JP6176238B2 - デジタル信号処理装置、受信装置、及び信号送受信システム - Google Patents

Description

本発明は、デジタル信号を処理するデジタル信号処理装置、受信装置、及び信号送受信システムに関する。

光通信や無線通信において、デジタル信号が送受信されるようになっている。デジタル信号の受信装置において、デジタル信号に対して、デジタルフィルタを用いて波形ゆがみ補償を行うことが多い（例えば特許文献１及び非特許文献１参照）。

また特許文献２には、以下の技術が記載されている。まず、デジタル信号をフーリエ変換する。次いで、このフーリエ変換の結果に対して、周波数領域における波形等化処理を、デジタルフィルタを用いて行う。次いで、この波形等化処理の結果を逆フーリエ変換してデジタル信号を生成する。

なお、非特許文献２には、制御が難しいＦＤＥ（frequency-domain equalization）回路を、ルックアップテーブル（ＬＵＴ：lookup table）を用いて半固定的にフィルタ係数を切り替えることにより制御し、波長分散補償を行う手法について開示されている。

特開２００８−２０５６５４号公報 特開２０１０−０５７０１６号公報

Ｓｅｂ Ｊ．Ｓａｖｏｒｙ，"Ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒｓ ｆｏｒ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ，" Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．２，ｐ．８０４−８１７ （Ｊａｎ．２００８）． Ｍ．Ｋｕｓｃｈｎｅｒｏｖ，Ｆ．Ｎ．Ｈａｕｓｋｅ，Ｋ．Ｐｉｙａｗａｎｎｏ，Ｂ．Ｓｐｉｎｎｌｅｒ，Ａ．Ｎａｐｏｌｉ，ａｎｄ Ｂ．Ｌａｎｋｌ，"Ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｎｏｎ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｍａｎａｇｅｄ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ，" ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ （Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，２００９），ｐａｐｅｒ ＯＭＴ１．

近年は、通信速度を高速化することが求められている。通信速度を高速化すると、フーリエ変換処理の回路規模が増大し、これに伴ってデジタルフィルタの係数も増大してしまう。デジタルフィルタの係数が増大すると、係数の設定に必要な処理が多くなってしまう。

本発明の目的は、フィルタ手段の係数の設定に必要な処理を少なくすることができるデジタル信号処理装置、受信装置、及び信号送受信システムを提供することにある。

本発明によれば、デジタル信号をフーリエ変換して周波数軸の信号である周波数領域信号を生成するフーリエ変換手段と、
Ｎ個の第１係数を用いて、前記周波数領域信号を周波数領域で等化するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で処理された前記周波数領域信号を前記デジタル信号に戻す逆フーリエ変換手段と、
ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、前記Ｎ個の第１係数を設定する第１係数設定手段と、
を備え、
前記第２係数の間隔の少なくとも一つは、前記第１係数の間隔よりも広い、デジタル信号処理装置が提供される。

本発明によれば、デジタル信号を取得するデジタル信号取得手段と、
前記デジタル信号を処理するデジタル信号処理手段と、
を備え、
前記デジタル信号処理手段は、
前記デジタル信号をフーリエ変換して周波数軸の信号である周波数領域信号を生成するフーリエ変換手段と、
Ｎ個の第１係数を用いて、前記周波数領域信号を周波数領域で等化するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で処理された前記周波数領域信号を前記デジタル信号に戻す逆フーリエ変換手段と、
ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、前記Ｎ個の第１係数を設定する第１係数設定手段と、
を備え、
前記第２係数の間隔の少なくとも一つは、前記第１係数の間隔よりも広い、受信装置が提供される。

本発明によれば、デジタル信号を送信する送信手段と、
前記デジタル信号を受信する受信手段と、
を備え、
前記受信手段は、
前記デジタル信号を取得するデジタル信号取得手段と、
前記デジタル信号を処理するデジタル信号処理手段と、
を備え、
前記デジタル信号処理手段は、
前記デジタル信号をフーリエ変換して周波数軸の信号である周波数領域信号を生成するフーリエ変換手段と、
Ｎ個の第１係数を用いて、前記周波数領域信号を周波数領域で等化するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で処理された前記周波数領域信号を前記デジタル信号に戻す逆フーリエ変換手段と、
ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、前記Ｎ個の第１係数を設定する第１係数設定手段と、
を備え、
前記第２係数の間隔の少なくとも一つは、前記第１係数の間隔よりも広い、信号送受信システムが提供される。

本発明によれば、フィルタ手段の係数の設定に必要な処理を少なくすることができる。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

第１の実施形態に係るデジタル処理装置の構成を示す図である。 デジタルフィルタの一例を詳細に説明するための図である。 第１係数設定部が行う処理の説明するための図である。 第１係数設定部が行う処理の第１例を説明するための図である。 第１係数設定部が行う処理の第２例を説明するための図である。 第１係数設定部が行う処理の第３例を説明するための図である。 第１係数設定部が行う処理の第４例を説明するための図である。 第２の実施形態に係るデジタル処理装置の構成を示す図である。 第３の実施形態に係るデジタル処理装置の構成を示す図である。 第２係数設定部の構成の第１例を説明する図である。 第２係数設定部の構成の第２例を説明する図である。 第２係数設定部の構成の第３例を説明する図である。 第３の実施形態に係る信号送受信システムの構成を示す図である。 受信装置の構成を詳細に示す図である。 第５の実施形態に係る信号送受信システムで用いられる受信装置の構成を示す図である。 第６の実施形態に係る信号送受信システムで用いられる受信装置の構成を示す図である。 図１６に示したデジタルフィルタの構成を示す図である。 第６の実施形態における第２係数設定部及び第１係数設定部の構成の一例を示す図である。 第７の実施形態に係る受信装置の構成を示す図である。 フロントエンド部の機能構成を示す図である。 第８の実施形態に係る受信装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るデジタル処理装置１００の構成を示す図である。デジタル処理装置１００は、デジタルフィルタ１１０を有している。デジタルフィルタ１１０は、フーリエ変換部１１１、逆フーリエ変換部１１２、フィルタ部１１３、及び第１係数設定部１１４を有している。フーリエ変換部１１１は、時間軸のデジタル信号をフーリエ変換して周波数軸の信号である周波数領域信号を生成する。フィルタ部１１３は、Ｎ個の第１係数を用いて、周波数領域信号を周波数領域で等化する。逆フーリエ変換部１１２は、フィルタ部１１３が処理した周波数領域信号を逆フーリエ変換して、時間軸のデジタル信号に戻す。すなわちフーリエ変換部１１１、逆フーリエ変換部１１２、及びフィルタ部１１３は、デジタル信号に含まれる波形歪を、周波数領域における等化処理（すなわちＦＤＥ（frequency-domain equalization））で、補償する。第１係数設定部１１４は、ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、フィルタ部１１３が用いるＮ個の第１係数を設定する。

