パターン2とする。
(3)ビットパターンが上記(1)、(2)以外の場合、パターン3とする。
(4)ビート雑音成分b12だけを取り出すために、パターン1,2,3についてそれぞれ、信号変換器32で乗算係数20/3,4/3,−4/3に従い、振幅値を変換する。
(1) If the bit pattern is {1, 1, 0}, the pattern is 1.
(2) If the bit pattern is {1, 1, 1}, the pattern 2 is assumed.
(3) If the bit pattern is other than the above (1) and (2), it is set as pattern 3.
(4) In order to extract only the beat noise component b12, the amplitude values of the patterns 1, 2, and 3 are converted by the signal converter 32 according to the multiplication coefficients 20/3, 4/3, and -4/3, respectively.

上記のルール例を3ビット信号パターンに適用した場合、減算器22、信号変換器32、乗算器33の各出力は図7のように表せる。xはビート雑音以外の雑音を表す。ビート雑音以外の雑音とは、例えば、ガウス雑音である。乗算器33の出力全パターンの合計は、8b12となることから、{0,1}信号が等確率に発生することを前提として乗算器出力を平均化すると、特定のビート雑音成分b12のみが取り出され、b12以外の雑音成分は全てキャンセルされ0になる。   When the above rule example is applied to a 3-bit signal pattern, the outputs of the subtracter 22, the signal converter 32, and the multiplier 33 can be expressed as shown in FIG. x represents noise other than beat noise. Noise other than beat noise is, for example, Gaussian noise. Since the sum of all output patterns of the multiplier 33 is 8b12, when the multiplier outputs are averaged on the assumption that the {0, 1} signal is generated with equal probability, only a specific beat noise component b12 is extracted. All noise components other than b12 are canceled and become zero.

このように、信号成分、ガウス雑音成分、ビート雑音成分を含む信号は、ビート雑音推定器13によってビート雑音成分のみを有する信号に変換され、ビート雑音推定が達成される。上記説明は、3チャネルの場合であるが、n(n≧4)チャネルの場合でも信号変換器32の乗算係数を適切に設定することにより、特定のビート雑音を推定することができる。ビート雑音推定器13がビート雑音成分を推定し、その推定値を用いて事後確率を求め最大尤度判定するため、最尤判定器12は受信信号が有する多くの尤度情報を事後確率の演算に取り入れることができ、高い最大尤度判定性能を有する。   In this way, the signal including the signal component, the Gaussian noise component, and the beat noise component is converted into a signal having only the beat noise component by the beat noise estimator 13 to achieve beat noise estimation. Although the above description is for the case of three channels, specific beat noise can be estimated by appropriately setting the multiplication coefficient of the signal converter 32 even in the case of n (n ≧ 4) channels. Since the beat noise estimator 13 estimates the beat noise component and uses the estimated value to determine the posterior probability and determine the maximum likelihood, the maximum likelihood determiner 12 calculates a large amount of likelihood information included in the received signal and calculates the posterior probability. And has a high maximum likelihood determination performance.

特開2009−171274号公報JP 2009-171274 A

“Maximum likelihood detection with beat noise estimation for minimizing bit error rate in OCDM−based system”,Optics Express,vol.17,pp.12433−12443,2009.“Maximum likelihood detection with beat noise estimation for minimizing bit error in OCDM-based system”, Optics Express, vol. 17, pp. 12433-12443, 2009.

特許文献1及び非特許文献1のビート雑音推定器13によるビート雑音推定方法は、最尤判定器12によって推定された送信ビットパターンの発生頻度が全てのビットパターンで等しいという仮定の下に推定する方法である。よって、実システムのようにビットパターンの発生頻度が必ずしも一律ではなくゆらぎがある場合は、相関関係に歪みが生じ、ビート雑音の推定誤差に影響を及ぼす場合がある。   The beat noise estimation method by the beat noise estimator 13 of Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 is estimated under the assumption that the transmission bit pattern occurrence frequency estimated by the maximum likelihood determiner 12 is the same for all bit patterns. Is the method. Therefore, when the bit pattern occurrence frequency is not always uniform and fluctuates as in the actual system, the correlation may be distorted, which may affect the beat noise estimation error.

実システムのようにビットパターンの発生頻度が必ずしも一律ではなくゆらぎがある場合を考察するにあたり、相関器23中のLPF34における時定数に注目する。ビート雑音推定器13で推定するビート雑音は、低周波である位相雑音も含めて推定する必要があるため、LPF34のカットオフ周波数をなるべく高く設定する、つまり時定数を短くすることが望まれる。また、時定数を長く取るとビート雑音推定器13の出力においてタイムラグが発生するという理由からも時定数は短く設定することが望ましい。一方、時定数を短くすると平均化する際のサンプル数が減るため、ビットパターンに偏りが生じ、ゆらぎによる推定誤差が大きくなる。これらを図8にまとめる。以上より、ビットパターンのゆらぎによる影響を小さくすることができれば、LPF34の時定数を短く設定したとしても、ビート雑音推定器13の推定誤差を小さくすることが可能である。   When considering the case where the occurrence frequency of the bit pattern is not necessarily uniform as in the actual system, the time constant in the LPF 34 in the correlator 23 is noticed. The beat noise estimated by the beat noise estimator 13 needs to be estimated including phase noise which is a low frequency, so it is desirable to set the cutoff frequency of the LPF 34 as high as possible, that is, to shorten the time constant. In addition, it is desirable to set the time constant short because the time lag occurs in the output of the beat noise estimator 13 when the time constant is long. On the other hand, if the time constant is shortened, the number of samples at the time of averaging decreases, so that the bit pattern is biased, and the estimation error due to fluctuation increases. These are summarized in FIG. As described above, if the influence of the fluctuation of the bit pattern can be reduced, the estimation error of the beat noise estimator 13 can be reduced even if the time constant of the LPF 34 is set short.

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、ビットパターンのゆらぎによる影響を小さくすることにより、ビート雑音推定器の推定誤差を小さくすることができる、光受信方法、光受信装置及びビート雑音推定器を提供することを目的とする。   Therefore, in order to solve the above-described problem, the present invention provides an optical reception method, an optical reception apparatus, and beat noise that can reduce the estimation error of the beat noise estimator by reducing the influence of fluctuation of the bit pattern. An object is to provide an estimator.

上記目的を達成するために、ビート雑音推定器は、雑音信号と信号成分推定値とから算出した補正前のビート雑音推定値を、ビート雑音推定対象である複数の信号成分についての信号成分推定値の乗算値から算出した擬似的なビート雑音推定値で補正した値を、補正後のビート雑音推定値として出力することとした。   In order to achieve the above object, the beat noise estimator calculates a beat noise estimation value before correction calculated from a noise signal and a signal component estimation value as a signal component estimation value for a plurality of signal components that are beat noise estimation targets. A value corrected with a pseudo beat noise estimated value calculated from the multiplication value of the above is output as a corrected beat noise estimated value.

