WO2022113205A1 - 受信装置および受信方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a technique of a receiving device and an optical receiving method.
- a technique for applying an AMCC (auxiliary management and control channel) method to a digital coherent transmission method is known (see, for example, Non-Patent Document 1).
- many digital coherent transmission schemes require an IQ modulator in the transmitter, which increases costs. Therefore, the CPFSK (continuous phase frequency shift keying) method has been proposed as a method for realizing the cost reduction of the transmitter.
- the CPFSK method the transmitter is directly modulated, and the amplitude of the modulated signal is set smaller than that at the time of normal intensity modulation, so that the signal light is frequency-modulated with a constant amplitude.
- communication is performed by calculating the amount of phase change that occurs within a certain period of time. Since this method does not require an IQ modulator for the transmitter, the cost of the transmitter can be expected to be reduced.
- an object of the present invention is to provide a technique capable of simplifying the configuration of a receiving device when the AMCC method is applied in the CPFSK method, which is one of the digital coherent transmission methods.
- One aspect of the present invention is a receiving unit that receives a signal light frequency-modulated with a signal obtained by adding a main signal and a control signal having a low frequency to the main signal and converts the signal light into an analog electric signal, and the analog electricity.
- the processing unit includes a processing unit that acquires a code sequence corresponding to the control signal based on the signal, and the processing unit acquires a frequency offset amount that acquires the frequency offset amount of the signal light acquired based on the analog electric signal. It is a receiving device including a unit and a determination unit that determines a code sequence corresponding to a control signal based on the frequency offset amount acquired by the frequency offset amount acquisition unit.
- One aspect of the present invention receives a frequency-modulated signal light with a signal obtained by adding a main signal and a signal obtained by superimposing a subcarrier on a control signal having a low frequency with respect to the main signal, and converts the signal light into an analog electric signal.
- the processing unit includes a receiving unit and a processing unit that acquires a code sequence corresponding to the control signal based on the analog electric signal, and the processing unit is a frequency offset amount of the signal light acquired based on the analog electric signal.
- the frequency offset amount acquisition unit that acquires the frequency offset amount
- the down-conversion unit that down-converts the frequency offset amount acquired by the frequency offset amount acquisition unit to the base band, and the frequency offset that is down-converted to the base band by the down-conversion unit.
- It is a receiving device including a determination unit that determines a code sequence corresponding to a control signal based on a quantity.
- One aspect of the present invention is a step of receiving a signal light frequency-modulated with a signal obtained by adding a main signal and a control signal having a low frequency to the main signal and converting the signal light into an analog electric signal, and the analog electric signal. It is a reception method executed by a receiving device, which comprises a step of acquiring a frequency offset amount of the signal light acquired based on the above, and a step of determining a code sequence corresponding to the control signal based on the frequency offset amount. ..
- One aspect of the present invention receives a frequency-modulated signal light with a signal obtained by adding a main signal and a signal obtained by superimposing a subcarrier on a control signal having a low frequency with respect to the main signal, and converts the signal light into an analog electric signal.
- a step a step of acquiring the frequency offset amount of the signal light acquired based on the analog electric signal, a step of down-converting the frequency offset amount to the base band, and the frequency offset down-converted to the base band. It is a receiving method executed by a receiving device, which comprises a step of determining a code sequence corresponding to a control signal based on a quantity.
- the configuration of the receiving device can be simplified.
- FIG. 1 is a diagram showing a system configuration example of the communication system 100 according to the first embodiment of the present invention.
- the communication system 100 includes a transmitting device 10 and a receiving device 20.
- the transmission device 10 directly modulates the laser beam with a modulation signal for generating a CPFSK (continuous phase frequency shift keying) signal.
- the transmission device 10 transmits directly modulated laser light (hereinafter referred to as “signal light”).
- the signal light transmitted by the transmission device 10 propagates in the transmission line 2.
- An example of the transmission line 2 is an optical fiber.
- the receiving device 20 receives an optical signal including signal light propagating in the transmission line 2 and local light emission.
- the receiving device 20 converts the in-phase component (I (Inphase) component) and the quadrature phase component (Q (Quadrature) component) of the received optical signal into an analog electric signal.
- the receiving device 20 samples the analog electrical signal and converts it into a quantized digital signal.
- the receiving device 20 separates the digital signal into a main signal and an AMCC signal by processing the digital signal.
- the receiving device 20 outputs a code sequence based on the main signal and the AMCC signal.
- FIG. 2 is a diagram for explaining an example of CPFSK modulation.
- (a) shows an example of the electric field waveform of the transmission signal.
- the transmitter modulates the frequency of the signal and transmits the code sequence.
- A be the amplitude
- ⁇ be the angular frequency of the intermediate frequency
- t be the time
- ⁇ be the phase
- A is constant in time.
- the intermediate frequency is the frequency difference between the main signal and the station emission.
- the electric field E sig of the received signal is expressed by the following equation.
- E sig Aexpj ( ⁇ t- ⁇ )
- (b) shows the time change of the angular frequency of the intermediate frequency.
- the amount of phase change ⁇ dif that occurs between the time t1 and the time t2 is expressed by the equation (1).
- the phase change amount ⁇ diff is equal to the area S between the time t1 and the time t2 in the time change of the angular frequency of the intermediate frequency in (b).
- the frequency and the amount of phase change are proportional.
- the frequency is modulated by the NRZ (non-return-to-zero) signal
- the phase change amount can be modulated by the NRZ.
- (c) shows the time change of the phase change amount.
- frequency modulation is performed on the transmitting side, and the code is identified as the amount of phase change on the receiving side.
- 3A and 3B are diagrams for explaining Example 2 of CPFSK modulation.
- the frequency offset ⁇ 0 is 0
- the left figure shows the state of the reception symbol sy01a at time t1 and the reception symbol sy02a at time t2 in the vicinity of the symbol whose code sequence corresponds to 1.
- the right figure shows a complex amplitude having a phase change amount generated by taking a complex conjugate product between two symbols of the reception symbol sy01a and the reception symbol sy02a as an argument.
- the left figure shows the state of the reception symbol sy01b at time t1 and the reception symbol sy02b at time t2 in the vicinity of the symbol whose code sequence corresponds to 0.
- the right figure shows a complex amplitude having a phase change amount generated by taking a complex conjugate product between two symbols of the reception symbol sy01b and the reception symbol sy02b.
- a constellation can be created by calculating a vector having a phase change amount in phase, and a transmission code sequence can be identified by determining a threshold value for the created constellation.
- the transmission device 10 includes a light source 11 and a modulation signal generation unit 12.
- An example of the light source 11 is a semiconductor laser.
- the light source 11 directly modulates the drive current with the modulation signal output by the modulation signal generation unit 12.
- the modulation signal generation unit 12 generates a modulation signal.
- the modulation signal generation unit 12 includes a main signal generation unit 13, an AMCC signal generation unit 14, and an addition unit 15.
- a main signal code sequence is input to the main signal generation unit 13.
- the main signal generation unit 13 generates a main signal based on the input main signal code sequence.
- the main signal generation unit 13 outputs the generated main signal to the addition unit 15.
- An AMCC signal code sequence is input to the AMCC signal generation unit 14.
- the AMCC signal generation unit 14 generates an AMCC signal based on the input AMCC signal code sequence.
- the AMCC signal generation unit 14 outputs the generated AMCC signal to the addition unit 15.
- the addition unit 15 adds the AMCC signal output by the AMCC signal generation unit 14 and the DC bias to the main signal output by the main signal generation unit 13, and outputs the addition to the light source 11.
- the DC bias is input to the adder 15 from the inside of the modulation signal generation unit 12, but the DC bias may be input to the adder 15 from the outside of the modulation signal generation unit 12. ..
- FIG. 4 is a diagram showing an example of a modulated signal generated by the modulated signal generation unit 12 according to the present embodiment.
- the horizontal axis is time.
- (A) shows an example of the time waveform of the main signal.
- the main signal is a digital signal and takes discrete values.
- (B) shows an example of the time waveform of the AMCC signal.
- the AMCC signal is a signal (control signal) having a lower frequency than the main signal.
- C) is a signal obtained by adding a DC bias to the modulated signal of the main signal and the modulated signal of the AMCC signal. In (C), a DC bias is added to the signal obtained by adding the modulated signal of (2) the AMCC signal to the modulated signal of (1) the main signal.
- the intensity and frequency are modulated.
- the intensity modulation component becomes small and can be ignored.
- the intensity modulation component will be described as being negligibly small.
- the modulation signal generation unit 12 is configured by using a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory.
- the modulation signal generation unit 12 functions as a main signal generation unit 13, an AMCC signal generation unit 14, and an addition unit 15 by executing a program by the processor. Even if all or part of each function of the modulation signal generation unit 12 is realized by using hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array). good.
- ASIC Application Specific Integrated Circuit
- PLD Programmable Logic Device
- FPGA Field Programmable Gate Array
- Computer-readable recording media include, for example, flexible disks, magneto-optical disks, ROMs, CD-ROMs, portable media such as semiconductor storage devices (for example, SSD: Solid State Drive), hard disks and semiconductor storage built into computer systems. It is a storage device such as a device.
- the above program may be transmitted over a telecommunication line. Return to FIG. 1 and continue the explanation.
- the receiving device 20 includes a station emission generation unit 21, a coherent receiver 22, an ADC (analog to digital converter) 23, and a DSP processing unit 24.
- the local emission generation unit 21 generates local emission.
- the local emission is a laser beam mounted on the receiving device 20.
- the coherent receiver 22 receives the station emission output by the station emission generation unit 21 and the signal light transmitted by the transmission device 10.
- the coherent receiver 22 converts the received optical signal into an analog electrical signal. Specifically, the coherent receiver 22 performs coherent reception using the received local light emission, and converts the in-phase component (I component) and the quadrature phase component (Q component) of the received optical signal into an analog electric signal. ..
- the coherent receiver 22 outputs the I component and the Q component (hereinafter referred to as “received signal”) of the optical signal converted into an analog electric signal to the ADC 23.
- the ADC 23 samples and discretizes the received signal output by the coherent receiver 22.
- the ADC 23 outputs the discretized received signal to the DSP (Digital Signal Processing) processing unit 24.
- the DSP processing unit 24 performs DSP processing on the discretized received signal output by the ADC 23, and determines a code sequence corresponding to each of the main signal and the AMCC signal from the received signal. As a result, the DSP processing unit 24 identifies (decodes) the code sequence corresponding to each of the main signal and the AMCC signal from the received signal.
- the DSP processing unit 24 outputs the result of determining the code sequence corresponding to each of the main signal and the AMCC signal.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of the receiving device 20 according to the present embodiment.
- the DSP processing unit 24 includes a complex amplitude calculation unit 24-1, a differential detection unit 24-2, a frequency offset compensation unit 24-3, an equalization processing unit 24-4, a determination unit 24-5, and a filter. It includes 24-6, a downsampling unit 24-7, a determination unit 24-8, and an average derivation unit 24-9.
- the complex amplitude calculation unit 24-1 calculates the complex amplitude based on the discretized received signal output by the ADC 23. Specifically, the results of discretizing the I component and the Q component of the optical signal converted into an analog electric signal are referred to as EI and EQ, respectively.
- the complex amplitude calculation unit 24-1 outputs the complex amplitude E to the differential detection unit 24-2.
- the differential detection unit 24-2 performs operation detection based on the output of the complex amplitude calculation unit 24-1, that is, the complex amplitude E, and calculates the complex amplitude having the phase change amount as the phase. Specifically, the differential detection unit 24-2 calculates the complex conjugate product with the sample after a certain period of time based on the complex amplitude E. The differential detection unit 24-2 outputs a complex amplitude having a phase change amount as a phase (hereinafter referred to as “complex amplitude”) to the frequency offset compensation unit 24-3.