本実施形態では、ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、フィルタ部１１３が用いるＮ個の第１係数を設定することができる。このため、フィルタ部１１３の係数設定に必要な演算処理が少なくなる。例えばＮ＝４０９６である場合、ｍ＜１０とすることができる。以下、詳細に説明する。

デジタルフィルタ１１０に入力されるデジタル信号は、例えば光通信又は無線通信において、受信装置が受信した信号である。フーリエ変換部１１１は、例えばサイズＮのフーリエ変換回路である。フーリエ変換部１１１が行うフーリエ変換処理は、ＤＦＴ(discrete Fourier transform）、又はＦＦＴ（fast Fourier transform）である。フーリエ変換部１１１がＤＦＴを行う場合、逆フーリエ変換部１１２は、ＩＤＦＴ（Inverse discrete Fourier transform）を行う。またフーリエ変換部１１１がＦＦＴを行う場合、逆フーリエ変換部１１２はＩＦＦＴ（Inverse fast Fourier transform）処理を行う。

図２は、デジタルフィルタ１１０の一例を詳細に説明するための図である。デジタルフィルタ１１０は、例えば、ＦＤＥ（Fre1uency-domain equalization）フィルタである。フーリエ変換部１１１は、サイズＮのフーリエ変換回路であり、入力された時間軸のデジタル信号をＮ個の周波数軸のデジタル信号に変換する。変換後のデジタル信号は、一定の周波数Δω_ｓ刻みになっている。なお、Δω_ｓ＝２πf_s／Ｎであり、f_sはサンプリング周波数である。そしてフィルタ部１１３は、Ｎ個の周波数軸のデジタル信号それぞれに対して、第１係数Ｈ_ｘ（０≦ｘ≦Ｎ−１）を乗算する処理を行う。第１係数は、Ｎ個のデジタル信号それぞれに対して設定されている。このため、第１係数設定部１１４は、フィルタ部１１３に対しては、Ｎ個の第１係数を設定する。そして第１係数が乗算された後のＮ個のデジタル信号は、逆フーリエ変換部１１２によって時間軸のデジタル信号に戻される。

第１係数及び第２係数は、例えば、いずれも周波数別に設定された係数であるが、これに限定されない。第１係数及び第２係数が周波数別に設定されている場合、周波数軸上において、少なくとも一部（または全て）の第２係数の間隔は、第１係数の間隔よりも広い。第１係数設定部１１４は、周波数を変数としていて第１係数を近似する近似関数を、ｍ個の第２係数を用いて設定する。そして第１係数設定部１１４は、この近似関数に基づいて第１係数を設定する。

なお、上記した近似関数の設定処理及び第１係数の設定処理は、ハードウェア（ＬＳＩ（Large Scale Integration）回路もしくはＦＰＧＡ（field programmable gate array））、またはソフトウェア（ＣＰＵ（Central Processing Unitすなわちマイコン）もしくはＰＣ（Personal Computer））などを用いて行われる。またこれらの処理は、一部がソフトウェアで行われて残りがハードウェアで行われても良い。

図３は、第１係数設定部１１４が行う処理を説明するための図である。第１係数設定部１１４は、ｍ個の第２係数ｈ_ｙ（０≦ｙ≦ｍ−１）を用いて、Ｎ個のデジタル信号Ｈ_ｘ（０≦ｘ≦Ｎ−１）を設定する。第１係数設定部１１４は、例えば、ｍ個の第２係数ｈ_ｙを入力としてＮ個の第１係数Ｈ_ｘを出力とするＬＳＩ回路を有している。この回路としては、複数の例がある。

図４は、第１係数設定部１１４が行う処理の第１例を説明するための図である。第１例において、第１係数設定部１１４は、図４（ａ）に示すようにＦＩＲ（finite impulse response）フィルタ伝達特性演算回路を有している。ＦＩＲフィルタ伝達特性演算回路は、以下の式（１）で示される伝達関数に従って、演算処理を行う。

ここで、ｚ^−ｍ（ｋ）＝［ｅｘｐ（ｊｋΔω_ｓＴ_ｓ）］^−ｍ＝ｅｘｐ（−ｊｍｋΔω_ｓＴ_ｓ）（ｊは虚数単位、Ｔ_ｓ＝１／ｆ_ｓ）である。

図４（ｂ）は、式（１）で示される伝達関数の一例を示している。第１係数設定部１１４は、このような関数を用いて、所望のωにおける第１係数Ｈ_ｘを設定する。

図５は、第１係数設定部１１４が行う処理の第２例を説明するための図である。第２例において、第１係数設定部１１４は、図５（ａ）に示すようにセグメント分け伝達特性演算回路を有している。セグメント分け伝達特性演算回路は、以下の考えに従った処理を行う。