具体的には、本発明は、光電変換器が、受信した送信光信号を光電変換して受信電気信号を出力し、ビート雑音推定器が、前記光電変換器からの受信電気信号に含まれるビート雑音を推定し、推定したビート雑音をビート雑音推定値として出力し、最尤判定器が、前記光電変換器からの受信電気信号と前記ビート雑音推定器からのビート雑音推定値とから、事後確率が最大となるビットパターンを前記送信光信号のビットパターンであると最大尤度判定し、前記光電変換器からの受信電気信号に含まれる信号成分を推定して信号成分推定値として出力する、光受信方法であって、前記ビート雑音推定器は、遅延子、減算器及び相関器を有しており、前記遅延子は、前記光電変換器が出力する受信電気信号に時間遅延を与え、前記減算器は、前記遅延子が時間遅延した受信電気信号から前記最尤判定器が出力する信号成分推定値を減算して受信電気信号から信号成分を除去した雑音信号を出力し、前記相関器は、前記最尤判定器が出力するビート雑音推定対象である複数の信号成分についての信号成分推定値同士の乗算値と、前記最尤判定器が最大尤度判定するビットパターンのパターンに応じた係数と、の乗算値の時間平均として算出した擬似的なビート雑音推定値を用いて、前記減算器が出力する雑音信号と前記最尤判定器が出力する信号成分推定値との相関関係から算出した補正前のビート雑音推定値を補正した値を、補正後のビート雑音推定値として出力することを特徴とする光受信方法である。 Specifically, in the present invention, the photoelectric converter photoelectrically converts the received transmission optical signal and outputs a received electrical signal, and the beat noise estimator includes a beat included in the received electrical signal from the photoelectric converter. Estimate noise, output the estimated beat noise as a beat noise estimate, and the maximum likelihood determiner determines the posterior probability from the received electrical signal from the photoelectric converter and the beat noise estimate from the beat noise estimator. A bit pattern that maximizes the bit pattern of the transmitted optical signal, determines the maximum likelihood, estimates the signal component included in the received electrical signal from the photoelectric converter, and outputs the signal component as an estimated value. In the reception method, the beat noise estimator includes a delay element, a subtractor, and a correlator, and the delay element gives a time delay to the received electric signal output from the photoelectric converter, and the subtraction The vessel is in front Retarders outputs a noise signal to remove the maximum likelihood decision unit a signal component from the subtractor to receive the electrical signal a signal component estimation value output from the reception electric signal delay time, the correlator, the maximum likelihood determination Multiplication value of signal component estimation values for a plurality of signal components that are beat noise estimation targets output from the detector, and a coefficient corresponding to the pattern of the bit pattern that the maximum likelihood determination unit determines maximum likelihood The beat noise before correction calculated from the correlation between the noise signal output from the subtractor and the signal component estimated value output from the maximum likelihood determiner using the pseudo beat noise estimated value calculated as the time average of the value obtained correct for the estimated value, an optical receiving method, characterized in that the output as a beat noise estimate after correction.

また、本発明は、受信した送信光信号を光電変換して受信電気信号を出力する光電変換器と、前記光電変換器からの受信電気信号に含まれるビート雑音を推定し、推定したビート雑音をビート雑音推定値として出力するビート雑音推定器と、前記光電変換器からの受信電気信号と前記ビート雑音推定器からのビート雑音推定値とから、事後確率が最大となるビットパターンを前記送信光信号のビットパターンであると最大尤度判定し、前記光電変換器からの受信電気信号に含まれる信号成分を推定して信号成分推定値として出力する最尤判定器と、を備える光受信装置であって、前記ビート雑音推定器は、前記光電変換器が出力する受信電気信号に時間遅延を与える遅延子と、前記遅延子が時間遅延した受信電気信号から前記最尤判定器が出力する信号成分推定値を減算して受信電気信号から信号成分を除去した雑音信号を出力する減算器と、前記最尤判定器が出力するビート雑音推定対象である複数の信号成分についての信号成分推定値同士の乗算値と、前記最尤判定器が最大尤度判定するビットパターンのパターンに応じた係数と、の乗算値の時間平均として算出した擬似的なビート雑音推定値を用いて、前記減算器が出力する雑音信号と前記最尤判定器が出力する信号成分推定値との相関関係から算出した補正前のビート雑音推定値を補正した値を、補正後のビート雑音推定値として出力する相関器と、を有することを特徴とする光受信装置である。 The present invention also provides a photoelectric converter that photoelectrically converts a received transmission optical signal and outputs a received electrical signal, estimates beat noise included in the received electrical signal from the photoelectric converter, and calculates the estimated beat noise. A beat noise estimator that outputs as a beat noise estimate, a received electrical signal from the photoelectric converter, and a beat noise estimate from the beat noise estimator, a bit pattern that maximizes the posterior probability, And a maximum likelihood determiner that determines a maximum likelihood of the bit pattern and estimates a signal component included in the received electrical signal from the photoelectric converter and outputs the estimated signal component as a signal component estimated value. Then, the beat noise estimator outputs the maximum likelihood determiner from a delay element that gives a time delay to the received electrical signal output from the photoelectric converter, and a received electrical signal that is delayed in time by the delay element. A subtractor for outputting a noise signal obtained by removing the signal component from the received electrical signal by subtracting the signal component estimate to the signal component estimates for a plurality of signal components a beat noise estimation target maximum likelihood decision unit outputs Using the pseudo beat noise estimated value calculated as the time average of the multiplication value of the values and the coefficient according to the bit pattern pattern for which the maximum likelihood determiner determines the maximum likelihood, the subtraction vessel is a value obtained by correct for beat noise estimate before correction calculated from the correlation between the signal component estimate noise signal and the maximum likelihood decision circuit outputs to output, to output as a beat noise estimate after correction And a correlator.

また、本発明は、受信した送信光信号を光電変換して受信電気信号を出力する光電変換器が出力する受信電気信号に時間遅延を与える遅延子と、前記遅延子が時間遅延した受信電気信号から、前記光電変換器からの受信電気信号に含まれる信号成分を推定して信号成分推定値として出力する最尤判定器が出力する信号成分推定値を減算して、受信電気信号から信号成分を除去した雑音信号を出力する減算器と、前記最尤判定器が出力するビート雑音推定対象である複数の信号成分についての信号成分推定値同士の乗算値と、前記最尤判定器が最大尤度判定するビットパターンのパターンに応じた係数と、の乗算値の時間平均として算出した擬似的なビート雑音推定値を用いて、前記減算器が出力する雑音信号と前記最尤判定器が出力する信号成分推定値との相関関係から算出した補正前のビート雑音推定値を補正した値を、補正後のビート雑音推定値として出力する相関器と、を備えることを特徴とするビート雑音推定器である。 The present invention also provides a delay element that time-delays a received electrical signal output from a photoelectric converter that photoelectrically converts a received transmission optical signal and outputs a received electrical signal, and a received electrical signal that is delayed in time by the delay element. The signal component included in the received electrical signal from the photoelectric converter is estimated and output as a signal component estimated value, and the signal component estimated value output from the maximum likelihood determiner is subtracted to obtain the signal component from the received electrical signal. A subtractor that outputs the removed noise signal, a multiplication value of signal component estimation values for a plurality of signal components that are beat noise estimation targets output from the maximum likelihood determiner, and the maximum likelihood determiner is a maximum likelihood by using the coefficient corresponding to the pattern of the determined bit pattern, the pseudo-beat noise estimate calculated as a time average of the multiplied value, the signal in which the noise signal subtractor outputs said maximum likelihood determination circuit outputs The value obtained correct for beat noise estimate before correction calculated from the correlation between the frequency estimate, be provided with a correlator output as a beat noise estimate the corrected beat noise estimator characterized by is there.

