JP2015005803A - デジタル信号処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】位相変調信号の位相点配置を目標点へ線形変換することにより、信号品質を向上させることができるデジタル信号処理装置を提供する。【解決手段】位相変調信号の線形変換を行うデジタル信号処理装置において、位相変調信号s= [I Q]Tを、変換係数a,b,c,d,e,fを含む線形変換式を用いて、位相変調信号s’= [I' Q']Tに線形変換する線形変換手段を備える。【選択図】 図1
Description
本発明は、波形等化してシンボル判定を行う前に位相変調信号の位相点配置を線形変換するデジタル信号処理装置に関する。
位相変調信号を用いた通信技術は、光通信や無線通信分野で広く用いられている(非特許文献1)。通信の大容量・高速化を実現するために、位相変調信号としてM値のPSK(Phase Shift Keying)信号や、M値のQAM(Quadrature Amplitude Modulation )信号が用いられる。位相変調信号は、受信後にデジタル信号処理により波形等化された後に、シンボル判定される。この時、受信した位相変調信号の位相点配置が歪んでいる場合には、シンボル判定において信号品質を低下させてしまう。
美野真司,山崎裕史,山田貴,郷隆司,才田隆志,都築健,石井元速,土居芳行,福満高雄,"PLC−LNハイブリッド集積技術を用いた高速多値光変調器",NTT技術ジャーナル,pp.57-61,2011.3.
例えば、光通信分野において位相変調信号を送信する場合、光変調器に印加するバイアス電圧VB を適切な動作点に調整して位相変調信号を出力している。位相変調時にバイアス電圧VB が動作点からずれた場合、位相変調信号の位相点配置が歪んでしまう。この現象はIQインバランスと呼ばれており、QPSK信号や16QAM信号の位相点配置が歪んでしまい、受信後のシンボル判定時に伝送品質を劣化させる要因となっている。
本発明は、位相変調信号の位相点配置を目標点へ線形変換することにより、信号品質を向上させることができるデジタル信号処理装置を提供することを目的とする。
本発明は、位相変調信号の線形変換を行うデジタル信号処理装置において、位相変調信号s= [I Q]T を、変換係数a,b,c,d,e,fを含む線形変換式
を用いて、位相変調信号s’= [I' Q']T に線形変換する線形変換手段を備える。
本発明のデジタル信号処理装置において、線形変換手段は、位相変調信号sを入力し、3つのシンボルに該当する位相変調信号sの平均値を計算し、それを代表点s1 = [I1 Q1]T 、s2 = [I2 Q2]T 、s3 = [I3 Q3]T として出力する代表点計算部と、代表点s1 ,s2 ,s3 と、目標点s1'= [I1' Q1']T 、s2'= [I2' Q2']T 、s3'= [I3' Q3']T を入力し、線形変換式に代入して変換係数a,b,c,d,e,fを計算して出力する変換係数計算部と、位相変調信号sと変換係数a,b,c,d,e,fを入力し、線形変換式を用いて線形変換した位相変調信号s’を出力する線形変換部とを備える。
本発明のデジタル信号処理装置において、線形変換手段は、位相変調信号sを入力し、4つのシンボルに該当する位相変調信号sの平均値を計算し、それを代表点s1 = [I1 Q1]T 、s2 = [I2 Q2]T 、s3 = [I3 Q3]T 、s4 = [I4 Q4]T として出力する代表点計算部と、代表点s1 ,s2 ,s3 ,s4 と、目標点s1'= [I1' Q1']T 、s2'= [I2' Q2']T 、s3'= [I3' Q3']T 、s4'= [I4' Q4']T を入力し、代表点3点および目標点3点からなる4通りの組み合わせについて、線形変換式に代入して4通りの変換係数a1 〜a4 、b1 〜b4 、c1 〜c4 、d1 〜d4 、e1 〜e4 、f1 〜f4 を計算し、それぞれの変換係数の平均値を計算して変換係数a,b,c,d,e,fとして出力する変換係数計算部と、位相変調信号sと変換係数a,b,c,d,e,fを入力し、線形変換式を用いて線形変換した位相変調信号s’を出力する線形変換部とを備える。
