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JP6985597B2 - Optical receiver and frequency offset estimation method - Google Patents
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JP6985597B2 - Optical receiver and frequency offset estimation method - Google Patents

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Description

本発明は、光受信装置及び周波数オフセット推定方法に関する。 The present invention relates to an optical receiver instrumentation置及Beauty frequency offset estimation method.

現在、光加入者システムでは、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc)やITU−T((International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)で標準化されているPON(Passive Optical Network)方式が広く用いられている。 Currently, the PON (Passive Optical Network) method standardized by the IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc) and ITU-T ((International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)) is widely used in optical subscriber systems. There is.

図11に示すように、PON方式による光伝送システム100では、1つの局舎側装置であるOLT(Optical Line Terminal)120と、複数の加入者装置であるONU(Optical Network Unit)110−1〜110−3との間で通信が行われる。PON方式の下り通信において、OLT120から送信される光信号は光スプリッタ130によって複数経路へと分岐され、各ONU110−1〜110−3が受信する。このときONU110−1〜110−3は、自分に割り当てられた時間スロットの信号のみを選択して受信する。 As shown in FIG. 11, in the PON optical transmission system 100, one station-side device, the OLT (Optical Line Terminal) 120, and a plurality of subscriber devices, the ONU (Optical Network Unit) 110-1 to 1, Communication is performed with 110-3. In the downlink communication of the PON system, the optical signal transmitted from the OLT 120 is branched into a plurality of paths by the optical splitter 130, and each ONU 110-1 to 110-3 receives the optical signal. At this time, ONU 110-1 to 110-3 select and receive only the signal of the time slot assigned to them.

これに対して、上り通信においては、ONU110−1〜110−3が各自に割り当てられた時間スロットにのみ信号を送信し、他のONU110−1〜110−3から送信される信号との衝突を回避している。このようにPON方式では、同一の光ファイバを複数の加入者で共有し設備コストを抑えることで、高速光アクセスサービスを経済的に提供することが可能である。 On the other hand, in uplink communication, ONU110-1 to 110-3 transmit signals only to the time slots assigned to them, and collide with signals transmitted from other ONU110-1 to 110-3. I'm avoiding it. As described above, in the PON method, it is possible to economically provide a high-speed optical access service by sharing the same optical fiber with a plurality of subscribers and suppressing the equipment cost.

PON方式を用いたアクセスネットワークにおいては、設備コスト削減に向けて、最大伝送距離の長延化と、光スプリッタ130による分岐数拡大とが求められている。最大伝送距離を延ばすことが求められる理由は、1つの局舎に広いエリアの回線を集約することができるからである。また、光スプリッタ130の分岐数を増やすことが求められる理由は、1台のOLT120に多くの回線を集約することで、回線当たりのOLT120や局舎の数を削減することが可能となり、設備の設置や運用コストを低減することができるからである。 In an access network using the PON method, it is required to extend the maximum transmission distance and increase the number of branches by the optical splitter 130 in order to reduce the equipment cost. The reason why it is required to extend the maximum transmission distance is that it is possible to consolidate lines in a wide area in one station building. Further, the reason why it is required to increase the number of branches of the optical splitter 130 is that by consolidating many lines in one OLT 120, it is possible to reduce the number of OLT 120s and station buildings per line, and it is possible to reduce the number of office buildings. This is because the installation and operation costs can be reduced.

しかしながら、伝送距離を延ばしたり、光スプリッタ130の分岐数を増やしたりすることは、光損失の増加をもたらすため、受信する際の信号光強度が減少し、信号対雑音比が低下して符号誤り率を悪化させることになる。これに加えて、伝送距離の長延化は、波長分散による信号の波形劣化を引き起こすため、波長劣化に起因する符号誤り率の悪化も生じさせることになる。したがって、伝送距離の長延化や光スプリッタ130の分岐数拡大を行うためには、受信器における信号対雑音比の低下と波形劣化の補償技術が重要となる。 However, extending the transmission distance or increasing the number of branches of the optical splitter 130 causes an increase in optical loss, so that the signal light intensity at the time of reception decreases, the signal-to-noise ratio decreases, and a code error occurs. It will worsen the rate. In addition to this, the extension of the transmission distance causes the waveform deterioration of the signal due to the wavelength dispersion, so that the code error rate due to the wavelength deterioration also deteriorates. Therefore, in order to prolong the transmission distance and increase the number of branches of the optical splitter 130, a technique for compensating for a decrease in the signal-to-noise ratio and waveform deterioration in the receiver is important.

信号対雑音比の低下を改善するためには、受光器の前段に光増幅器を設置し、信号光を増幅する手法が考えられる。しかし、この手法では、光増幅時に発生する自然放出光雑音(ASE(Amplified Spontaneous Emission)雑音)によって、増幅の効果は10dB程度に留まるという課題がある。 In order to improve the decrease in the signal-to-noise ratio, it is conceivable to install an optical amplifier in front of the receiver to amplify the signal light. However, this method has a problem that the effect of amplification is limited to about 10 dB due to spontaneous emission light noise (ASE (Amplified Spontaneous Emission) noise) generated at the time of optical amplification.

これに対して、伝送路の途中に光増幅器を設置する手法を採用する場合、ASE雑音の影響を比較的小さく抑えることができる。しかし、この手法では、伝送路の途中に中継設備を新設する必要があり、コストが増大するという課題がある。 On the other hand, when a method of installing an optical amplifier in the middle of a transmission line is adopted, the influence of ASE noise can be suppressed to a relatively small value. However, this method requires a new relay facility to be installed in the middle of the transmission line, which causes a problem of increased cost.

また、波形劣化を補償するためには、補償用の光ファイバを伝送路の途中に挿入する手法が考えられる。しかし、信号を送信する加入者装置と局舎設備との距離は加入者によって様々であり、それに伴って必要な補償用ファイバの特性も変化するため、当該手法においてもコストが増大するという課題がある。 Further, in order to compensate for the waveform deterioration, a method of inserting a compensating optical fiber in the middle of the transmission line can be considered. However, the distance between the subscriber device that transmits the signal and the station building equipment varies depending on the subscriber, and the characteristics of the required compensation fiber also change accordingly, so that there is a problem that the cost increases even in this method. be.

これらの課題を解決するために、アクセスネットワークに対するデジタルコヒーレント方式の導入が検討されている。従来の強度変調−直接検波(IM-DD(Intensity Modulation-Direct Detection)方式では、受信器の熱雑音により信号対雑音比の低下が発生する。これに対して、デジタルコヒーレント方式では、コヒーレント受信を行うことで受信器において生じる熱雑音が低減し、ショットノイズ限界付近の信号対雑音比での受信が可能となる。また、デジタルコヒーレント方式では、受信信号に対してデジタル信号処理を行うことで伝搬によって生じる波形劣化を補償することが可能である。 In order to solve these problems, the introduction of a digital coherent method for access networks is being considered. In the conventional intensity modulation-direct detection (IM-DD) method, the signal-to-noise ratio decreases due to the thermal noise of the receiver. In contrast, in the digital coherent method, coherent reception is performed. By doing so, the thermal noise generated in the receiver is reduced, and reception with a signal-to-noise ratio near the shot noise limit becomes possible. In the digital coherent method, the received signal is propagated by performing digital signal processing. It is possible to compensate for the waveform deterioration caused by this.

Andreas Leven, Noriaki Kaneda, Ut-Va Koc, Young-Kai Chen, “Frequency Estimation in Intradyne Reception”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 19, NO. 6, MARCH 15, 2007Andreas Leven, Noriaki Kaneda, Ut-Va Koc, Young-Kai Chen, “Frequency Optimization in Intradyne Reception”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 19, NO. 6, MARCH 15, 2007 Lei Li, Zhenning Tao, Shoichiro Oda, Takeshi Hoshida, Jens C. Rasmussen, “Wide-range, Accurate and Simple Digital Frequency Offset Compensator for Optical Coherent Receivers”, OFC/NFOEC 2008Lei Li, Zhenning Tao, Shoichiro Oda, Takeshi Hoshida, Jens C. Rasmussen, “Wide-range, Accurate and Simple Digital Frequency Offset Compensator for Optical Coherent Receivers”, OFC / NFOEC 2008 Xian Zhou, Xue Chen, Keping Long, “Wide-Range Frequency Offset Estimation Algorithm for Optical Coherent Systems Using Training Sequence”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 24, NO. 1, JANUARY 1, 2012Xian Zhou, Xue Chen, Keping Long, “Wide-Range Frequency Offset Optimization Algorithm for Optical Coherent Systems Using Training Sequence”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 24, NO. 1, JANUARY 1, 2012

デジタルコヒーレント方式の受信側装置は、送信される光信号と局部発振光(以下、局発光ともいう)との干渉波形の強度の測定を行うことにより、信号光の位相成分を検出するコヒーレント受信を行う。コヒーレント受信した際の受信信号には、送信符号系列に対応する変調成分に対して、信号光の周波数と局発光の周波数の差の周波数で変化する周波数オフセット成分が重畳されている。送信符号系列に対応する変調成分を受信側で再生するためには、受信信号から周波数オフセット成分を除去する必要がある。そのため、受信側では周波数オフセット量を推定することが求められる。 The digital coherent receiving side device performs coherent reception that detects the phase component of the signal light by measuring the intensity of the interference waveform between the transmitted optical signal and the locally oscillated light (hereinafter, also referred to as local emission). conduct. In the received signal at the time of coherent reception, a frequency offset component that changes with the frequency of the difference between the frequency of the signal light and the frequency of the station emission is superimposed on the modulation component corresponding to the transmission code sequence. In order to reproduce the modulation component corresponding to the transmission code sequence on the receiving side, it is necessary to remove the frequency offset component from the received signal. Therefore, the receiving side is required to estimate the frequency offset amount.

アクセスネットワークにおいてはコスト削減の観点から送信装置の光源には安価なものが用いられているため、送信装置ごとの周波数のばらつきは、コアネットワークの場合に比べて大きいことが想定される。そのため、受信側において生じる周波数オフセット量の大きさの範囲も広くなることが想定される。したがって、アクセスネットワークにおける周波数オフセット量を推定する技術は、推定する周波数範囲が広い技術である必要がある。 In the access network, since an inexpensive light source is used as the light source of the transmitting device from the viewpoint of cost reduction, it is expected that the frequency variation of each transmitting device is larger than that of the core network. Therefore, it is expected that the range of the magnitude of the frequency offset amount generated on the receiving side will be widened. Therefore, the technique for estimating the frequency offset amount in the access network needs to be a technique having a wide frequency range to be estimated.

また、PON方式の上り通信において、OLT120が受信する信号はバースト信号であり、各時間スロットにおいて、OLT120は、異なるONU110−1〜110−3から送信された信号を受信する。そのため、受信側では時間スロットごとに周波数オフセット量を推定する必要があり、その推定の頻度はコアネットワークの場合に比べて多くなる。 Further, in the uplink communication of the PON system, the signal received by the OLT 120 is a burst signal, and in each time slot, the OLT 120 receives the signals transmitted from different ONU 110-1 to 110-3. Therefore, it is necessary to estimate the frequency offset amount for each time slot on the receiving side, and the frequency of the estimation is higher than that in the case of the core network.

周波数オフセット量の推定技術として、例えば、送信信号の一定の区間に与えられる符号系列を受信側にて解析することで周波数オフセット量の推定を行うという手法がある。周波数オフセット量の推定の頻度が高いアクセスネットワークにおいて、このような符号系列の解析によって周波数オフセット量の推定を行う手法を適用する場合、効率的な伝送を行うためには、推定に要する処理時間を少なくする必要がある。そのため、データ伝送に寄与しない周波数オフセット量の推定用の符号系列の数を削減することが重要となる。 As a technique for estimating the amount of frequency offset, for example, there is a method of estimating the amount of frequency offset by analyzing a code sequence given in a certain section of a transmission signal on the receiving side. In an access network where the frequency offset amount is frequently estimated, when the method of estimating the frequency offset amount by analyzing the code sequence is applied, the processing time required for the estimation is required for efficient transmission. It needs to be reduced. Therefore, it is important to reduce the number of code sequences for estimating the amount of frequency offset that does not contribute to data transmission.

以上のことから、アクセスネットワークにおける周波数オフセット量の推定技術には、推定する周波数範囲が広いこと及び推定に用いる符号系列の数が少ないことが要求される。 From the above, the technique for estimating the amount of frequency offset in the access network is required to have a wide frequency range to be estimated and a small number of code sequences used for estimation.

例えば、周波数オフセット量を推定する技術として、M乗法を用いる技術(例えば、非特許文献1参照)、フィードバックループを用いる技術(例えば、非特許文献2参照)などが提案されている。 For example, as a technique for estimating the frequency offset amount, a technique using the M-multiplication method (see, for example, Non-Patent Document 1), a technique using a feedback loop (see, for example, Non-Patent Document 2), and the like have been proposed.

M乗法は、受信信号の1シンボル遅延差動を算出し、M回乗算することで周波数オフセット成分を除去し、変調成分を取り出す手法である(ここで、Mは多値数であり、BPSK(Binary Phase Shift Keying)の場合、M=2となる)。M乗法において周波数オフセット量を推定可能な周波数の範囲は、−B/2M≦fIF<B/2M(ここで、Bは、送信信号におけるシンボルのボーレートであり、fIFは、信号光と局発光との周波数差である)で表される。したがって、M乗法を用いる場合、多値数Mが増加すると、推定可能な周波数の範囲が減少するという問題がある。 The M-th power method is a method of calculating the one-symbol delay differential of a received signal, removing the frequency offset component by multiplying it M times, and extracting the modulation component (where M is a multi-valued number and BPSK (). In the case of Binary Phase Shift Keying), M = 2). The frequency range in which the frequency offset amount can be estimated in the M-th power method is −B / 2M ≦ f IF <B / 2M (where B is the baud rate of the symbol in the transmission signal, and f IF is the signal light and the station. It is the frequency difference from the light emission). Therefore, when the M-th power method is used, there is a problem that the range of estimable frequencies decreases as the multi-valued number M increases.