- the frequency offset compensation unit 24-3 compensates for the output of the differential detection unit 24-2, that is, the frequency offset of the complex amplitude.
- An example of the CPFSK frequency offset compensation technique is described in, for example, "T. Kanai et al.,” Wide-Range Frequency Offset Compensation for CPFSK used as TDM-Based Digital Coherent PON's Upstream Signals ", ECOC 2019".
- FIG. 6 is a diagram showing an example of a time waveform of a frequency offset amount.
- the horizontal axis is time and the vertical axis is the frequency offset amount.
- the frequency offset amount includes (i) a component derived from the difference in the center frequency between the station emission and the signal light, and (ii) a component derived from the AMCC signal. If (i) the component derived from the difference in the center frequency between the station emission and the signal light is constant over time, the frequency offset amount is that the AMCC signal is superimposed on a certain DC component.
- the frequency offset compensation unit 24-3 acquires (i) a component derived from the difference in the center frequency between the station emission and the signal light by calculating the average value of the frequency offset amount.
- the frequency offset compensation unit 24-3 detects the above-mentioned "(i) component derived from the difference in the center frequency between the station emission and the signal light" from the signal output from the differential detection unit 24-2, and is appropriate based on the above. This is compensated by giving a large amount of rotation.
- the frequency offset compensation unit 24-3 outputs the complex amplitude compensated for the frequency offset to the equalization processing unit 24-4.
- the frequency offset compensation unit 24-3 outputs the frequency offset amount to the filter 24-6.
- the equalization processing unit 24-4 compensates for the output of the frequency offset compensation unit 24-3, that is, the waveform distortion received in the complex amplitude transmission line 2 in which the frequency offset is compensated.
- the equalization processing unit 24-4 outputs the result of compensating the waveform distortion of the complex amplitude compensated for the frequency offset to the determination unit 24-5.
- the determination unit 24-5 determines the code sequence of the main signal by performing threshold determination based on the output of the equalization processing unit 24-4, that is, the result of compensating the waveform distortion of the complex amplitude compensated for the frequency offset. do.
- the determination unit 24-5 outputs the result of determining the code sequence of the main signal.
- the frequency offset compensation unit 24-3 transmits the estimated frequency offset amount ((i) a component derived from the difference in the center frequency between the station emission and the signal light) to the filter 24-6.
- the filter 24-6 removes a high frequency component (main signal component) of the frequency offset amount output by the frequency offset compensation unit 24-3.
- the filter 24-6 outputs the frequency offset amount from which the high frequency component is removed to the downsampling unit 24-7 and the average derivation unit 24-9.
- the downsampling unit 24-7 downsamples to the symbol rate of the AMCC signal based on the frequency offset amount from which the high frequency component output by the filter 24-6 is removed.
- the downsampling unit 24-7 outputs the frequency offset amount from which the downsampled high frequency component is removed to the determination unit 24-8.
- the average derivation unit 24-9 derives statistical values such as the average of the frequency offset amount from which the high frequency component output by the filter 24-6 is removed.
- statistical values such as the average of the frequency offset amount from which the high frequency component output by the filter 24-6 is removed.
- the average derivation unit 24-9 outputs the average derivation result to the determination unit 24-8.
- the determination unit 24-8 is based on the output of the downsampling unit 24-7, that is, the frequency offset amount from which the downsampled high frequency component is removed, and the average derivation result derived by the average derivation unit 24-9. Using the derivation result as a threshold, the code sequence corresponding to the AMCC signal is determined by performing the threshold determination on the frequency offset amount from which the downsampled high frequency component is removed. The determination unit 24-8 outputs the determination result of the AMCC signal.
- the DSP processing unit 24 is configured by using a processor such as a CPU and a memory.
- the DSP processing unit 24 has a complex amplitude calculation unit 24-1, a differential detection unit 24-2, a frequency offset compensation unit 24-3, an equalization processing unit 24-4, and a determination unit 24 when the processor executes a program. It functions as -5, a filter 24-6, a downsampling unit 24-7, a determination unit 24-8, and an average derivation unit 24-9. All or part of each function of the DSP processing unit 24 may be realized by using hardware such as ASIC, PLD, and FPGA.
- the above program may be recorded on a computer-readable recording medium.
- Computer-readable recording media include, for example, flexible disks, magneto-optical disks, ROMs, CD-ROMs, portable media such as semiconductor storage devices (for example, SSD: Solid State Drive), hard disks and semiconductor storage built into computer systems. It is a storage device such as a device.
- the above program may be transmitted over a telecommunication line.
- FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the transmission device 10 included in the communication system 100 according to the present embodiment.
- Step S1-1 In the transmission device 10, the main signal code sequence is input to the main signal generation unit 13. The main signal generation unit 13 generates a main signal based on the input main signal code sequence.
- Step S2-1 In the transmission device 10, the AMCC signal code sequence is input to the AMCC signal generation unit 14. The AMCC signal generation unit 14 generates an AMCC signal based on the input AMCC signal code sequence.
- Step S3-1) In the transmission device 10, the main signal generation unit 13 outputs the generated main signal to the addition unit 15.
- the AMCC signal generation unit 14 outputs the generated AMCC signal to the addition unit 15.
- the addition unit 15 adds the AMCC signal output by the AMCC signal generation unit 14 and the DC bias to the main signal output by the main signal generation unit 13, and outputs the addition to the light source 11.
- Step S4-1) In the transmission device 10, the light source 11 transmits signal light by directly modulating the drive current with the modulation signal output by the modulation signal generation unit 12.
- FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the receiving device 20 included in the communication system 100 according to the present embodiment.
- the local emission generation unit 21 generates local emission.
- the coherent receiver 22 receives the station light emitted by the station light emitting generation unit 21 and the signal light transmitted by the transmitting device 10.
- the coherent receiver 22 converts the received optical signal into an analog electrical signal.
- the ADC 23 samples the received signal output by the coherent receiver 22 and discretizes it.
- the ADC 23 outputs the discretized received signal to the DSP processing unit 24.
- Step S4-2) In the receiving device 20, the DSP processing unit 24 performs DSP processing on the discretized received signal output by the ADC 23, and determines a code sequence corresponding to each of the main signal and the AMCC signal from the received signal.
- FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation of the DSP processing unit 24 of the receiving device 20 according to the present embodiment.
- the complex amplitude calculation unit 24-1 calculates the complex amplitude based on the discretized received signal output by the ADC 23.
- the complex amplitude calculation unit 24-1 outputs the complex amplitude E to the differential detection unit 24-2.
- the differential detection unit 24-2 performs operation detection based on the output of the complex amplitude calculation unit 24-1, and calculates the complex amplitude having the phase change amount as the phase.
- Step S3-3 In the receiving device 20, the frequency offset compensating unit 24-3 compensates for the output of the differential detection unit 24-2, that is, the frequency offset of the complex amplitude.
- the frequency offset compensation unit 24-3 outputs the complex amplitude compensated for the frequency offset to the equalization processing unit 24-4.
- the frequency offset compensation unit 24-3 outputs the frequency offset amount to the filter 24-6.
- Step S4a-3 In the receiving device 20, the equalization processing unit 24-4 compensates for the waveform distortion received in the complex amplitude transmission line 2 that compensates for the frequency offset output by the frequency offset compensating unit 24-3.
- the equalization processing unit 24-4 outputs the result of compensating the waveform distortion of the complex amplitude compensated for the frequency offset to the determination unit 24-5.
- the determination unit 24-5 determines the code sequence of the main signal by performing threshold value determination on the result of compensating the waveform distortion of the complex amplitude compensated for the frequency offset output by the equalization processing unit 24-4.
- Step S6a-3) In the receiving device 20, the determination unit 24-5 outputs the result of determining the code sequence of the main signal.
- Step S4b-3 In the receiving device 20, the filter 24-6 removes the high frequency component of the frequency offset amount based on the frequency offset amount output by the frequency offset compensating unit 24-3. The filter 24-6 outputs the frequency offset amount from which the high frequency component is removed to the downsampling unit 24-7 and the average derivation unit 24-9.
- Step S5b-3) In the receiving device 20, the downsampling unit 24-7 extracts a symbol by downsampling to the symbol rate of the AMCC signal based on the frequency offset amount from which the high frequency component output by the filter 24-6 is removed.
- Step S6b-3 In the receiving device 20, the average derivation unit 24-9 derives the average of the frequency offset amount from which the high frequency component output by the filter 24-6 is removed.
- the average derivation unit 24-9 outputs the average derivation result to the determination unit 24-8.
- the determination unit 24-8 is extracted by the downsampling unit 24-7 using the average derivation result as a threshold value based on the symbol output by the downsampling unit 24-7 and the average derived by the average derivation unit 24-9.
- the code sequence corresponding to the AMCC signal is determined by performing the threshold value determination on the symbol. (Step S7b-3)
- the determination unit 24-8 outputs the determination result of the code sequence corresponding to the AMCC signal.
- the receiving device receives the signal light of CPFSK generated by directly modulating the AMCC signal with the modulated signal superimposed on the main signal
- the present invention is not limited to this example.
- CPFSK signal light directly modulated by a modulation signal in which a control signal having a lower frequency than the main signal is superimposed on the main signal can be applied.
- the DSP processing unit 24 analyzes the frequency offset amount and determines the code sequence of the AMCC signal by determining the threshold value based on the analysis result. Separation can be performed by an electric signal in the DSP processing unit 24.
- the received light intensity in the coherent receiver is reduced and the noise characteristics are deteriorated.
- a device for receiving the AMCC is required.
- the main signal and the AMCC signal are separated by the DSP processing unit 24 using an electric signal, the noise characteristics can be improved without using a device for receiving the AMCC.
- the main signal and the AMCC signal are separated by the DSP processing unit 24 using an electric signal, it is possible to improve the noise characteristics.
- FIG. 10 is a diagram showing a system configuration example of the communication system 100a according to the second embodiment of the present invention.
- the communication system 100a includes a transmitting device 10a and a receiving device 20a.
- the AMCC signal is identified based on the frequency offset amount output by the frequency offset compensating unit 24-3 by using the fact that the AMCC signal is proportional to the frequency offset amount.
- the difference between the frequency of the light source 11 and the frequency of the local emission fluctuates, the component derived from the difference between the center frequency of the local emission and the signal light also changes.
- the receiving device 20a separates the AMCC signal when the difference between the frequency of the light source 11 and the frequency of the station emission fluctuates.
- the transmission device 10a includes a light source 11 and a modulation signal generation unit 12a.
- the modulation signal generation unit 12a generates a modulation signal.
- the modulation signal generation unit 12a includes a main signal generation unit 13, an AMCC signal generation unit 14, an addition unit 15, a subcarrier generation unit 16, and a multiplication unit 17.
- the subcarrier generation unit 16 generates subcarriers.
- the multiplication unit 17 superimposes the subcarrier generated by the subcarrier generation unit 16 on the AMCC signal generated by the AMCC signal generation unit 14.
- the addition unit 15 adds a signal obtained by superimposing a subcarrier on the main signal output by the main signal generation unit 13 and the AMCC signal output by the multiplication unit 17, and a DC bias, and outputs the signal to the light source 11.
- the DC bias is input to the addition unit 15 from the inside of the modulation signal generation unit 12a, but the DC bias may be input to the addition unit 15 from the outside of the modulation signal generation unit 12a. ..
- the modulation signal generation unit 12a is configured by using a processor such as a CPU and a memory.