図５（ｂ）に示すように、まず、周波数軸（０〜（Ｎ−１）Δωｓ）を、ｍ個のセグメントに分割する。各セグメントの幅は、Δωｓの整数倍であり、互いに等しくても良いし、少なくとも一部が異なっていても良い。第２係数は、各セグメントの境界の値を示している。そしてこれらセグメントの境界値を近似関数で結び（例えば直線近似）、この近似関数を用いて、第１係数を算出する。

例えばあるセグメントのセグメント境界周波数がｋ_１Δω_ｓ及びｋ_２Δω_ｓ（ｋ_１＜ｋ_２）で、その境界周波数における伝達特性の値がそれぞれＨｋ_１及びＨｋ_２であるとする。この場合、周波数ｋΔω_ｓ（ｋ_１≦ｋ＜ｋ_２）における伝達特性の値は、線形近似による内分点の演算として｛（ｋ_２−ｋ）Ｈｋ_１＋（ｋ−ｋ_１）Ｈｋ_２｝／（ｋ_２−ｋ_１）と計算される。

図６は、第１係数設定部１１４が行う処理の第３例を説明するための図である。第３例において、第１係数設定部１１４は、図６（ａ）に示すように多項式近時伝達特性演算回路を有している。多項式近時伝達特性演算回路は、以下の式（２）で示される伝達関数に従って、演算処理を行う。

ここで、ａ_ｘ（０≦ｘ≦ｍ−１）が、第２係数である。

図６（ｂ）は、式（２）で示される伝達関数の一例を示している。第１係数設定部１１４は、このような関数を用いて、所望のωにおける第１係数Ｈ_ｘを設定する。

図７は、第１係数設定部１１４が行う処理の第４例を説明するための図である。本図に示す例において、第１係数設定部１１４は、ｍ個の第２係数それぞれに対応したｍ個の第３係数からなる係数セットを、Ｎ個の第１係数別に記憶している。第１係数設定部１１４は、第１係数別に、その第１係数に対応する第３係数の係数セットを読み出す。そして第１係数設定部１１４は、読み出した第３係数それぞれを、その第３係数に対応する第２係数に乗ずることにより、第１係数を算出する。図７に示す例では、第１係数設定部１１４は、上記した（１）式におけるｚ^−ｍ（ｋ）の代わりとして用いられるべき固定値を、第３係数として記憶している。なお、この固定値は、適宜更新される。

以上、本実施形態によれば、ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、フィルタ部１１３が用いるＮ個の第１係数を設定することができる。このため、フィルタ部１１３の係数設定に必要な演算処理が少なくなる。このため、デジタル処理装置１００の速度を高速化することができ、これに伴い、通信速度を高速化することができる。またデジタル処理装置１００の回路規模を小さくすることができる。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係るデジタル処理装置１００の構成を示す図である。本実施形態に係るデジタル処理装置１００は、固定フィルタ係数設定部１１６及び乗算部１１５を有している点を除いて、第１の実施形態に係るデジタル処理装置１００と同様の構成である。

固定フィルタ係数設定部１１６は、第１係数の固定値を記憶している。そして乗算部１１５は、第１係数設定部１１４が設定した第１係数と、固定フィルタ係数設定部１１６が記憶している第１係数を乗算し、その値をフィルタ部１１３に出力する。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、固定フィルタ係数設定部１１６が記憶している第１係数を、第１係数設定部１１４が算出した第１係数で補正することにより、第１係数の値を容易に適切な値にすることができる。

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係るデジタル処理装置１００の構成を示す図である。本実施形態に係るデジタル処理装置１００は、初期値設定部１１７、デジタル信号処理部１２０、誤差信号生成部１３０、及び第２係数設定部１４０を有している点を除いて、第１の実施形態に係るデジタル処理装置１００と同様の構成である。

初期値設定部１１７は、第１係数設定部１１４が用いる第１係数の初期値を記憶している。そして第１係数は、第２係数設定部１４０から入力される第２係数が変動することにより、更新されていく。

デジタル信号処理部１２０は、例えばＤＳＰ（digital Signal Processor）であり、デジタルフィルタ１１０から出力されたデジタル信号を処理する。デジタル信号処理部１２０は、クロック再生、復調処理、誤り訂正など、信号受信に必要なデジタル信号処理を行う。

誤差信号生成部１３０は、デジタルフィルタ１１０が出力したデジタル信号の誤差を検出し、検出した誤差を示す誤差信号を生成する。誤差信号生成部１３０は、デジタルフィルタ１１０における波形等化（補償）アルゴリズムに応じた誤差信号の演算を行う。ここで波形等化（補償）アルゴリズムとしては、例えばＣＭＡ（constant modulus algorithm)、ＬＭＳ（least mean squares）アルゴリズム、ＲＬＳ（recursive least squares）アルゴリズムなどの手法を用いることが可能である。誤差信号生成部１３０は、参照信号（固定値、トレーニング信号、又は識別判定（ＤＤ：decision directed）信号等）とデジタルフィルタ１１０が出力したデジタル信号との誤差を求め、それぞれの波形等化（補償）アルゴリズムに応じた誤差信号演算を行う。

第２係数設定部１４０は、誤差信号生成部１３０が生成した誤差信号を受信し、受信した誤差信号に基づいて、ｍ個の第２係数を設定する。例えば、第２係数設定部１４０は、局所探索法によりｍ個の第２係数を設定する。第２係数設定部１４０が設定したｍ個の第２係数は、第１係数設定部１１４に出力される。