これに対して、フィードバックループを用いる技術では、推定可能な周波数の範囲が、−B/2≦fIF<B/2であるため、M乗法のように多値数Mの大きさによって推定可能な周波数の範囲が減少することはない。しかし、当該技術では、フィードバックの収束に長い時間を要し、そのために符号系列が長くなるという問題がある。 On the other hand, in the technique using the feedback loop, the range of the estimable frequency is −B / 2 ≦ f IF <B / 2, so that it can be estimated by the size of the multivalued number M as in the M-multiplication method. The frequency range is not reduced. However, in this technique, there is a problem that it takes a long time to converge the feedback, and therefore the code sequence becomes long.

また、一般的なトレーニング信号の相関によるタイミング推定と、トレーニング信号を受信信号から差し引くことにより、上記のM乗法より推定可能な周波数の範囲を広くして−B/2≦fIF<B/2とする技術がある(例えば、非特許文献3参照)。ここで、非特許文献3に示される技術を参考に、トレーニング符号系列を用いた周波数オフセット量を推定する技術について説明する。 In addition, by estimating the timing based on the correlation of general training signals and subtracting the training signal from the received signal, the range of frequencies that can be estimated by the above M-multiplication method is widened, and -B / 2≤f IF <B / 2. (For example, see Non-Patent Document 3). Here, a technique for estimating the frequency offset amount using the training code sequence will be described with reference to the technique shown in Non-Patent Document 3.

図12は、デジタルコヒーレント伝送を行う光伝送システム200の構成を示す概略ブロック図である。デジタルコヒーレント伝送方式では、光受信装置220が備える光コヒーレント受信部300が、受信する信号光と、局部発振器301が出力する局発光との干渉波形を測定するコヒーレント受信を行う。 FIG. 12 is a schematic block diagram showing a configuration of an optical transmission system 200 that performs digital coherent transmission. In the digital coherent transmission method, the optical coherent receiving unit 300 included in the optical receiving device 220 performs coherent reception for measuring the interference waveform between the received signal light and the local emission output from the local oscillator 301.

コヒーレント受信を行う場合、偏波ダイバーシティ受信器が用いられることが多いが、図12では、構成の説明を簡単にするため、光コヒーレント受信部300として、位相ダイバーシティ受信器を適用した例を示している。信号光と局発光の周波数をそれぞれf、 fLOとすると、光コヒーレント受信部300が出力する信号電流のI(In-Phase)成分、およびQ(Quadrature)成分はそれぞれ次式(1)及び次式(2)により表される。 When coherent reception is performed, a polarization diversity receiver is often used, but FIG. 12 shows an example in which a phase diversity receiver is applied as the optical coherent receiver 300 in order to simplify the explanation of the configuration. There is. Assuming that the frequencies of the signal light and the local emission are f 0 and f LO , respectively, the I (In-Phase) component and the Q (Quadrature) component of the signal current output by the optical coherent receiver 300 are the following equations (1) and Q (Quadrature), respectively. It is expressed by the following equation (2).

Figure 0006985597
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Figure 0006985597
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式(1)及び式(2)においてφ(t)は、信号光の位相変調成分である。αは、局発光と信号光の位相差のオフセット成分を示しており時間的に一定である。fIFは、信号光と局発光との周波数差であり次式(3)により求められる。 In the equations (1) and (2), φ m (t) is a phase modulation component of the signal light. α indicates an offset component of the phase difference between the local emission and the signal light, and is constant in time. f IF is the frequency difference between the signal light and the local emission, and is obtained by the following equation (3).

Figure 0006985597
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式(1)〜式(3)より、受信信号の複素振幅は、次式(4)として表される。 From equations (1) to (3), the complex amplitude of the received signal is expressed as the following equation (4).

Figure 0006985597
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ADC(Analog-to-Digital Converter)302は、光コヒーレント受信部300が出力する複素振幅で表されるアナログ出力をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理部303は、例えば、DSP(Digital Signal Processor)であり、等化器310、周波数オフセット補償部311及び位相オフセット補償部312を備える。等化器310は、ADC302が出力するデジタル信号に対して、適応等化処理を行い、伝搬によって生じた波形歪、例えば、波長分散、偏波モード分散、偏波回転等を補償する。 The ADC (Analog-to-Digital Converter) 302 converts an analog output represented by a complex amplitude output by the optical coherent receiving unit 300 into a digital signal. The digital signal processing unit 303 is, for example, a DSP (Digital Signal Processor), and includes an equalizer 310, a frequency offset compensation unit 311 and a phase offset compensation unit 312. The equalizer 310 performs adaptive equalization processing on the digital signal output by the ADC 302 to compensate for waveform distortion caused by propagation, such as wavelength dispersion, polarization mode dispersion, polarization rotation, and the like.

式(4)に示される通り、受信信号の位相は、位相変調成分φ(t)に対して周波数オフセット成分2πfIFtが重畳された形となっている。そのため、IQ平面上では時間の経過とともにシンボルの位相が回転することになり、シンボルの位相を正しく検出することができない。シンボルの周期をTとすれば、1シンボルあたりの回転量は2πfIFnTとなる(nは、0を含む正の整数である)。この位相回転量2πfIFnTが、上述した周波数オフセット量であり、信号光と局発光の周波数差fIFに比例する量である。 As shown in the equation (4), the phase of the received signal has a form in which the frequency offset component 2πf IF t is superimposed on the phase modulation component φ m (t). Therefore, on the IQ plane, the phase of the symbol rotates with the passage of time, and the phase of the symbol cannot be detected correctly. If the period of the symbol is T, the amount of rotation per symbol is 2πf IF nT (n is a positive integer including 0). This phase rotation amount 2πf IF nT is the frequency offset amount described above, and is an amount proportional to the frequency difference f IF between the signal light and the station emission.

光受信装置220では、周波数オフセット補償部311が行うデジタル信号処理により、受信信号に対してIQ平面上で周波数オフセット成分2πfIFnTとは逆向きで大きさの等しい回転を与えることにより受信信号の位相の検出が可能になるように補償する。その後、位相オフセット補償部312が、時間的に一定の位相オフセット成分αを除去する処理を行うことにより送信信号のコンスタレーションを再現することができる。出力部304は、位相オフセット補償部312の出力信号を復号して外部に出力する。 In the optical receiver 220, the frequency offset compensating unit 311 performs digital signal processing to give the received signal a rotation of the same magnitude in the opposite direction to the frequency offset component 2πf IF nT on the IQ plane. Compensate to enable phase detection. After that, the phase offset compensation unit 312 can reproduce the constellation of the transmission signal by performing a process of removing the phase offset component α which is constant in time. The output unit 304 decodes the output signal of the phase offset compensation unit 312 and outputs it to the outside.

トレーニング信号を用いる手法では、送信信号のある特定の区間に送信するトレーニング符号系列を受信側において解析することにより周波数オフセット量を推定する。トレーニング符号系列は、例えば、BPSKの場合、0またはπの系列となる。 In the method using a training signal, the frequency offset amount is estimated by analyzing the training code sequence transmitted to a specific section of the transmission signal on the receiving side. The training code sequence is, for example, a sequence of 0 or π in the case of BPSK.

トレーニング符号系列の解析によって周波数オフセット量の推定を行うためには、符号系列の先頭位置を検出する必要がある。図13に示すように、光送信装置210から送信される個々のバースト信号のフォーマットは、先頭からプリアンブル400、ペイロード401、エンドオブバースト402のフィールドに分かれている。 In order to estimate the frequency offset amount by analyzing the training code sequence, it is necessary to detect the head position of the code sequence. As shown in FIG. 13, the format of each burst signal transmitted from the optical transmission device 210 is divided into fields of the preamble 400, the payload 401, and the end of burst 402 from the beginning.

ペイロード401には、送信データ系列が含まれる。プリアンブル400には、デジタル信号処理部303が処理するデータが含まれている。プリアンブル400のフィールドの先頭から長さLの区間と、その後に続く長さLの区間の2区間のそれぞれに、タイミング検出用トレーニング符号系列410と、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列411とが含まれる。 The payload 401 contains a transmission data sequence. The preamble 400 contains data processed by the digital signal processing unit 303. A training code sequence 410 for timing detection and a training code sequence 411 for frequency offset estimation are provided in each of the two sections of the length L t from the beginning of the field of the preamble 400 and the section of the length L f that follows. included.

光受信装置220のデジタル信号処理部303の周波数オフセット補償部311は、図14に示すように、最初に、タイミング検出部500が、タイミング検出用トレーニング符号系列410を解析してタイミングを検出、すなわちトレーニング信号の先頭位置を検出する。その後、先頭位置からL後に存在する周波数オフセット推定用トレーニング符号系列411が乗算器503に与えられると、当該符号系列を対象として解析が行われ周波数オフセット量が求められる。 As shown in FIG. 14, in the frequency offset compensation unit 311 of the digital signal processing unit 303 of the optical receiver 220, the timing detection unit 500 first analyzes the timing detection training code sequence 410 to detect the timing, that is, Detects the beginning position of the training signal. After that, when the training code sequence 411 for frequency offset estimation existing after L t from the head position is given to the multiplier 503, the analysis is performed for the code sequence and the frequency offset amount is obtained.

(タイミング検出用トレーニング符号系列の解析)
タイミング検出部500によるタイミング検出用トレーニング符号系列410の解析手法について説明する。タイミング検出に用いるタイミング検出用トレーニング符号系列410をs(n)とし、s(n)の先頭位置を、n=nとする。このとき、s(n)は、n≦n≦n+L/2において次式(5)に示される関係を満たす符号系列である。
(Analysis of training code sequence for timing detection)
The analysis method of the training code sequence 410 for timing detection by the timing detection unit 500 will be described. The timing detection training code sequence 410 used for timing detection is s (n), and the head position of s (n) is n = n 0 . At this time, s (n) is a code sequence satisfying the relationship shown in the following equation (5) in n 0 ≦ n ≦ n 0 + L t / 2.

Figure 0006985597
Figure 0006985597

式(5)に示される通り、s(n)は、系列長がLで、先頭からL/2番目までの符号系列と、L/2番目からL番目までの符号系列が一致する符号系列である。シンボル時間t=nTにおける周波数オフセットを含んだ受信信号は、式(4)より、nの関数として、次式(6)で表される。 As shown in equation (5), s (n) is the sequence length L t, and the code sequence from the head to L t / 2 second, the code sequence from the L t / 2-th to L t th matching It is a code series to be used. The received signal including the frequency offset at the symbol time t = nT is represented by the following equation (6) as a function of n from the equation (4).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

式(6)において、φ(n)は、s(n)、すなわちタイミング検出用トレーニング符号系列410に対応する位相変調であり、BPSKの場合、0またはπの値となる。受信信号r(n)のn番目のシンボルと、n+L/2番目のシンボルの差動成分d(n)は、式(6)より、次式(7)で表される。 In the equation (6), φ m (n) is s (n), that is, the phase modulation corresponding to the training code sequence 410 for timing detection, and in the case of BPSK, it is a value of 0 or π. The nth symbol of the received signal r (n) and the differential component d (n) of the n + L t / second symbol are represented by the following equation (7) from the equation (6).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

r(n+L/2)の「*」は、複素共役を意味する。任意の位置n=n’からn=n’+L/2までのd(n)の和を算出すると次式(8)となる。 The "*" in r (n + L t / 2) * means the complex conjugate. The following equation (8) is obtained by calculating the sum of d (n) from an arbitrary position n = n'to n = n'+ L t / 2.

Figure 0006985597
Figure 0006985597

ここで、式(5)より、n≦n≦n+L/2の場合、次式(9)が成り立つ。 Here, from the equation (5), when n 0 ≤ n ≤ n 0 + L t / 2, the following equation (9) holds.

Figure 0006985597
Figure 0006985597

したがって、式(8)は、次式(10)となる。 Therefore, the equation (8) becomes the following equation (10).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

式(10)において、右辺第1項は、ランダムな位相を有するベクトルの和であり、互いに打ち消し合う成分が存在する。これに対して、第2項は、nに依存しない同一ベクトルの和であり、これらの成分は互いに強め合う。そのため、式(10)の第2項に含まれるベクトルの数が、第1項に含まれるベクトルの数に比べて多い場合ほど、D(n’)の値は増大する。n’=nの場合、式(10)の右辺第1項の成分は0となりD(n’)の値が最大となる。 In the equation (10), the first term on the right side is the sum of vectors having random phases, and there are components that cancel each other out. On the other hand, the second term is the sum of the same vectors that do not depend on n, and these components strengthen each other. Therefore, when the number of vectors included in the second term of the equation (10) is larger than the number of vectors included in the first term, the value of D (n') increases. When n'= n 0 , the component of the first term on the right side of the equation (10) becomes 0, and the value of D (n') becomes the maximum.

以上の手順により、タイミング検出部500は、|D(n’)|の最大値を検出してタイミング検出用トレーニング符号系列410の先頭位置nを算出する。タイミング検出用トレーニング符号系列410の系列長はLであることから、nにLを加えることで周波数オフセット推定用トレーニング符号系列411の先頭位置も算出することができる。これにより、タイミング検出部500は、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列411に対応する受信信号r(n)を乗算器503に出力するタイミング検出を行うことが可能となる。当該タイミングの検出手法において、トレーニング信号の先頭位置の検出の精度を高めるには式(10)の第2項の値を増大させる必要があり、そのためには、タイミング検出用トレーニング符号系列410の系列長Lを長くする必要がある。 By the above procedure, the timing detection unit 500 detects the maximum value of | D (n') | and calculates the head position n 0 of the timing detection training code sequence 410. Since the sequence length of the timing detection training code sequence 410 is L t , the head position of the frequency offset estimation training code sequence 411 can also be calculated by adding L t to n 0. This enables the timing detection unit 500 to perform timing detection for outputting the received signal r (n) corresponding to the training code sequence 411 for frequency offset estimation to the multiplier 503. In the timing detection method, it is necessary to increase the value of the second term of the equation (10) in order to improve the accuracy of detecting the head position of the training signal, and for that purpose, the sequence of the training code sequence 410 for timing detection. there is a need to increase the length L t.