- the modulation signal generation unit 12a functions as a main signal generation unit 13, an AMCC signal generation unit 14, an addition unit 15, a subcarrier generation unit 16, and a multiplication unit 17 when the processor executes a program. All or part of each function of the modulation signal generation unit 12a may be realized by using hardware such as ASIC, PLD, and FPGA.
- the above program may be recorded on a computer-readable recording medium.
- Computer-readable recording media include, for example, flexible disks, magneto-optical disks, ROMs, CD-ROMs, portable media such as semiconductor storage devices (for example, SSD: Solid State Drive), hard disks and semiconductor storage built into computer systems. It is a storage device such as a device.
- the above program may be transmitted over a telecommunication line.
- the receiving device 20a includes a station emission generation unit 21, a coherent receiver 22, an ADC 23, and a DSP processing unit 24a.
- the DSP processing unit 24a performs DSP processing on the discretized received signal output by the ADC 23, and determines a code sequence corresponding to each of the main signal and the AMCC signal from the received signal.
- the DSP processing unit 24a outputs the result of determining the code sequence corresponding to each of the main signal and the AMCC signal.
- FIG. 11 is a diagram showing an example of details of the DSP processing unit 24a of the receiving device 20a according to the present embodiment.
- the DSP processing unit 24a includes a complex amplitude calculation unit 24-1, a differential detection unit 24-2, a frequency offset compensation unit 24-3, an equalization processing unit 24-4, a determination unit 24-5, and a filter. It includes 24-6, a down-conversion unit 24a-7, a downsampling unit 24a-8, a determination unit 24a-9, and an average derivation unit 24a-10.
- the filter 24-6 cuts out the signal in the frequency band of the AMCC signal by filtering (removing) the signal other than the signal in the frequency band of the AMCC signal based on the frequency offset amount output by the frequency offset compensator unit 24-3. Extract). By cutting out the signal in the frequency band of the AMCC signal, the component derived from the frequency difference between the station emission and the signal light is removed.
- the filter 24-6 outputs a signal in the frequency band of the extracted AMCC signal to the down-conversion unit 24a-7.
- the down-conversion unit 24a-7 acquires a signal in the frequency band of the AMCC signal output by the filter 24-6.
- the down-conversion unit 24a-7 removes subcarriers by down-converting the acquired AMCC signal in the frequency band to the base band.
- the down-conversion unit 24a-7 outputs the down-converted AMCC frequency band signal to the average derivation unit 24-9.
- the downsampling unit 24a-8 extracts a symbol by downsampling a signal in the frequency band of the down-converted AMCC signal to the symbol rate of the AMCC signal.
- the downsampling unit 24a-8 outputs the extracted symbol to the determination unit 24a-9.
- the average derivation unit 24a-10 derives statistical values such as the average of the signals in the frequency band of the down-converted AMCC output by the down-conversion unit 24a-7.
- the average derivation unit 24a-10 outputs the average derivation result to the determination unit 24a-9.
- the determination unit 24a-9 uses the average derivation result as a threshold value with respect to the symbol based on the output of the downsampling unit 24a-8, that is, the symbol and the average derivation result derived by the average derivation unit 24a-10.
- the AMCC signal is determined by performing the threshold value determination.
- the determination unit 24a-9 outputs the determination result of the AMCC signal.
- the DSP processing unit 24a is configured by using a processor such as a CPU and a memory.
- the DSP processing unit 24a has a complex amplitude calculation unit 24-1, a differential detection unit 24-2, a frequency offset compensation unit 24-3, an equalization processing unit 24-4, and a determination unit 24 when the processor executes a program. It functions as -5, a filter 24-6, a down-conversion unit 24a-7, a downsampling unit 24a-8, a determination unit 24a-9, and an average derivation unit 24a-10. All or part of each function of the DSP processing unit 24a may be realized by using hardware such as ASIC, PLD, and FPGA.
- the above program may be recorded on a computer-readable recording medium.
- Computer-readable recording media include, for example, flexible disks, magneto-optical disks, ROMs, CD-ROMs, portable media such as semiconductor storage devices (for example, SSD: Solid State Drive), hard disks and semiconductor storage built into computer systems. It is a storage device such as a device.
- the above program may be transmitted over a telecommunication line.
- FIG. 12 is a diagram for explaining an example of the operation of the receiving device 20a according to the present embodiment.
- the horizontal axis is frequency and the vertical axis is power.
- (a) shows an example of the frequency spectrum of the discretized received signal input to the DSP processing unit 24a.
- B shows an example of a signal in the frequency band of the AMCC signal cut out by the filter 24-6.
- (C) shows an example of a signal in the frequency band of the AMCC signal down-converted by the down-conversion unit 24a-7.
- FIG. 13 is a flowchart showing an example of the operation of the transmission device 10a included in the communication system 100a according to the present embodiment.
- the main signal code sequence is input to the main signal generation unit 13.
- the main signal generation unit 13 generates a main signal based on the input main signal code sequence.
- the AMCC signal code sequence is input to the AMCC signal generation unit 14.
- the AMCC signal generation unit 14 generates an AMCC signal based on the input AMCC signal code sequence.
- the subcarrier generation unit 16 In the transmission device 10a, the subcarrier generation unit 16 generates subcarriers.
- Step S4-4 In the transmission device 10a, the multiplication unit 17 superimposes the subcarrier generated by the subcarrier generation unit 16 on the AMCC signal generated by the AMCC signal generation unit 14.
- Step S5-4 In the transmission device 10, the main signal generation unit 13 outputs the generated main signal to the addition unit 15.
- the multiplication unit 17 outputs a signal in which a subcarrier is superimposed on the AMCC signal to the addition unit 15.
- the addition unit 15 adds a signal obtained by superimposing a subcarrier on the main signal output by the main signal generation unit 13 and the AMCC signal output by the multiplication unit 17, and a DC bias, and outputs the signal to the light source 11.
- Step S6-4 In the transmission device 10a, the light source 11 transmits the signal light of CPFSK by directly modulating the drive current with the modulation signal output by the modulation signal generation unit 12a.
- FIG. 14 is a flowchart showing an example of the operation of the receiving device 20a included in the communication system 100a according to the present embodiment.
- the local emission generation unit 21 generates local emission.
- the coherent receiver 22 receives the station light emitted by the station light emitting generation unit 21 and the signal light transmitted by the transmitting device 10a. The coherent receiver 22 converts the received optical signal into an analog electrical signal.
- the ADC 23 samples the received signal output by the coherent receiver 22 and discretizes it. The ADC 23 outputs the discretized received signal to the DSP processing unit 24a.
- the DSP processing unit 24a performs DSP processing on the discretized received signal output by the ADC 23, and decodes the code sequence corresponding to each of the main signal and the AMCC signal from the received signal.
- FIG. 15 is a flowchart showing an example of the operation of the DSP processing unit 24a of the receiving device 20a according to the present embodiment. Since FIG. 9 can be applied to steps S1-6 to S6a-6, the description thereof is omitted here.
- Step S4b-6) In the receiving device 20a, the filter 24-6 filters (removes) the signal other than the frequency band of the AMCC signal based on the frequency offset amount output by the frequency offset compensating unit 24-3, thereby filtering (removing) the frequency band of the AMCC signal. The signal of is cut out (extracted). The filter 24-6 outputs the acquired AMCC signal frequency band signal to the down-conversion unit 24a-7.
- Step S5b-6 In the receiving device 20a, the down-converting unit 24a-7 acquires a signal in the frequency band of the AMCC signal output by the filter 24-6, and down-converts the acquired signal in the frequency band of the AMCC signal to the base band.
- the down-conversion unit 24a-7 outputs the down-converted AMCC frequency band signal to the downsampling unit 24a-8 and the average derivation unit 24-9.
- Step S6b-6 In the receiving device 20a, the downsampling unit 24a-8 extracts the symbol by downsampling the frequency band of the down-converted AMCC signal to the symbol rate of the AMCC signal.
- Step S7b-6 In the receiving device 20a, the average derivation unit 24a-10 derives the average of the signals in the down-converted AMCC frequency band output by the down-conversion unit 24a-7. The average derivation unit 24a-10 outputs the average derivation result to the determination unit 24a-9.
- the determination unit 24a-9 uses the average derivation result as a threshold value with respect to the symbol based on the output of the downsampling unit 24a-8, that is, the symbol and the average derivation result derived by the average derivation unit 24a-10. By performing the threshold value determination, the code sequence corresponding to the AMCC signal is determined. (Step S7b-6) In the receiving device 20a, the determination unit 24a-9 outputs the determination result of the AMCC signal.
- the receiving device receives the signal light of CPFSK in which the AMCC signal on which the subcarrier is superimposed is directly modulated by the modulated signal superimposed on the main signal
- the signal light of CPFSK in which the subcarriers are superimposed and the signal having a lower frequency with respect to the main signal is directly modulated by the modulated signal superimposed on the main signal can be applied.
- the DSP processing unit 24a analyzes the frequency offset amount and determines the code sequence of the AMCC signal by determining the threshold value based on the analysis result.
- the coherent receiver 22 is an example of a receiving unit
- the frequency offset compensation unit 24-3 is an example of a frequency offset amount acquisition unit
- 24a-10 is an example of a derivation unit
- filter 24-6 is an example of a frequency component removing unit.
- the present invention is applicable to communication systems.
- 2 ... Transmission line, 10, 10a ... Transmitter, 11 ... Light source, 12, 12a ... Modulation signal generation unit, 13 ... Main signal generation unit, 14 ... Amplitude signal generation unit, 15 ... Addition unit, 16 ... Subcarrier generation unit , 17 ... Multiplying unit, 20, 20a ... Receiver, 21 ... Station emission generator, 22 ... Coherent receiver, 23 ... ADC, 24, 24a ... DSP processing unit, 24-1-1 ... Complex amplitude calculation unit, 24-2 ... Differential detection unit, 24-3 ... Frequency offset compensation unit, 24-4 ... Equalization processing unit, 24-5 ... Judgment unit, 24-6 ... Filter, 24-7 ... Downsampling unit, 24-8 ...
- Judgment Units 24-9 Average derivation unit, 24a-7 ... Down conversion unit, 24a-8 ... Downsampling unit, 24a-9 ... Judgment unit, 24a-10 ... Average derivation unit, 100, 100a ... Communication system
Landscapes
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- Electromagnetism (AREA)
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Abstract
本発明の一態様は、主信号と、主信号に対して周波数の低い制御信号とを加算した信号で周波数変調された信号光を受信し、アナログ電気信号に変換する受信部と、アナログ電気信号に基づいて制御信号に対応した符号系列を取得する処理部とを備え、処理部は、アナログ電気信号に基づいて取得される信号光の周波数オフセット量を取得する周波数オフセット量取得部と、周波数オフセット量取得部が取得した周波数オフセット量に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定する判定部とを備える、受信装置である。
Description
本発明は、受信装置および光受信方法の技術に関する。
デジタルコヒーレント伝送方式にAMCC(auxiliary management and control channel)方式を適用する技術が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
一般的に、多くのデジタルコヒーレント伝送方式では、送信器にIQ変調器を必要とするため、コストが増大する。そこで、これまでに送信器の低コスト化を実現するための手法としてCPFSK(continuous phase frequency shift keying)方式が提案されている。CPFSK方式では、送信器を直接変調構成とし、その変調信号の振幅を通常の強度変調時に対して小さく設定することで、信号光を振幅一定で周波数変調する。受信側では一定時間内に生じる位相の変化量を算出することで通信を行う。この方式では、送信器にIQ変調器を必要としないため、送信器の低コスト化が期待できる。
一般的に、多くのデジタルコヒーレント伝送方式では、送信器にIQ変調器を必要とするため、コストが増大する。そこで、これまでに送信器の低コスト化を実現するための手法としてCPFSK(continuous phase frequency shift keying)方式が提案されている。CPFSK方式では、送信器を直接変調構成とし、その変調信号の振幅を通常の強度変調時に対して小さく設定することで、信号光を振幅一定で周波数変調する。受信側では一定時間内に生じる位相の変化量を算出することで通信を行う。この方式では、送信器にIQ変調器を必要としないため、送信器の低コスト化が期待できる。
N. Suzuki他, "Demonstration of 100-Gb/s/λ-Based Coherent WDM-PON System Using New AGC EDFA Based Upstream Preamplifier and Optically Superimposed AMCC Function," IEEE Journal of Lightwave Technology, vol.35, No.8, April 15, 2017.