ここで、具体例を用いて説明する。この例において、波形等化アルゴリズムとしてはＣＭＡが用いられる。また第１係数設定部１１４は、図４に示したＦＩＲフィルタ伝達特性演算回路を有している。第２係数設定部１４０は、以下の（３）式に従って、誤差信号生成部１３０が出力した誤差信号ｅ（ｔ）＝１−｜ｆ_ｏｕｔ（ｔ）｜^２を処理することで、第２係数の更新値ｈ´_ｘ（ｔ）を算出する。

ここで、μはステップサイズパラメータであり、ｃｏｎｊ（・）は（・）の複素共役を表す。

第２係数設定部１４０は、式（３）を用いた処理を繰り返す。これにより、デジタルフィルタ１１０への入力が時間的に変動しても、第１係数設定部１１４は、この変動に追従して第１係数を更新することができる。

図１０は、第２係数設定部１４０の構成の第１例を説明する図である。本実施形態において、第２係数設定部１４０は、勾配情報演算部１４１及び第２係数更新部１４３を有している。勾配情報演算部１４１は、第２係数の変化の割合を示す勾配情報を生成する。勾配情報は、例えば（３）式の右辺の第２項で示された情報である。具体的には、勾配情報は、以下の（４）式に従って算出される。

第２係数更新部１４３は、勾配情報演算部１４１が算出した勾配情報を用いて、第２係数を更新する。第２係数更新部１４３は、例えば、ＣＭＡ、ＬＭＳ、ＲＬＳなどを用いた最急降下法（steepest descent method）、又は共役勾配法（conjugate gradient method）に従って、処理を行う。

図１１は、第２係数設定部１４０の構成の第２例を説明する図である。本図に示す例において、第２係数設定部１４０は、誤差比較部１４２及び第２係数更新部１４３を有している。

第２係数更新部１４３は、時刻ｔにおける第２係数ｈ_０〜ｈ_ｍ−１の近傍で、第２係数を第１の微小量ほど変化させる（ｈ_０＋Δｈ１_０〜ｈ_ｍ−１＋Δｈ１_ｍ−１）。また第２係数更新部１４３は、第２係数ｈ_０〜ｈ_ｍ−１の近傍で、第２係数を第２の微小量ほど変化させる（ｈ_０＋Δｈ２_０〜ｈ_ｍ−１＋Δｈ２_ｍ−１）。そして誤差比較部１４２は、第１の微少量変化させたときの誤差信号ｅ_１と、第２の微少量変化させたときの誤差信号ｅ_２を比較する。第２係数更新部１４３は、誤差比較部１４２における比較結果を用いて、誤差信号の差分が小さくなる方向へ逐次、第２係数の更新量Δｈ_０〜Δｈ_ｍ−１を変化させる。この場合には、誤差比較部１４２は、山登り法、逐次改善法、近傍探索法などの局所探索法を用いることが可能である。

図１２は、第２係数設定部１４０の構成の第３例を説明する図である。図１０に示した例及び図１１に示したでは、第２係数設定部１４０は、逐次更新により第２係数の更新を行う。これに対して本図に示す例では、第２係数設定部１４０は、ｍ個の誤差信号ｅ（ｔ）〜ｅ（ｔ＋ｍ−１）を第２係数として、この第２係数を用いてブロック信号処理により第１係数を演算する。

詳細には、第２係数設定部１４０は、フーリエ変換部１４４、勾配情報演算部１４５、及び第２係数更新部１４３を有している。フーリエ変換部１４４は、時間軸の情報であるｍ個の誤差情報ｅ（ｔ＋Ｘ）（０≦Ｘ≦ｍ−１）をフーリエ変換し、周波数軸の信号Ｅｘ（０≦Ｘ≦ｍ−１）を生成する。次いで勾配情報演算部１４５は、勾配情報演算部１４１が第２係数に対して行った処理と同様の処理を周波数軸の信号Ｅｘ（０≦Ｘ≦ｍ−１）に対して行うことにより、周波数領域での誤差の勾配情報を生成する。第２係数更新部１４３は、勾配情報演算部１４５が生成した勾配情報を用いて、第２係数（本図に示す例ではＨ_ｘ（０≦Ｘ≦ｍ−１）と記載）を設定する。そして第１係数設定部１１４は、例えば図５を用いて説明した方法により、第１係数を設定する。

なお、本例において、フーリエ変換部１４４は省略されても良い。この場合、第２係数設定部１４０は、図１０，１１に示した例と同様に、時間領域でのブロック信号処理を行う。

以上、本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２係数設定部１４０は、誤差信号生成部１３０が生成した誤差信号を用いて第２係数を設定する。このため、デジタルフィルタ１１０への入力が時間的に変動しても、第１係数設定部１１４は、この変動に追従して第１係数を更新することができる。

（第４の実施形態）
図１３は、第３の実施形態に係る信号送受信システムの構成を示す図である。本図に示す信号送受信システムは、送信機１０及び受信装置３０を有している。送信装置１０は、デジタル信号を生成して受信装置３０に送信する。送信装置１０と受信装置３０の間には、伝送媒質２０が存在している。送信装置１０と受信装置３０の間の通信が有線で行われる場合、伝送媒質２０は、例えば光ファイバである。また送信装置１０と受信装置３０の間の通信が無線で行われる場合、伝送媒質２０は空間である。

受信装置３０は、デジタル処理装置１００及びフロントエンド部２００を有している。デジタル処理装置１００は、例えば第１〜第３の実施形態のいずれかに示した構成を有している。本図に示す例では、デジタル処理装置１００は、第３の実施形態と同様の構成を有している。

フロントエンド部２００（デジタル信号取得部）は、送信装置１０が送信してきた信号を受信する。そしてフロントエンド部２００は、デジタル処理装置１００が処理できる信号に変換する。

