接收機(jī)、發(fā)送機(jī)以及通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及接收機(jī)、發(fā)送機(jī)以及通信方法，其通過改善通信系統(tǒng)用的同步方式以 及差動(dòng)調(diào)制時(shí)的相位變動(dòng)成分的估計(jì)方式來實(shí)現(xiàn)性能提高。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為現(xiàn)有的同步方式，發(fā)送使用了前導(dǎo)碼中的訓(xùn)練符號(hào)或?qū)ьl信號(hào)的多個(gè)已知的 同步用調(diào)制波，使用該已知的同步信號(hào)來取得同步。另外，在相位變動(dòng)顯著的情況下，通過 差動(dòng)調(diào)制等降低了相位變動(dòng)量的影響（例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
[0003] 圖14是現(xiàn)有的光通信系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。在發(fā)送機(jī)側(cè)，在FEC(Forward Error Correction :前向糾錯(cuò)）編碼部中對(duì)發(fā)送信息實(shí)施糾錯(cuò)編碼，在光調(diào)制部中生成并發(fā)送 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying:正交相位鍵控）等的調(diào)制信號(hào)。此時(shí)，在高速的 光通信中存在相位變動(dòng)大這樣的特征。因此，一般情況下，在發(fā)送機(jī)側(cè)，將信息映射到符號(hào) (調(diào)制解調(diào)信號(hào)的單位）之間的相位差中進(jìn)行調(diào)制，在接收機(jī)側(cè)，使用檢測所接收的符號(hào)間 的相位差的差動(dòng)檢波或差動(dòng)同步檢波等進(jìn)行解調(diào)。
[0004] 例如，在差動(dòng)調(diào)制的情況下，即使在較長的L個(gè)符號(hào)區(qū)間中相位變動(dòng)了 Θ，只要在 平均Θ/L的變動(dòng)中就不要緊。因此，具有難以受到相位變動(dòng)的影響且能夠維持穩(wěn)定的解調(diào) 性能這樣的特征。
[0005] 另一方面，在取得完全符號(hào)同步而進(jìn)行解調(diào)的同步檢波中，在較長的L個(gè)符號(hào)區(qū) 間中相位線性地變動(dòng)了 Θ的情況下，當(dāng)以i = 0、1、2、……、L-I來表述符號(hào)的順序時(shí)，第 i個(gè)符號(hào)受到iX Θ/L相位的變動(dòng)。因此，在相位變動(dòng)中受到的影響變大，解調(diào)性能也大幅 劣化。
[0006] 但是，關(guān)于忽視相位變動(dòng)時(shí)的AWGN(加性高斯噪聲）上的解調(diào)性能（解調(diào)后的錯(cuò) 誤率），已知的是，差動(dòng)檢波以及差動(dòng)同步檢波相對(duì)于同步檢波在解碼后的BER = I. E-5點(diǎn) 以下等中分別產(chǎn)生3dB以及I. 4dB左右的劣化。
[0007] 下面，說明一般性的相位補(bǔ)償部。圖14所示的電路是基于4次方法則 (fourth-power method)的相位補(bǔ)償方式的框圖。在假定為已補(bǔ)償了線性失真以及非線性 信道間失真的情況下、且假定為QPSK解調(diào)器時(shí)的第k個(gè)符號(hào)可表述為：
[0008] exp (jq>d'k+jq)k) +nk。
[0009] 這里，9d、k表示第k個(gè)數(shù)據(jù)的相位，取土 π/4、±3 π/4中的任一值。另外，cPk表 示由激光引起的相位噪聲或非線性相移所產(chǎn)生的相移。
[0010] 接著，根據(jù)圖14來說明相位補(bǔ)償部100。
[0011] (1)首先，對(duì)接收符號(hào)進(jìn)行4次方運(yùn)算（相當(dāng)于圖14中的碼101)。這里，由于k 是±π/4、±3π/4中的任一值，因此exp (jq>d.k)的4次方始終為-1。結(jié)果是，可通過4次 方運(yùn)算來去除調(diào)制的數(shù)據(jù)成分。
[0012] (2)接著，可以通過平均化（相當(dāng)于圖14中的碼102)來去除高斯噪聲nk。
[0013] (3)另外，因?yàn)閑xp (jcpd. k)的4次方始終為exp (j4(pd. k) = -1，所以進(jìn)行反相補(bǔ)償 (相當(dāng)于圖14中的103)，在原理上，僅提取exp (j4(pk),,
[0014] (4)最后，針對(duì)exp (j4(pk)，利用角度函數(shù)ArgO提取角度并除以4,由此可獲得估 計(jì)相移值：
[0015] 【數(shù)1】
[0016] k
[0017] (相當(dāng)于圖14中的104)。