しかしながら、デジタルコヒーレント伝送方式の1つであるCPFSK方式にAMCC方式を適用した場合に、光段で主信号とAMCC信号との分離を行う場合には、受信器のデバイス構成が複雑化する問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、デジタルコヒーレント伝送方式の1つであるCPFSK方式において,AMCC方式を適用した場合に受信装置の構成を簡易化することができる技術の提供を目的としている。
上記事情に鑑み、本発明は、デジタルコヒーレント伝送方式の1つであるCPFSK方式において,AMCC方式を適用した場合に受信装置の構成を簡易化することができる技術の提供を目的としている。
本発明の一態様は、主信号と、主信号に対して周波数の低い制御信号とを加算した信号で周波数変調された信号光を受信し、アナログ電気信号に変換する受信部と、前記アナログ電気信号に基づいて前記制御信号に対応した符号系列を取得する処理部とを備え、前記処理部は、前記アナログ電気信号に基づいて取得される前記信号光の周波数オフセット量を取得する周波数オフセット量取得部と、前記周波数オフセット量取得部が取得した前記周波数オフセット量に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定する判定部とを備える、受信装置である。
本発明の一態様は、主信号と、主信号に対して周波数の低い制御信号にサブキャリアを重畳した信号とを加算した信号で周波数変調された信号光を受信し、アナログ電気信号に変換する受信部と、前記アナログ電気信号に基づいて前記制御信号に対応した符号系列を取得する処理部とを備え、前記処理部は、前記アナログ電気信号に基づいて取得される前記信号光の周波数オフセット量を取得する周波数オフセット量取得部と、前記周波数オフセット量取得部が取得した前記周波数オフセット量をベースバンドにダウンコンバートするダウンコンバート部と、前記ダウンコンバート部によってベースバンドにダウンコンバートされた前記周波数オフセット量に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定する判定部とを備える、受信装置である。
本発明の一態様は、主信号と、主信号に対して周波数の低い制御信号とを加算した信号で周波数変調された信号光を受信し、アナログ電気信号に変換するステップと、前記アナログ電気信号に基づいて取得される前記信号光の周波数オフセット量を取得するステップと、前記周波数オフセット量に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定するステップとを有する、受信装置が実行する受信方法である。
本発明の一態様は、主信号と、主信号に対して周波数の低い制御信号にサブキャリアを重畳した信号とを加算した信号で周波数変調された信号光を受信し、アナログ電気信号に変換するステップと、前記アナログ電気信号に基づいて取得される前記信号光の周波数オフセット量を取得するステップと、前記周波数オフセット量をベースバンドにダウンコンバートするステップと、ベースバンドにダウンコンバートされた前記周波数オフセット量に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定するステップとを有する、受信装置が実行する受信方法である。
本発明により、デジタルコヒーレント伝送方式の1つであるCPFSK方式にAMCC方式を適用した場合に受信装置の構成を簡易化することが可能となる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る通信システム100のシステム構成例を示す図である。
通信システム100は、送信装置10と受信装置20とを備える。
送信装置10は、レーザ光をCPFSK(continuous phase frequency shift keying)信号生成のための変調信号によって直接変調する。送信装置10は、直接変調したレーザ光(以下「信号光」という)を送信する。送信装置10が送信した信号光は、伝送路2を伝搬する。伝送路2の一例は、光ファイバである。
本発明の第1実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る通信システム100のシステム構成例を示す図である。
通信システム100は、送信装置10と受信装置20とを備える。
送信装置10は、レーザ光をCPFSK(continuous phase frequency shift keying)信号生成のための変調信号によって直接変調する。送信装置10は、直接変調したレーザ光(以下「信号光」という)を送信する。送信装置10が送信した信号光は、伝送路2を伝搬する。伝送路2の一例は、光ファイバである。
受信装置20は、伝送路2を伝搬した信号光と局発光とを含む光信号を受信する。受信装置20は、受信した光信号の同相成分(I(Inphase)成分)と直交位相成分(Q(Quadrature)成分)とをアナログ電気信号に変換する。受信装置20は、アナログ電気信号を、サンプリングし、量子化されたデジタル信号に変換する。受信装置20は、デジタル信号をデジタル信号処理することによって、主信号とAMCC信号とに分離する。受信装置20は、主信号とAMCC信号とに基づいて符号系列を出力する。
ここで、CPFSK変調について説明する。ただし,ここでは簡単のため、周波数オフセットω0(信号光の中心周波数と局発光の周波数差)が正(0以上)の場合を例について説明する。
図2は、CPFSK変調の一例を説明するための図である。
図2において、(a)は送信信号の電界波形の一例を示す。CPFSKでは、送信装置は、信号の周波数を変調し、符号系列を送信する。
Aを振幅、ωを中間周波数の角周波数、tを時間、φを位相とする。Aは時間的に一定である。中間周波数は、主信号と局発光の周波数差である。
受信信号の電界Esigは、下式で表される。
Esig=Aexpj(ωt-φ)
図2は、CPFSK変調の一例を説明するための図である。
図2において、(a)は送信信号の電界波形の一例を示す。CPFSKでは、送信装置は、信号の周波数を変調し、符号系列を送信する。
Aを振幅、ωを中間周波数の角周波数、tを時間、φを位相とする。Aは時間的に一定である。中間周波数は、主信号と局発光の周波数差である。
受信信号の電界Esigは、下式で表される。
Esig=Aexpj(ωt-φ)
図2において、(b)は中間周波数の角周波数の時間変化を示す。時間t1から時間t2の間に生じる位相の変化量φdifは、式(1)で表される。
位相の変化量φdifは、(b)の中間周波数の角周波数の時間変化において、時間t1から時間t2の間の面積Sに等しい。ここで、時間t1から時間t2の間を十分に短くとれば、周波数と位相変化量は比例する。この場合、周波数をNRZ(non-return-to-zero)信号で変調すれば位相変化量をNRZで変調することができる。
図2において、(c)は位相変化量の時間変化を示す。CPFSK方式では、送信側において周波数変調を行い、受信側では位相変化量として符号の識別を行う。
図2において、(c)は位相変化量の時間変化を示す。CPFSK方式では、送信側において周波数変調を行い、受信側では位相変化量として符号の識別を行う。
図3Aと図3Bとは、CPFSK変調の例2を説明するための図である。ただし、ここでは簡単のため、周波数オフセットω0が0の場合を例について説明する。
図3Aにおいて、左図は符号系列が1に相当するシンボル付近での時間t1の受信シンボルsy01aと時間t2の受信シンボルsy02aとの様子を示す。
図3Aにおいて、右図は、受信シンボルsy01aと受信シンボルsy02aとの2シンボル間で複素共役積をとることで生成される位相変化量を偏角に持つ複素振幅を示す。
図3Aにおいて、左図は符号系列が1に相当するシンボル付近での時間t1の受信シンボルsy01aと時間t2の受信シンボルsy02aとの様子を示す。
図3Aにおいて、右図は、受信シンボルsy01aと受信シンボルsy02aとの2シンボル間で複素共役積をとることで生成される位相変化量を偏角に持つ複素振幅を示す。
図3Bにおいて、左図は符号系列が0に相当するシンボル付近での時間t1の受信シンボルsy01bと時間t2の受信シンボルsy02bとの様子を示す。
図3Bにおいて、右図は、受信シンボルsy01bと受信シンボルsy02bとの2シンボル間で複素共役積をとることで生成される位相変化量を偏角に持つ複素振幅を示す。
このように、位相変化量を位相に持つベクトルを計算することでコンスタレーションを作成し、作成したコンスタレーションに対して閾値判定することで送信符号系列を識別することができる。
図1に戻り、通信システム100に含まれる送信装置10と受信装置20との詳細について順次説明する。
図3Bにおいて、右図は、受信シンボルsy01bと受信シンボルsy02bとの2シンボル間で複素共役積をとることで生成される位相変化量を偏角に持つ複素振幅を示す。
このように、位相変化量を位相に持つベクトルを計算することでコンスタレーションを作成し、作成したコンスタレーションに対して閾値判定することで送信符号系列を識別することができる。
図1に戻り、通信システム100に含まれる送信装置10と受信装置20との詳細について順次説明する。
(送信装置10)
送信装置10は、光源11と変調信号生成部12とを備える。
光源11の一例は、半導体レーザである。以下、光源11が半導体レーザである場合について説明を続ける。光源11は、変調信号生成部12が出力する変調信号によって駆動電流を直接変調する。
変調信号生成部12は、変調信号を生成する。変調信号生成部12は、主信号生成部13とAMCC信号生成部14と加算部15とを備える。
主信号生成部13には、主信号符号系列が入力される。主信号生成部13は、入力された主信号符号系列に基づいて主信号を生成する。主信号生成部13は、生成した主信号を加算部15へ出力する。
送信装置10は、光源11と変調信号生成部12とを備える。
光源11の一例は、半導体レーザである。以下、光源11が半導体レーザである場合について説明を続ける。光源11は、変調信号生成部12が出力する変調信号によって駆動電流を直接変調する。
変調信号生成部12は、変調信号を生成する。変調信号生成部12は、主信号生成部13とAMCC信号生成部14と加算部15とを備える。
主信号生成部13には、主信号符号系列が入力される。主信号生成部13は、入力された主信号符号系列に基づいて主信号を生成する。主信号生成部13は、生成した主信号を加算部15へ出力する。
AMCC信号生成部14には、AMCC信号符号系列が入力される。AMCC信号生成部14は、入力されたAMCC信号符号系列に基づいてAMCC信号を生成する。AMCC信号生成部14は、生成したAMCC信号を加算部15へ出力する。
加算部15は、主信号生成部13が出力した主信号にAMCC信号生成部14が出力したAMCC信号と直流バイアスとを加算し、光源11に出力する。図1では、直流バイアスが変調信号生成部12の内部から加算部15へ入力されるように記載されているが、直流バイアスが変調信号生成部12の外部から加算部15へ入力されてもよい。
加算部15は、主信号生成部13が出力した主信号にAMCC信号生成部14が出力したAMCC信号と直流バイアスとを加算し、光源11に出力する。図1では、直流バイアスが変調信号生成部12の内部から加算部15へ入力されるように記載されているが、直流バイアスが変調信号生成部12の外部から加算部15へ入力されてもよい。
図4は、本実施形態に係る変調信号生成部12で生成される変調信号の一例を示す図である。図4において、横軸は時間である。(A)は主信号の時間波形の一例を示す。主信号は、デジタル信号であり、離散的な値を取る。(B)はAMCC信号の時間波形の一例を示す。AMCC信号は、主信号に対して周波数が低い信号(制御信号)である。(C)は主信号の変調信号とAMCC信号の変調信号に直流バイアスを加算した信号である。(C)では、(1)主信号の変調信号に(2)AMCC信号の変調信号を加算した信号に直流バイアスが加算される。
(C)に示すような変調信号でレーザを直接変調する場合,強度と周波数が変調される。この時、(A)や(B)に対して直流バイアスを十分に大きく設定する場合には強度変調成分が小さくなるため、無視できる。本実施形態では、強度変調成分は無視できるほど小さいものとして説明する。
(C)に示すような変調信号でレーザを直接変調する場合,強度と周波数が変調される。この時、(A)や(B)に対して直流バイアスを十分に大きく設定する場合には強度変調成分が小さくなるため、無視できる。本実施形態では、強度変調成分は無視できるほど小さいものとして説明する。