図１４は、受信装置３０の構成を詳細に示す図である。本図に示す例において、フロントエンド部２００はフロントエンド回路２０１及び複素信号生成部２０８を有している。フロントエンド回路２０１は、送信装置１０から受信した信号と、参照信号ＬＯを用いて、４チャンネルの信号Ｉｘ、Ｑｘ、Ｉｙ、及びＱｙを生成する。複素信号生成部２０８は、信号Ｉｘ、Ｑｘ、Ｉｙ、及びＱｙを用いて、２チャンネルの複素信号Ｅ_ｘｉｎ（ｔ）＝Ｉｘ＋ｊＱ（ｘ）、及びＥ_ｙｉｎ（ｔ）＝Ｉｙ＋ｊＱ（ｙ）を生成する。ここでｊは虚数単位である。

またデジタル処理装置１００は、デジタルフィルタ１１０を２つ有している。第１のデジタルフィルタ１１０は、複素信号Ｅ_ｘｉｎ（ｔ）＝Ｉｘ＋ｊＱ（ｘ）を処理し、第２のデジタルフィルタ１１０は、Ｅ_ｙｉｎ（ｔ）＝Ｉｙ＋ｊＱ（ｙ）を処理する。２つのデジタルフィルタ１１０が行う処理は、第１〜第３の実施形態に示したとおりである。

そして受信装置３０は、２つの信号品質判断部１３２を有している。第１の信号品質判断部１３２は、第１のデジタルフィルタ１１０の出力Ｅ_ｘｏｕｔ（ｔ）の信号品質を判断する。具体的には、第１の信号品質判断部１３２は、出力Ｅ_ｘｏｕｔ（ｔ）の波形ゆがみに基づいて、この波形ゆがみを示す波形ゆがみ信号を生成する。生成された波形ゆがみ信号は、誤差信号生成部１３０に入力される。

また第２の信号品質判断部１３２は、第２のデジタルフィルタ１１０の出力Ｅ_ｙｏｕｔ（ｔ）の信号品質を判断する。具体的には、第２の信号品質判断部１３２は、出力Ｅ_ｙｏｕｔ（ｔ）の波形ゆがみに基づいて、この波形ゆがみを示す波形ゆがみ信号を生成する。生成された波形ゆがみ信号は、誤差信号生成部１３０に入力される。

そして誤差信号生成部１３０は、２つの波形ゆがみ信号それぞれに基づいて、２種類の誤差信号を生成する。第２係数設定部１４０は、２種類の誤差信号それぞれに基づいて、ｘ、ｙ別に第２係数を設定する。そして第１係数設定部１１４は、ｘ、ｙ別に、第１係数を設定する。

本実施形態によっても、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また本図に示す例では、誤差信号生成部１３０は、信号品質判断部１３２が生成する波形ゆがみ信号を用いて、誤差信号を設定する。このため、既に信号品質判断部１３２を有する受信装置３０に対して誤差信号生成部１３０、第２係数設定部１４０、及び第１係数設定部１１４を組み込む場合、新たに誤差信号を生成するための検出回路をデジタル処理装置１００に追加する必要がなくなる。

（第５の実施形態）
図１５は、第５の実施形態に係る信号送受信システムで用いられる受信装置３０の構成を示す図である。本実施形態に係る信号送受信システムは、受信装置３０の構成を除いて、第４の実施形態に係る信号送受信システムと同様の構成である。

本実施形態に係る受信装置３０は、信号品質判断部１３２の代わりに誤り訂正部１３４を有している点を除いて、第４の実施形態に係る受信装置３０と同様の構成である。誤り訂正部１３４は、デジタル信号処理部１２０が出力したデジタル信号の誤りを訂正する。また誤り訂正部１３４は、デジタル信号の訂正内容を示す誤り訂正情報を、誤差信号生成部１３０に出力する。誤差信号生成部１３０は、誤り訂正信号に基づいて、誤差信号を生成する。

本実施形態によっても、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また本図に示す例では、誤差信号生成部１３０は、誤り訂正部１３４が生成する誤り訂正情報を用いて、誤差信号を設定する。このため、既に誤り訂正部１３４を有する受信装置３０に対して誤差信号生成部１３０、第２係数設定部１４０、及び第１係数設定部１１４を組み込む場合、新たに誤差信号を生成するための検出回路をデジタル処理装置１００に追加する必要がなくなる。

（第６の実施形態）
本実施形態に係る信号送受信システムは、デジタルコヒーレント技術を用いて、信号を送受信するシステムである点を除いて、第５の実施形態に係る信号送受信システムと同様の構成である。すなわち本実施形態において、信号は、光通信によって送信される。光信号は、偏波多重方式やＱＡＭ（quadrature amplitude modulation）などを用いて、多値変調されている。

図１６は、第６の実施形態に係る信号送受信システムで用いられる受信装置３０の構成を示す図である。なお本図において、デジタル信号処理部１２０の図示を省略している。受信装置３０は、フロントエンド部２００及びデジタル処理装置１００を有している。

フロントエンド部２００は、光ハイブリッド２０２、光電変換部２０４、ＡＤ（Analog-Digital）変換部２０６、及び複素信号生成部２０８を有している。

光ハイブリッド２０２には、伝送路からの信号光と、局所光源からの局所光が入力される。光ハイブリッド２０２は、光信号と局所光とを位相差０で干渉させて第１光信号（Ｉ_ｘ）を生成し、光信号と局所光とを位相差π／２で干渉させて第２光信号（Ｑ_ｘ）を生成する。また光ハイブリッド２０２は、光信号と局所光とを位相差０で干渉させて第３光信号（Ｉ_ｙ）を生成し、光信号と局所光とを位相差π／２で干渉させて第４光信号（Ｑ_ｙ）を生成する。第１光信号及び第２光信号は、一組の信号を形成し、また第３光信号及び第４光信号も、一組の信号を形成する。