本発明のデジタル信号処理装置において、線形変換手段は、位相変調信号sを入力し、4つのシンボルに該当する位相変調信号sの平均値を計算し、それを代表点s1 = [I1 Q1]T 、s2 = [I2 Q2]T 、s3 = [I3 Q3]T 、s4 = [I4 Q4]T として出力する代表点計算部と、代表点s1 ,s2 ,s3 ,s4 と、目標点s1'= [I1' Q1']T 、s2'= [I2' Q2']T 、s3'= [I3' Q3']T 、s4'= [I4' Q4']T を入力し、最小二乗法により変換係数a,b,c,d,e,fを計算して出力する変換係数計算部と、位相変調信号sと変換係数a,b,c,d,e,fを入力し、線形変換式を用いて線形変換した位相変調信号s’を出力する線形変換部とを備える。
本発明は、位相変調信号の位相点配置を目標点へ線形変換することにより、位相変調信号の信号品質を向上させることができる。
図1は、本発明のデジタル信号処理装置の構成例を示す。ここでは、光通信分野におけるデジタルコヒーレント送受信システムのデジタルコヒーレント受信機に適用した例を示すが、このデジタルコヒーレント受信機のデジタル信号処理装置に限定されるものではない。
図1において、デジタルコヒーレント送受信システムは、位相変調信号を送信する送信機1と、伝送路を介して伝送された位相変調信号を受信して復調するデジタルコヒーレント受信機10から構成される。デジタルコヒーレント受信機10は、伝送路からの位相変調信号とローカル光源2からのローカル光をコヒーレント受信器11に入力し、コヒーレント検波技術により高感度に電気信号に変換し、それをADコンバータ12でデジタル信号に変換し、デジタル信号処理装置20へ入力する。デジタル信号処理装置20は、等化器21のデジタル信号処理により伝送路で生じたデジタル信号(位相変調信号)の歪みを等化し、波形等化されたデジタル信号sを線形変換手段22に入力して線形変換し、シンボル判定器23で線形変換されたデジタル信号s’をシンボル判定してシンボルを出力する。
本実施例のデジタル信号処理装置20の特徴は、等化器21とシンボル判定器23の間に線形変換手段22を接続し、波形等化されたデジタル信号(位相変調信号) sを目標点へ線形変換した後にシンボル判定を行うところにある。
すなわち、位相変調信号s= [I Q]T ([I Q]T は行列[I Q] の転置行列を示す)を、変換係数a,b,c,d,e,fを含む線形変換式
を用いて、位相変調信号s’= [I' Q']T へ線形変換した後に、シンボル判定器23へ入力してシンボル判定を行う。
すなわち、位相変調信号s= [I Q]T ([I Q]T は行列[I Q] の転置行列を示す)を、変換係数a,b,c,d,e,fを含む線形変換式
図2は、線形変換手段22の第1の構成例を示す。
図2において、線形変換手段22は、代表点計算部221と、変換係数計算部222と、線形変換部223により構成される。代表点計算部221は、デジタル信号sを入力し、3つのシンボルに該当するデジタル信号の平均値を計算し、それを代表点
s1 = [I1 Q1]T
s2 = [I2 Q2]T
s3 = [I3 Q3]T
として出力する。
図2において、線形変換手段22は、代表点計算部221と、変換係数計算部222と、線形変換部223により構成される。代表点計算部221は、デジタル信号sを入力し、3つのシンボルに該当するデジタル信号の平均値を計算し、それを代表点
s1 = [I1 Q1]T
s2 = [I2 Q2]T
s3 = [I3 Q3]T
として出力する。
変換係数計算部222は、代表点s1 ,s2 ,s3 と、線形変換後の目標点
s1'= [I1' Q1']T
s2'= [I2' Q2']T
s3'= [I3' Q3']T
を入力し、上記の線形変換式に代入して六連連立方程式を解くことにより、変換係数a,b,c,d,e,fとして出力する。
s1'= [I1' Q1']T
s2'= [I2' Q2']T
s3'= [I3' Q3']T
を入力し、上記の線形変換式に代入して六連連立方程式を解くことにより、変換係数a,b,c,d,e,fとして出力する。
線形変換部223は、デジタル信号sと変換係数a,b,c,d,e,fを入力し、上記の線形変換式により線形変換したデジタル信号s’を出力する。
図3は、線形変換手段22の第2の構成例を示す。
図3において、線形変換手段22は、代表点計算部224と、変換係数計算部225と、線形変換部223により構成される。代表点計算部224は、デジタル信号sを入力し、4つのシンボルに該当するデジタル信号の平均値を計算し、それを代表点
s1 = [I1 Q1]T