変調信号生成部12は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサーとメモリーとを用いて構成される。変調信号生成部12は、プロセッサーがプログラムを実行することによって、主信号生成部13、AMCC信号生成部14及び加算部15として機能する。なお、変調信号生成部12の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されても良い。上記のプログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM、半導体記憶装置(例えばSSD:Solid State Drive)等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスクや半導体記憶装置等の記憶装置である。上記のプログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。図1に戻り説明を続ける。
(受信装置20)
受信装置20は、局発光生成部21とコヒーレント受信器22とADC(analog to digital converter)23とDSP処理部24とを備える。
局発光生成部21は、局発光を生成する。局発光は、受信装置20に搭載されているレーザ光である。
コヒーレント受信器22は、局発光生成部21が出力した局発光と送信装置10が送信した信号光とを受信する。コヒーレント受信器22は、受信した光信号をアナログ電気信号に変換する。具体的には、コヒーレント受信器22は、受信した局発光を用いて、コヒーレント受信を行い、受信した光信号の同相成分(I成分)と直交位相成分(Q成分)をアナログ電気信号に変換する。コヒーレント受信器22は、アナログ電気信号に変換した光信号のI成分およびQ成分(以下「受信信号」という)を、ADC23に出力する。
受信装置20は、局発光生成部21とコヒーレント受信器22とADC(analog to digital converter)23とDSP処理部24とを備える。
局発光生成部21は、局発光を生成する。局発光は、受信装置20に搭載されているレーザ光である。
コヒーレント受信器22は、局発光生成部21が出力した局発光と送信装置10が送信した信号光とを受信する。コヒーレント受信器22は、受信した光信号をアナログ電気信号に変換する。具体的には、コヒーレント受信器22は、受信した局発光を用いて、コヒーレント受信を行い、受信した光信号の同相成分(I成分)と直交位相成分(Q成分)をアナログ電気信号に変換する。コヒーレント受信器22は、アナログ電気信号に変換した光信号のI成分およびQ成分(以下「受信信号」という)を、ADC23に出力する。
ADC23は、コヒーレント受信器22が出力した受信信号をサンプリングして、離散化する。ADC23は、離散化した受信信号をDSP(Digital Signal Processing)処理部24に出力する。
DSP処理部24は、ADC23が出力した離散化した受信信号にDSP処理を行い、受信信号から主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を判定する。これによって、DSP処理部24は、受信信号から主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を識別(復号)する。DSP処理部24は、主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を判定した結果を出力する。
DSP処理部24は、ADC23が出力した離散化した受信信号にDSP処理を行い、受信信号から主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を判定する。これによって、DSP処理部24は、受信信号から主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を識別(復号)する。DSP処理部24は、主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を判定した結果を出力する。
DSP処理部24の詳細について説明する。
図5は、本実施形態に係る受信装置20の一例を示す図である。DSP処理部24は、複素振幅算出部24-1と、差動検波部24-2と、周波数オフセット補償部24-3と、等化処理部24-4と、判定部24-5と、フィルタ24-6と、ダウンサンプリング部24-7と、判定部24-8と、平均導出部24-9とを含む。
図5は、本実施形態に係る受信装置20の一例を示す図である。DSP処理部24は、複素振幅算出部24-1と、差動検波部24-2と、周波数オフセット補償部24-3と、等化処理部24-4と、判定部24-5と、フィルタ24-6と、ダウンサンプリング部24-7と、判定部24-8と、平均導出部24-9とを含む。
主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を識別する処理について、主信号符号系列とAMCC信号の符号系列とに分けて説明する。
主信号符号系列の判定手順について説明する。
複素振幅算出部24-1は、ADC23が出力した離散化した受信信号に基づいて、複素振幅を算出する。具体的には、アナログ電気信号に変換した光信号のI成分およびQ成分を離散化した結果を、それぞれEIおよびEQとする。複素振幅算出部24-1は、EIおよびEQに基づいて、式(2)によって、複素振幅Eを算出する。
E=√(EI^2+EQ^2)expj(tan^-1(EQ/EI)) (2)
複素振幅算出部24-1は、複素振幅Eを差動検波部24-2に出力する。
主信号符号系列の判定手順について説明する。
複素振幅算出部24-1は、ADC23が出力した離散化した受信信号に基づいて、複素振幅を算出する。具体的には、アナログ電気信号に変換した光信号のI成分およびQ成分を離散化した結果を、それぞれEIおよびEQとする。複素振幅算出部24-1は、EIおよびEQに基づいて、式(2)によって、複素振幅Eを算出する。
E=√(EI^2+EQ^2)expj(tan^-1(EQ/EI)) (2)
複素振幅算出部24-1は、複素振幅Eを差動検波部24-2に出力する。
差動検波部24-2は、複素振幅算出部24-1の出力、つまり複素振幅Eに基づいて、作動検波を行い、位相変化量を位相に持つ複素振幅を算出する。具体的には、差動検波部24-2は、複素振幅Eに基づいて、一定時間後のサンプルとの複素共役積を算出する。差動検波部24-2は、位相変化量を位相に持つ複素振幅(以下「複素振幅」という)を、周波数オフセット補償部24-3に出力する。
周波数オフセット補償部24-3は、差動検波部24-2の出力、つまり複素振幅の周波数オフセットを補償する。CPFSK方式の周波数オフセット補償技術の一例は、例えば、「T. Kanai et al., “Wide-Range Frequency Offset Compensation for CPFSK used as TDM-Based Digital Coherent PON’s Upstream Signals”, ECOC2019」に記載されている。
図6は、周波数オフセット量の時間波形の一例を示す図である。図6において、横軸は時間であり、縦軸は周波数オフセット量である。
図6に示すように、周波数オフセット量には、(i)局発光と信号光との中心周波数の差に由来する成分と、(ii)AMCC信号に由来する成分とが含まれる。仮に、(i)局発光と信号光との中心周波数の差に由来する成分が時間的に一定とした場合、周波数オフセット量はある直流成分にAMCC信号が重畳されたものとなる。
周波数オフセット補償部24-3は、周波数オフセット量の平均値を算出することによって(i)局発光と信号光との中心周波数の差に由来する成分を取得する。図5に戻り、説明を続ける。
差動検波部24-2が出力する信号が周波数オフセットによる位相回転成分を含む場合、閾値判定ができない。そこで周波数オフセット補償部24-3は差動検波部24-2から出力された信号から上記「(i)局発光と信号光との中心周波数の差に由来する成分」を検出し、それに基づき適当な回転量を与えることでこれを補償する。周波数オフセット補償部24-3は、周波数オフセットを補償した複素振幅を、等化処理部24-4に出力する。周波数オフセット補償部24-3は、周波数オフセット量をフィルタ24-6へ出力する。
図6に示すように、周波数オフセット量には、(i)局発光と信号光との中心周波数の差に由来する成分と、(ii)AMCC信号に由来する成分とが含まれる。仮に、(i)局発光と信号光との中心周波数の差に由来する成分が時間的に一定とした場合、周波数オフセット量はある直流成分にAMCC信号が重畳されたものとなる。
周波数オフセット補償部24-3は、周波数オフセット量の平均値を算出することによって(i)局発光と信号光との中心周波数の差に由来する成分を取得する。図5に戻り、説明を続ける。
差動検波部24-2が出力する信号が周波数オフセットによる位相回転成分を含む場合、閾値判定ができない。そこで周波数オフセット補償部24-3は差動検波部24-2から出力された信号から上記「(i)局発光と信号光との中心周波数の差に由来する成分」を検出し、それに基づき適当な回転量を与えることでこれを補償する。周波数オフセット補償部24-3は、周波数オフセットを補償した複素振幅を、等化処理部24-4に出力する。周波数オフセット補償部24-3は、周波数オフセット量をフィルタ24-6へ出力する。
等化処理部24-4は、周波数オフセット補償部24-3の出力、つまり周波数オフセットを補償した複素振幅の伝送路2で受けた波形歪を補償する。等化処理部24-4は、周波数オフセットを補償した複素振幅の波形歪を補償した結果を判定部24-5へ出力する。
判定部24-5は、等化処理部24-4の出力、つまり周波数オフセットを補償した複素振幅の波形歪を補償した結果に基づいて、閾値判定を行うことによって、主信号の符号系列を判定する。判定部24-5は、主信号の符号系列を判定した結果を出力する。
AMCC信号の符号系列の判定手順について説明する。
周波数オフセット補償部24-3は、推定した周波数オフセット量(前記(i)局発光と信号光との中心周波数の差に由来する成分)をフィルタ24-6に送信する。
フィルタ24-6は、周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセット量の高周波成分(主信号成分)を除去する。フィルタ24-6は、高周波成分を除去した周波数オフセット量を、ダウンサンプリング部24-7と平均導出部24-9とへ出力する。
周波数オフセット補償部24-3は、推定した周波数オフセット量(前記(i)局発光と信号光との中心周波数の差に由来する成分)をフィルタ24-6に送信する。
フィルタ24-6は、周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセット量の高周波成分(主信号成分)を除去する。フィルタ24-6は、高周波成分を除去した周波数オフセット量を、ダウンサンプリング部24-7と平均導出部24-9とへ出力する。
ダウンサンプリング部24-7は、フィルタ24-6が出力した高周波成分を除去した周波数オフセット量に基づいて、AMCC信号のシンボルレートまでダウンサンプリングする。ダウンサンプリング部24-7は、ダウンサンプリングした高周波成分を除去した周波数オフセット量を判定部24-8に出力する。
平均導出部24-9は、フィルタ24-6が出力した高周波成分を除去した周波数オフセット量の平均などの統計値を導出する。ここでは、統計値の一例として、平均を適用した場合について説明を続ける。平均導出部24-9は、平均の導出結果を判定部24-8に出力する。
判定部24-8は、ダウンサンプリング部24-7の出力、つまりダウンサンプリングした高周波成分を除去した周波数オフセット量と、平均導出部24-9が導出した平均の導出結果とに基づいて、平均の導出結果を閾値として、ダウンサンプリングした高周波成分を除去した周波数オフセット量に対して閾値判定を行うことでAMCC信号に対応する符号系列を判定する。判定部24-8は、AMCC信号の判定結果を出力する。
DSP処理部24は、CPU等のプロセッサーとメモリーとを用いて構成される。DSP処理部24は、プロセッサーがプログラムを実行することによって、複素振幅算出部24-1、差動検波部24-2、周波数オフセット補償部24-3、等化処理部24-4、判定部24-5、フィルタ24-6、ダウンサンプリング部24-7、判定部24-8及び平均導出部24-9として機能する。なお、DSP処理部24の各機能の全て又は一部は、ASICやPLDやFPGA等のハードウェアを用いて実現されても良い。上記のプログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM、半導体記憶装置(例えばSSD:Solid State Drive)等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスクや半導体記憶装置等の記憶装置である。上記のプログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
(通信システム100の動作)
図7は、本実施形態に係る通信システム100に含まれる送信装置10の動作の一例を示すフローチャートである。
(ステップS1-1)