光電変換部２０４は、光ハイブリッド２０２が生成した４つの光信号（出力光）を光電変換して、４つのアナログ信号を生成する。

ＡＤ変換部２０６は、光電変換部２０４が生成した４つのアナログ信号を、それぞれデジタル信号に変換する。

複素信号生成部２０８は、信号Ｉｘ、Ｑｘ、Ｉｙ、及びＱｙを用いて、２チャンネルの複素信号Ｅ_ｘｉｎ（ｔ）＝Ｉｘ＋ｊＱ（ｘ）、及びＥ_ｙｉｎ（ｔ）＝Ｉｙ＋ｊＱ（ｙ）を生成する。

デジタル処理装置１００は、帯域補償係数設定部１１８及び波長分散補償係数設定部１１９を有している。帯域補償係数設定部１１８は、フロントエンド部２００に起因した波長分散を補償するための係数を記憶している。そして波長分散補償係数設定部１１９が記憶している係数及び帯域補償係数設定部１１８が記憶している係数は、第１係数設定部１１４が設定した第１係数に対して乗算される。そして乗算された後の第１係数は、デジタルフィルタ１１０に出力される。

なお、帯域補償係数設定部１１８及び波長分散補償係数設定部１１９が記憶している情報は、半固定値であり、必要に応じて例えばマニュアルで更新される。またデジタル処理装置１００は、さらにスキュー補償を行うための係数を記憶する記憶部、及びＩ−Ｑインバランス補償を行うための係数を記憶する記憶部を有していても良い。これら記憶部に記憶されている係数も、第１係数設定部１１４が設定した第１係数に対して乗算される。

図１７は、図１６に示したデジタルフィルタ１１０の構成を示す図である。本実施形態において、デジタル信号は複数（具体的には２つ）ある。そしてフーリエ変換部１１１、逆フーリエ変換部１１２、及びフィルタ部１１３は、２のデジタル信号別に設けられている。そして２つのフーリエ変換部１１１、逆フーリエ変換部１１２、及びフィルタ部１１３は、バタフライ回路を構成している。

図１８は、本実施形態における第２係数設定部１４０及び第１係数設定部１１４の構成の一例を示す図である。本図に示す例において、第２係数設定部１４０は、図１０を用いて説明した処理をする。具体的には、第２係数設定部１４０は、勾配情報演算部１４１及び第２係数更新部１４３を有している。勾配情報演算部１４１は、４つの信号Ｉｘ、Ｑｘ、Ｉｙ、及びＱｙそれぞれごとに、勾配情報を算出する。第２係数更新部１４３は、４つの信号Ｉｘ、Ｑｘ、Ｉｙ、及びＱｙそれぞれごとに、第２係数を設定する。そして第１係数設定部１１４は、４つの信号Ｉｘ、Ｑｘ、Ｉｙ、及びＱｙそれぞれごとに、第１係数を設定する。

本実施形態によっても、第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、デジタルコヒーレントに用いられる受信装置において、デジタルフィルタ１１０の係数設定に必要な演算処理を少なくすることができる。

（第７の実施形態）
本実施形態に係る信号送受信システムは、無線通信により信号を送受信するシステムである点を除いて、第５の実施形態に係る信号送受信システムと同様の構成である。

図１９は、本実施形態に係る受信装置３０の構成を示す図である。本実施形態において、受信装置３０は、アンテナ３００、フロントエンド部４００、デジタル処理装置１００、第１係数設定部１１４、デジタル信号処理部１２０、誤差信号生成部１３０、及び第２係数設定部１４０を有している。デジタル処理装置１００、第１係数設定部１１４、デジタル信号処理部１２０、誤差信号生成部１３０、及び第２係数設定部１４０の構成は、上記した第２〜第６の実施形態のいずれかと同様である。

アンテナ３００は、無線で送信されてきた信号を受信する。フロントエンド部４００は、アンテナ３００が受信した信号を処理し、処理後のデジタル信号をデジタル処理装置１００に出力する。

図２０は、フロントエンド部４００の機能構成を示す図である。フロントエンド部４００は、フィルタ４０２、ローノイズアンプ４０４、ミキサー４０６、基準信号源４０７、フィルタ４０８、可変利得アンプ４１０、及びＡＤ変換部４１２を有している。フィルタ４０２は、アンテナ３００が受信した信号からノイズとなる周波数成分を除去する。ローノイズアンプ４０４は、フィルタ４０２が出力したアナログ信号を増幅する。ミキサー４０６は、基準信号源４０７が生成した基準信号を、ローノイズアンプ４０４が出力したアナログ信号に乗ずる。フィルタ４０８は、ミキサー４０６が出力したアナログ信号からノイズとなる周波数成分を除去する。可変利得アンプ４１０は、フィルタ４０８が出力したアナログ信号を増幅する。ＡＤ変換部４１２は、可変利得アンプ４１０が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換する。

なお、フロントエンド部４００は、フィルタ４０２、ローノイズアンプ４０４、ミキサー４０６、基準信号源４０７、フィルタ４０８、及び可変利得アンプ４１０の少なくとも一つ（全ての場合を含む）を有していなくても良い。この場合、フロントエンド部４００において、アンテナ３００が受信した信号を直接ＡＤ変換部４１２がデジタル信号に変換する。

本実施形態によれば、無線通信に用いられる受信装置において、デジタルフィルタ１１０の係数設定に必要な演算処理を少なくすることができる。

（第８の実施形態）
本実施形態に係る信号送受信システムは、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式で無線通信する点を除いて、第７の実施形態に係る信号送受信システムと同様の構成である。