(周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の解析)
図14を参照しつつ、周波数オフセット補償部311が行う周波数オフセット量の推定の手順について説明する。図14に示すトレーニング信号生成部501が、予め与えられる周波数オフセット推定用トレーニング符号系列411からトレーニング信号を生成して出力する。トレーニング符号系列のシンボルから生成されるトレーニング信号は、式(4)より、nの関数として、次式(11)として表される。
(Analysis of training code sequence for frequency offset estimation)
The procedure for estimating the frequency offset amount performed by the frequency offset compensation unit 311 will be described with reference to FIG. 14. The training signal generation unit 501 shown in FIG. 14 generates and outputs a training signal from the training code sequence 411 for frequency offset estimation given in advance. The training signal generated from the symbols of the training code sequence is represented by the following equation (11) as a function of n from the equation (4).

Figure 0006985597
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これに対して、タイミング検出部500が出力する周波数オフセット推定用トレーニング符号系列411に対応する受信信号r(n)は、上記の式(6)の通りであり、この式を次式(12)として再掲する。 On the other hand, the received signal r (n) corresponding to the training code sequence 411 for frequency offset estimation output by the timing detection unit 500 is as described in the above equation (6), and this equation is referred to as the following equation (12). Reposted as.

Figure 0006985597
Figure 0006985597

タイミング検出部500は、上述した通り、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列411の先頭位置を検出し、検出した先頭位置以降のシンボルを含む受信信号r(n)を出力する。しかし、タイミング検出部500によるタイミングの検出おいて、シンボルの検出位置に誤差Δn(ここで、Δnは、整数であり、…−3,−2,−1,0,1,2,3,…のいずれかの値である)が生じる場合がある。以下、当該誤差Δnを含めた説明を行う。 As described above, the timing detection unit 500 detects the head position of the training code sequence 411 for frequency offset estimation, and outputs the received signal r (n) including the symbols after the detected head position. However, in the timing detection by the timing detection unit 500, an error Δn (where Δn is an integer, ... -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ... Is one of the values) may occur. Hereinafter, the description including the error Δn will be described.

乗算器503は、位置の誤差を含む受信信号r(n+Δn)と、複素共役器502が出力するトレーニング信号t(n)の複素共役t(n)とを乗算することにより、受信信号r(n+Δn)と、トレーニング信号t(n)との差動成分d’(n)を算出する。差動成分d’(n)は、次式(13)として表される。 The multiplier 503 multiplies the received signal r (n + Δn) including the position error by the complex conjugate t (n) * of the training signal t (n) output by the complex conjugate 502 to obtain the received signal r (n). The differential component d'(n) between n + Δn) and the training signal t (n) is calculated. The differential component d'(n) is expressed as the following equation (13).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

遅延器504は、乗算器503が出力する差動成分d’(n)を取り込み、1シンボル遅延させたd’(n+1)を出力する。複素共役器505は、d’(n+1)を取り込み、複素共役d’(n+1)を出力する。乗算器506は、差動成分d’(n)と、複素共役器505が出力するd’(n+1)を乗算し、次式(14)で表される1シンボル遅延差動成分を算出する。 The delay device 504 takes in the differential component d'(n) output by the multiplier 503 and outputs d'(n + 1) delayed by one symbol. The complex conjugate 505 takes in d'(n + 1) and outputs the complex conjugate d'(n + 1) *. The multiplier 506 multiplies the differential component d'(n) by the d'(n + 1) * output by the complex conjugate 505 to calculate the one-symbol delay differential component represented by the following equation (14). ..

Figure 0006985597
Figure 0006985597

式(14)において、タイミング検出の誤差Δnが0の場合、次式(15)となる。 In the equation (14), when the timing detection error Δn is 0, the following equation (15) is obtained.

Figure 0006985597
Figure 0006985597

したがって、周波数オフセット量は、次式(16)で表される通り、式(15)の偏角として求められることになる。 Therefore, the frequency offset amount is obtained as the declination angle of the equation (15) as expressed by the following equation (16).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

実際の伝送では、受信信号は、伝送による雑音の影響を受けるため、当該雑音の影響を除去する必要があり、そのために、複数の1シンボル遅延差動成分d’(n)d’(n+1)のベクトル平均を算出する。ベクトル平均器507は、乗算器506が出力する1シンボル遅延差動成分を、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列411の系列長Lにわたって式(15)のベクトル平均を算出する。偏角器508は、ベクトル平均器507が算出したベクトル平均の偏角を出力する。これにより、次式(17)に示すように周波数オフセット量が求められる。 In actual transmission, the received signal is affected by noise due to transmission, so it is necessary to remove the influence of the noise, and therefore, a plurality of 1-symbol delay differential components d'(n) d'(n + 1). Calculate the vector average of *. Vector averager 507, a one-symbol delay differential component from the multiplier 506 is output, calculates a vector mean of formula (15) over the sequence length L f of the frequency offset estimation training code sequence 411. The decliner 508 outputs the declination of the vector average calculated by the vector averager 507. As a result, the frequency offset amount is obtained as shown in the following equation (17).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

なお、次式(18)のように偏角の平均を算出することによっても周波数オフセット量を求めることができる。 The frequency offset amount can also be obtained by calculating the average of the declinations as in the following equation (18).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

以上のように、受信信号に含まれるトレーニング信号と、予め与えられる周波数オフセット推定用トレーニング符号系列411から生成したトレーニング信号とを用いて周波数オフセット量を算出することができる。周波数オフセット補償部311の周波数オフセット補償処理部509は、算出した周波数オフセット量を用いて受信信号の周波数オフセットを行い、周波数オフセットを補償した受信信号を出力する。 As described above, the frequency offset amount can be calculated using the training signal included in the received signal and the training signal generated from the training code sequence 411 for frequency offset estimation given in advance. The frequency offset compensation processing unit 509 of the frequency offset compensation unit 311 performs frequency offset of the received signal using the calculated frequency offset amount, and outputs the received signal compensated for the frequency offset.

ところで、上記の手順では、式(14)から分かるように、タイミング検出の際の位置の誤差Δnが、1シンボル以上生じると、周波数オフセット量を算出する演算を行うことが困難になる。そのため、トレーニング信号を用いる非特許文献3に示される手法等において、タイミング検出部500によるタイミング検出用トレーニング符号系列410の先頭位置の検出には高い精度が求められる。しかしながら、高い精度で位置検出を行うためには、タイミング検出用トレーニング符号系列410の系列長を長くする必要があり、アクセスネットワークにおける周波数オフセット量の推定技術として適用することが難しいという問題がある。 By the way, in the above procedure, as can be seen from the equation (14), when the position error Δn at the time of timing detection occurs by one symbol or more, it becomes difficult to perform the calculation for calculating the frequency offset amount. Therefore, in the method shown in Non-Patent Document 3 using a training signal, high accuracy is required for the timing detection unit 500 to detect the head position of the timing detection training code sequence 410. However, in order to perform position detection with high accuracy, it is necessary to lengthen the sequence length of the training code sequence 410 for timing detection, and there is a problem that it is difficult to apply it as a technique for estimating the frequency offset amount in the access network.

上記事情に鑑み、本発明は、デジタルコヒーレント方式において、推定する周波数範囲が広く、少ないトレーニング符号系列で周波数オフセット量の推定を行うことができる技術の提供を目的としている。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a technique for estimating a frequency offset amount with a wide estimation frequency range and a small number of training code sequences in a digital coherent method.

本発明の一態様は、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列を含む予め定められるトレーニング符号系列に基づいて生成される第1のトレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信し、受信した前記コヒーレント光信号から得られる受信信号に含まれる前記第1のトレーニング信号を用いて前記受信信号の周波数オフセットの補償を行う光受信装置であって、前記受信信号に含まれる前記第1のトレーニング信号から前記トレーニング符号系列に含まれる前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の一部又は全てを含む区間であって、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長に対応する長さの前記第1のトレーニング信号を周波数オフセット推定用の受信トレーニング信号として検出するタイミング検出部と、検出した前記受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分と、自装置が予め記憶している前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成される第2のトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分と、に基づいて周波数オフセット量を算出する周波数オフセット推定部と、を備え、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列は、多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成される信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が所定の角度となる符号系列である光受信装置である。 One embodiment of the present invention receives a coherent optical signal including a first training signal generated based on a predetermined training code sequence including a training code sequence for frequency offset estimation , and obtains the coherent optical signal from the received coherent optical signal. An optical receiver that compensates for the frequency offset of the received signal using the first training signal included in the received signal, from the first training signal included in the received signal to the training code sequence. a section including a part or all of the frequency offset estimation training code sequence contained, the frequency offset estimation training code sequence of a sequence for frequency offset estimation with the first training signal of a length corresponding to the length The first is generated based on the timing detection unit detected as the received training signal of the above, the one-symbol delay differential component of the detected received training signal, and the training code sequence for frequency offset estimation stored in advance by the own device . The training code sequence for frequency offset estimation includes a one-symbol delay differential component of two training signals and a frequency offset estimation unit that calculates a frequency offset amount based on the two training signals, and the training code sequence for frequency offset estimation is composed of multi-valued phase modulation symbols. argument of the vector average of one symbol delay differential component of the signal that a code sequence Ru generated based on the frequency offset estimate for training code sequence is a light receiving device is a code sequence at a predetermined angle.

本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列は、当該周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成される前記第1及び第2のトレーニング信号それぞれの1シンボル遅延差動成分のベクトル平均を算出した場合、互いに打ち消し合わずに強め合い、かつ前記ベクトル平均の偏角が所定の角度となる符号系列である。 One aspect of the present invention is the above-described optical receiving apparatus, said frequency offset estimation training code sequence, said first and second training signals are generated based on those said frequency offset estimation training code sequence When the vector average of each one-symbol delay differential component is calculated, it is a code sequence in which the vector averages are strengthened without canceling each other and the declination angle of the vector averages is a predetermined angle.

本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記トレーニング符号系列は、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の前後、または前か後ろのいずれか一方に冗長符号系列が付加されており、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の前に前記冗長符号系列が付加される場合、前記冗長符号系列は、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の最後を含む部分系列であって前記冗長符号系列と同じ系列長の部分系列と同一の符号系列であり、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の後ろに前記冗長符号系列が付加えられる場合、前記冗長符号系列は、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の最初を含む部分系列であって前記冗長符号系列と同じ系列長の部分系列と同一の符号系列である。 One aspect of the present invention is the optical receiver described above, wherein the training code sequence has a redundant code sequence added to either the front or the back, or the front or the back of the training code sequence for frequency offset estimation. When the redundant code sequence is added before the training code sequence for frequency offset estimation, the redundant code sequence is a partial sequence including the end of the training code sequence for frequency offset estimation, and is the same as the redundant code sequence. When the code sequence is the same as a partial sequence having the same sequence length and the redundant code sequence is added after the training code sequence for frequency offset estimation, the redundant code sequence is the training code sequence for frequency offset estimation. It is a partial sequence including the first and has the same code sequence as the partial sequence having the same sequence length as the redundant code sequence.

本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記タイミング検出部は、前記受信信号がバースト信号である場合、前記バースト信号の光強度と、予め定められる閾値とに基づいて前記受信トレーニング信号を検出する。 One aspect of the present invention is the above-mentioned optical receiving device, and when the received signal is a burst signal, the timing detection unit receives the light based on the light intensity of the burst signal and a predetermined threshold value. Detect training signals.

本発明の一態様は、受信したコヒーレント光信号から得られる受信信号の周波数オフセットの補償を行う光受信装置における周波数オフセット推定方法であって、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列を含む予め定められるトレーニング符号系列に基づいて生成される第1のトレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信し、受信した前記コヒーレント光信号から得られる受信信号に含まれる前記第1のトレーニング信号から前記トレーニング符号系列に含まれる前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の一部又は全てを含む区間であって、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長に対応する長さの前記第1のトレーニング信号を周波数オフセット推定用の受信トレーニング信号として検出し、検出した前記受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分と、前記光受信装置が予め記憶している前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成される第2のトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分と、に基づいて周波数オフセット量を算出し、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列は、多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成される信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が所定の角度となる符号系列である周波数オフセット推定方法である。 One aspect of the present invention is a frequency offset estimation method in an optical receiver that compensates for the frequency offset of a received signal obtained from a received coherent optical signal, and is a predetermined training code including a training code sequence for frequency offset estimation. The coherent optical signal including the first training signal generated based on the sequence is received, and the first training signal included in the received signal obtained from the received coherent optical signal is included in the training code sequence. Receive training for frequency offset estimation of the first training signal having a length corresponding to the sequence length of the frequency offset estimation training code sequence, which is a section including a part or all of the frequency offset estimation training code sequence. was detected as a signal, a one-symbol delay differential component of the detected said received training signal, a second training said optical receiving device is generated based on distichum wavenumber offset estimation training code sequence before stored in advance The frequency offset amount is calculated based on the one-symbol delay differential component of the signal, and the frequency offset estimation training code sequence is a code sequence consisting of multi-valued phase modulation symbols and the frequency offset estimation training. This is a frequency offset estimation method, which is a code sequence in which the deviation angle of the vector average of the one-symbol delay differential component of the signal generated based on the code sequence is a predetermined angle.

本発明により、デジタルコヒーレント方式において、推定する周波数範囲が広く、少ないトレーニング符号系列で周波数オフセット量の推定を行うことが可能となる。 According to the present invention, in the digital coherent method, the frequency range to be estimated is wide, and it is possible to estimate the frequency offset amount with a small number of training code sequences.

本発明の第1の実施形態における光伝送システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical transmission system in 1st Embodiment of this invention. 同実施形態の光送信装置において生成されるバーストフレームの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the burst frame generated in the optical transmission apparatus of the same embodiment. 同実施形態の周波数オフセット補償部の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the frequency offset compensation part of the same embodiment. 同実施形態のタイミング検出部及び周波数オフセット推定部による処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of processing by the timing detection part and the frequency offset estimation part of the same embodiment. 同実施形態におけるIQ平面における周波数オフセット量を説明する図である。It is a figure explaining the frequency offset amount in the IQ plane in the same embodiment. 同実施形態において周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に付加する冗長符号系列の例を示す図(その1)である。It is a figure (the 1) which shows the example of the redundant code sequence added to the training code sequence for frequency offset estimation in the same embodiment. 同実施形態において周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に付加する冗長符号系列の例を示す図(その2)である。It is a figure (No. 2) which shows the example of the redundant code sequence added to the training code sequence for frequency offset estimation in the same embodiment. 第2の実施形態におけるIQ平面における周波数オフセット量を説明する図(その1)である。It is a figure (the 1) explaining the frequency offset amount in the IQ plane in the 2nd Embodiment. 同実施形態におけるIQ平面における周波数オフセット量を説明する図(その2)である。It is a figure (the 2) explaining the frequency offset amount in the IQ plane in the same embodiment. 第3の実施形態における先頭位置の検出手法を説明する図である。It is a figure explaining the detection method of the head position in 3rd Embodiment. PON方式の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a PON system. デジタルコヒーレント方式の光伝送システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical transmission system of a digital coherent system. PON方式におけるバースト信号の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the burst signal in the PON system. デジタルコヒーレント方式の光受信装置における周波数オフセット量の推定を行う構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the structure which estimates the frequency offset amount in a digital coherent type optical receiver.