[0018] 通過將該值變換為下值并與接收符號(hào)相乘（相當(dāng)于圖14中的106)，來去除相移成 分：
[0019] 【數(shù)2】
[0020] cxpd
[0021] (相當(dāng)于圖14中的105)。
[0022] 通過以上這樣的動(dòng)作，相位補(bǔ)償電路進(jìn)行動(dòng)作，使得能夠?qū)嵤┗谙嘁频男Ｕ?能在適當(dāng)?shù)姆?hào)的信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行接收。但是，該4次方法則的問題點(diǎn)在于，平均化后的收僅 在± π/4以內(nèi)的情況下發(fā)揮功能，當(dāng)存在超過該范圍的變動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)行動(dòng)作而鎖定在 偏移了 /2、π的位置上。
[0023] 這樣，將由于相位鎖定在偏移了 ± 31/2、π的位置而引起的連續(xù)的相位偏移（換 言之，在通信中，在土 π/2以及π處顯著產(chǎn)生同步偏移，每當(dāng)同步發(fā)生偏移時(shí)就會(huì)持續(xù)同 步偏移的狀態(tài)）表述為相位滑移（phase slip)。由于此現(xiàn)象，在同步檢波的情況下，對(duì)于產(chǎn) 生了相位滑移的位置，產(chǎn)生突發(fā)狀的錯(cuò)誤，且難以通過FEC解碼部來更正錯(cuò)誤。因此，在光 通信設(shè)備中，使用此方式的同步檢波是困難的。
[0024] 另一方面，在差動(dòng)檢波以及差動(dòng)同步檢波的情況下，基于相位滑移的錯(cuò)誤至多是1 比特（實(shí)際上，當(dāng)相位滑移現(xiàn)象在多個(gè)符號(hào)徐徐變動(dòng)時(shí)，為該變動(dòng)區(qū)間所包含的比特?cái)?shù)的 一部分）。因此，差動(dòng)檢波以及差動(dòng)同步檢波對(duì)于相位滑移現(xiàn)象比較魯棒。根據(jù)以上這樣的 理由，在現(xiàn)有方式中，采用基于差動(dòng)調(diào)制的光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0025] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0026] 非專利文獻(xiàn)
[0027] 非專利文獻(xiàn)I :Zhenning T.等，高性能光學(xué)相干接收機(jī)的數(shù)字載波相位恢復(fù) 算法的改進(jìn)，量子電子學(xué)報(bào)選集IEEE期刊，第16卷、第5期、2010年9/10月（Zhenning T. et al. ''Improvements to Digital Carrier Phase Recovery Algorithm for High-Performance Optical Coherent Receivers"，IEEE Jornal of Selected Topics in Quantum Electronics, VOL. 16, No. 5, September/Octorber 2010)〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028] 發(fā)明所要解決的課題
[0029] 但是，在現(xiàn)有技術(shù)中存在以下這樣的課題。
[0030] 存在當(dāng)在前導(dǎo)碼或?qū)ьl信號(hào)中不能取得充分的同步時(shí)或者存在從取得同步的時(shí) 刻開始的變動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生相位誤差而導(dǎo)致性能劣化的課題。另外，在相位變動(dòng)顯著的情況下， 同步檢波變困難，所以存在利用相位變動(dòng)魯棒的差動(dòng)調(diào)制進(jìn)行發(fā)送，在接收側(cè)進(jìn)行差動(dòng)檢 波的情況。但是，在此情況下，存在如下這樣的問題：與同步檢波相比，差動(dòng)檢波在某檢波后 的SNR與比特錯(cuò)誤率（BER)之比中產(chǎn)生約3dB的劣化。
[0031] 本發(fā)明是為了解決上述這樣的課題而作出的，其目的在于，能夠獲得即使在產(chǎn)生 相位滑移時(shí)也發(fā)揮接近于同步檢波的性能的接收機(jī)、發(fā)送機(jī)以及通信方法。
[0032] 解決問題的手段