送信装置10において、主信号生成部13には、主信号符号系列が入力される。主信号生成部13は、入力された主信号符号系列に基づいて主信号を生成する。
(ステップS2-1)
送信装置10において、AMCC信号生成部14には、AMCC信号符号系列が入力される。AMCC信号生成部14は、入力されたAMCC信号符号系列に基づいてAMCC信号を生成する。
図7は、本実施形態に係る通信システム100に含まれる送信装置10の動作の一例を示すフローチャートである。
(ステップS1-1)
送信装置10において、主信号生成部13には、主信号符号系列が入力される。主信号生成部13は、入力された主信号符号系列に基づいて主信号を生成する。
(ステップS2-1)
送信装置10において、AMCC信号生成部14には、AMCC信号符号系列が入力される。AMCC信号生成部14は、入力されたAMCC信号符号系列に基づいてAMCC信号を生成する。
(ステップS3-1)
送信装置10において、主信号生成部13は、生成した主信号を加算部15へ出力する。AMCC信号生成部14は、生成したAMCC信号を加算部15へ出力する。加算部15は、主信号生成部13が出力した主信号にAMCC信号生成部14が出力したAMCC信号と直流バイアスとを加算し、光源11に出力する。
(ステップS4-1)
送信装置10において、光源11は、変調信号生成部12が出力する変調信号によって駆動電流を直接変調することによって、信号光を送信する。
送信装置10において、主信号生成部13は、生成した主信号を加算部15へ出力する。AMCC信号生成部14は、生成したAMCC信号を加算部15へ出力する。加算部15は、主信号生成部13が出力した主信号にAMCC信号生成部14が出力したAMCC信号と直流バイアスとを加算し、光源11に出力する。
(ステップS4-1)
送信装置10において、光源11は、変調信号生成部12が出力する変調信号によって駆動電流を直接変調することによって、信号光を送信する。
図8は、本実施形態に係る通信システム100に含まれる受信装置20の動作の一例を示すフローチャートである。
(ステップS1-2)
受信装置20において、局発光生成部21は、局発光を生成する。
(ステップS2-2)
受信装置20において、コヒーレント受信器22は、局発光生成部21が出力した局発光と送信装置10が送信した信号光とを受信する。コヒーレント受信器22は、受信した光信号をアナログ電気信号に変換する。
(ステップS3-2)
受信装置20において、ADC23は、コヒーレント受信器22が出力した受信信号をサンプリングして、離散化する。ADC23は、離散化した受信信号をDSP処理部24に出力する。
(ステップS4-2)
受信装置20において、DSP処理部24は、ADC23が出力した離散化した受信信号にDSP処理を行い、受信信号から主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を判定する。
(ステップS1-2)
受信装置20において、局発光生成部21は、局発光を生成する。
(ステップS2-2)
受信装置20において、コヒーレント受信器22は、局発光生成部21が出力した局発光と送信装置10が送信した信号光とを受信する。コヒーレント受信器22は、受信した光信号をアナログ電気信号に変換する。
(ステップS3-2)
受信装置20において、ADC23は、コヒーレント受信器22が出力した受信信号をサンプリングして、離散化する。ADC23は、離散化した受信信号をDSP処理部24に出力する。
(ステップS4-2)
受信装置20において、DSP処理部24は、ADC23が出力した離散化した受信信号にDSP処理を行い、受信信号から主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を判定する。
図9は、本実施形態に係る受信装置20のDSP処理部24の動作の一例を示すフローチャートである。
(ステップS1-3)
受信装置20において、複素振幅算出部24-1は、ADC23が出力した離散化した受信信号に基づいて、複素振幅を算出する。複素振幅算出部24-1は、複素振幅Eを差動検波部24-2に出力する。
(ステップS2-3)
受信装置20において、差動検波部24-2は、複素振幅算出部24-1の出力に基づいて、作動検波を行い、位相変化量を位相に持つ複素振幅を算出する。
(ステップS3-3)
受信装置20において、周波数オフセット補償部24-3は、差動検波部24-2の出力、つまり複素振幅の周波数オフセットを補償する。周波数オフセット補償部24-3は、周波数オフセットを補償した複素振幅を、等化処理部24-4に出力する。周波数オフセット補償部24-3は、周波数オフセット量を、フィルタ24-6へ出力する。
(ステップS1-3)
受信装置20において、複素振幅算出部24-1は、ADC23が出力した離散化した受信信号に基づいて、複素振幅を算出する。複素振幅算出部24-1は、複素振幅Eを差動検波部24-2に出力する。
(ステップS2-3)
受信装置20において、差動検波部24-2は、複素振幅算出部24-1の出力に基づいて、作動検波を行い、位相変化量を位相に持つ複素振幅を算出する。
(ステップS3-3)
受信装置20において、周波数オフセット補償部24-3は、差動検波部24-2の出力、つまり複素振幅の周波数オフセットを補償する。周波数オフセット補償部24-3は、周波数オフセットを補償した複素振幅を、等化処理部24-4に出力する。周波数オフセット補償部24-3は、周波数オフセット量を、フィルタ24-6へ出力する。
(ステップS4a-3)
受信装置20において、等化処理部24-4は、周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセットを補償した複素振幅の伝送路2で受けた波形歪を補償する。等化処理部24-4は、周波数オフセットを補償した複素振幅の波形歪を補償した結果を、判定部24-5へ出力する。
(ステップS5a-3)
判定部24-5は、等化処理部24-4が出力した周波数オフセットを補償した複素振幅の波形歪を補償した結果に対して閾値判定を行うことによって、主信号の符号系列を判定する。
(ステップS6a-3)
受信装置20において、判定部24-5は、主信号の符号系列を判定した結果を出力する。
受信装置20において、等化処理部24-4は、周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセットを補償した複素振幅の伝送路2で受けた波形歪を補償する。等化処理部24-4は、周波数オフセットを補償した複素振幅の波形歪を補償した結果を、判定部24-5へ出力する。
(ステップS5a-3)
判定部24-5は、等化処理部24-4が出力した周波数オフセットを補償した複素振幅の波形歪を補償した結果に対して閾値判定を行うことによって、主信号の符号系列を判定する。
(ステップS6a-3)
受信装置20において、判定部24-5は、主信号の符号系列を判定した結果を出力する。
(ステップS4b-3)
受信装置20において、フィルタ24-6は、周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセット量に基づいて、周波数オフセット量の高周波成分を除去する。フィルタ24-6は、高周波成分を除去した周波数オフセット量を、ダウンサンプリング部24-7と平均導出部24-9とに出力する。
(ステップS5b-3)
受信装置20において、ダウンサンプリング部24-7は、フィルタ24-6が出力した高周波成分を除去した周波数オフセット量に基づいて、AMCC信号のシンボルレートまでダウンサンプリングを行うことによってシンボルを抽出する。
(ステップS6b-3)
受信装置20において、平均導出部24-9は、フィルタ24-6が出力した高周波成分を除去した周波数オフセット量の平均を導出する。平均導出部24-9は、平均の導出結果を判定部24-8に出力する。
判定部24-8は、ダウンサンプリング部24-7が出力したシンボルと、平均導出部24-9が導出した平均とに基づいて、平均の導出結果を閾値として、ダウンサンプリング部24-7が抽出したシンボルに対して閾値判定を行うことでAMCC信号に対応する符号系列を判定する。
(ステップS7b-3)
受信装置20において、判定部24-8は、AMCC信号に対応する符号系列の判定結果を出力する。
受信装置20において、フィルタ24-6は、周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセット量に基づいて、周波数オフセット量の高周波成分を除去する。フィルタ24-6は、高周波成分を除去した周波数オフセット量を、ダウンサンプリング部24-7と平均導出部24-9とに出力する。
(ステップS5b-3)
受信装置20において、ダウンサンプリング部24-7は、フィルタ24-6が出力した高周波成分を除去した周波数オフセット量に基づいて、AMCC信号のシンボルレートまでダウンサンプリングを行うことによってシンボルを抽出する。
(ステップS6b-3)
受信装置20において、平均導出部24-9は、フィルタ24-6が出力した高周波成分を除去した周波数オフセット量の平均を導出する。平均導出部24-9は、平均の導出結果を判定部24-8に出力する。
判定部24-8は、ダウンサンプリング部24-7が出力したシンボルと、平均導出部24-9が導出した平均とに基づいて、平均の導出結果を閾値として、ダウンサンプリング部24-7が抽出したシンボルに対して閾値判定を行うことでAMCC信号に対応する符号系列を判定する。
(ステップS7b-3)
受信装置20において、判定部24-8は、AMCC信号に対応する符号系列の判定結果を出力する。
前述した第1実施形態では、AMCC信号が主信号に重畳された変調信号で直接変調することによって生成したCPFSKの信号光を受信装置が受信する場合について説明したが、この例に限られない。AMCC信号に限らず、主信号に対して周波数が低い制御信号が主信号に重畳された変調信号で直接変調されたCPFSKの信号光を適用できる。
このように構成された受信装置20では、DSP処理部24が周波数オフセット量を解析し、解析結果に基づいて閾値判定することでAMCC信号の符号系列を判定するため、主信号とAMCC信号との分離をDSP処理部24で、電気信号で行うことが可能となる。
光信号で主信号とAMCC信号との分離を行う場合には、コヒーレント受信器における受信光強度が減少し雑音特性が劣化する。また、光信号で主信号とAMCC信号との分離を行う場合には、AMCC受信用のデバイスが必要である。このように構成された受信装置20では、主信号とAMCC信号との分離をDSP処理部24で、電気信号で行うため、AMCC受信用のデバイスを使用することなく、雑音特性を改善できる。
このように構成された受信装置20では、主信号とAMCC信号との分離をDSP処理部24で、電気信号で行うため、雑音特性を改善することが可能となる。
このように構成された受信装置20では、DSP処理部24が周波数オフセット量を解析し、解析結果に基づいて閾値判定することでAMCC信号の符号系列を判定するため、主信号とAMCC信号との分離をDSP処理部24で、電気信号で行うことが可能となる。
光信号で主信号とAMCC信号との分離を行う場合には、コヒーレント受信器における受信光強度が減少し雑音特性が劣化する。また、光信号で主信号とAMCC信号との分離を行う場合には、AMCC受信用のデバイスが必要である。このように構成された受信装置20では、主信号とAMCC信号との分離をDSP処理部24で、電気信号で行うため、AMCC受信用のデバイスを使用することなく、雑音特性を改善できる。
このように構成された受信装置20では、主信号とAMCC信号との分離をDSP処理部24で、電気信号で行うため、雑音特性を改善することが可能となる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図10は、本発明の第2実施形態に係る通信システム100aのシステム構成例を示す図である。
通信システム100aは、送信装置10aと受信装置20aとを備える。
第1実施形態では,AMCC信号が周波数オフセット量に比例することを用いて周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセット量に基づいてAMCC信号を識別していた。
光源11の周波数と局発光の周波数との差が変動する場合には、局発光と信号光の中心周波数の差に由来する成分も変化する。局発光と信号光の中心周波数の差に由来する周波数オフセットの変動とAMCC信号による周波数オフセット変動とが同じ周波数領域にある場合、AMCC信号を分離することができない。そこで、第2実施形態に係る受信装置20aは、光源11の周波数と局発光の周波数との差が変動する場合に、AMCC信号を分離する。
本発明の第2実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図10は、本発明の第2実施形態に係る通信システム100aのシステム構成例を示す図である。
通信システム100aは、送信装置10aと受信装置20aとを備える。