(第1の実施形態)
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、第1の実施形態における光伝送システムSの構成を示す概略ブロック図である。光伝送システムSは、光送信装置1及び光受信装置2を備える。光送信装置1と光受信装置2とは、光伝送路3を介して通信可能に接続される。
(First Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of an optical transmission system S according to the first embodiment. The optical transmission system S includes an optical transmission device 1 and an optical reception device 2. The optical transmission device 1 and the optical reception device 2 are communicably connected via the optical transmission line 3.

光送信装置1は、フレーム生成部10、IQ信号生成部11及び光コヒーレント送信部12を備える。
フレーム生成部10は、外部から与えられる送信データを取り込み、図2に示すバーストフレーム10outを生成する。バーストフレーム10outは、先頭から順番にプリアンブル、ペイロード、エンドオブバーストの各フィールドを有する。フレーム生成部10は、外部から与えられる送信データをペイロードに含めてバーストフレーム10outを生成する。
The optical transmission device 1 includes a frame generation unit 10, an IQ signal generation unit 11, and an optical coherent transmission unit 12.
The frame generation unit 10 takes in transmission data given from the outside and generates the burst frame 10out shown in FIG. The burst frame 10out has each field of preamble, payload, and end of burst in order from the beginning. The frame generation unit 10 includes the transmission data given from the outside in the payload to generate the burst frame 10out.

また、フレーム生成部10は、内部の記憶領域に予め記憶する系列長がLのタイミング検出用トレーニング符号系列60と、系列長がLの周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70とをプリアンブルに含めてバーストフレーム10outを生成する。第1の実施形態では、後述する光受信装置2が行うトレーニング信号の先頭位置の検出手法に、上述したタイミング検出部500の手法が適用される。そのため、フレーム生成部10がプリアンブルに含めるタイミング検出用トレーニング符号系列60は、上記の式(5)の関係を満たす符号系列である。 Further, the frame generation unit 10 includes in the preamble a training code sequence 60 for timing detection having a sequence length of L t and a training code sequence 70 for frequency offset estimation having a sequence length of L f , which are stored in advance in the internal storage area. Burst frame 10out is generated. In the first embodiment, the method of the timing detection unit 500 described above is applied to the method of detecting the head position of the training signal performed by the optical receiver 2 described later. Therefore, the timing detection training code sequence 60 included in the preamble by the frame generation unit 10 is a code sequence that satisfies the relationship of the above equation (5).

なお、以下の説明において、「トレーニング符号系列」と記載した場合、タイミング検出用トレーニング符号系列60及び周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の両方を含んだ符号系列を意味するものとする。ただし、後述するプリアンブルにタイミング検出用トレーニング符号系列60が含まれない構成の場合に「トレーニング符号系列」と記載したときは、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70を意味する。 In the following description, the term "training code sequence" means a code sequence including both the training code sequence 60 for timing detection and the training code sequence 70 for frequency offset estimation. However, when the description "training code sequence" is used in the case where the preamble described later does not include the training code sequence 60 for timing detection, it means the training code sequence 70 for frequency offset estimation.

IQ信号生成部11は、フレーム生成部10が生成したバーストフレーム10outを取り込み、I成分とQ成分の変調信号11outを生成する。第1の実施形態では、例えば、IQ信号生成部11は、BSPK(Binary Phase shift Keying)により変調信号を生成するものとする。 The IQ signal generation unit 11 takes in the burst frame 10out generated by the frame generation unit 10 and generates the modulation signal 11out of the I component and the Q component. In the first embodiment, for example, the IQ signal generation unit 11 shall generate a modulated signal by BSDK (Binary Phase shift Keying).

光コヒーレント送信部12は、IQ信号生成部11が生成したI成分とQ成分の変調信号を用いて、内部に備える光源が出力する光を変調することによりコヒーレント光信号の送信信号を生成する。光コヒーレント送信部12は、生成した送信信号を、光伝送路3を介して光受信装置2に送信する。 The optical coherent transmission unit 12 generates a transmission signal of a coherent optical signal by modulating the light output by the internal light source by using the modulation signals of the I component and the Q component generated by the IQ signal generation unit 11. The optical coherent transmission unit 12 transmits the generated transmission signal to the optical receiver 2 via the optical transmission path 3.

光受信装置2は、光コヒーレント受信部20、局部発振器21、ADC22、デジタル信号処理部23及び出力部24を備える。 The optical receiving device 2 includes an optical coherent receiving unit 20, a local oscillator 21, an ADC 22, a digital signal processing unit 23, and an output unit 24.

光コヒーレント受信部20は、位相ダイバーシティ方式により光伝送路3を介して受信する受信光と、局部発振器21が出力する局発光の干渉波形を測定するコヒーレント受信を行いI成分とQ成分のアナログ信号を出力する。 The optical coherent receiving unit 20 performs coherent reception for measuring the interference waveform of the received light received via the optical transmission line 3 by the phase diversity method and the station emission output by the local oscillator 21, and is an analog signal of the I component and the Q component. Is output.

ADC22は、光コヒーレント受信部20から出力されたI成分とQ成分のアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理部23は、例えば、DSPであり、等化器31、周波数オフセット補償部32及び位相オフセット補償部33を備える。等化器31は、ADC22が出力するデジタル信号に対して、適応等化処理を行い、伝搬によって生じた波形歪、例えば、波長分散、偏波モード分散、偏波回転等を補償した受信信号31outを出力する。 The ADC 22 converts the analog signals of the I component and the Q component output from the optical coherent receiving unit 20 into digital signals. The digital signal processing unit 23 is, for example, a DSP, and includes an equalizer 31, a frequency offset compensation unit 32, and a phase offset compensation unit 33. The equalizer 31 performs adaptive equalization processing on the digital signal output by the ADC 22, and compensates for waveform distortion caused by propagation, for example, wavelength dispersion, polarization mode dispersion, polarization rotation, etc., received signal 31out. Is output.

周波数オフセット補償部32は、等化器31が出力する受信信号31outに含まれるトレーニング信号を用いて周波数オフセット量を算出する。また、周波数オフセット補償部32は、算出した周波数オフセット量を用いて、等化器31が出力する受信信号31outに対して逆回転演算を行い、周波数オフセットの位相回転を取り除いた受信信号32outを出力する。 The frequency offset compensation unit 32 calculates the frequency offset amount using the training signal included in the received signal 31out output by the equalizer 31. Further, the frequency offset compensation unit 32 performs a reverse rotation calculation on the received signal 31out output by the equalizer 31 using the calculated frequency offset amount, and outputs the received signal 32out from which the phase rotation of the frequency offset is removed. do.

位相オフセット補償部33は、周波数オフセット補償部32が出力する受信信号32outから時間的に一定の位相オフセット成分を取り除き、送信信号のコンスタレーションが再現された受信信号33outを出力する。出力部24は、受信信号33outを復号して外部に出力する。 The phase offset compensation unit 33 removes a temporally constant phase offset component from the reception signal 32out output by the frequency offset compensation unit 32, and outputs a reception signal 33out in which the constellation of the transmission signal is reproduced. The output unit 24 decodes the received signal 33out and outputs it to the outside.

図3は、周波数オフセット補償部32の内部構成を示すブロック図である。周波数オフセット補償部32は、タイミング検出部320、トレーニング信号解析部321、周波数オフセット推定部322及び周波数オフセット補償処理部323を備える。 FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of the frequency offset compensation unit 32. The frequency offset compensation unit 32 includes a timing detection unit 320, a training signal analysis unit 321, a frequency offset estimation unit 322, and a frequency offset compensation processing unit 323.

タイミング検出部320は、受信信号31outに含まれるトレーニング信号の位置を検出する。第1の実施形態では、上述したように、タイミング検出部320によるトレーニング信号の先頭位置の検出手法として、タイミング検出部500による手法が適用される。 The timing detection unit 320 detects the position of the training signal included in the received signal 31out. In the first embodiment, as described above, the method by the timing detection unit 500 is applied as the method for detecting the head position of the training signal by the timing detection unit 320.

トレーニング信号解析部321は、トレーニング信号生成部41、遅延器42、複素共役器43、乗算器44、ベクトル平均器45及び偏角器46を備える。周波数オフセット推定部322は、遅延器51、複素共役器52、乗算器53、ベクトル平均器54、偏角器55及び減算器56を備える。 The training signal analysis unit 321 includes a training signal generation unit 41, a delay device 42, a complex conjugate device 43, a multiplier 44, a vector averager 45, and an argument device 46. The frequency offset estimation unit 322 includes a delay device 51, a complex conjugate device 52, a multiplier 53, a vector averager 54, a decliner 55, and a subtractor 56.

トレーニング信号解析部321において、トレーニング信号生成部41は、予め与えられる周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70からトレーニング信号t(n)を生成して出力する。予め与えられる周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70は、以下のような手段によってトレーニング信号生成部41の内部の記憶領域に予め記憶されているものとする。例えば、通信品質の良い別の通信回線を介して光受信装置2が光送信装置1から受信したり、記録媒体から光受信装置2が読み出したりする等の手段によって光受信装置2が周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の情報を内部に取り込む。トレーニング信号生成部41は、取り込まれた周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の情報を内部の記憶領域に予め書き込んで記憶させておく。 In the training signal analysis unit 321 the training signal generation unit 41 generates and outputs a training signal t (n) from the training code sequence 70 for frequency offset estimation given in advance. It is assumed that the training code sequence 70 for frequency offset estimation given in advance is stored in advance in the internal storage area of the training signal generation unit 41 by the following means. For example, the optical receiving device 2 estimates the frequency offset by means such as the optical receiving device 2 receiving from the optical transmitting device 1 or the optical receiving device 2 reading from the recording medium via another communication line having good communication quality. The information of the training code sequence 70 is taken in internally. The training signal generation unit 41 writes and stores the information of the captured training code sequence 70 for frequency offset estimation in the internal storage area in advance.

トレーニング信号解析部321及び周波数オフセット推定部322において、遅延器42,51は、取り込んだ信号に対して1シンボル遅延した信号を出力する。複素共役器43,52は、取り込んだ信号の複素共役の信号を出力する。乗算器44,53は、取り込んだ2つの信号を乗算し、乗算した結果を出力する。ベクトル平均器54は、定められる範囲のベクトルの総和を算出することによりベクトル平均を求めて出力する。偏角器46,55は、ベクトルの偏角を算出する。周波数オフセット推定部322において、減算器56は、取り込んだ2つの偏角の差分を算出して出力する。 In the training signal analysis unit 321 and the frequency offset estimation unit 322, the delay devices 42 and 51 output a signal delayed by one symbol with respect to the captured signal. The complex conjugates 43 and 52 output the complex conjugate signal of the captured signal. The multipliers 44 and 53 multiply the two captured signals and output the result of the multiplication. The vector averager 54 obtains and outputs a vector average by calculating the sum of the vectors in a predetermined range. The decliners 46 and 55 calculate the declination of the vector. In the frequency offset estimation unit 322, the subtractor 56 calculates and outputs the difference between the two captured declinations.

周波数オフセット補償処理部323は、周波数オフセット推定部322が算出する周波数オフセット量を用いて受信信号31outに対する周波数オフセットの補償を行う。 The frequency offset compensation processing unit 323 compensates for the frequency offset with respect to the received signal 31out using the frequency offset amount calculated by the frequency offset estimation unit 322.

(トレーニング信号の偏角θの算出)
周波数オフセット補償部32が受信信号31outを取り込む前に、トレーニング信号解析部321は、トレーニング信号の偏角θを算出する。トレーニング信号生成部41は、予め与えられる周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70からトレーニング信号t(n)を生成して出力する。
(Calculation of declination θ t of training signal)
Before the frequency offset compensation unit 32 captures the received signal 31out, the training signal analysis unit 321 calculates the declination θ t of the training signal. The training signal generation unit 41 generates and outputs a training signal t (n) from the training code sequence 70 for frequency offset estimation given in advance.

トレーニング符号系列は、例えば、BPSKの場合、0,πの2値の符号系列となり、トレーニング信号t(n)は、Aexpj(ωt),Aexpj(ωt+π)となる。なお、参考としてQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)の場合、トレーニング符号系列は、+1/4π,−1/4π,+3/4π,−3/4πの4値の符号系列となり、トレーニング信号t(n)は、Aexpj(ωt+1/4π),Aexpj(ωt−1/4π),Aexpj(ωt+3/4π),Aexpj(ωt−3/4π)となる。 For example, in the case of BPSK, the training code sequence is a binary code sequence of 0 and π, and the training signals t (n) are Aexpj (ωt) and Aexpj (ωt + π). For reference, in the case of QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), the training code sequence is a four-valued code sequence of + 1 / 4π, -1 / 4π, + 3 / 4π, and -3 / 4π, and the training signal t (n). Is Aexpj (ωt + 1 / 4π), Aexpj (ωt-1 / 4π), Aexpj (ωt + 3/4π), and Aexpj (ωt-3 / 4π).

遅延器42は、トレーニング信号t(n)を取り込み、取り込んだトレーニング信号t(n)の1シンボル遅延後の信号t(n+1)を出力する。複素共役器43は、遅延器42が出力するt(n+1)を取り込み、t(n+1)の複素共役t(n+1)を出力する。 The delay device 42 captures the training signal t (n) and outputs the signal t (n + 1) after one symbol delay of the captured training signal t (n). The complex conjugate 43 takes in the t (n + 1) output by the delayer 42 and outputs the complex conjugate t (n + 1) * of t (n + 1).