図２１は、第８の実施形態に係る受信装置３０の構成を示す図である。本実施形態において受信装置３０は、アンテナ３００、フロントエンド部４００、複素信号生成部２０８、及びデジタルフィルタ１１０を複数組有している。フロントエンド部４００は、アンテナ３００が受信したアナログ信号から実数成分（Ｉ_ｎ）と虚数成分（Ｑ_ｎ）を取り出し、それぞれをＡＤ変換する。複素信号生成部２０８より後の処理は、例えば図１４〜図１８を用いて説明した処理と同様である。

本実施形態によれば、ＭＩＭＯ方式の無線通信に用いられる受信装置において、デジタルフィルタ１１０の係数設定に必要な演算処理を少なくすることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

この出願は、２０１２年３月１日に出願された日本出願特願２０１２−４５９６２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
以下、参考形態の例を付記する。
１． デジタル信号をフーリエ変換して周波数軸の信号である周波数領域信号を生成するフーリエ変換手段と、
Ｎ個の第１係数を用いて、前記周波数領域信号を周波数領域で等化するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で処理された前記周波数領域信号を前記デジタル信号に戻す逆フーリエ変換手段と、
ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、前記Ｎ個の第１係数を設定する第１係数設定手段と、
を備えるデジタル信号処理装置。
２． １．に記載のデジタル信号処理装置において、
前記第１係数及び第２係数は周波数別に設定された係数であり、
周波数軸上において、前記第２係数の間隔の少なくとも一つは、前記第１係数の間隔よりも広く、
前記第１係数設定手段は、前記周波数を変数としていて前記第１係数を近似する近似関数を、前記ｍ個の第２係数を用いて設定し、前記近似関数に基づいて前記第１係数を設定するデジタル信号処理装置。
３． １．に記載のデジタル信号処理装置において、
前記第１係数設定手段は、前記ｍ個の第２係数を入力として前記Ｎ個の第１係数を出力とする回路を有するデジタル信号処理装置。
４． ３．に記載のデジタル信号処理装置において、
前記回路は、ＦＩＲ（finite impulse response）フィルタ伝達特性演算回路、セグメント分け伝達特性演算回路、又は多項式近時伝達特性演算回路であるデジタル信号処理装置。
５． １．に記載のデジタル信号処理装置において、
前記第１係数設定手段は、
前記ｍ個の第２係数それぞれに対応したｍ個の第３係数からなる係数セットを、前記Ｎ個の第１係数別に記憶しており、
前記第１係数別に、当該第１係数に対応する前記係数セットに含まれる前記ｍ個の第３係数それぞれを、当該第３係数に対応する前記第２係数に乗ずることにより、当該第１係数を算出するデジタル信号処理装置。
６． １．〜５．のいずれか一つに記載のデジタル信号処理装置において、
前記逆フーリエ変換手段が生成した前記デジタル信号の誤差を示す誤差信号を受信し、前記誤差信号に基づいて、前記ｍ個の第２係数を設定する第２係数設定手段を備えるデジタル信号処理装置。
７． ６．に記載のデジタル信号処理装置において、
前記逆フーリエ変換手段が生成した前記デジタル信号と参照信号の差に基づいて、前記誤差信号を生成する誤差信号生成手段を備えるデジタル信号処理装置。
８． ６．に記載のデジタル信号処理装置において、
前記逆フーリエ変換手段が生成した前記デジタル信号の誤りを訂正したことを示す誤り訂正情報から、前記誤差信号を生成する誤差信号生成手段を備えるデジタル信号処理装置。
９． ６．に記載のデジタル信号処理装置において、
前記逆フーリエ変換手段が生成した前記デジタル信号の波形ゆがみに基づいて、前記誤差信号を生成する誤差信号生成手段を備えるデジタル信号処理装置。
１０． ６．〜９．のいずれか一つに記載のデジタル信号処理装置において、
前記第２係数設定手段は、局所探索法により前記ｍ個の第２係数を設定するデジタル信号処理装置。
１１． １．〜１０．のいずれか一つに記載のデジタル信号処理装置において、
複数の前記デジタル信号が入力され、
前記複数のデジタル信号別に、前記フーリエ変換手段、前記フィルタ手段、及び前記逆フーリエ変換手段を有しており、
前記複数の前記フーリエ変換手段、前記フィルタ手段、及び前記逆フーリエ変換手段は、バタフライ回路であるデジタル信号処理装置。
１２． デジタル信号を取得するデジタル信号取得手段と、
前記デジタル信号を処理するデジタル信号処理手段と、
を備え、
前記デジタル信号処理手段は、
前記デジタル信号をフーリエ変換して周波数軸の信号である周波数領域信号を生成するフーリエ変換手段と、
Ｎ個の第１係数を用いて、前記周波数領域信号を周波数領域で等化するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で処理された前記周波数領域信号を前記デジタル信号に戻す逆フーリエ変換手段と、
ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、前記Ｎ個の第１係数を設定する第１係数設定手段と、
を備える受信装置。
１３． １２．に記載の受信装置において、
光信号を光電変換してアナログ信号を生成する光電変換手段をさらに備え、
前記デジタル信号取得手段は、前記アナログ信号を前記デジタル信号に変換することにより、前記デジタル信号を取得する受信装置。
１４． デジタル信号を送信する送信手段と、
前記デジタル信号を受信する受信手段と、
を備え、
前記受信手段は、
前記デジタル信号を取得するデジタル信号取得手段と、
前記デジタル信号を処理するデジタル信号処理手段と、
を備え、
前記デジタル信号処理手段は、
前記デジタル信号をフーリエ変換して周波数軸の信号である周波数領域信号を生成するフーリエ変換手段と、
Ｎ個の第１係数を用いて、前記周波数領域信号を周波数領域で等化するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で処理された前記周波数領域信号を前記デジタル信号に戻す逆フーリエ変換手段と、
ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、前記Ｎ個の第１係数を設定する第１係数設定手段と、
を備える信号送受信システム。