第1実施形態では,AMCC信号が周波数オフセット量に比例することを用いて周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセット量に基づいてAMCC信号を識別していた。
光源11の周波数と局発光の周波数との差が変動する場合には、局発光と信号光の中心周波数の差に由来する成分も変化する。局発光と信号光の中心周波数の差に由来する周波数オフセットの変動とAMCC信号による周波数オフセット変動とが同じ周波数領域にある場合、AMCC信号を分離することができない。そこで、第2実施形態に係る受信装置20aは、光源11の周波数と局発光の周波数との差が変動する場合に、AMCC信号を分離する。
(送信装置10a)
送信装置10aは、光源11と変調信号生成部12aとを備える。
変調信号生成部12aは、変調信号を生成する。変調信号生成部12aは、主信号生成部13とAMCC信号生成部14と加算部15とサブキャリア生成部16と乗算部17とを備える。
サブキャリア生成部16は、サブキャリアを生成する。
乗算部17は、AMCC信号生成部14が生成したAMCC信号にサブキャリア生成部16が生成したサブキャリアを重畳する。
加算部15は、主信号生成部13が出力した主信号と乗算部17が出力したAMCC信号にサブキャリアを重畳した信号と直流バイアスとを加算し、光源11に出力する。図10では、直流バイアスが変調信号生成部12aの内部から加算部15へ入力されるように記載されているが、直流バイアスが変調信号生成部12aの外部から加算部15へ入力されてもよい。
送信装置10aは、光源11と変調信号生成部12aとを備える。
変調信号生成部12aは、変調信号を生成する。変調信号生成部12aは、主信号生成部13とAMCC信号生成部14と加算部15とサブキャリア生成部16と乗算部17とを備える。
サブキャリア生成部16は、サブキャリアを生成する。
乗算部17は、AMCC信号生成部14が生成したAMCC信号にサブキャリア生成部16が生成したサブキャリアを重畳する。
加算部15は、主信号生成部13が出力した主信号と乗算部17が出力したAMCC信号にサブキャリアを重畳した信号と直流バイアスとを加算し、光源11に出力する。図10では、直流バイアスが変調信号生成部12aの内部から加算部15へ入力されるように記載されているが、直流バイアスが変調信号生成部12aの外部から加算部15へ入力されてもよい。
変調信号生成部12aは、CPU等のプロセッサーとメモリーとを用いて構成される。変調信号生成部12aは、プロセッサーがプログラムを実行することによって、主信号生成部13、AMCC信号生成部14、加算部15、サブキャリア生成部16及び乗算部17として機能する。なお、変調信号生成部12aの各機能の全て又は一部は、ASICやPLDやFPGA等のハードウェアを用いて実現されても良い。上記のプログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM、半導体記憶装置(例えばSSD:Solid State Drive)等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスクや半導体記憶装置等の記憶装置である。上記のプログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
(受信装置20a)
受信装置20aは、局発光生成部21とコヒーレント受信器22とADC23とDSP処理部24aとを備える。
DSP処理部24aは、ADC23が出力した離散化した受信信号にDSP処理を行い、受信信号から主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を判定する。DSP処理部24aは、主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を判定した結果を出力する。
受信装置20aは、局発光生成部21とコヒーレント受信器22とADC23とDSP処理部24aとを備える。
DSP処理部24aは、ADC23が出力した離散化した受信信号にDSP処理を行い、受信信号から主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を判定する。DSP処理部24aは、主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を判定した結果を出力する。
DSP処理部24aの詳細について説明する。
図11は、本実施形態に係る受信装置20aのDSP処理部24aの詳細の一例を示す図である。DSP処理部24aは、複素振幅算出部24-1と、差動検波部24-2と、周波数オフセット補償部24-3と、等化処理部24-4と、判定部24-5と、フィルタ24-6と、ダウンコンバート部24a-7と、ダウンサンプリング部24a-8と、判定部24a-9と、平均導出部24a-10とを含む。
図11は、本実施形態に係る受信装置20aのDSP処理部24aの詳細の一例を示す図である。DSP処理部24aは、複素振幅算出部24-1と、差動検波部24-2と、周波数オフセット補償部24-3と、等化処理部24-4と、判定部24-5と、フィルタ24-6と、ダウンコンバート部24a-7と、ダウンサンプリング部24a-8と、判定部24a-9と、平均導出部24a-10とを含む。
主信号符号系列の判定手順については、第1実施形態を適用できるため、ここでの説明は省略する。
AMCC信号の符号系列の判定手順について説明する。
フィルタ24-6は、周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセット量に基づいて、AMCC信号の周波数帯域の信号以外をフィルタリング(除去)することによって、AMCC信号の周波数帯域の信号を切り出す(抽出する)。AMCC信号の周波数帯域の信号を切り出すことによって、局発光と信号光との周波数差に由来の成分を除去する。フィルタ24-6は、抽出したAMCC信号の周波数帯域の信号を、ダウンコンバート部24a-7へ出力する。
AMCC信号の符号系列の判定手順について説明する。
フィルタ24-6は、周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセット量に基づいて、AMCC信号の周波数帯域の信号以外をフィルタリング(除去)することによって、AMCC信号の周波数帯域の信号を切り出す(抽出する)。AMCC信号の周波数帯域の信号を切り出すことによって、局発光と信号光との周波数差に由来の成分を除去する。フィルタ24-6は、抽出したAMCC信号の周波数帯域の信号を、ダウンコンバート部24a-7へ出力する。
ダウンコンバート部24a-7は、フィルタ24-6が出力したAMCC信号の周波数帯域の信号を取得する。ダウンコンバート部24a-7は、取得したAMCC信号の周波数帯域の信号をベースバンドにダウンコンバートすることによってサブキャリアを除去する。ダウンコンバート部24a-7は、ダウンコンバートしたAMCCの周波数帯域の信号を平均導出部24-9へ出力する。
ダウンサンプリング部24a-8は、ダウンコンバートしたAMCC信号の周波数帯域の信号を、AMCC信号のシンボルレートまでダウンサンプリングすることによってシンボルを抽出する。ダウンサンプリング部24a-8は、抽出したシンボルを判定部24a-9へ出力する。
ダウンサンプリング部24a-8は、ダウンコンバートしたAMCC信号の周波数帯域の信号を、AMCC信号のシンボルレートまでダウンサンプリングすることによってシンボルを抽出する。ダウンサンプリング部24a-8は、抽出したシンボルを判定部24a-9へ出力する。
平均導出部24a-10は、ダウンコンバート部24a-7が出力したダウンコンバートしたAMCCの周波数帯域の信号の平均などの統計値を導出する。ここでは、統計値の一例として平均を適用した場合について説明を続ける。平均導出部24a-10は、平均の導出結果を判定部24a-9に出力する。
判定部24a-9は、ダウンサンプリング部24a-8の出力、つまりシンボルと、平均導出部24a-10が導出した平均の導出結果とに基づいて、平均の導出結果を閾値として、シンボルに対して閾値判定を行うことでAMCC信号を判定する。判定部24a-9は、AMCC信号の判定結果を出力する。
判定部24a-9は、ダウンサンプリング部24a-8の出力、つまりシンボルと、平均導出部24a-10が導出した平均の導出結果とに基づいて、平均の導出結果を閾値として、シンボルに対して閾値判定を行うことでAMCC信号を判定する。判定部24a-9は、AMCC信号の判定結果を出力する。
DSP処理部24aは、CPU等のプロセッサーとメモリーとを用いて構成される。DSP処理部24aは、プロセッサーがプログラムを実行することによって、複素振幅算出部24-1、差動検波部24-2、周波数オフセット補償部24-3、等化処理部24-4、判定部24-5、フィルタ24-6、ダウンコンバート部24a-7、ダウンサンプリング部24a-8、判定部24a-9及び平均導出部24a-10として機能する。なお、DSP処理部24aの各機能の全て又は一部は、ASICやPLDやFPGA等のハードウェアを用いて実現されても良い。上記のプログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM、半導体記憶装置(例えばSSD:Solid State Drive)等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスクや半導体記憶装置等の記憶装置である。上記のプログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
図12は、本実施形態に係る受信装置20aの動作の一例を説明するための図である。図12において、横軸は周波数であり、縦軸はパワーである。
図12において、(a)はDSP処理部24aに入力される離散化した受信信号の周波数スペクトルの一例を示す。(b)はフィルタ24-6によって切り出されたAMCC信号の周波数帯域の信号の一例を示す。(c)はダウンコンバート部24a-7によってダウンコンバートされたAMCC信号の周波数帯域の信号の一例を示す。
図12において、(a)はDSP処理部24aに入力される離散化した受信信号の周波数スペクトルの一例を示す。(b)はフィルタ24-6によって切り出されたAMCC信号の周波数帯域の信号の一例を示す。(c)はダウンコンバート部24a-7によってダウンコンバートされたAMCC信号の周波数帯域の信号の一例を示す。
(通信システム100aの動作)
図13は、本実施形態に係る通信システム100aに含まれる送信装置10aの動作の一例を示すフローチャートである。
(ステップS1-4)
送信装置10aにおいて、主信号生成部13には、主信号符号系列が入力される。主信号生成部13は、入力された主信号符号系列に基づいて主信号を生成する。
(ステップS2-4)
送信装置10aにおいて、AMCC信号生成部14には、AMCC信号符号系列が入力される。AMCC信号生成部14は、入力されたAMCC信号符号系列に基づいてAMCC信号を生成する。
(ステップS3-4)
送信装置10aにおいて、サブキャリア生成部16は、サブキャリアを生成する。
図13は、本実施形態に係る通信システム100aに含まれる送信装置10aの動作の一例を示すフローチャートである。
(ステップS1-4)
送信装置10aにおいて、主信号生成部13には、主信号符号系列が入力される。主信号生成部13は、入力された主信号符号系列に基づいて主信号を生成する。
(ステップS2-4)
送信装置10aにおいて、AMCC信号生成部14には、AMCC信号符号系列が入力される。AMCC信号生成部14は、入力されたAMCC信号符号系列に基づいてAMCC信号を生成する。
(ステップS3-4)
送信装置10aにおいて、サブキャリア生成部16は、サブキャリアを生成する。
(ステップS4-4)
送信装置10aにおいて、乗算部17は、AMCC信号生成部14が生成したAMCC信号にサブキャリア生成部16が生成したサブキャリアを重畳する。
(ステップS5-4)
送信装置10において、主信号生成部13は、生成した主信号を加算部15へ出力する。乗算部17は、AMCC信号にサブキャリアを重畳した信号を加算部15へ出力する。加算部15は、主信号生成部13が出力した主信号と乗算部17が出力したAMCC信号にサブキャリアを重畳した信号と直流バイアスとを加算し、光源11に出力する。
(ステップS6-4)
送信装置10aにおいて、光源11は、変調信号生成部12aが出力する変調信号によって駆動電流を直接変調することによって、CPFSKの信号光を送信する。
送信装置10aにおいて、乗算部17は、AMCC信号生成部14が生成したAMCC信号にサブキャリア生成部16が生成したサブキャリアを重畳する。
(ステップS5-4)
送信装置10において、主信号生成部13は、生成した主信号を加算部15へ出力する。乗算部17は、AMCC信号にサブキャリアを重畳した信号を加算部15へ出力する。加算部15は、主信号生成部13が出力した主信号と乗算部17が出力したAMCC信号にサブキャリアを重畳した信号と直流バイアスとを加算し、光源11に出力する。