乗算器44は、トレーニング信号t(n)と、複素共役器43が出力するt(n+1)とを乗算し、1シンボル遅延差動成分Δt(n)を算出する。1シンボル遅延差動成分Δt(n)は、式(11)より、次式(19)として表される。 The multiplier 44 multiplies the training signal t (n) by the t (n + 1) * output by the complex conjugate 43 to calculate the one-symbol delay differential component Δt (n). The one-symbol delay differential component Δt (n) is expressed by the following equation (19) from the equation (11).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

なお、式(19)において、式(20)に示す置き換えを行っている。 In addition, in the equation (19), the replacement shown in the equation (20) is performed.

Figure 0006985597
Figure 0006985597

ベクトル平均器45により、Δt(n)を周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の系列長Lにわたってベクトル和を算出する。ベクトル平均器45が算出するベクトル和は、次式(21)により表される。 The vector averager 45 calculates the vector sum Δt a (n) over the sequence length L f of the frequency offset estimation training code sequence 70. The vector sum calculated by the vector averager 45 is expressed by the following equation (21).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

偏角器46は、ベクトル平均器45が出力するベクトル和の偏角、すなわちθを出力する。 The decliner 46 outputs the declination of the vector sum output by the vector averager 45, that is, θ t .

(周波数オフセット量を推定する処理の流れ)
次に、図4に示すフローチャートを参照しつつ、タイミング検出部320及び周波数オフセット推定部322による周波数オフセット量を演算により算出して推定する処理の流れについて説明する。
(Flow of processing to estimate the amount of frequency offset)
Next, the flow of processing for calculating and estimating the frequency offset amount by the timing detection unit 320 and the frequency offset estimation unit 322 by the timing detection unit 320 and the frequency offset estimation unit 322 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

タイミング検出部320は、等化器31が出力する受信信号31outを取り込み、タイミング検出用トレーニング符号系列60を用いて、第1の先頭位置として、受信信号31outに含まれるトレーニング信号の先頭位置を検出する。タイミング検出用トレーニング符号系列60の系列長はLである。そのため、タイミング検出部320は、第1の先頭位置に系列長Lに対応する信号長を加えて周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70に対応する区間のトレーニング信号の先頭位置、すなわち第2の先頭位置を検出する。タイミング検出部320は、検出した第2の先頭位置以降のシンボルを含む受信信号r(n)を受信トレーニング信号として出力する(ステップS101)。 The timing detection unit 320 captures the reception signal 31out output by the equalizer 31, and detects the head position of the training signal included in the reception signal 31out as the first head position using the timing detection training code sequence 60. do. The sequence length of the training code sequence 60 for timing detection is L t . Therefore, the timing detector 320, the head position of the training signal interval by adding a signal length corresponding to the sequence length L t in the first start position corresponding to the frequency offset estimation training code sequence 70, that is, the second head Detect the position. The timing detection unit 320 outputs the reception signal r (n) including the detected symbols after the second head position as a reception training signal (step S101).

なお、第1の実施形態では、タイミング検出部320による先頭位置の検出には、後述するように、誤差が含まれていることを前提としている。そのため、「受信トレーニング信号」の用語は、その中に「トレーニング信号」の用語を含んでいるが、検出誤差のために周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70以外の系列を一部に含んでいる可能性があるものとして以下の説明を行う。 In the first embodiment, it is premised that the detection of the head position by the timing detection unit 320 includes an error, as will be described later. Therefore, the term "received training signal" includes the term "training signal" in it, but it is possible that some sequences other than the training code sequence 70 for frequency offset estimation are included due to a detection error. The following explanation will be given assuming that there is a property.

遅延器51は、タイミング検出部320が出力する受信信号r(n)を取り込み、取り込んだ受信信号r(n)の1シンボル遅延後の信号r(n+1)を出力する。複素共役器52は、遅延器51が出力するr(n+1)を取り込み、r(n+1)の複素共役r(n+1)を出力する。乗算器53は、受信信号r(n)と、複素共役器52が出力するr(n+1)とを乗算し、1シンボル遅延差動成分Δr(n)を算出する(ステップS102)。1シンボル遅延差動成分Δr(n)は、式(12)より、次式(22)として表される。 The delay device 51 captures the received signal r (n) output by the timing detection unit 320, and outputs the signal r (n + 1) after one symbol delay of the captured received signal r (n). The complex conjugate 52 takes in the r (n + 1) output by the delayer 51 and outputs the complex conjugate r (n + 1) * of r (n + 1). The multiplier 53 multiplies the received signal r (n) by the r (n + 1) * output by the complex conjugate 52 to calculate the one-symbol delay differential component Δr (n) (step S102). The one-symbol delay differential component Δr (n) is expressed by the following equation (22) from the equation (12).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

式(22)より、隣接シンボル間の1シンボル遅延差動成分Δr(n)の位相は、周波数オフセット成分2πfIFTと隣接シンボル間の変調位相差Δθの和で表されることが分かる。これより、周波数オフセット量は、1シンボル遅延差動成分Δr(n)の偏角を用いて、次式(23)により求めることができる。 From equation (22), the phase of the one-symbol delay differential component Δr between adjacent symbols (n) is expressed it can be seen that the sum of the modulation phase difference Δθ between the adjacent symbols and the frequency offset component 2 [pi] f IF T. From this, the frequency offset amount can be obtained by the following equation (23) using the declination of the one-symbol delay differential component Δr (n).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

なお、式(23)に示す関係をIQ平面上において示すと図5(a)となる。また、式(23)により周波数オフセット量を推定する場合、推定可能な周波数オフセット量の範囲は、次式(24)で示す通りとなる。 The relationship shown in the equation (23) is shown in FIG. 5 (a) on the IQ plane. Further, when the frequency offset amount is estimated by the equation (23), the range of the frequency offset amount that can be estimated is as shown by the following equation (24).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

したがって、周波数オフセット量を推定可能な周波数の範囲は、式(25)の通りとなる。 Therefore, the frequency range in which the frequency offset amount can be estimated is as shown in the equation (25).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

なお、式(25)において、Bは、上述したように送信信号におけるシンボルのボーレートである。 In the equation (25), B is the baud rate of the symbol in the transmission signal as described above.

雑音の影響を除去するため、ベクトル平均器54は、時間的な平均、すなわち1シンボル遅延差動成分Δr(n)を周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の系列長Lにわたってベクトル和を算出する(ステップS103)。ベクトル平均器54が算出するベクトル和は、次式(26)により表される。 To eliminate the effects of noise, the vector averager 54 calculates the vector sum over a temporal average, i.e. 1 sequence length L f of the symbol delay differential component [Delta] r (n) the frequency offset estimation training code sequence 70 (Step S103). The vector sum calculated by the vector averager 54 is expressed by the following equation (26).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

偏角器55は、ベクトル平均器54が出力するベクトル和の偏角、すなわちθを算出する(ステップS104)。 The decliner 55 calculates the declination of the vector sum output by the vector averager 54, that is, θ r (step S104).

減算器56は、θからθを減算して周波数オフセット量を算出する(ステップS105)。算出した周波数オフセット量は次式(27)として表すことができる。 The subtractor 56 subtracts θ t from θ r to calculate the frequency offset amount (step S105). The calculated frequency offset amount can be expressed as the following equation (27).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

図5(b)に示す通り、IQ平面上において、ベクトル平均器54の出力であるΣΔr(n)の偏角、すなわちθからトレーニング信号解析部321が出力するθを減算することにより周波数オフセット量の2πfIFTを求めることができる。 As shown in FIG. 5 (b), on the IQ plane, the frequency is obtained by subtracting θ t output by the training signal analysis unit 321 from the declination angle of ΣΔr (n) which is the output of the vector averager 54, that is, θ r. it can be determined 2 [pi] f IF T offset amount.

上記の処理において、式(21)及び式(26)に示す通り、トレーニング信号解析部321のベクトル平均器45がベクトル平均を求める区間と、周波数オフセット推定部322のベクトル平均器54がベクトルの平均を求める区間とがn=0〜Lで一致している必要がある。 In the above processing, as shown in equations (21) and (26), the interval in which the vector averaging unit 45 of the training signal analysis unit 321 obtains the vector average and the vector averaging unit 54 of the frequency offset estimation unit 322 are the vector averaging. It is necessary that the interval for which is obtained coincides with n = 0 to L f.

タイミング検出部320が検出した第1の先頭位置に検出誤差が含まれている場合、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の先頭位置に対応する第2の先頭位置にも誤差が含まれることになる。この誤差をΔn(ここで、Δnは、整数であり、…−3,−2,−1,0,1,2,3,…のいずれかの値である)とすると、Δnが生じている場合、式(26)は、次式(28)となる。 When the detection error is included in the first head position detected by the timing detection unit 320, the error is also included in the second head position corresponding to the head position of the training code sequence 70 for frequency offset estimation. .. If this error is Δn (where Δn is an integer and is a value of any of -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ...), Δn is generated. In this case, the equation (26) becomes the following equation (28).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

式(21)、式(26)、式(28)より、タイミング検出の誤差の影響を除去するには、次式(29)に示す関係が成り立つことが必要である。 From the equations (21), (26), and (28), it is necessary that the relationship shown in the following equation (29) is established in order to eliminate the influence of the timing detection error.

Figure 0006985597
Figure 0006985597

例えば、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70と、当該系列の前後の符号系列との関係において、次式(30)に示すような関係が成立すれば、式(29)の条件を近似的に満たすことができる。それにより、タイミング検出部320による検出誤差による影響を低減することが可能となる。 For example, if the relationship shown in the following equation (30) is established in the relationship between the training code sequence 70 for frequency offset estimation and the code sequences before and after the sequence, the condition of the equation (29) is approximately satisfied. be able to. As a result, it is possible to reduce the influence of the detection error by the timing detection unit 320.

Figure 0006985597
Figure 0006985597

式(30)が示す関係とは、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の系列長LをΔnに対して十分に長くすること及びΔt(n)を構成するベクトルのベクトル平均を算出した際に、互いが打ち消し合わず、逆に強め合うようなΔt(n)となる符号系列であることを満たすことである。 The relationship shown by the equation (30) is that the sequence length L f of the training code sequence 70 for frequency offset estimation is sufficiently long with respect to Δn and the vector average of the vectors constituting Δt (n) is calculated. , It is to satisfy that it is a code sequence having Δt (n) that does not cancel each other out and conversely strengthens each other.

換言すると、第1の実施形態の構成では、タイミング検出部320による第1の先頭位置の検出に誤差が生じていたとしても、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70に含まれるシンボルの組み合わせのパターンや系列長を工夫することで、誤差の影響を抑えることができる。したがって、タイミング検出部320の位置の検出精度として、タイミング検出部500に要求されるような高い精度は要求されず、タイミング検出部320は、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70に対応するトレーニング信号の位置をおおまかに検出すればよいことになる。そのため、タイミング検出用トレーニング符号系列60の系列長も短くすることができ、通信効率を高めることが可能となる。また、タイミング検出部320による検出手法として、タイミング検出用トレーニング符号系列60を用いる検出手法よりも精度の低い検出手法を適用してもよい。 In other words, in the configuration of the first embodiment, even if there is an error in the detection of the first head position by the timing detection unit 320, the pattern of the combination of symbols included in the training code sequence 70 for frequency offset estimation and the pattern By devising the series length, the influence of error can be suppressed. Therefore, the position detection accuracy of the timing detection unit 320 does not require the high accuracy required of the timing detection unit 500, and the timing detection unit 320 is the training signal corresponding to the training code sequence 70 for frequency offset estimation. The position should be roughly detected. Therefore, the sequence length of the timing detection training code sequence 60 can also be shortened, and the communication efficiency can be improved. Further, as the detection method by the timing detection unit 320, a detection method having a lower accuracy than the detection method using the training code sequence 60 for timing detection may be applied.

式(30)の左辺の偏角は、式(21)よりθであり、周波数オフセット量を式(27)に示すようにθ−θの演算より算出するためには、式(30)の左辺に示す1シンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均のベクトルの長さがゼロにならず、IQ平面上において偏角θが所定の角度を有している必要がある。仮に、1シンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均のベクトルの長さがゼロになってしまった場合、少しでも誤差があれば、式(30)の関係が成立しないことになる。式(30)の関係が成立しないと誤差に起因する雑音成分が大きくなるためθがランダムな値となり、周波数オフセット量を演算によって算出することが困難となる。なお、偏角θの所定の角度とは、式(30)の関係を満たすようなトレーニング符号系列のベクトルの偏角であり、検出誤差の量によって所定の角度となる合成ベクトルの長さとして要求される値は増減する。 The argument on the left side of the equation (30) is θ t from the equation (21), and in order to calculate the frequency offset amount by the calculation of θ r − θ t as shown in the equation (27), the equation (30) is used. ), The length of the vector of the vector average of the one-symbol delay differential component Δt (n) does not become zero, and the argument θ t needs to have a predetermined angle on the IQ plane. If the length of the vector of the vector average of the one-symbol delay differential component Δt (n) becomes zero, the relationship of the equation (30) will not be established if there is even a slight error. If the relationship of the equation (30) is not established, the noise component due to the error becomes large, so that θ r becomes a random value, and it becomes difficult to calculate the frequency offset amount by calculation. The predetermined angle of the declination θ t is the declination of the vector of the training code series that satisfies the relationship of the equation (30), and is the length of the composite vector that becomes a predetermined angle depending on the amount of the detection error. The required value increases or decreases.

上記の互いが打ち消し合わずに、強め合う周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の一例として、BPSKにおける例を以下に示す。BPSKの符号系列は、上述したように、0とπの2値であり、例えば、(π,0,π,0,π,0,…)というような、πと0を交互に入れ替わる符号系列を周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70にしたとする。この場合、1シンボル遅延差動成分Δt(n)は、式(19)より(+π,−π,+π,−π,…)となる。+π=−πであることから、結果として、1シンボル遅延差動成分Δt(n)は、(+π,+π,+π,+π,…)となる。 An example in BPSK is shown below as an example of the training code sequence 70 for frequency offset estimation that strengthens each other without canceling each other. As described above, the code sequence of BPSK is a binary value of 0 and π, and is a code sequence in which π and 0 are alternately exchanged, for example, (π, 0, π, 0, π, 0, ...). Is set to the training code sequence 70 for frequency offset estimation. In this case, the one-symbol delay differential component Δt (n) is (+ π, −π, + π, −π, ...) From the equation (19). Since + π = −π, as a result, the one-symbol delay differential component Δt (n) becomes (+ π, + π, + π, + π, ...).