Claims (14)

1. デジタル信号をフーリエ変換して周波数軸の信号である周波数領域信号を生成するフーリエ変換手段と、
   Ｎ個の第１係数を用いて、前記周波数領域信号を周波数領域で等化するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段で処理された前記周波数領域信号を前記デジタル信号に戻す逆フーリエ変換手段と、
   ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、前記Ｎ個の第１係数を設定する第１係数設定手段と、
   を備え、
   前記第２係数の間隔の少なくとも一つは、前記第１係数の間隔よりも広い、デジタル信号処理装置。
2. 請求項１に記載のデジタル信号処理装置において、
   前記第１係数及び第２係数は周波数別に設定された係数であり、
   周波数軸上において、前記第２係数の間隔の少なくとも一つは、前記第１係数の間隔よりも広く、
   前記第１係数設定手段は、前記周波数を変数としていて前記第１係数を近似する近似関数を、前記ｍ個の第２係数を用いて設定し、前記近似関数に基づいて前記第１係数を設定するデジタル信号処理装置。
3. 請求項１に記載のデジタル信号処理装置において、
   前記第１係数設定手段は、前記ｍ個の第２係数を入力として前記Ｎ個の第１係数を出力とする回路を有するデジタル信号処理装置。
4. 請求項３に記載のデジタル信号処理装置において、
   前記回路は、ＦＩＲ（finite impulse response）フィルタ伝達特性演算回路、セグメント分け伝達特性演算回路、又は多項式近時伝達特性演算回路であるデジタル信号処理装置。
5. 請求項１に記載のデジタル信号処理装置において、
   前記第１係数設定手段は、
   前記ｍ個の第２係数それぞれに対応したｍ個の第３係数からなる係数セットを、前記Ｎ個の第１係数別に記憶しており、
   前記第１係数別に、当該第１係数に対応する前記係数セットに含まれる前記ｍ個の第３係数それぞれを、当該第３係数に対応する前記第２係数に乗ずることにより、当該第１係数を算出するデジタル信号処理装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のデジタル信号処理装置において、
   前記逆フーリエ変換手段が生成した前記デジタル信号の誤差を示す誤差信号を受信し、前記誤差信号に基づいて、前記ｍ個の第２係数を設定する第２係数設定手段を備えるデジタル信号処理装置。
7. 請求項６に記載のデジタル信号処理装置において、
   前記逆フーリエ変換手段が生成した前記デジタル信号と参照信号の差に基づいて、前記誤差信号を生成する誤差信号生成手段を備えるデジタル信号処理装置。
8. 請求項６に記載のデジタル信号処理装置において、
   前記逆フーリエ変換手段が生成した前記デジタル信号の誤りを訂正したことを示す誤り訂正情報から、前記誤差信号を生成する誤差信号生成手段を備えるデジタル信号処理装置。
9. 請求項６に記載のデジタル信号処理装置において、
   前記逆フーリエ変換手段が生成した前記デジタル信号の波形ゆがみに基づいて、前記誤差信号を生成する誤差信号生成手段を備えるデジタル信号処理装置。
10. 請求項６〜９のいずれか一項に記載のデジタル信号処理装置において、
    前記第２係数設定手段は、局所探索法により前記ｍ個の第２係数を設定するデジタル信号処理装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のデジタル信号処理装置において、
    複数の前記デジタル信号が入力され、
    前記複数のデジタル信号別に、前記フーリエ変換手段、前記フィルタ手段、及び前記逆フーリエ変換手段を有しており、
    前記複数の前記フーリエ変換手段、前記フィルタ手段、及び前記逆フーリエ変換手段は、バタフライ回路であるデジタル信号処理装置。
12. デジタル信号を取得するデジタル信号取得手段と、
    前記デジタル信号を処理するデジタル信号処理手段と、
    を備え、
    前記デジタル信号処理手段は、
    前記デジタル信号をフーリエ変換して周波数軸の信号である周波数領域信号を生成するフーリエ変換手段と、
    Ｎ個の第１係数を用いて、前記周波数領域信号を周波数領域で等化するフィルタ手段と、
    前記フィルタ手段で処理された前記周波数領域信号を前記デジタル信号に戻す逆フーリエ変換手段と、
    ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、前記Ｎ個の第１係数を設定する第１係数設定手段と、
    を備え、
    前記第２係数の間隔の少なくとも一つは、前記第１係数の間隔よりも広い、受信装置。
13. 請求項１２に記載の受信装置において、
    光信号を光電変換してアナログ信号を生成する光電変換手段をさらに備え、
    前記デジタル信号取得手段は、前記アナログ信号を前記デジタル信号に変換することにより、前記デジタル信号を取得する受信装置。
14. デジタル信号を送信する送信手段と、
    前記デジタル信号を受信する受信手段と、
    を備え、
    前記受信手段は、
    前記デジタル信号を取得するデジタル信号取得手段と、
    前記デジタル信号を処理するデジタル信号処理手段と、
    を備え、
    前記デジタル信号処理手段は、
    前記デジタル信号をフーリエ変換して周波数軸の信号である周波数領域信号を生成するフーリエ変換手段と、
    Ｎ個の第１係数を用いて、前記周波数領域信号を周波数領域で等化するフィルタ手段と、
    前記フィルタ手段で処理された前記周波数領域信号を前記デジタル信号に戻す逆フーリエ変換手段と、
    ｍ個（ただしＮ＞ｍ）の第２係数を用いて、前記Ｎ個の第１係数を設定する第１係数設定手段と、
    を備え、
    前記第２係数の間隔の少なくとも一つは、前記第１係数の間隔よりも広い、信号送受信システム。

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