雑音信号と信号成分推定値とから算出したビート雑音推定値は、補正前のビート雑音推定値である。ビート雑音推定対象である複数の信号成分についての信号成分推定値の乗算値から算出したビート雑音推定値は、擬似的なビート雑音推定値である。ここで、補正前のビート雑音推定値は、補正後のビート雑音推定値及びビットパターンのゆらぎの影響を反映した係数の乗算値である。そして、擬似的なビート雑音推定値は、既知の振幅のビート雑音及びビットパターンのゆらぎの影響を反映した係数の乗算値である。補正前のビート雑音推定値を擬似的なビート雑音推定値で補正することにより、ビットパターンのゆらぎの影響を反映した係数はキャンセルされ、補正後のビート雑音推定値を既知の振幅のビート雑音で除することと同様の結果を得る。当該結果及び既知の振幅から、正確なビート雑音推定値を算出することができ、ビート雑音推定器の推定誤差を小さくすることができる。ビート雑音推定器として、相関器を利用することができる。   The beat noise estimated value calculated from the noise signal and the signal component estimated value is a beat noise estimated value before correction. The beat noise estimation value calculated from the multiplication value of the signal component estimation values for a plurality of signal components that are beat noise estimation targets is a pseudo beat noise estimation value. Here, the beat noise estimation value before correction is a multiplication value of a coefficient reflecting the influence of the beat noise estimation value after correction and the fluctuation of the bit pattern. The pseudo beat noise estimation value is a coefficient multiplication value reflecting the influence of beat noise of a known amplitude and fluctuation of the bit pattern. Correcting the beat noise estimate before correction with a pseudo beat noise estimate cancels the coefficient that reflects the effect of bit pattern fluctuations, and the corrected beat noise estimate with beat noise of a known amplitude. To obtain the same result as dividing. An accurate beat noise estimation value can be calculated from the result and the known amplitude, and the estimation error of the beat noise estimator can be reduced. A correlator can be used as the beat noise estimator.

また、本発明は、前記送信光信号は、送信側からの送信データが周波数領域にて符号化する光符号分割多重方式で多重化されており、光分離器が、前記送信光信号を周波数成分毎に複数の光信号に分離し、前記光分離器で分離された光信号の数だけ備えられた前記光電変換器が、分離された光信号毎に光電変換して受信電気信号を出力し、前記ビート雑音推定器が、受信電気信号のビート雑音を推定し、前記最尤判定器が、受信電気信号の復号と最大尤度判定を行うことを特徴とする光受信方法である。   In the present invention, the transmission optical signal is multiplexed by an optical code division multiplexing method in which transmission data from a transmission side is encoded in a frequency domain, and an optical separator converts the transmission optical signal into a frequency component. The photoelectric converter that is separated into a plurality of optical signals every time, and provided with the number of optical signals separated by the optical separator, photoelectrically converts each separated optical signal and outputs a received electrical signal, In the optical receiving method, the beat noise estimator estimates beat noise of a received electrical signal, and the maximum likelihood determiner performs decoding of the received electrical signal and maximum likelihood determination.

また、本発明は、前記送信光信号は、送信側からの送信データが周波数領域にて符号化する光符号分割多重方式で多重化されており、光分離器が、前記送信光信号を周波数成分毎に複数の光信号に分離し、前記光分離器で分離された光信号の数だけ備えられた前記光電変換器が、分離された光信号毎に光電変換して受信電気信号を出力し、前記ビート雑音推定器が、受信電気信号のビート雑音を推定し、前記最尤判定器が、受信電気信号の復号と最大尤度判定を行うことを特徴とする光受信装置である。   In the present invention, the transmission optical signal is multiplexed by an optical code division multiplexing method in which transmission data from a transmission side is encoded in a frequency domain, and an optical separator converts the transmission optical signal into a frequency component. The photoelectric converter that is separated into a plurality of optical signals every time, and provided with the number of optical signals separated by the optical separator, photoelectrically converts each separated optical signal and outputs a received electrical signal, The beat noise estimator estimates beat noise of a received electrical signal, and the maximum likelihood determiner performs decoding of the received electrical signal and maximum likelihood determination.

この構成によれば、周波数領域において符号化する光CDM方式によって光多重伝送が行われる場合でもビート雑音の影響を低減することができる。   According to this configuration, it is possible to reduce the influence of beat noise even when optical multiplex transmission is performed by the optical CDM method for encoding in the frequency domain.

本発明は、ビットパターンのゆらぎによる影響を小さくすることにより、ビート雑音推定器の推定誤差を小さくすることができる、光受信方法、光受信装置及びビート雑音推定器を提供することができる。   The present invention can provide an optical reception method, an optical reception device, and a beat noise estimator that can reduce the estimation error of the beat noise estimator by reducing the influence of fluctuations in the bit pattern.

従来技術の光受信装置の機能を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the function of the optical receiver of a prior art. 実施形態1の光受信装置の機能を説明するブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating functions of the optical receiving device according to the first embodiment. 図1の光受信装置でのビート雑音推定値の出力特性を示した図である。It is the figure which showed the output characteristic of the beat noise estimated value in the optical receiver of FIG. 図2の光受信装置でのビート雑音推定値の出力特性を示した図である。It is the figure which showed the output characteristic of the beat noise estimated value in the optical receiver of FIG. 実施形態2の光受信装置の機能を説明するブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating functions of an optical receiving device according to a second embodiment. 図5の光受信装置でのデータ系列のBER特性を示した図である。It is the figure which showed the BER characteristic of the data series in the optical receiver of FIG. 各ビットパターンでの減算器、信号変換器及び乗算器の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of a subtractor, a signal converter, and a multiplier in each bit pattern. ビット雑音推定値の推定誤差の様々な原因を示す図である。It is a figure which shows the various causes of the estimation error of a bit noise estimated value.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

(実施形態1)
図2に本実施形態の光受信装置の機能を説明するブロック図を示す。図2の光受信装置の動作を説明する。光通信路より伝送されてきた送信光信号90は、光電変換器11にて受信電気信号91に変換される。光電変換器11には一般的なフォトダイオード(Photo Diode:PD)などが適用される。受信電気信号91は分離され最尤判定器12及びビート雑音推定器13に入力される。受信電気信号91には信号成分の他にガウス雑音及びビート雑音が含まれる。最尤判定器12ではこれら雑音が含まれる受信電気信号91を、事後確率を用いて正しい信号成分だけ取り出すように最大尤度判定する。
(Embodiment 1)
FIG. 2 is a block diagram illustrating the function of the optical receiving apparatus according to this embodiment. The operation of the optical receiver in FIG. 2 will be described. The transmitted optical signal 90 transmitted from the optical communication path is converted into a received electrical signal 91 by the photoelectric converter 11. For the photoelectric converter 11, a general photodiode (Photo Diode: PD) or the like is applied. The received electrical signal 91 is separated and input to the maximum likelihood determiner 12 and the beat noise estimator 13. The received electrical signal 91 includes Gaussian noise and beat noise in addition to signal components. The maximum likelihood determination unit 12 determines the maximum likelihood so as to extract only the correct signal component from the received electrical signal 91 including these noises using the posterior probability.