この(+π,+π,+π,+π,…)の符号系列について、IQ平面上でベクトル平均を算出した場合、互いが打ち消し合うことなく強め合うため、誤差に起因する雑音成分よりも大きくなり、式(30)に示す関係を有することになる。そのため、当該符号系列は、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70として適切な符号系列であるといえる。 When the vector average is calculated on the IQ plane for this (+ π, + π, + π, + π, ...) code sequence, it strengthens each other without canceling each other, so it becomes larger than the noise component due to the error, and the equation It will have the relationship shown in (30). Therefore, it can be said that the code sequence is an appropriate code sequence as the training code sequence 70 for frequency offset estimation.

式(29)において、次式(31)を満たす符号系列を用いる場合、式(29)の条件を完全に満たすことになるため、タイミング検出部320による検出誤差の影響を除去することが可能となる。 When the code sequence satisfying the following equation (31) is used in the equation (29), the condition of the equation (29) is completely satisfied, so that it is possible to eliminate the influence of the detection error by the timing detection unit 320. Become.

Figure 0006985597
Figure 0006985597

例えば、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の前後に式(31)を満たす冗長符号系列を付加した符号系列にすることで、式(29)の条件を完全に満たす符号系列を実現することができる。冗長符号系列の例として、理解の容易のため、第1の実施形態の対象であるBPSKではなく、QSPKの4値の符号系列の場合を図6及び図7に示す。なお、図6及び図7では、QPSKの(+1/4π,−1/4π,+3/4π,−3/4π)の4値を(0,1,2,3)を用いて示している。 For example, by adding a redundant code sequence satisfying the equation (31) before and after the training code sequence 70 for frequency offset estimation, a code sequence completely satisfying the condition of the equation (29) can be realized. .. As an example of the redundant code sequence, for ease of understanding, FIGS. 6 and 7 show a case of a QSPC 4-valued code sequence instead of the BPSK which is the object of the first embodiment. In FIGS. 6 and 7, the four values of QPSK (+ 1 / 4π, -1 / 4π, +3 / 4π, -3 / 4π) are shown using (0,1,2,3).

図6(a)は、系列長Lを有するQPSKの周波数オフセット推定用トレーニング信号70aの前後に冗長符号系列71aと冗長符号系列72aとを付加した例である。冗長符号系列71aは、シンボル数においてL個先の符号系列70a−eと同一の符号系列となっている。また、冗長符号系列72aも、シンボル数においてL個後の符号系列70a−sと同一の符号系列となっている。そのため、冗長符号系列71aと冗長符号系列72aとは、式(31)を満たす符号系列である。 6 (a) is an example of adding a redundant code sequence 71a and the redundant code sequence 72a before and after the frequency offset estimation training signal 70a of QPSK having a sequence length L f. The redundant code sequence 71a has the same code sequence as the code sequence 70a-e L f ahead in terms of the number of symbols. Further, the redundant code sequences 72a also has a L f-number after the code sequence 70a-s of the same code sequence in number of symbols. Therefore, the redundant code sequence 71a and the redundant code sequence 72a are code sequences satisfying the equation (31).

また、図6(a)のように、周波数オフセット推定用トレーニング信号70aの前後に冗長符号系列71a,72aを付加するのではなく、前又は後ろのいずれかに冗長符号系列72a(または71a)を付加するようにしてもよい。例えば、図6(b)は、周波数オフセット推定用トレーニング信号70aの後ろに冗長符号系列72aを付加した例である。周波数オフセット推定用トレーニング信号70aの前後のいずれかに冗長符号系列72a(または71a)を付加する場合、ベクトル平均を算出する区間の先頭の位置を、発生する誤差、及び付加する冗長符号系列72a(または71a)の長さに応じて定める必要がある。 Further, instead of adding the redundant code sequences 71a and 72a before and after the training signal 70a for frequency offset estimation as shown in FIG. 6A, the redundant code sequences 72a (or 71a) are added to either the front or the back. It may be added. For example, FIG. 6B is an example in which a redundant code sequence 72a is added after the training signal 70a for frequency offset estimation. When a redundant code sequence 72a (or 71a) is added before or after the training signal 70a for frequency offset estimation, the position at the beginning of the section for calculating the vector average is determined by the error that occurs and the redundant code sequence 72a (or the redundant code sequence 72a). Or it is necessary to determine according to the length of 71a).

理解の容易のため、10値のシンボル値に変調された例を用いて説明する。例えば、元のシンボルが系列長10の「0,1,2,3,4,5,6,7,8,9」という系列であるとする。元のシンボルの後ろに、元のシンボルの先頭から4シンボル分と同一の系列である冗長符号系列「0,1,2,3」を付加すると、系列長14の「0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,1,2,3」という系列が得られる。この場合、冗長符号系列が付加されたトレーニング符号系列の先頭から2シンボル後をベクトル平均を算出する区間であるLの先頭として10シンボルを抽出すると、「2,3,4,5,6,7,8,9,0,1」という系列になる。抽出した10シンボルの系列に基づいてベクトル平均を算出すれば、タイミング検出の前後2シンボル以内の誤差が生じる場合、式(31)の関係を満たしつつベクトル平均を算出することができる。なお、図6(b)は、1シンボル後をベクトル平均を算出する区間であるLの先頭とした例であり、発生する誤差に応じて、付加する冗長符号系列の長さを定めて、冗長符号系列の長さの範囲内でベクトル平均を算出する先頭位置を定めることになる。 For ease of understanding, an example modulated to a 10-value symbol value will be described. For example, suppose that the original symbol is a series of "0,1,2,3,4,5,6,7,8,9" with a series length of 10. If the redundant code sequence "0,1,2,3", which is the same sequence as the four symbols from the beginning of the original symbol, is added after the original symbol, the sequence length 14 is "0,1,2,3". , 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0, 1, 2, 3 "is obtained. In this case, to extract the 10 symbols as the first is a section for calculating the vector average after two symbols from the beginning of the redundant code sequence has been added the training code sequence L f, "2,3,4,5,6, It becomes a series of "7,8,9,0,1". If the vector average is calculated based on the sequence of the extracted 10 symbols, the vector average can be calculated while satisfying the relationship of the equation (31) when an error within 2 symbols before and after the timing detection occurs. Note that FIG. 6B is an example in which the head of L f , which is a section for calculating the vector average, is set after one symbol, and the length of the redundant code sequence to be added is determined according to the error that occurs. The start position for calculating the vector average is determined within the range of the length of the redundant code series.

図7は、式(31)を満たす冗長化したトレーニング符号系列を生成する他の例を示す図である。例えば、4値のシンボル[0,1,2,3]に対して、1シンボルごとにπとπ/2の位相回転を与えてトレーニング符号系列70bを生成する。生成したトレーニング符号系列70bは、図7に示すように、[0,2,3,1,2,0,1,3,0,2,3,1,2,0,1,3,…,0,2,3,1,2,0,1,3]となる。これは、図7において符号70b−sで示す[0,2,3,1,2,0,1,3]という8シンボルからなる系列が繰り返されているパターンとなる。 FIG. 7 is a diagram showing another example of generating a redundant training code sequence satisfying the equation (31). For example, the training code sequence 70b is generated by giving π and π / 2 phase rotations for each symbol to the four-valued symbols [0, 1, 2, 3]. As shown in FIG. 7, the generated training code sequence 70b is [0,2,3,1,2,0,1,3,0,2,3,1,2,0,1,3, ..., 0,2,3,1,2,0,1,3]. This is a pattern in which a series consisting of eight symbols [0,2,3,1,2,0,1,3] indicated by reference numeral 70bs in FIG. 7 is repeated.

この場合、ベクトル平均を算出する区間であるLが8シンボルの倍数であれば、図6に示したように新たに冗長符号系列を付加しなくても、生成したトレーニング符号系列70bの一部を冗長化したトレーニング符号系列として用いることができる。例えば、ベクトル平均を算出する区間であるLを符号73bで示す区間とする場合、符号73bの区間の前後4シンボルを冗長符号系列71b,72bとし、冗長符号系列を含む符号74bで示す区間を冗長化したトレーニング符号系列として用いればよいことになる。なお、図7では、一例として、符号73bの区間の前後4シンボルを冗長符号系列71b,72bとする例を示したが、冗長符号系列71b,72bは前後4シンボルに限らず、前後4シンボルの周辺のシンボル全て(例えば、8シンボルの繰り返しパターンが続く区間)が用いられてもよい。この場合、8シンボルの繰り返しパターンが続く区間全てを含む区間を冗長化したトレーニング符号系列として用いればよいことになる。以下では、前後4シンボルを冗長符号系列71b,72bとし、冗長符号系列を含む符号74bで示す区間を冗長化したトレーニング符号系列として用いる場合を例に説明する。 In this case, if L f, which is an interval for calculating the vector average, is a multiple of 8 symbols, a part of the generated training code sequence 70b without adding a new redundant code sequence as shown in FIG. Can be used as a redundant training code sequence. For example, when L f , which is a section for calculating the vector average, is a section indicated by reference numeral 73b, the four symbols before and after the section of reference numeral 73b are designated as redundant code sequences 71b and 72b, and the section indicated by reference numeral 74b including the redundant code sequence is used. It can be used as a redundant training code sequence. Note that FIG. 7 shows an example in which the four symbols before and after the section of the reference numeral 73b are the redundant code sequences 71b and 72b, but the redundant code sequences 71b and 72b are not limited to the four symbols before and after, and the four symbols before and after are not limited. All peripheral symbols (eg, sections followed by a repeating pattern of 8 symbols) may be used. In this case, the section including all the sections in which the repetition pattern of 8 symbols continues may be used as a redundant training code sequence. In the following, a case will be described in which the four symbols before and after are designated as redundant code sequences 71b and 72b, and the section indicated by the reference numeral 74b including the redundant code sequence is used as a redundant training code sequence.

このように、符号70b−sで示すような特定のパターンの繰り返しによって式(31)を満たす冗長化したトレーニング符号系列を生成する場合、ベクトル平均を算出する区間の長さLを、特定のパターンの倍数にしさえすれば、その前後のシンボルを含めるだけで、冗長化したトレーニング符号系列74bを生成することができる。そのため、図7に示す手法は、図6に示した手法のように新たに冗長符号系列を付加するという手順を行うことないため、図6に示した手法よりも容易に冗長化したトレーニング符号系列74bを得ることができる。また、図7の例においても、図6(b)と同様に、冗長符号系列71b,72bのいずれか一方のみを付加して、ベクトル平均を算出する区間の先頭の位置を、付加したいずれか一方の冗長符号系列71b,72bの長さの範囲内で定めるようにしてもよい。 In this way, when a redundant training code sequence satisfying the equation (31) is generated by repeating a specific pattern as shown by the reference numeral 70b-s, the length Lf of the section for calculating the vector average is set to a specific length L f. A redundant training code sequence 74b can be generated by simply including the symbols before and after the pattern as long as it is a multiple of the pattern. Therefore, the method shown in FIG. 7 does not require a procedure of newly adding a redundant code sequence as in the method shown in FIG. 6, so that the training code sequence is more easily made redundant than the method shown in FIG. 74b can be obtained. Further, also in the example of FIG. 7, as in FIG. 6B, only one of the redundant code sequences 71b and 72b is added, and the position at the beginning of the section for calculating the vector average is added. It may be determined within the range of the length of one of the redundant code sequences 71b and 72b.

ところで、一般的に光伝送システムにおいて光送信装置や光受信装置には動作可能な周波数帯域に制限があり、送受信される信号に同一の符号が連続(例えば、π,π,π,π,0,0,0,0)で生じる場合、低周波成分を含むことになり、低周波成分による波形劣化が問題となることがある。そのため、第1の実施形態の構成では、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70として同一の符号の連続ができるだけ少ないような符号系列を用いることが望ましい。 By the way, in general, in an optical transmission system, the optical transmission device and the optical reception device have a limitation in the frequency band in which they can operate, and the same code is continuously used in the transmitted / received signals (for example, π, π, π, π, 0). , 0, 0, 0), it contains a low frequency component, and waveform deterioration due to the low frequency component may become a problem. Therefore, in the configuration of the first embodiment, it is desirable to use a code sequence such that the number of continuations of the same code is as small as possible as the training code sequence 70 for frequency offset estimation.

第1の実施形態の構成では、上述したように、1シンボル遅延差動成分のベクトル平均を算出する際、雑音耐性の向上のためには1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の結果を強め合うような周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70が要求される。したがって、第1の実施形態の構成では、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70より生成されるトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分が要求されるものになればよく、符号系列そのものは自由に選択できることになる。そのため、同一の符号の連続がないような符号系列を選択することも可能であり、そういう選択をすることで低周波成分による波形劣化を抑えることが可能となる。 In the configuration of the first embodiment, as described above, when calculating the vector average of the one-symbol delay differential component, the results of the vector average of the one-symbol delay differential component are strengthened in order to improve the noise immunity. Such a training code sequence 70 for frequency offset estimation is required. Therefore, in the configuration of the first embodiment, it is sufficient that one symbol delay differential component of the training signal generated from the training code sequence 70 for frequency offset estimation is required, and the code sequence itself can be freely selected. become. Therefore, it is possible to select a code sequence that does not have a continuation of the same code, and by making such a selection, it is possible to suppress waveform deterioration due to low frequency components.