[0033] 本發(fā)明的接收機(jī)在產(chǎn)生相位滑移或相位變動(dòng)的環(huán)境下使用，該接收機(jī)接收如下發(fā) 送信號(hào)作為接收信號(hào)，該發(fā)送信號(hào)在其一部分中包含由多個(gè)導(dǎo)頻序列構(gòu)成的信號(hào)且在糾錯(cuò) 編碼之后被實(shí)施了調(diào)制，其中，該接收機(jī)包括：相位補(bǔ)償部，其取得接收信號(hào)的同步而進(jìn)行 解調(diào)；以及糾錯(cuò)解碼部，其對(duì)解調(diào)后的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，該接收機(jī)具有如下相位滑移 估計(jì)處理功能：利用多個(gè)導(dǎo)頻序列，通過相位補(bǔ)償部估計(jì)相位滑移，通過糾錯(cuò)解碼部估計(jì)相 位差成分，由此校正接收數(shù)據(jù)的相位。另外，本發(fā)明的發(fā)送機(jī)在產(chǎn)生相位滑移或者相位變動(dòng) 的環(huán)境下使用，在接收機(jī)側(cè)能執(zhí)行對(duì)接收數(shù)據(jù)的相位進(jìn)行校正的相位滑移估計(jì)處理功能， 其中，該發(fā)送機(jī)發(fā)送糾錯(cuò)編碼之后實(shí)施了調(diào)制的發(fā)送信號(hào)，并且將由多個(gè)導(dǎo)頻序列構(gòu)成的 信號(hào)作為發(fā)送信號(hào)的一部分進(jìn)行發(fā)送。
[0034] 此外，本發(fā)明的通信方法適用于在產(chǎn)生相位滑移或者相位變動(dòng)的環(huán)境下使用的 通信裝置，該通信裝置具備：發(fā)送機(jī)，其發(fā)送糾錯(cuò)編碼之后實(shí)施了調(diào)制的發(fā)送信號(hào)；和接收 機(jī)，其包含：相位補(bǔ)償部，其接收從所述發(fā)送機(jī)發(fā)送的所述發(fā)送信號(hào)作為接收信號(hào)，并取得 同步而進(jìn)行解調(diào)；以及糾錯(cuò)解碼部，其對(duì)解調(diào)后的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，該通信方法具有 以下步驟：在上述發(fā)送機(jī)中將由多個(gè)導(dǎo)頻序列構(gòu)成的信號(hào)作為上述發(fā)送信號(hào)的一部分進(jìn)行 發(fā)送；以及在上述接收機(jī)中執(zhí)行相位滑移估計(jì)處理功能：利用上述多個(gè)導(dǎo)頻序列，并且采 用糾錯(cuò)碼的軟判決迭代解碼或硬判決迭代解碼，根據(jù)在解碼后或者解碼過程中輸出的判決 信息來估計(jì)相位差成分，利用估計(jì)到的上述相位差成分來校正上述接收數(shù)據(jù)的相位。
[0035] 發(fā)明效果
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，對(duì)包含多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的糾錯(cuò)碼進(jìn)行判定迭代解碼，采用解碼后或者 解碼過程中輸出的判決信息估計(jì)相位差成分，利用所估計(jì)的相位差成分校正接收數(shù)據(jù)的相 位，并以校正后的值為基礎(chǔ)繼續(xù)進(jìn)行迭代解碼，由此能夠獲得即使在產(chǎn)生相位滑移時(shí)也發(fā) 揮接近于同步檢波的性能的接收機(jī)、發(fā)送機(jī)以及通信方法。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0038] 圖2是示出在基于現(xiàn)有的4次方法則的相位補(bǔ)償之后進(jìn)行了導(dǎo)頻符號(hào)的校正時(shí)的 相位滑移的狀況的圖。
[0039] 圖3是示出在本發(fā)明實(shí)施方式1的通信系統(tǒng)中采用的幀結(jié)構(gòu)的圖。
[0040]圖4是示出利用本發(fā)明實(shí)施方式1的通信系統(tǒng)能將相位誤差抑制在有限的相位滑 移的狀況的圖。
[0041] 圖5是在本發(fā)明實(shí)施方式1的接收機(jī)中采用的相位滑移估計(jì)/校正LDPC解碼方 式的流程圖。
[0042] 圖6是示出在本發(fā)明的實(shí)施方式1中從接收信號(hào)yk的相位中減去發(fā)送信號(hào)的相 位所得的"凈相位誤差（net phase error)"、與從接收信號(hào)yk的相位中減去根據(jù)LDPC解碼 后的臨時(shí)估計(jì)信號(hào)估計(jì)出的相位后進(jìn)行平均化所得的△ 9kA之間的關(guān)系的圖。
[0043] 圖7是示出與本發(fā)明實(shí)施方式1中的通信裝置相關(guān)的基于實(shí)際的計(jì)算機(jī)仿真的評(píng) 價(jià)結(jié)果的圖。
[0044] 圖8是示出本發(fā)明實(shí)施方式2中的多數(shù)決定相位估計(jì)方式的解碼前的Q值特性的 圖。
[0045] 圖9是示出本發(fā)明實(shí)施方式2中的最大似然序列相位估計(jì)方式的解碼前Q值特性 的圖。
[0046] 圖10是示出在應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施方式2的最大似然序列相位估計(jì)方式之后進(jìn)行似 然旋轉(zhuǎn)并實(shí)施LDPC解碼后的BER特性的圖。
[0047] 圖11是示出進(jìn)行本發(fā)明實(shí)施方式3中的來自FEC的判決反饋之前的建議估計(jì)器 的初始B