最大尤度判定は、ガウス雑音に対する確率密度分布とビート雑音推定器13によって推定されるビート雑音に対する確率密度分布を用いて事後確率を演算し、最も事後確率が大きくなるビットパターンを選択する判定方法である。最尤判定器12は、選択されたビットパターンを受信電気信号91に含まれる信号成分を推定し、信号成分推定値92を出力する。例えば、最尤判定器12が、光電変換器11からの受信電気信号91に含まれるガウス雑音に対する確率密度分布と光電変換器11からの受信電気信号91に含まれるビート雑音に対する確率密度分布とを用いてビットパターン全ての事後確率を演算し、最大の事後確率のビットパターンを送信光信号90のビットパターンであると最大尤度判定することとしてもよい。   The maximum likelihood determination is a determination method for calculating a posterior probability using a probability density distribution for Gaussian noise and a probability density distribution for beat noise estimated by the beat noise estimator 13 and selecting a bit pattern having the largest posterior probability. It is. The maximum likelihood determiner 12 estimates a signal component included in the received electrical signal 91 based on the selected bit pattern, and outputs a signal component estimated value 92. For example, the maximum likelihood determiner 12 calculates a probability density distribution for Gaussian noise included in the received electrical signal 91 from the photoelectric converter 11 and a probability density distribution for beat noise included in the received electrical signal 91 from the photoelectric converter 11. The posterior probabilities of all the bit patterns may be used to determine the maximum likelihood that the bit pattern having the maximum posterior probability is the bit pattern of the transmission optical signal 90.

ビート雑音推定器13は、光電変換器11にて出力される受信電気信号91と最尤判定器12にて出力される信号成分推定値92を基に、所定の方法によりビート雑音の推定を行う。図2の光受信装置は、最尤判定器12の最大尤度判定とビート雑音推定器13の推定との組み合わせにより、受信電気信号91に対するビート雑音の影響を低減する。なお、複数のビート雑音が発生する場合、発生した全てのビート雑音を推定する必要があるため、受信装置は発生するビート雑音の数の分だけビート雑音推定器13を備える。   The beat noise estimator 13 estimates beat noise by a predetermined method based on the received electrical signal 91 output from the photoelectric converter 11 and the signal component estimated value 92 output from the maximum likelihood determiner 12. . The optical receiver of FIG. 2 reduces the influence of beat noise on the received electrical signal 91 by combining the maximum likelihood determination of the maximum likelihood determiner 12 and the estimation of the beat noise estimator 13. Note that when a plurality of beat noises are generated, it is necessary to estimate all the generated beat noises. Therefore, the receiving apparatus includes beat noise estimators 13 corresponding to the number of generated beat noises.

最尤判定器12とビート雑音推定器13とは、各々互いの推定情報を利用しているため、初期状態では推定精度が低い、あるいは発散してしまう可能性がある。そこで初期状態の最尤判定器12は、通信開始時に送信される固定のプリアンブルパターンを出力するものとし、ビート雑音推定器13の精度が高くなった時点で、最大尤度判定結果の出力に切り替えるものとしてもよい。   Since the maximum likelihood determiner 12 and the beat noise estimator 13 each use mutual estimation information, the estimation accuracy may be low or diverge in the initial state. Therefore, the maximum likelihood determiner 12 in the initial state outputs a fixed preamble pattern transmitted at the start of communication, and switches to output of the maximum likelihood determination result when the accuracy of the beat noise estimator 13 becomes high. It may be a thing.

相関器23は、演算回路31、信号変換器32、乗算器33及びLPF34の他に、乗算器35、LPF36及びゆらぎ補正演算器37を有する。演算回路31は、最尤判定器12が出力するビート雑音推定対象である複数の信号成分について、信号成分推定値の乗算値を算出する。乗算器35は、ビットパターンのパターン1,2,3に応じて、演算回路31からの乗算値と信号変換器32からの係数を乗算する。LPF36は、乗算器35からの乗算値を平均化して、擬似的なビート雑音推定値を算出する。ゆらぎ補正演算器37は、LPF34からの補正前のビート雑音推定値を、LPF36からの擬似的なビート雑音推定値で補正した値を、補正後のビート雑音推定値として出力する。   The correlator 23 includes a multiplier 35, an LPF 36, and a fluctuation correction calculator 37 in addition to the arithmetic circuit 31, the signal converter 32, the multiplier 33, and the LPF 34. The arithmetic circuit 31 calculates a multiplication value of the signal component estimation value for a plurality of signal components that are beat noise estimation targets output from the maximum likelihood determiner 12. The multiplier 35 multiplies the multiplication value from the arithmetic circuit 31 and the coefficient from the signal converter 32 in accordance with the bit pattern patterns 1, 2, and 3. The LPF 36 averages the multiplication values from the multiplier 35 and calculates a pseudo beat noise estimation value. The fluctuation correction computing unit 37 outputs a value obtained by correcting the beat noise estimated value before correction from the LPF 34 with the pseudo beat noise estimated value from the LPF 36 as a corrected beat noise estimated value.

ビットパターンのゆらぎがビート雑音推定値にどのように影響するかを説明する。ビットパターンが{1,1,x}(xは{0}または{1})の発生頻度のゆらぎ成分としてα及びβを定義する。ゆらぎ成分α、βを用いると、ビットパターン{1,1,0}の発生頻度は1/8+αと表せ、ビットパターン{1,1,1}の発生頻度は1/8+βと表せる。LPF34からの補正前のビート雑音推定値b^12は数式(1)のようになる。ただし、a=20/3α+4/3βとする。
b^12={20/3(1/8+α)+4/3(1/8+β)}b12
={1+20/3α+4/3β}b12=(1+a)b12 (1)
A description will be given of how the fluctuation of the bit pattern affects the beat noise estimation value. Α and β are defined as fluctuation components of the occurrence frequency of the bit pattern {1, 1, x} (x is {0} or {1}). When the fluctuation components α and β are used, the occurrence frequency of the bit pattern {1, 1, 0} can be expressed as 1/8 + α, and the occurrence frequency of the bit pattern {1, 1, 1} can be expressed as 1/8 + β. The beat noise estimation value b ^ 12 before correction from the LPF 34 is expressed by Equation (1). However, a = 20 / 3α + 4 / 3β.
b ^ 12 = {20/3 (1/8 + α) +4/3 (1/8 + β)} b12
= {1 + 20 / 3α + 4 / 3β} b12 = (1 + a) b12 (1)