上記の第1の実施形態の構成により、光受信装置2は、予め定められるトレーニング符号系列に基づいて生成されるトレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信する。光受信装置2の周波数オフセット補償部32が備えるタイミング検出部320は、受信信号からトレーニング符号系列に含まれる周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の一部又は全てを含む区間であって周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の系列長に対応する長さの受信信号を周波数オフセット推定用の受信トレーニング信号として検出する。周波数オフセット推定部322は、タイミング検出部320が検出した受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分と、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70より生成されるトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分とに基づいて、周波数オフセット補償に用いる周波数オフセット量を算出する。周波数オフセット補償処理部323は、周波数オフセット推定部322が算出した周波数オフセット量を用いて受信信号の周波数オフセットの補償を行う。周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70は、例えばBPSKのシンボルからなる符号系列であって当該周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70より生成されるトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が所定の角度となる符号系列である。これにより、デジタルコヒーレント方式において、推定する周波数範囲が広く、かつ少ない符号系列で周波数オフセット量の推定を行うことが可能となる。それにより、比較的簡易な構成で、信号対雑音比を低下や波長劣化を抑えることができ、符号誤り率を改善することができ、光伝送路の最大伝送距離の長延化と、光伝送路における分岐数拡大とが可能となる。また、第1の実施形態の構成では、位相変調の多値数によらず適用可能な周波数の範囲が、−B/2≦fIF<B/2であり広い周波数範囲となっている。また、受信信号におけるトレーニング信号の位置の検出に高い精度を要求しないため、タイミング検出用トレーニング符号系列60の数を削減することができるため、通信効率を高めることができる。 According to the configuration of the first embodiment described above, the optical receiver 2 receives a coherent optical signal including a training signal generated based on a predetermined training code sequence. The timing detection unit 320 included in the frequency offset compensation unit 32 of the optical receiver 2 is a section including a part or all of the training code sequence 70 for frequency offset estimation included in the training code sequence from the received signal, and is for frequency offset estimation. A received signal having a length corresponding to the sequence length of the training code sequence 70 is detected as a received training signal for frequency offset estimation. The frequency offset estimation unit 322 is based on the one-symbol delay differential component of the received training signal detected by the timing detection unit 320 and the one-symbol delay differential component of the training signal generated from the training code sequence 70 for frequency offset estimation. Then, the frequency offset amount used for the frequency offset compensation is calculated. The frequency offset compensation processing unit 323 compensates for the frequency offset of the received signal using the frequency offset amount calculated by the frequency offset estimation unit 322. The training code sequence 70 for frequency offset estimation is, for example, a code sequence consisting of BPSK symbols, and the deviation angle of the vector average of one symbol delay differential component of the training signal generated from the training code sequence 70 for frequency offset estimation is It is a code sequence having a predetermined angle. This makes it possible to estimate the frequency offset amount with a wide code sequence and a small code sequence in the digital coherent method. As a result, with a relatively simple configuration, it is possible to reduce the signal-to-noise ratio and suppress wavelength deterioration, improve the code error rate, extend the maximum transmission distance of the optical transmission line, and extend the optical transmission line. It is possible to increase the number of branches in. Further, in the configuration of the first embodiment, the applicable frequency range is −B / 2 ≦ f IF <B / 2, regardless of the number of multiple values of phase modulation, which is a wide frequency range. Further, since high accuracy is not required for detecting the position of the training signal in the received signal, the number of the training code series 60 for timing detection can be reduced, so that the communication efficiency can be improved.

(第2の実施形態)
第2の実施形態として、第1の実施形態の構成に対して、変調方式としてQPSKを適用する場合に用いられる周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70について説明する。図8(a)は、QPSKの場合の周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70から生成されるトレーニング信号t(n)の一例である。図8(b)は、光送信装置1が図8(a)のトレーニング信号を送信して光受信装置2が当該トレーニング信号を受信した場合に、タイミング検出部320が出力する受信信号r(n)、すなわち受信トレーニング信号を示した図である。
(Second embodiment)
As a second embodiment, the training code sequence 70 for frequency offset estimation used when QPSK is applied as a modulation method to the configuration of the first embodiment will be described. FIG. 8A is an example of the training signal t (n) generated from the training code sequence 70 for frequency offset estimation in the case of QPSK. 8 (b) shows a received signal r (n) output by the timing detection unit 320 when the optical transmitting device 1 transmits the training signal of FIG. 8 (a) and the optical receiving device 2 receives the training signal. ), That is, it is a figure which showed the received training signal.

図8(a)に示すように周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70として、1シンボルごとにπとπ/2の位相回転を与えるような符号系列、すなわち(π/4,5π/4,7π/4,3π/4,5π/4)という系列を与えている。 As shown in FIG. 8A, the training code sequence 70 for frequency offset estimation is a code sequence that gives π and π / 2 phase rotation for each symbol, that is, (π / 4,5π / 4,7π /). The sequence of 4,3π / 4,5π / 4) is given.

図8(a)のn=0において、符号81の実線の円の位置がトレーニング信号t(n)の「π/4」を示している。なお、図8(a)では説明の簡単化のため、n=0の場合には周波数オフセットによる影響がない場合を図示しているため、図8(b)の符号81rの実線の円で示される受信信号r(n)の位置は、IQ平面において符号81と同一の「π/4」の位置となる。 At n = 0 in FIG. 8A, the position of the solid circle of reference numeral 81 indicates “π / 4” of the training signal t (n). Note that FIG. 8 (a) shows a case where there is no influence of the frequency offset when n = 0 for the sake of simplification of the explanation. Therefore, it is shown by a solid circle of reference numeral 81r in FIG. 8 (b). The position of the received signal r (n) is the same as that of the reference numeral 81 in the IQ plane, which is the position of "π / 4".

図8(a)のn=1において、符号82の実線の円の位置は、1つ前の「π/4」の位置を示す符号81pの破線の円の位置から+πの位相回転後の「5π/4」を示している。図8(b)のn=1において、符号82tの破線の円は、図8(a)のn=1の符号82で示される「5π/4」の位置を示している。 At n = 1 in FIG. 8 (a), the position of the solid line circle of reference numeral 82 is "+ π after phase rotation from the position of the broken line circle of reference numeral 81p indicating the position of the previous" π / 4 ". 5π / 4 ”is shown. At n = 1 in FIG. 8 (b), the broken line circle of reference numeral 82t indicates the position of “5π / 4” indicated by reference numeral 82 of n = 1 in FIG. 8 (a).

同様に、図8(a)の符号83〜85の実線の円は、符号系列(7π/4),(3π/4),(5π/4)の各々に対応する位置を示している。図8(a)の符号82p,83p,84pの破線の円は、1つ前の符号82,83,84の位置を示しており、図8(b)の符号83t,84t,85tの破線の円は、図8(a)の符号83,84,85の位置を示している。 Similarly, the solid circles of reference numerals 83 to 85 in FIG. 8A indicate the positions corresponding to each of the code series (7π / 4), (3π / 4), and (5π / 4). The broken line circles of reference numerals 82p, 83p, 84p in FIG. 8 (a) indicate the positions of the previous reference numerals 82, 83, 84, and the broken lines of reference numerals 83t, 84t, 85t in FIG. 8 (b). The circles indicate the positions of reference numerals 83, 84, 85 in FIG. 8 (a).

図8(b)において、n=1の場合、トレーニング信号t(n)に対して周波数オフセットとして2πfIFT分の位相回転が加わるため、受信信号r(n)の位置は、符号82rの実線の円の位置となる。同様にして、n=2の場合、4πfIFT分の周波数オフセットが加わるため、受信信号r(n)の位置は、符号83rの実線の円の位置となる。n=3の場合、6πfIFT分の周波数オフセットが加わるため、受信信号r(n)の位置は、符号84rの実線の円の位置となる。また、n=4の場合、8πfIFT分の周波数オフセットが加わるため、受信信号r(n)の位置は、符号85rの実線の円の位置となる。 8 (b), the case n = 1, the the phase rotation of 2 [pi] f IF T min is applied as a frequency offset with respect to the training signal t (n), the position of the received signal r (n), solid line code 82r It becomes the position of the circle. Similarly, when n = 2, the order 4πf IF T in the frequency offset is applied, the position of the received signal r (n), the position of the solid circle symbols 83r. in the case of n = 3, since the 6πf IF T in the frequency offset is applied, the position of the received signal r (n), the position of the solid circle symbols 84r. Also, when n = 4, for 8πf IF T in the frequency offset is applied, the position of the received signal r (n), the position of the solid circle symbols 85r.

図9(a)は、図8(a)のトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均を示す図である。図8(a)の場合、πとπ/2の出現頻度が等しいため、トレーニング信号t(n)の1シンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均の偏角は、図9(a)に示す通り「3π/4」となる。これが、式(27)におけるθとなる。 9 (a) is a diagram showing the vector average of the one-symbol delay differential component Δt (n) of the training signal of FIG. 8 (a). In the case of FIG. 8A, since the appearance frequencies of π and π / 2 are equal, the declination of the vector average of the one-symbol delay differential component Δt (n) of the training signal t (n) is shown in FIG. 9A. As shown in, it becomes "3π / 4". This is θ t in Eq. (27).

図9(b)は、図8(b)の受信信号r(n)の1シンボル遅延差動成分Δr(n)のベクトル平均と、当該ベクトル平均の偏角θを示す図である。したがって、θからθを減算することにより周波数オフセット量を算出することができ、式(27)よりfIFは、次式(32)で示される値となる。 9 (b) is a diagram showing the vector average of the one-symbol delay differential component Δr (n) of the received signal r (n) of FIG. 8 (b) and the declination θ r of the vector average. Therefore, the frequency offset amount can be calculated by subtracting θ t from θ r, and the f IF from the equation (27) becomes the value represented by the following equation (32).

Figure 0006985597
Figure 0006985597

上記の(π/4,5π/4,7π/4,3π/4,5π/4)という符号系列は、同じ符号が続かず、かつ長時間平均を求めた場合にも符号に隔たりがない符号系列となっている。このような符号系列は、一般的に、光通信における受信側の過渡応答による悪影響が少ない符号系列であると言える。当該符号系列は、上述したBPSKの例として示した1シンボル遅延差動成分Δt(n)が(+π,+π,+π,+π,…)のようにIQ平面上において1点に集中し、ベクトル平均を求めた場合に互いに常に強め合う符号系列にはなっていない。しかし、当該符号系列は、1シンボル遅延差動成分Δt(n)がIQ平面上において隣接する2点に集中する符号系列となっている。したがって、このような符号系列であっても1シンボル遅延差動成分Δt(n)のベクトル平均は、誤差に起因する雑音成分よりも大きくなるため、式(30)に示す関係を有する。そのため、当該符号系列(π/4,5π/4,7π/4,3π/4,5π/4)は、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70として適切な符号系列である。 The above code series (π / 4,5π / 4,7π / 4,3π / 4,5π / 4) does not have the same code, and there is no difference in the code even when the long-term average is obtained. It is a series. It can be said that such a code sequence is generally a code sequence in which the adverse effect due to the transient response on the receiving side in optical communication is small. In the code sequence, the one-symbol delay differential component Δt (n) shown as an example of BPSK described above is concentrated at one point on the IQ plane like (+ π, + π, + π, + π, ...), And is a vector average. It is not a code sequence that always strengthens each other when the above is obtained. However, the code sequence is a code sequence in which one symbol delay differential component Δt (n) is concentrated at two adjacent points on the IQ plane. Therefore, even in such a code sequence, the vector average of the one-symbol delay differential component Δt (n) is larger than the noise component due to the error, and therefore has the relationship shown in the equation (30). Therefore, the code sequence (π / 4,5π / 4,7π / 4,3π / 4,5π / 4) is an appropriate code sequence as the training code sequence 70 for frequency offset estimation.

(第3の実施形態)
上記の第1の実施形態の構成において、タイミング検出部320に対して、タイミング検出部500によるトレーニング信号の先頭位置の検出手法が適用されるとしていた。上述したように、第1の実施形態の構成では、タイミング検出部320に対して、タイミング検出部500に要求されるような高い精度の位置検出を要求していないため、他の検出手法を適用することもできる。第3の実施形態として、タイミング検出部320に適用可能な当該他の検出手法について説明する。
(Third embodiment)
In the configuration of the first embodiment described above, the method of detecting the head position of the training signal by the timing detection unit 500 is applied to the timing detection unit 320. As described above, in the configuration of the first embodiment, since the timing detection unit 320 is not required to perform the position detection with high accuracy as required by the timing detection unit 500, another detection method is applied. You can also do it. As a third embodiment, the other detection method applicable to the timing detection unit 320 will be described.

上述したように、光送信装置1において、フレーム生成部10は、バーストフレーム10outを生成して送信していることから、光受信装置2が受信する受信信号は、バースト信号となる。バースト信号の光強度の波形は、例えば、図10(a)に示すように、矩形波ではなく、少しずつ線形的に増加した後、一定の光強度になる波形となる。 As described above, in the optical transmission device 1, the frame generation unit 10 generates and transmits the burst frame 10out, so that the reception signal received by the optical reception device 2 is a burst signal. As shown in FIG. 10A, for example, the waveform of the light intensity of the burst signal is not a square wave, but a waveform that gradually increases linearly and then becomes a constant light intensity.

バーストフレーム10outのプリアンブルにおいて周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70が書き込まれる位置は予め定められている。そのため、図10(a)に示すように、バースト信号の光強度が閾値を超える時刻nthから周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の先頭位置までの時間n’は、ほぼ一定である。したがって、タイミング検出部320は、受信信号の光強度と、予め定められる閾値とに基づいて、光強度が閾値を超えるか否かを判定し、光強度が閾値を超えると判定した際の時刻nthに、例えば、内部に備えるタイマを起動させる。 The position where the training code sequence 70 for frequency offset estimation is written in the preamble of the burst frame 10out is predetermined. Therefore, as shown in FIG. 10A, the time n'from the time nth when the light intensity of the burst signal exceeds the threshold value to the head position of the training code sequence 70 for frequency offset estimation is almost constant. Therefore, the timing detection unit 320 determines whether or not the light intensity exceeds the threshold value based on the light intensity of the received signal and a predetermined threshold value, and the time n when the light intensity exceeds the threshold value. For example, a timer provided inside is activated in th.

タイミング検出部320は、タイマが示す時間がn’に一致するか否かを判定し、タイマが示す時間がn’に一致した場合、一致した時点の受信信号の位置を周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の区間に対応する先頭位置として検出する。タイミング検出部320は、当該先頭位置、すなわち時刻nth+n’からnth+n’+Lまでの受信信号を周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の区間に対応する受信信号r(n)、すなわち受信トレーニング信号90として周波数オフセット推定部322に出力する。これにより、周波数オフセット推定部322は、受信トレーニング信号90に基づいて周波数オフセット量を求めることができる。 The timing detection unit 320 determines whether or not the time indicated by the timer matches n', and if the time indicated by the timer matches n', the position of the received signal at the time of matching is set as the training code for frequency offset estimation. It is detected as the head position corresponding to the section of the series 70. The timing detector 320, the head position, i.e. time n th + n 'from n th + n' + L received signals to f corresponding to the section of the frequency offset estimation training code sequence 70 the received signal r (n), that is, the reception It is output to the frequency offset estimation unit 322 as a training signal 90. As a result, the frequency offset estimation unit 322 can obtain the frequency offset amount based on the received training signal 90.