s2 = [I2 Q2]T
s3 = [I3 Q3]T
s4 = [I4 Q4]T
として出力する。
図3において、線形変換手段22は、代表点計算部224と、変換係数計算部225と、線形変換部223により構成される。代表点計算部224は、デジタル信号sを入力し、4つのシンボルに該当するデジタル信号の平均値を計算し、それを代表点
s1 = [I1 Q1]T
s2 = [I2 Q2]T
s3 = [I3 Q3]T
s4 = [I4 Q4]T
として出力する。
変換係数計算部225は、代表点s1 ,s2 ,s3 ,s4 と、線形変換後の目標点
s1'= [I1' Q1']T
s2'= [I2' Q2']T
s3'= [I3' Q3']T
s4'= [I4' Q4']T
を入力する。そして、代表点3点および目標点3点からなる4通りの組み合わせ
(s1 ,s2, s3, s1', s2', s3')
(s2 ,s3, s4, s2', s3', s4')
(s3 ,s4, s1, s3', s4', s1')
(s4 ,s1, s2, s4', s1', s2')
について、上記の線形変換式に代入して六連連立方程式を解くことにより、4通りの変換係数a1 〜a4 、b1 〜b4 、c1 〜c4 、d1 〜d4 、e1 〜e4 、f1 〜f4 を計算し、それぞれの変換係数の平均値を求め、変換係数a,b,c,d,e,fとして出力する。このように、4つの変換係数の平均値をとることにより、代表点4点からなる平行四辺形が歪んでいる場合でも、変換係数の誤差を抑えることができる。
s1'= [I1' Q1']T
s2'= [I2' Q2']T
s3'= [I3' Q3']T
s4'= [I4' Q4']T
を入力する。そして、代表点3点および目標点3点からなる4通りの組み合わせ
(s1 ,s2, s3, s1', s2', s3')
(s2 ,s3, s4, s2', s3', s4')
(s3 ,s4, s1, s3', s4', s1')
(s4 ,s1, s2, s4', s1', s2')
について、上記の線形変換式に代入して六連連立方程式を解くことにより、4通りの変換係数a1 〜a4 、b1 〜b4 、c1 〜c4 、d1 〜d4 、e1 〜e4 、f1 〜f4 を計算し、それぞれの変換係数の平均値を求め、変換係数a,b,c,d,e,fとして出力する。このように、4つの変換係数の平均値をとることにより、代表点4点からなる平行四辺形が歪んでいる場合でも、変換係数の誤差を抑えることができる。
線形変換部223は、デジタル信号sと変換係数a,b,c,d,e,fを入力し、上記の線形変換式により線形変換したデジタル信号s’を出力する。
図4は、波形等化したデジタル信号(位相変調信号) の位相点配置、代表点、線形変換後の目標点を示す。
ここでは、図1の送信機1から16QAM信号を送信し、デジタルコヒーレント受信機10のデジタル信号処理装置20の等化器21で波形等化した16QAM信号の位相点配置と、線形変換手段22の代表点計算部221で算出した代表点s1 ,s2 ,s3 ,s4 と、線形変換後の目標点s1', s2', s3',s4'を示す。IQインバランスにより、16QAM信号の位相点配置が歪んでおり、BER(Bit Error Rate)は5.13×10-4となった。
図5は、線形変換後のデジタル信号(位相変調信号)の位相点配置を示す。
ここでは、図4の16QAM信号の位相点配置において、図3に示す線形変換手段22の変換係数計算部225により、代表点s1 ,s2 ,s3 ,s4 と線形変換後の目標点s1', s2', s3',s4'から、変換係数a,b,c,d,e,fを求め、この変換係数を用いて線形変換部223で線形変換した16QAM信号の位相点配置を示す。線形変換により、位相点配置のIQインバランスが解消し、BERは5.38×10-5となり伝送品質が向上した。
ここでは、図4の16QAM信号の位相点配置において、図3に示す線形変換手段22の変換係数計算部225により、代表点s1 ,s2 ,s3 ,s4 と線形変換後の目標点s1', s2', s3',s4'から、変換係数a,b,c,d,e,fを求め、この変換係数を用いて線形変換部223で線形変換した16QAM信号の位相点配置を示す。線形変換により、位相点配置のIQインバランスが解消し、BERは5.38×10-5となり伝送品質が向上した。