つまり、ビットパターンのゆらぎがなければ、乗算器35、LPF36及びゆらぎ補正演算器37による補正がなくても、a=0(α=0、β=0)となることから、ビットパターンのゆらぎ成分による推定誤差が0となり、ビート雑音推定値はb12となる。しかし、ビットパターンのゆらぎが大きいと、乗算器35、LPF36及びゆらぎ補正演算器37による補正がなければ、ビットパターンのゆらぎ成分による推定誤差が大きくなり、ビート雑音推定値はb12とは異なるb^12となる。   In other words, if there is no fluctuation of the bit pattern, a = 0 (α = 0, β = 0) even if there is no correction by the multiplier 35, the LPF 36, and the fluctuation correction calculator 37, the fluctuation component of the bit pattern. The estimation error due to is 0, and the beat noise estimation value is b12. However, if the fluctuation of the bit pattern is large, if there is no correction by the multiplier 35, the LPF 36, and the fluctuation correction calculator 37, the estimation error due to the fluctuation component of the bit pattern becomes large, and the beat noise estimated value is different from b12. 12

そこで、実施形態1のビート雑音推定器13は、以下の説明のように動作する。演算回路31、信号変換器32、乗算器33及びLPF34は、従来技術と同様に補正前のビート雑音推定値を算出する。演算回路31、信号変換器32、乗算器35及びLPF36は、擬似的なビート雑音を算出する。ゆらぎ補正演算器37は、補正前のビート雑音推定値を擬似的なビート雑音推定値で補正した値を、補正後のビート雑音推定値として出力する。   Therefore, the beat noise estimator 13 of the first embodiment operates as described below. The arithmetic circuit 31, the signal converter 32, the multiplier 33, and the LPF 34 calculate the beat noise estimation value before correction as in the conventional technique. The arithmetic circuit 31, the signal converter 32, the multiplier 35, and the LPF 36 calculate pseudo beat noise. The fluctuation correction calculator 37 outputs a value obtained by correcting the beat noise estimated value before correction with a pseudo beat noise estimated value as a corrected beat noise estimated value.

演算回路31は、{1,1,0}及び{1,1,1}のビットパターンにおいて、ビート雑音推定対象であるチャネル1、2の信号成分について、それぞれ信号成分推定値の乗算値として1を算出する。そして、演算回路31は、{1,1,0}及び{1,1,1}以外のビットパターンにおいて、ビート雑音推定対象であるチャネル1、2の信号成分について、それぞれ信号成分推定値の乗算値として0を算出する。このように、演算回路31は、信号成分推定値の乗算値として1を算出することにより、振幅が実際とは異なり1である擬似的なビート雑音信号を生成しているのである。   In the bit patterns {1, 1, 0} and {1, 1, 1}, the arithmetic circuit 31 sets 1 as the multiplication value of the signal component estimation value for the signal components of channels 1 and 2 that are beat noise estimation targets. Is calculated. Then, the arithmetic circuit 31 multiplies the signal components of the channels 1 and 2 that are beat noise estimation targets by the signal component estimation values in the bit patterns other than {1, 1, 0} and {1, 1, 1}, respectively. 0 is calculated as a value. In this way, the arithmetic circuit 31 generates a pseudo beat noise signal having an amplitude 1 which is different from the actual one by calculating 1 as a multiplication value of the signal component estimation value.

なお、本来のビート雑音信号は、数式(2)のように表せる。ここで、c1、c2は、チャネル1、2の送信ビット、A1、A2は、チャネル1、2の信号振幅、f1、f2は、チャネル1、2の光周波数、θ1、θ2は、チャネル1、2の位相雑音を表す。
c1×c2×A1×A2×cos(2π(f1−f2)t+θ1−θ2) (2)
The original beat noise signal can be expressed as shown in Equation (2). Here, c1 and c2 are transmission bits of channels 1 and 2, A1 and A2 are signal amplitudes of channels 1 and 2, f1 and f2 are optical frequencies of channels 1 and 2, and θ1 and θ2 are channel 1, 2 represents phase noise.
c1 * c2 * A1 * A2 * cos (2 [pi] (f1-f2) t + [theta] 1- [theta] 2) (2)

乗算器35は、{1,1,0}のビットパターンに応じて、演算回路31からの乗算値である1と信号変換器32からの係数である20/3を乗算し、乗算値として20/3を算出する。そして、乗算器35は、{1,1,1}のビットパターンに応じて、演算回路31からの乗算値である1と信号変換器32からの係数である4/3を乗算し、乗算値として4/3を算出する。さらに、乗算器35は、{1,1,0}及び{1,1,1}以外のビットパターンに応じて、演算回路31からの乗算値である0と信号変換器32からの係数である(−4/3)を乗算し、乗算値として0を算出する。   The multiplier 35 multiplies 1 that is the multiplication value from the arithmetic circuit 31 and 20/3 that is the coefficient from the signal converter 32 in accordance with the bit pattern of {1, 1, 0}, and obtains 20 as the multiplication value. / 3 is calculated. Then, the multiplier 35 multiplies 1 which is the multiplication value from the arithmetic circuit 31 and 4/3 which is the coefficient from the signal converter 32 in accordance with the bit pattern of {1, 1, 1}. As a result, 4/3 is calculated. Furthermore, the multiplier 35 is a multiplication value 0 from the arithmetic circuit 31 and a coefficient from the signal converter 32 according to a bit pattern other than {1, 1, 0} and {1, 1, 1}. Multiply by (−4/3) to calculate 0 as the multiplication value.

ビットパターン{1,1,0}の発生頻度は1/8+αであり、ビットパターン{1,1,1}の発生頻度は1/8+βである。よって、LPF36は、乗算器35からの乗算値を平均化して、擬似的なビート雑音推定値を数式(3)のように算出する。
20/3(1/8+α)+4/3(1/8+β)
=1+20/3α+4/3β=1+a (3)
The occurrence frequency of the bit pattern {1, 1, 0} is 1/8 + α, and the occurrence frequency of the bit pattern {1, 1, 1} is 1/8 + β. Therefore, the LPF 36 averages the multiplication values from the multiplier 35 and calculates a pseudo beat noise estimation value as shown in Equation (3).
20/3 (1/8 + α) +4/3 (1/8 + β)
= 1 + 20 / 3α + 4 / 3β = 1 + a (3)

数式(1)に記載したように、補正前のビート雑音推定値は(1+a)b12であり、数式(3)に記載したように、擬似的なビート雑音推定値は1+aである。よって、ゆらぎ補正演算器37は、補正前のビート雑音推定値を擬似的なビート雑音推定値で除する補正をした値b12を、補正後のビート雑音推定値として出力することができる。   As described in Expression (1), the beat noise estimation value before correction is (1 + a) b12, and as described in Expression (3), the pseudo beat noise estimation value is 1 + a. Therefore, the fluctuation correction calculator 37 can output the corrected value b12 obtained by dividing the pre-corrected beat noise estimated value by the pseudo beat noise estimated value as the corrected beat noise estimated value.