また、第1の実施形態において説明した周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70の前後に冗長符号系列を付加する符号系列を用いる他の手法もある。例えば、プリアンブルの全てを、図7に示した、冗長符号系列と同一の系列が繰り返される符号系列とする。この場合、トレーニング信号における任意の区間であって系列長Lに対応する信号長の区間を取り込む。これにより、取り込んだ区間が、冗長化したトレーニング符号系列74bから任意に抽出した長さLの区間となるため、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70bそのものか、または、冗長符号系列71b,72bの全てもしくは一部と周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70bの一部となるため周波数オフセット量を求めることができる。処理の手順としては、タイミング検出部320は、図10(b)に示すように光強度が予め定められる閾値を超えた時刻nthからnth+Lの区間の受信信号r(n)を受信トレーニング信号91として周波数オフセット推定部322に出力する。周波数オフセット推定部322は、受信トレーニング信号91に基づいて周波数オフセット量を算出するという手順になる。 Further, there is another method using a code sequence in which a redundant code sequence is added before and after the training code sequence 70 for frequency offset estimation described in the first embodiment. For example, all of the preambles are code sequences in which the same sequence as the redundant code sequence shown in FIG. 7 is repeated. In this case, how the signal length sections of which corresponds to a to sequence length L f in arbitrary section in the training signal. Thus, taken interval, since the section of redundant training code sequence 74b length were extracted arbitrarily from L f, or frequency offset estimation training code sequence 70b itself, or, redundant code sequence 71b, 72b of the Since all or part of the training code sequence for frequency offset estimation is part of the 70b, the frequency offset amount can be obtained. The procedure of the process, timing detection unit 320, receives a received signal r (n) from the time n th light intensity exceeds a predetermined is the threshold of n th + L f section as shown in FIG. 10 (b) It is output to the frequency offset estimation unit 322 as a training signal 91. The frequency offset estimation unit 322 is a procedure of calculating the frequency offset amount based on the received training signal 91.

図10(b)に示すバースト信号の場合、プリアンブルにタイミング検出用トレーニング符号系列60を含める必要がない。また、図10(a)の場合も、タイミング検出用トレーニング符号系列60を必ずしも含める必要がない。 In the case of the burst signal shown in FIG. 10B, it is not necessary to include the training code sequence 60 for timing detection in the preamble. Further, also in the case of FIG. 10A, it is not always necessary to include the training code sequence 60 for timing detection.

なお、上記の第3の実施形態において、「光強度が閾値を超えるか否か」という判定処理は一例に過ぎず、閾値の定め方に応じて、「光強度が閾値以上であるか否か」を判定するようにしてもよい。また、「タイマが示す時間がn’に一致するか否か」という判定処理は、一例に過ぎず、「タイマが示す時間がn’を超えるか否か」、「タイマが示す時間がn’以上となるか否か」を判定するようにしてもよい。 In the third embodiment described above, the determination process of "whether or not the light intensity exceeds the threshold value" is only an example, and "whether or not the light intensity is equal to or higher than the threshold value" depending on how the threshold value is determined. May be determined. Further, the determination process of "whether the time indicated by the timer matches n'" is only an example, and "whether the time indicated by the timer exceeds n'" and "the time indicated by the timer is n'. Whether or not it becomes the above may be determined.

上記の第1から第3の実施形態において、図3に示した周波数オフセット補償部32のトレーニング信号解析部321が、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列70よりθを算出するようにしているが、本発明の構成は、当該実施の形態に限られない。例えば、トレーニング信号解析部321を外部の別の装置に備えておき、当該別の装置においてθを算出するようにしてもよい。例えば、当該別の装置が光送信装置1である場合、光送信装置1におけるトレーニング信号解析部321が、周波数オフセット推定用トレーニング符号系列よりθを算出し、算出したθを通信品質の良い別の回線を介して光受信装置2に送信する。光受信装置2は、受信したθを取り込み、周波数オフセット補償部32が取り込んだθを内部に備える記憶領域に記憶させておく構成としてもよい。当該構成の場合、減算器56が、θからθの減算を行う際、当該記憶領域からθを読み出すことになる。 In the first to third embodiments described above, the training signal analysis unit 321 of the frequency offset compensation unit 32 shown in FIG. 3 calculates θ t from the training code sequence 70 for frequency offset estimation. The configuration of the present invention is not limited to the embodiment. For example, the training signal analysis unit 321 may be provided in another external device, and θ t may be calculated in the other device. For example, when the other device is the optical transmission device 1, the training signal analysis unit 321 in the optical transmission device 1 calculates θ t from the training code sequence for frequency offset estimation, and the calculated θ t has good communication quality. It is transmitted to the optical receiver 2 via another line. The optical receiving device 2 may have a configuration in which the received θ t is taken in and the θ t taken in by the frequency offset compensating unit 32 is stored in an internal storage area. In the case of this configuration, when the subtractor 56 subtracts θ t from θ r , it reads θ t from the storage area.

上記の第1から第3の実施形態において、図1に示す光受信装置2の光コヒーレント受信部20は、位相ダイバーシティ方式のコヒーレント受信を行うとしているが、偏波ダイバーシティ方式のコヒーレント受信を行うようにしてもよい。 In the first to third embodiments described above, the optical coherent receiving unit 20 of the optical receiving device 2 shown in FIG. 1 is supposed to perform coherent reception of the phase diversity method, but is to perform coherent reception of the polarization diversity method. You may do it.

上記の第1の実施形態では、BPSKを対象とし、第2の実施形態では、QPSKを対象として説明したが、本発明の構成は、当該実施の形態には限られない。本発明が、Mの値が4を超えるM−PSK(Phase Shift Keying)やQAM(Quadrature Amplitude Modulation)などの更に多値の変調方式を対象として周波数オフセット量を算出するようにしてもよく、また、本発明は、このような多値の変調方式に対しても同様の効果を奏するものである。 Although BPSK has been described in the first embodiment and QPSK has been described in the second embodiment, the configuration of the present invention is not limited to the embodiment. The present invention may calculate the frequency offset amount for a more multi-valued modulation method such as M-PSK (Phase Shift Keying) or QAM (Quadrature Amplitude Modulation) in which the value of M exceeds 4. The present invention has the same effect on such a multi-level modulation method.

上記の第3の実施形態では、送受信される信号としてバースト信号を前提としているが、第1及び第2の実施形態においては、必ずしもバースト信号でなくてもよく、送受信される信号の光強度が時間的に一定である信号であってもよい。 In the third embodiment described above, a burst signal is assumed as the signal to be transmitted / received, but in the first and second embodiments, the signal may not necessarily be a burst signal, and the light intensity of the transmitted / received signal is high. It may be a signal that is constant in time.

上述した実施形態におけるデジタル信号処理部23をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。 The digital signal processing unit 23 in the above-described embodiment may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read by a computer system and executed. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices. Further, the "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, a "computer-readable recording medium" is a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short period of time. It may also include a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that is a server or a client in that case. Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be further realized for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system. It may be realized by using a programmable logic device such as FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention.

1…光送信装置,2…光受信装置,3…光伝送路,10…フレーム生成部,11…IQ信号生成部,12…光コヒーレント送信部,20…光コヒーレント受信部,21…局部発振器,22…ADC,23…デジタル信号処理部,24…出力部,31…等化器,32…周波数オフセット補償部,33…位相オフセット補償部 1 ... Optical transmitter, 2 ... Optical receiver, 3 ... Optical transmission path, 10 ... Frame generator, 11 ... IQ signal generator, 12 ... Optical coherent transmitter, 20 ... Optical coherent receiver, 21 ... Local oscillator, 22 ... ADC, 23 ... Digital signal processing unit, 24 ... Output unit, 31 ... Equalizer, 32 ... Frequency offset compensation unit, 33 ... Phase offset compensation unit

Claims (5)

周波数オフセット推定用トレーニング符号系列を含む予め定められるトレーニング符号系列に基づいて生成される第1のトレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信し、受信した前記コヒーレント光信号から得られる受信信号に含まれる前記第1のトレーニング信号を用いて前記受信信号の周波数オフセットの補償を行う光受信装置であって、
前記受信信号に含まれる前記第1のトレーニング信号から前記トレーニング符号系列に含まれる前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の一部又は全てを含む区間であって、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長に対応する長さの前記第1のトレーニング信号を周波数オフセット推定用の受信トレーニング信号として検出するタイミング検出部と、
検出した前記受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分と、自装置が予め記憶している前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成される第2のトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分と、に基づいて周波数オフセット量を算出する周波数オフセット推定部と、を備え、
前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列は、
多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成される信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が所定の角度となる符号系列である光受信装置。
A coherent optical signal including a first training signal generated based on a predetermined training code sequence including a training code sequence for frequency offset estimation is received, and the received signal included in the received signal obtained from the received coherent optical signal. An optical receiver that compensates for the frequency offset of the received signal using the first training signal.
A section including a part or all of the frequency offset estimation training code sequence included from the first training signal included in the received signal in the training code sequence, sequence of the frequency offset estimation training code sequence A timing detector for detecting the first training signal having a length corresponding to the length as a received training signal for frequency offset estimation, and a timing detection unit.
The detected 1-symbol delay differential component of the received training signal and the 1-symbol delay differential component of the second training signal generated based on the frequency offset estimation training code sequence stored in advance by the own device. A frequency offset estimation unit that calculates the frequency offset amount based on,
The training code sequence for frequency offset estimation is
A code sequence consisting of symbols of the multilevel phase modulation code argument of the vector average of one symbol delay differential component of the signal that will be generated based on the frequency offset estimate for training code sequence has a predetermined angle A series of optical receivers.
前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列は
該周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成される前記第1及び第2のトレーニング信号それぞれの1シンボル遅延差動成分のベクトル平均を算出した場合、互いに打ち消し合わずに強め合い、かつ前記ベクトル平均の偏角が所定の角度となる符号系列である、請求項1に記載の光受信装置。
The frequency offset estimation training code sequence,
When calculating the vector average of those that frequency offset estimation training code sequence to one symbol delay differential component of each of the first and second training signal is generated based, constructive rather not cancel each other, and wherein The optical receiver according to claim 1, wherein the declination of the vector average is a code sequence having a predetermined angle.
前記トレーニング符号系列は、
前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の前後、または前か後ろのいずれか一方に冗長符号系列が付加されており、
前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の前に前記冗長符号系列が付加される場合、前記冗長符号系列は、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の最後を含む部分系列であって前記冗長符号系列と同じ系列長の部分系列と同一の符号系列であり、
前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の後ろに前記冗長符号系列が付加えられる場合、前記冗長符号系列は、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の最初を含む部分系列であって前記冗長符号系列と同じ系列長の部分系列と同一の符号系列である、請求項1又は2に記載の光受信装置。
The training code sequence is
A redundant code sequence is added before, after, or either before or after the training code sequence for frequency offset estimation.
When the redundant code sequence is added before the training code sequence for frequency offset estimation, the redundant code sequence is a partial sequence including the end of the training code sequence for frequency offset estimation and is the same as the redundant code sequence. It is a code sequence that is the same as the partial sequence of the sequence length,
When the redundant code sequence is added after the training code sequence for frequency offset estimation, the redundant code sequence is a partial sequence including the beginning of the training code sequence for frequency offset estimation and is the same as the redundant code sequence. The optical receiver according to claim 1 or 2, which has the same code sequence as the partial sequence of the sequence length.
前記タイミング検出部は、
前記受信信号がバースト信号である場合、前記バースト信号の光強度と、予め定められる閾値とに基づいて前記受信トレーニング信号を検出する、請求項1から3のいずれか一項に記載の光受信装置。
The timing detection unit
The optical receiving device according to any one of claims 1 to 3, wherein when the received signal is a burst signal, the received training signal is detected based on the light intensity of the burst signal and a predetermined threshold value. ..
受信したコヒーレント光信号から得られる受信信号の周波数オフセットの補償を行う光受信装置における周波数オフセット推定方法であって、
周波数オフセット推定用トレーニング符号系列を含む予め定められるトレーニング符号系列に基づいて生成される第1のトレーニング信号を含むコヒーレント光信号を受信し、
受信した前記コヒーレント光信号から得られる受信信号に含まれる前記第1のトレーニング信号から前記トレーニング符号系列に含まれる前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の一部又は全てを含む区間であって、前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列の系列長に対応する長さの前記第1のトレーニング信号を周波数オフセット推定用の受信トレーニング信号として検出し、
検出した前記受信トレーニング信号の1シンボル遅延差動成分と、前記光受信装置が予め記憶している前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成される第2のトレーニング信号の1シンボル遅延差動成分と、に基づいて周波数オフセット量を算出し、
前記周波数オフセット推定用トレーニング符号系列は、
多値の位相変調のシンボルからなる符号系列であって当該周波数オフセット推定用トレーニング符号系列に基づいて生成される信号の1シンボル遅延差動成分のベクトル平均の偏角が所定の角度となる符号系列である周波数オフセット推定方法。
It is a frequency offset estimation method in an optical receiver that compensates for the frequency offset of the received signal obtained from the received coherent optical signal.
Receives a coherent optical signal containing a first training signal generated based on a predetermined training code sequence including a training code sequence for frequency offset estimation.
A section including a part or all of the frequency offset estimation training code sequence included in the training code sequence from the first training signal included in the received signal obtained from the received coherent optical signal, and the frequency. The first training signal having a length corresponding to the sequence length of the training code sequence for offset estimation is detected as a received training signal for frequency offset estimation.
One symbol delay and one-symbol delay differential component of the detected said received training signal, a second training signal the light receiving device is generated based on distichum wavenumber offset estimation training code sequence before stored in advance Calculate the frequency offset amount based on the differential component and
The training code sequence for frequency offset estimation is
A code sequence consisting of multi-valued phase modulation symbols, in which the declination of the vector average of the one-symbol delay differential component of the signal generated based on the training code sequence for frequency offset estimation is a predetermined angle. Is a frequency offset estimation method.
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