本実施例では、代表点と目標点を16QAM信号の最も外側の位相点としたが、平行四辺形となる位相点であれば、任意の代表点と目標点から変換係数を求め、デジタル信号(位相変調信号) を線形変換してもよい。
本実施例では、16QAM信号に対して本発明のデジタル信号処理を用いたが、いかなる位相変調方式の信号にも適用することができる。また、光通信分野におけるデジタルコヒーレント受信機において、本発明のデジタル信号処理装置を用いたが、無線通信における位相変調信号の受信機においても適用することができる。
1 送信機
2 ローカル光源
10 デジタルコヒーレント受信機
11 コヒーレント受信器
12 ADコンバータ
20 デジタル信号処理装置
21 等化器
22 線形変換手段
23 シンボル判定器
221,224 代表点計算部
222,225 変換係数計算部
223 線形変換部
2 ローカル光源
10 デジタルコヒーレント受信機
11 コヒーレント受信器
12 ADコンバータ
20 デジタル信号処理装置
21 等化器
22 線形変換手段
23 シンボル判定器
221,224 代表点計算部
222,225 変換係数計算部
223 線形変換部
Claims (4)
- 請求項1に記載のデジタル信号処理装置において、
前記線形変換手段は、
前記位相変調信号sを入力し、3つのシンボルに該当する前記位相変調信号sの平均値を計算し、それを代表点s1 = [I1 Q1]T 、s2 = [I2 Q2]T 、s3 = [I3 Q3]T として出力する代表点計算部と、
前記代表点s1 ,s2 ,s3 と、目標点s1'= [I1' Q1']T 、s2'= [I2' Q2']T 、s3'= [I3' Q3']T を入力し、前記線形変換式に代入して前記変換係数a,b,c,d,e,fを計算して出力する変換係数計算部と、
前記位相変調信号sと前記変換係数a,b,c,d,e,fを入力し、前記線形変換式を用いて線形変換した位相変調信号s’を出力する線形変換部と
を備えたことを特徴とするデジタル信号処理装置。 - 請求項1に記載のデジタル信号処理装置において、
前記線形変換手段は、
前記位相変調信号sを入力し、4つのシンボルに該当する前記位相変調信号sの平均値を計算し、それを代表点s1 = [I1 Q1]T 、s2 = [I2 Q2]T 、s3 = [I3 Q3]T 、s4 = [I4 Q4]T として出力する代表点計算部と、
前記代表点s1 ,s2 ,s3 ,s4 と、目標点s1'= [I1' Q1']T 、s2'= [I2' Q2']T 、s3'= [I3' Q3']T 、s4'= [I4' Q4']T を入力し、代表点3点および目標点3点からなる4通りの組み合わせについて、前記線形変換式に代入して4通りの変換係数a1 〜a4 、b1 〜b4 、c1 〜c4 、d1 〜d4 、e1 〜e4 、f1 〜f4 を計算し、それぞれの変換係数の平均値を計算して前記変換係数a,b,c,d,e,fとして出力する変換係数計算部と、
前記位相変調信号sと前記変換係数a,b,c,d,e,fを入力し、前記線形変換式を用いて線形変換した位相変調信号s’を出力する線形変換部と
を備えたことを特徴とするデジタル信号処理装置。 - 請求項1に記載のデジタル信号処理装置において、
前記線形変換手段は、
前記位相変調信号sを入力し、4つのシンボルに該当する前記位相変調信号sの平均値を計算し、それを代表点s1 = [I1 Q1]T 、s2 = [I2 Q2]T 、s3 = [I3 Q3]T 、s4 = [I4 Q4]T として出力する代表点計算部と、
前記代表点s1 ,s2 ,s3 ,s4 と、目標点s1'= [I1' Q1']T 、s2'= [I2' Q2']T 、s3'= [I3' Q3']T 、s4'= [I4' Q4']T を入力し、最小二乗法により前記変換係数a,b,c,d,e,fを計算して出力する変換係数計算部と、
前記位相変調信号sと前記変換係数a,b,c,d,e,fを入力し、前記線形変換式を用いて線形変換した位相変調信号s’を出力する線形変換部と
を備えたことを特徴とするデジタル信号処理装置。
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- 2013-06-19 JP JP2013128375A patent/JP2015005803A/ja active Pending
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