なお、本実施形態では、対応する係数20/3の絶対値が大きく発生頻度のゆらぎの影響が支配的になるビットパターンに注目して、{1,1,x}の発生頻度のゆらぎα、βのみを補正の対象にしている。残りの{0,0,0}〜{1,0,1}の6パターンの発生頻度のゆらぎに対しても、本実施形態を拡張して適用することができる。   In the present embodiment, focusing on the bit pattern in which the absolute value of the corresponding coefficient 20/3 is large and the influence of the fluctuation of the occurrence frequency is dominant, the fluctuation frequency α, {1, 1, x} Only β is targeted for correction. The present embodiment can be extended and applied to fluctuations in the frequency of occurrence of the remaining six patterns {0, 0, 0} to {1, 0, 1}.

全てのビットパターンの発生頻度のゆらぎを補正する場合、ビート雑音推定値は数式(4)のように表せる。ここで、行列aは、数式(1)のaに相当するビットパターンの発生頻度のゆらぎ、ベクトルb^は、数式(1)のb^12に相当するビート雑音推定対象である複数の信号成分についての補正前のビート雑音推定値、ベクトルbは、数式(1)のb12に相当するビート雑音推定対象である複数の信号成分についての補正後のビート雑音推定値、行列Iは、単位行列を表す。よって、数式(4)の両辺に左側から(I+a)−1という逆行列を乗算する補正をすることにより、ビート雑音推定対象である複数の信号成分についての補正後のビート雑音推定値bを算出することができる。
b^=(I+a)・b (4)
When correcting fluctuations in the frequency of occurrence of all the bit patterns, the beat noise estimated value can be expressed as Equation (4). Here, the matrix a is a fluctuation in the occurrence frequency of a bit pattern corresponding to a in Expression (1), and the vector b ^ is a plurality of signal components that are beat noise estimation targets corresponding to b ^ 12 in Expression (1). Beat noise estimated value before correction, vector b is a beat noise estimated value after correction for a plurality of signal components that are beat noise estimation targets corresponding to b12 in Equation (1), and matrix I is a unit matrix. Represent. Therefore, the corrected beat noise estimated value b for a plurality of signal components that are beat noise estimation targets is calculated by performing correction by multiplying both sides of Equation (4) by an inverse matrix of (I + a) −1 from the left side. can do.
b ^ = (I + a) · b (4)

図3は、図1の従来技術の光受信装置でのビート雑音推定値の出力特性を示した図であり、図4は、図2の実施形態1の光受信装置でのビート雑音推定値の出力特性を示した図である。横軸は、ある時刻におけるビットタイムを示しており、縦軸は、ビート雑音信号の大きさを示しており、LPF34、36の時定数は、τ=40[bit time]である。ビート雑音信号は通常数式(2)のように正弦波信号となるため、入力信号はビート雑音信号が正弦波信号となるような信号を用いている。図3、4では、入力信号のビート雑音の大きさが、ビート雑音推定値の大きさと合わせて示されている。   FIG. 3 is a diagram showing the output characteristics of the beat noise estimation value in the conventional optical receiver of FIG. 1, and FIG. 4 is the beat noise estimate value of the optical receiver of Embodiment 1 in FIG. It is the figure which showed the output characteristic. The horizontal axis indicates the bit time at a certain time, the vertical axis indicates the magnitude of the beat noise signal, and the time constants of the LPFs 34 and 36 are τ = 40 [bit time]. Since the beat noise signal is usually a sine wave signal as shown in Equation (2), a signal that makes the beat noise signal a sine wave signal is used as the input signal. 3 and 4, the magnitude of the beat noise of the input signal is shown together with the magnitude of the beat noise estimated value.

図1の従来技術の光受信装置では、ビート雑音の推定誤差が発生し、特にビート雑音が大きい場合にビート雑音の推定誤差もより大きくなっている。図2の実施形態1の光受信装置では、ビート雑音の推定誤差は発生するものの、その大きさは非常に小さくビート雑音の大きさによらずにビート雑音をほぼ推定できていることは明らかである。   In the optical receiving apparatus of the prior art shown in FIG. 1, an estimation error of beat noise occurs, and particularly when the beat noise is large, the estimation error of beat noise is larger. In the optical receiver of Embodiment 1 of FIG. 2, although an estimation error of beat noise occurs, it is clear that the magnitude is very small and the beat noise can be estimated almost regardless of the magnitude of the beat noise. is there.

以上の動作によって、送信ビットパターンのゆらぎに依存しないビート雑音推定が達成される。上記は、3チャネルの場合を掲載しているが、n(n≧4)チャネルの場合でも係数を適切に設定することにより、特定のビート雑音を推定することができる。   With the above operation, beat noise estimation independent of transmission bit pattern fluctuations is achieved. Although the above shows the case of 3 channels, a specific beat noise can be estimated by appropriately setting the coefficient even in the case of n (n ≧ 4) channels.

(実施形態2)
図5に本実施形態の光受信装置の機能を説明するブロック図を示す。図5の光受信装置と図2の光受信装置との違いは、送信光信号90を周波数成分毎に複数の光信号に分離する光分離器51と、光分離器51で分離された光信号の数の光電変換器を備えていることである。図5の光受信装置では、光分離器51が送信光信号90を3つの光信号に分離するため、光電変換器52a、光電変換器52b及び光電変換器52cを備えている。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a block diagram for explaining the functions of the optical receiver according to this embodiment. The optical receiver of FIG. 5 differs from the optical receiver of FIG. 2 in that an optical separator 51 that separates the transmission optical signal 90 into a plurality of optical signals for each frequency component, and an optical signal separated by the optical separator 51. The number of photoelectric converters is provided. In the optical receiver of FIG. 5, the optical separator 51 includes a photoelectric converter 52a, a photoelectric converter 52b, and a photoelectric converter 52c in order to separate the transmission optical signal 90 into three optical signals.

図5の光受信装置は、光CDM方式を前提とし、なかでも周波数領域において符号化する方式において、ユーザあるいはチャネル間で同一周波数を共有することから発生するビート雑音の影響低減を目的としている。   The optical receiver shown in FIG. 5 is premised on the optical CDM system, and is intended to reduce the influence of beat noise generated by sharing the same frequency between users or channels, especially in the system encoding in the frequency domain.