(ステップS6-4)
送信装置10aにおいて、光源11は、変調信号生成部12aが出力する変調信号によって駆動電流を直接変調することによって、CPFSKの信号光を送信する。
図14は、本実施形態に係る通信システム100aに含まれる受信装置20aの動作の一例を示すフローチャートである。
(ステップS1-5)
受信装置20aにおいて、局発光生成部21は、局発光を生成する。
(ステップS2-5)
受信装置20aにおいて、コヒーレント受信器22は、局発光生成部21が出力した局発光と送信装置10aが送信した信号光とを受信する。コヒーレント受信器22は、受信した光信号をアナログ電気信号に変換する。
(ステップS3-5)
受信装置20aにおいて、ADC23は、コヒーレント受信器22が出力した受信信号をサンプリングして、離散化する。ADC23は、離散化した受信信号をDSP処理部24aに出力する。
(ステップS4-5)
受信装置20aにおいて、DSP処理部24aは、ADC23が出力した離散化した受信信号にDSP処理を行い、受信信号から主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を復号する。
(ステップS1-5)
受信装置20aにおいて、局発光生成部21は、局発光を生成する。
(ステップS2-5)
受信装置20aにおいて、コヒーレント受信器22は、局発光生成部21が出力した局発光と送信装置10aが送信した信号光とを受信する。コヒーレント受信器22は、受信した光信号をアナログ電気信号に変換する。
(ステップS3-5)
受信装置20aにおいて、ADC23は、コヒーレント受信器22が出力した受信信号をサンプリングして、離散化する。ADC23は、離散化した受信信号をDSP処理部24aに出力する。
(ステップS4-5)
受信装置20aにおいて、DSP処理部24aは、ADC23が出力した離散化した受信信号にDSP処理を行い、受信信号から主信号とAMCC信号との各々に対応した符号系列を復号する。
図15は、本実施形態に係る受信装置20aのDSP処理部24aの動作の一例を示すフローチャートである。
ステップS1-6からS6a-6は、図9を適用できるため、ここでの説明は省略する。
(ステップS4b-6)
受信装置20aにおいて、フィルタ24-6は、周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセット量に基づいて、AMCC信号の周波数帯域の信号以外をフィルタリング(除去)することによって、AMCC信号の周波数帯域の信号を切り出す(抽出する)。フィルタ24-6は、取得したAMCC信号の周波数帯域の信号を、ダウンコンバート部24a-7へ出力する。
(ステップS5b-6)
受信装置20aにおいて、ダウンコンバート部24a-7は、フィルタ24-6が出力したAMCC信号の周波数帯域の信号を取得し、取得したAMCC信号の周波数帯域の信号をベースバンドにダウンコンバートする。ダウンコンバート部24a-7は、ダウンコンバートしたAMCCの周波数帯域の信号をダウンサンプリング部24a-8と平均導出部24-9とへ出力する。
ステップS1-6からS6a-6は、図9を適用できるため、ここでの説明は省略する。
(ステップS4b-6)
受信装置20aにおいて、フィルタ24-6は、周波数オフセット補償部24-3が出力した周波数オフセット量に基づいて、AMCC信号の周波数帯域の信号以外をフィルタリング(除去)することによって、AMCC信号の周波数帯域の信号を切り出す(抽出する)。フィルタ24-6は、取得したAMCC信号の周波数帯域の信号を、ダウンコンバート部24a-7へ出力する。
(ステップS5b-6)
受信装置20aにおいて、ダウンコンバート部24a-7は、フィルタ24-6が出力したAMCC信号の周波数帯域の信号を取得し、取得したAMCC信号の周波数帯域の信号をベースバンドにダウンコンバートする。ダウンコンバート部24a-7は、ダウンコンバートしたAMCCの周波数帯域の信号をダウンサンプリング部24a-8と平均導出部24-9とへ出力する。
(ステップS6b-6)
受信装置20aにおいて、ダウンサンプリング部24a-8は、ダウンコンバートしたAMCC信号の周波数帯域を、AMCC信号のシンボルレートまでダウンサンプリングすることによってシンボルを抽出する。
(ステップS7b-6)
受信装置20aにおいて、平均導出部24a-10は、ダウンコンバート部24a-7が出力したダウンコンバートしたAMCCの周波数帯域の信号の平均を導出する。平均導出部24a-10は、平均の導出結果を判定部24a-9に出力する。判定部24a-9は、ダウンサンプリング部24a-8の出力、つまりシンボルと、平均導出部24a-10が導出した平均の導出結果とに基づいて、平均の導出結果を閾値として、シンボルに対して閾値判定を行うことでAMCC信号に対応する符号系列を判定する。
(ステップS7b-6)
受信装置20aにおいて、判定部24a-9は、AMCC信号の判定結果を出力する。
受信装置20aにおいて、ダウンサンプリング部24a-8は、ダウンコンバートしたAMCC信号の周波数帯域を、AMCC信号のシンボルレートまでダウンサンプリングすることによってシンボルを抽出する。
(ステップS7b-6)
受信装置20aにおいて、平均導出部24a-10は、ダウンコンバート部24a-7が出力したダウンコンバートしたAMCCの周波数帯域の信号の平均を導出する。平均導出部24a-10は、平均の導出結果を判定部24a-9に出力する。判定部24a-9は、ダウンサンプリング部24a-8の出力、つまりシンボルと、平均導出部24a-10が導出した平均の導出結果とに基づいて、平均の導出結果を閾値として、シンボルに対して閾値判定を行うことでAMCC信号に対応する符号系列を判定する。
(ステップS7b-6)
受信装置20aにおいて、判定部24a-9は、AMCC信号の判定結果を出力する。
前述した第2実施形態では、サブキャリアが重畳されたAMCC信号が主信号に重畳された変調信号で直接変調されたCPFSKの信号光を受信装置が受信する場合について説明したが、この例に限られない。AMCC信号に限らず、サブキャリアが重畳され、且つ主信号に対して周波数が低い信号が主信号に重畳された変調信号で直接変調されたCPFSKの信号光を適用できる。
このように構成された受信装置20aでは、DSP処理部24aが周波数オフセット量を解析し、解析結果に基づいて閾値判定することでAMCC信号の符号系列を判定するため、主信号とAMCC信号との分離をDSP処理部24aで、電気信号で行うことが可能となる。
このように構成された受信装置20では、主信号とAMCC信号との分離をDSP処理部24aで、電気信号で行うため、雑音特性を改善することが可能となる。
前述した第1実施形態と第2実施形態とにおいて、コヒーレント受信器22は受信部の一例であり、周波数オフセット補償部24-3は周波数オフセット量取得部の一例であり、平均導出部24-9、24a-10は導出部の一例であり、フィルタ24-6は周波数成分除去部の一例である。
このように構成された受信装置20aでは、DSP処理部24aが周波数オフセット量を解析し、解析結果に基づいて閾値判定することでAMCC信号の符号系列を判定するため、主信号とAMCC信号との分離をDSP処理部24aで、電気信号で行うことが可能となる。
このように構成された受信装置20では、主信号とAMCC信号との分離をDSP処理部24aで、電気信号で行うため、雑音特性を改善することが可能となる。
前述した第1実施形態と第2実施形態とにおいて、コヒーレント受信器22は受信部の一例であり、周波数オフセット補償部24-3は周波数オフセット量取得部の一例であり、平均導出部24-9、24a-10は導出部の一例であり、フィルタ24-6は周波数成分除去部の一例である。
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。
本発明は、通信システムに適用可能である。
2…伝送路、10、10a…送信装置、11…光源、12、12a…変調信号生成部、13…主信号生成部、14…AMCC信号生成部、15…加算部、16…サブキャリア生成部、17…乗算部、20、20a…受信装置、21…局発光生成部、22…コヒーレント受信器、23…ADC、24、24a…DSP処理部、24-1…複素振幅算出部、24-2…差動検波部、24-3…周波数オフセット補償部、24-4…等化処理部、24-5…判定部、24-6…フィルタ、24-7…ダウンサンプリング部、24-8…判定部、24-9…平均導出部、24a-7…ダウンコンバート部、24a-8…ダウンサンプリング部、24a-9…判定部、24a-10…平均導出部、100、100a…通信システム
Claims (8)
- 主信号と、主信号に対して周波数の低い制御信号とを加算した信号で周波数変調された信号光を受信し、アナログ電気信号に変換する受信部と、
前記アナログ電気信号に基づいて前記制御信号に対応した符号系列を取得する処理部と
を備え、
前記処理部は、前記アナログ電気信号に基づいて取得される前記信号光の周波数オフセット量を取得する周波数オフセット量取得部と、
前記周波数オフセット量取得部が取得した前記周波数オフセット量に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定する判定部と
を備える、受信装置。 - 前記処理部は、
前記周波数オフセット量の統計値を導出する導出部
をさらに備え、
前記判定部は、前記導出部が導出した前記統計値に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定する、請求項1に記載の受信装置。 - 前記処理部は、
前記周波数オフセット量の高周波成分を除去する周波数成分除去部と、
前記周波数成分除去部によって高周波成分が除去された前記周波数オフセット量に対してダウンサンプリングを行うことによって前記制御信号に対応するシンボルを抽出するダウンサンプリング部と
をさらに備え、
前記判定部は、前記ダウンサンプリング部によって抽出された前記シンボルに基づいて制御信号に対応する符号系列を判定する、請求項1又は請求項2に記載の受信装置。 - 主信号と、主信号に対して周波数の低い制御信号にサブキャリアを重畳した信号とを加算した信号で周波数変調された信号光を受信し、アナログ電気信号に変換する受信部と、
前記アナログ電気信号に基づいて前記制御信号に対応した符号系列を取得する処理部と
を備え、
前記処理部は、
前記アナログ電気信号に基づいて取得される前記信号光の周波数オフセット量を取得する周波数オフセット量取得部と、
前記周波数オフセット量取得部が取得した前記周波数オフセット量をベースバンドにダウンコンバートするダウンコンバート部と、
前記ダウンコンバート部によってベースバンドにダウンコンバートされた前記周波数オフセット量に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定する判定部と
を備える、受信装置。 - 前記処理部は、
前記周波数オフセット量から前記制御信号の周波数帯域の信号以外を除去する周波数成分除去部と、
前記制御信号の周波数帯域の前記周波数オフセット量の統計値を導出する導出部と
をさらに備え、
前記判定部は、前記導出部が導出した前記統計値に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定する、請求項4に記載の受信装置。 - 前記処理部は、
ベースバンドにダウンコンバートされた前記制御信号の周波数帯域の前記周波数オフセット量に対してダウンサンプリングを行うことによって前記制御信号に対応するシンボルを抽出するダウンサンプリング部
をさらに備え、
前記判定部は、前記ダウンサンプリング部によって抽出された前記シンボルに基づいて制御信号に対応する符号系列を判定する、請求項4又は請求項5に記載の受信装置。 - 主信号と、主信号に対して周波数の低い制御信号とを加算した信号で周波数変調された信号光を受信し、アナログ電気信号に変換するステップと、
前記アナログ電気信号に基づいて取得される前記信号光の周波数オフセット量を取得するステップと、
前記周波数オフセット量に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定するステップと
を有する、受信装置が実行する受信方法。 - 主信号と、主信号に対して周波数の低い制御信号にサブキャリアを重畳した信号とを加算した信号で周波数変調された信号光を受信し、アナログ電気信号に変換するステップと、
前記アナログ電気信号に基づいて取得される前記信号光の周波数オフセット量を取得するステップと、
前記周波数オフセット量をベースバンドにダウンコンバートするステップと、
ベースバンドにダウンコンバートされた前記周波数オフセット量に基づいて制御信号に対応する符号系列を判定するステップと
を有する、受信装置が実行する受信方法。
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