具体的には、図5の光受信装置の光受信方法は、送信光信号90は、送信側からの送信データが周波数領域にて符号化する光符号分割多重方式で多重化されており、光分離器51が、送信光信号90を周波数成分毎に複数の光信号に分離し、光分離器51で分離された光信号の数だけ備えられた光電変換器52a〜52cが、分離された光信号毎に光電変換して受信電気信号91を出力し、ビート雑音推定器13が、受信電気信号91のビート雑音を推定し、最尤判定器53が、受信電気信号91の復号と最大尤度判定を行う。ここで、ビート雑音推定器13は全ての受信電気信号91のビート雑音を推定してもよく、最尤判定器53が、全ての受信電気信号91の復号と最大尤度判定を行ってもよい。   Specifically, in the optical reception method of the optical receiver of FIG. 5, the transmission optical signal 90 is multiplexed by an optical code division multiplexing method in which transmission data from the transmission side is encoded in the frequency domain. The separator 51 separates the transmission optical signal 90 into a plurality of optical signals for each frequency component, and the photoelectric converters 52a to 52c provided by the number of optical signals separated by the optical separator 51 are separated light. Each signal is photoelectrically converted to output a received electrical signal 91, the beat noise estimator 13 estimates the beat noise of the received electrical signal 91, and the maximum likelihood determiner 53 decodes the received electrical signal 91 and the maximum likelihood. Make a decision. Here, the beat noise estimator 13 may estimate beat noise of all received electrical signals 91, and the maximum likelihood determiner 53 may perform decoding and maximum likelihood determination of all received electrical signals 91. .

図6は、図5の光受信装置を用いた場合の、データ系列のBER特性を示した図である。発明の効果を示すために、従来の光受信方法である硬判定により信号判定した結果も合わせて示す。ビート雑音の影響を考えない場合、硬判定によるBER特性は破線R1のようになる。ビート雑音の影響を考慮した場合、BER特性は破線R2のようになる。破線R1に比べBER特性は劣化し、ビート雑音の影響が非常に大きい。一方、図5の光受信装置で説明した光受信方法を適用すると実線R3のようになる。実線R3のBER特性は大幅に改善され、ビート雑音の影響が低減される。   FIG. 6 is a diagram showing the BER characteristics of the data series when the optical receiver of FIG. 5 is used. In order to show the effect of the invention, the result of signal determination by hard decision which is a conventional optical receiving method is also shown. When the influence of beat noise is not considered, the BER characteristic by the hard decision is as shown by a broken line R1. When the influence of beat noise is taken into consideration, the BER characteristic is as shown by a broken line R2. Compared with the broken line R1, the BER characteristic is deteriorated and the influence of beat noise is very large. On the other hand, when the optical reception method described in the optical reception apparatus of FIG. 5 is applied, a solid line R3 is obtained. The BER characteristic of the solid line R3 is greatly improved, and the influence of beat noise is reduced.

このように、図5の光受信装置は、周波数領域において符号化する光CDM方式によって光多重伝送が行われる場合でも、ビート雑音の影響を低減することが可能である。なお、本実施形態においては、ユーザ数及び使用周波数の数が限定されるということはない。よって、光電変換器52a〜52cの数も使用周波数の数に対応して変わることになる。   As described above, the optical receiving apparatus of FIG. 5 can reduce the influence of beat noise even when optical multiplex transmission is performed by the optical CDM method for encoding in the frequency domain. In the present embodiment, the number of users and the number of used frequencies are not limited. Therefore, the number of photoelectric converters 52a to 52c also changes corresponding to the number of operating frequencies.

複数の光信号を同時に受信する光受信装置であれば、公衆通信網、専用網、LAN(Local Area Network)等に適用することができる。   Any optical receiver that can simultaneously receive a plurality of optical signals can be applied to a public communication network, a dedicated network, a LAN (Local Area Network), and the like.

11:光電変換器
12:最尤判定器
13:ビート雑音推定器
21:遅延子
22:減算器
23:相関器
31:演算回路
32:信号変換器
33:乗算器
34:LPF
35:乗算器
36:LPF
37:ゆらぎ補正演算器
51:光分離器
52a、52b、52c:光電変換器
53:最尤判定器
90:送信光信号
91:受信電気信号
92:信号成分推定値
93:ビート雑音推定値
95:雑音信号
R1、R2:破線
R3:実線
11: photoelectric converter 12: maximum likelihood determiner 13: beat noise estimator 21: delay 22: subtractor 23: correlator 31: arithmetic circuit 32: signal converter 33: multiplier 34: LPF
35: Multiplier 36: LPF
37: Fluctuation correction calculator 51: Optical separators 52a, 52b, 52c: Photoelectric converter 53: Maximum likelihood determiner 90: Transmitted light signal 91: Received electric signal 92: Signal component estimated value 93: Beat noise estimated value 95: Noise signal R1, R2: Broken line R3: Solid line

Claims (5)

光電変換器が、受信した送信光信号を光電変換して受信電気信号を出力し、
ビート雑音推定器が、前記光電変換器からの受信電気信号に含まれるビート雑音を推定し、推定したビート雑音をビート雑音推定値として出力し、
最尤判定器が、前記光電変換器からの受信電気信号と前記ビート雑音推定器からのビート雑音推定値とから、事後確率が最大となるビットパターンを前記送信光信号のビットパターンであると最大尤度判定し、前記光電変換器からの受信電気信号に含まれる信号成分を推定して信号成分推定値として出力する、
光受信方法であって、
前記ビート雑音推定器は、遅延子、減算器及び相関器を有しており、
前記遅延子は、前記光電変換器が出力する受信電気信号に時間遅延を与え、
前記減算器は、前記遅延子が時間遅延した受信電気信号から前記最尤判定器が出力する信号成分推定値を減算して受信電気信号から信号成分を除去した雑音信号を出力し、
前記相関器は、前記最尤判定器が出力するビート雑音推定対象である複数の信号成分についての信号成分推定値同士の乗算値と、前記最尤判定器が最大尤度判定するビットパターンのパターンに応じた係数と、の乗算値の時間平均として算出した擬似的なビート雑音推定値を用いて、前記減算器が出力する雑音信号と前記最尤判定器が出力する信号成分推定値との相関関係から算出した補正前のビート雑音推定値を補正した値を、補正後のビート雑音推定値として出力することを特徴とする光受信方法。
The photoelectric converter photoelectrically converts the received transmission optical signal and outputs a received electrical signal,
The beat noise estimator estimates beat noise included in the received electrical signal from the photoelectric converter, and outputs the estimated beat noise as a beat noise estimation value.
The maximum likelihood determiner, based on the received electrical signal from the photoelectric converter and the beat noise estimation value from the beat noise estimator, the bit pattern that maximizes the posterior probability is the bit pattern of the transmission optical signal. Judge the likelihood, estimate the signal component included in the received electrical signal from the photoelectric converter and output as a signal component estimated value,
An optical receiving method,
The beat noise estimator includes a delay element, a subtractor, and a correlator.
The delay element gives a time delay to the received electrical signal output by the photoelectric converter,
The subtractor outputs a noise signal obtained by subtracting the signal component estimation value output from the maximum likelihood determiner from the received electrical signal delayed by the delay element and removing the signal component from the received electrical signal;
The correlator includes a multiplication value of signal component estimation values for a plurality of signal components that are beat noise estimation targets output from the maximum likelihood determiner, and a bit pattern pattern that the maximum likelihood determiner determines maximum likelihood. And a correlation between a noise signal output from the subtractor and a signal component estimated value output from the maximum likelihood determiner using a pseudo beat noise estimated value calculated as a time average of a multiplication value of optical receiving method characterized by the value of correct for beat noise estimate before correction calculated from the relationship, and outputs as a beat noise estimate after correction.
前記送信光信号は、送信側からの送信データが周波数領域にて符号化する光符号分割多重方式で多重化されており、
光分離器が、前記送信光信号を周波数成分毎に複数の光信号に分離し、
前記光分離器で分離された光信号の数だけ備えられた前記光電変換器が、分離された光信号毎に光電変換して受信電気信号を出力し、
前記ビート雑音推定器が、受信電気信号のビート雑音を推定し、
前記最尤判定器が、受信電気信号の復号と最大尤度判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の光受信方法。
The transmission optical signal is multiplexed by optical code division multiplexing in which transmission data from the transmission side is encoded in the frequency domain,
An optical separator separates the transmission optical signal into a plurality of optical signals for each frequency component,
The photoelectric converter provided by the number of optical signals separated by the optical separator outputs a received electrical signal by performing photoelectric conversion for each separated optical signal,
The beat noise estimator estimates beat noise of a received electrical signal;
The optical reception method according to claim 1, wherein the maximum likelihood determiner performs decoding of a received electrical signal and maximum likelihood determination.
受信した送信光信号を光電変換して受信電気信号を出力する光電変換器と、
前記光電変換器からの受信電気信号に含まれるビート雑音を推定し、推定したビート雑音をビート雑音推定値として出力するビート雑音推定器と、
前記光電変換器からの受信電気信号と前記ビート雑音推定器からのビート雑音推定値とから、事後確率が最大となるビットパターンを前記送信光信号のビットパターンであると最大尤度判定し、前記光電変換器からの受信電気信号に含まれる信号成分を推定して信号成分推定値として出力する最尤判定器と、
を備える光受信装置であって、
前記ビート雑音推定器は、
前記光電変換器が出力する受信電気信号に時間遅延を与える遅延子と、
前記遅延子が時間遅延した受信電気信号から前記最尤判定器が出力する信号成分推定値を減算して受信電気信号から信号成分を除去した雑音信号を出力する減算器と、
前記最尤判定器が出力するビート雑音推定対象である複数の信号成分についての信号成分推定値同士の乗算値と、前記最尤判定器が最大尤度判定するビットパターンのパターンに応じた係数と、の乗算値の時間平均として算出した擬似的なビート雑音推定値を用いて、前記減算器が出力する雑音信号と前記最尤判定器が出力する信号成分推定値との相関関係から算出した補正前のビート雑音推定値を補正した値を、補正後のビート雑音推定値として出力する相関器と、
を有することを特徴とする光受信装置。
A photoelectric converter that photoelectrically converts the received transmission optical signal and outputs a received electrical signal; and
A beat noise estimator that estimates beat noise included in an electrical signal received from the photoelectric converter and outputs the estimated beat noise as a beat noise estimation value;
From the received electrical signal from the photoelectric converter and the beat noise estimation value from the beat noise estimator, the bit pattern that maximizes the posterior probability is determined to be the maximum likelihood as the bit pattern of the transmission optical signal, A maximum likelihood determiner that estimates a signal component included in the received electrical signal from the photoelectric converter and outputs the signal component as an estimated value;
An optical receiver comprising:
The beat noise estimator is
A delay element that gives a time delay to the received electrical signal output by the photoelectric converter;
A subtractor that outputs a noise signal obtained by subtracting a signal component estimate output by the maximum likelihood determiner from the received electrical signal that is delayed in time by the delay element and removing the signal component from the received electrical signal;
A multiplication value of signal component estimation values for a plurality of signal components that are beat noise estimation targets output by the maximum likelihood determiner, and a coefficient corresponding to a pattern of a bit pattern that the maximum likelihood determiner determines maximum likelihood Correction calculated from the correlation between the noise signal output from the subtractor and the signal component estimated value output from the maximum likelihood determiner using a pseudo beat noise estimated value calculated as the time average of the multiplication values of the value obtained correct for the previous beat noise estimate, a correlator output as a beat noise estimate after correction,
An optical receiver characterized by comprising:
前記送信光信号は、送信側からの送信データが周波数領域にて符号化する光符号分割多重方式で多重化されており、
光分離器が、前記送信光信号を周波数成分毎に複数の光信号に分離し、
前記光分離器で分離された光信号の数だけ備えられた前記光電変換器が、分離された光信号毎に光電変換して受信電気信号を出力し、
前記ビート雑音推定器が、受信電気信号のビート雑音を推定し、
前記最尤判定器が、受信電気信号の復号と最大尤度判定を行うことを特徴とする請求項3に記載の光受信装置。
The transmission optical signal is multiplexed by optical code division multiplexing in which transmission data from the transmission side is encoded in the frequency domain,
An optical separator separates the transmission optical signal into a plurality of optical signals for each frequency component,
The photoelectric converter provided by the number of optical signals separated by the optical separator outputs a received electrical signal by performing photoelectric conversion for each separated optical signal,
The beat noise estimator estimates beat noise of a received electrical signal;
The optical receiver according to claim 3, wherein the maximum likelihood determiner performs decoding of a received electrical signal and maximum likelihood determination.
受信した送信光信号を光電変換して受信電気信号を出力する光電変換器が出力する受信電気信号に時間遅延を与える遅延子と、
前記遅延子が時間遅延した受信電気信号から、前記光電変換器からの受信電気信号に含まれる信号成分を推定して信号成分推定値として出力する最尤判定器が出力する信号成分推定値を減算して、受信電気信号から信号成分を除去した雑音信号を出力する減算器と、
前記最尤判定器が出力するビート雑音推定対象である複数の信号成分についての信号成分推定値同士の乗算値と、前記最尤判定器が最大尤度判定するビットパターンのパターンに応じた係数と、の乗算値の時間平均として算出した擬似的なビート雑音推定値を用いて、前記減算器が出力する雑音信号と前記最尤判定器が出力する信号成分推定値との相関関係から算出した補正前のビート雑音推定値を補正した値を、補正後のビート雑音推定値として出力する相関器と、
を備えることを特徴とするビート雑音推定器。
A delay element that photoelectrically converts the received transmission optical signal and outputs a reception electrical signal, and gives a time delay to the reception electrical signal output by the photoelectric converter;
The signal component estimation value output by the maximum likelihood determiner that estimates the signal component contained in the reception electrical signal from the photoelectric converter and outputs it as the signal component estimation value is subtracted from the reception electrical signal delayed by the delay element. A subtractor that outputs a noise signal obtained by removing the signal component from the received electrical signal;
A multiplication value of signal component estimation values for a plurality of signal components that are beat noise estimation targets output by the maximum likelihood determiner, and a coefficient corresponding to a pattern of a bit pattern that the maximum likelihood determiner determines maximum likelihood Correction calculated from the correlation between the noise signal output from the subtractor and the signal component estimated value output from the maximum likelihood determiner using a pseudo beat noise estimated value calculated as the time average of the multiplication values of the value obtained correct for the previous beat noise estimate, a correlator output as a beat noise estimate after correction,
A beat noise estimator comprising:
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