接收机、发送机以及通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及接收机、发送机以及通信方法，其通过改善通信系统用的同步方式以 及差动调制时的相位变动成分的估计方式来实现性能提高。
【背景技术】
[0002] 作为现有的同步方式，发送使用了前导码中的训练符号或导频信号的多个已知的 同步用调制波，使用该已知的同步信号来取得同步。另外，在相位变动显著的情况下，通过 差动调制等降低了相位变动量的影响（例如，参照专利文献1)。
[0003] 图14是现有的光通信系统的电路结构图。在发送机侧，在FEC(Forward Error Correction :前向纠错）编码部中对发送信息实施纠错编码，在光调制部中生成并发送 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying:正交相位键控）等的调制信号。此时，在高速的 光通信中存在相位变动大这样的特征。因此，一般情况下，在发送机侧，将信息映射到符号 (调制解调信号的单位）之间的相位差中进行调制，在接收机侧，使用检测所接收的符号间 的相位差的差动检波或差动同步检波等进行解调。
[0004] 例如，在差动调制的情况下，即使在较长的L个符号区间中相位变动了 Θ，只要在 平均Θ/L的变动中就不要紧。因此，具有难以受到相位变动的影响且能够维持稳定的解调 性能这样的特征。
[0005] 另一方面，在取得完全符号同步而进行解调的同步检波中，在较长的L个符号区 间中相位线性地变动了 Θ的情况下，当以i = 0、1、2、……、L-I来表述符号的顺序时，第 i个符号受到iX Θ/L相位的变动。因此，在相位变动中受到的影响变大，解调性能也大幅 劣化。
[0006] 但是，关于忽视相位变动时的AWGN(加性高斯噪声）上的解调性能（解调后的错 误率），已知的是，差动检波以及差动同步检波相对于同步检波在解码后的BER = I. E-5点 以下等中分别产生3dB以及I. 4dB左右的劣化。
[0007] 下面，说明一般性的相位补偿部。图14所示的电路是基于4次方法则 (fourth-power method)的相位补偿方式的框图。在假定为已补偿了线性失真以及非线性 信道间失真的情况下、且假定为QPSK解调器时的第k个符号可表述为：
[0008] exp (jq>d'k+jq)k) +nk。
[0009] 这里，9d、k表示第k个数据的相位，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声或非线性相移所产生的相移。
[0010] 接着，根据图14来说明相位补偿部100。
[0011] (1)首先，对接收符号进行4次方运算（相当于图14中的码101)。这里，由于k 是±π/4、±3π/4中的任一值，因此exp (jq>d.k)的4次方始终为-1。结果是，可通过4次 方运算来去除调制的数据成分。
[0012] (2)接着，可以通过平均化（相当于图14中的码102)来去除高斯噪声nk。
[0013] (3)另外，因为exp (jcpd. k)的4次方始终为exp (j4(pd. k) = -1，所以进行反相补偿 (相当于图14中的103)，在原理上，仅提取exp (j4(pk),,
[0014] (4)最后，针对exp (j4(pk)，利用角度函数ArgO提取角度并除以4,由此可获得估 计相移值：
[0015] 【数1】
[0016] k
[0017] (相当于图14中的104)。
[0018] 通过将该值变换为下值并与接收符号相乘（相当于图14中的106)，来去除相移成 分：
[0019] 【数2】
[0020] cxpd
[0021] (相当于图14中的105)。
[0022] 通过以上这样的动作，相位补偿电路进行动作，使得能够实施基于相移的校正并 能在适当的符号的信号点进行接收。但是，该4次方法则的问题点在于，平均化后的收仅 在± π/4以内的情况下发挥功能，当存在超过该范围的变动时，会导致进行动作而锁定在 偏移了 /2、π的位置上。
[0023] 这样，将由于相位锁定在偏移了 ± 31/2、π的位置而引起的连续的相位偏移（换 言之，在通信中，在土 π/2以及π处显著产生同步偏移，每当同步发生偏移时就会持续同 步偏移的状态）表述为相位滑移（phase slip)。由于此现象，在同步检波的情况下，对于产 生了相位滑移的位置，产生突发状的错误，且难以通过FEC解码部来更正错误。因此，在光 通信设备中，使用此方式的同步检波是困难的。
[0024] 另一方面，在差动检波以及差动同步检波的情况下，基于相位滑移的错误至多是1 比特（实际上，当相位滑移现象在多个符号徐徐变动时，为该变动区间所包含的比特数的 一部分）。因此，差动检波以及差动同步检波对于相位滑移现象比较鲁棒。根据以上这样的 理由，在现有方式中，采用基于差动调制的光通信系统结构。
[0025] 现有技术文献
[0026] 非专利文献
[0027] 非专利文献I :Zhenning T.等，高性能光学相干接收机的数字载波相位恢复 算法的改进，量子电子学报选集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
【发明内容】
[0028] 发明所要解决的课题
[0029] 但是，在现有技术中存在以下这样的课题。
[0030] 存在当在前导码或导频信号中不能取得充分的同步时或者存在从取得同步的时 刻开始的变动时，产生相位误差而导致性能劣化的课题。另外，在相位变动显著的情况下， 同步检波变困难，所以存在利用相位变动鲁棒的差动调制进行发送，在接收侧进行差动检 波的情况。但是，在此情况下，存在如下这样的问题：与同步检波相比，差动检波在某检波后 的SNR与比特错误率（BER)之比中产生约3dB的劣化。
[0031] 本发明是为了解决上述这样的课题而作出的，其目的在于，能够获得即使在产生 相位滑移时也发挥接近于同步检波的性能的接收机、发送机以及通信方法。
[0032] 解决问题的手段
[0033] 本发明的接收机在产生相位滑移或相位变动的环境下使用，该接收机接收如下发 送信号作为接收信号，该发送信号在其一部分中包含由多个导频序列构成的信号且在纠错 编码之后被实施了调制，其中，该接收机包括：相位补偿部，其取得接收信号的同步而进行 解调；以及纠错解码部，其对解调后的接收数据进行解码处理，该接收机具有如下相位滑移 估计处理功能：利用多个导频序列，通过相位补偿部估计相位滑移，通过纠错解码部估计相 位差成分，由此校正接收数据的相位。另外，本发明的发送机在产生相位滑移或者相位变动 的环境下使用，在接收机侧能执行对接收数据的相位进行校正的相位滑移估计处理功能， 其中，该发送机发送纠错编码之后实施了调制的发送信号，并且将由多个导频序列构成的 信号作为发送信号的一部分进行发送。
[0034] 此外，本发明的通信方法适用于在产生相位滑移或者相位变动的环境下使用的 通信装置，该通信装置具备：发送机，其发送纠错编码之后实施了调制的发送信号；和接收 机，其包含：相位补偿部，其接收从所述发送机发送的所述发送信号作为接收信号，并取得 同步而进行解调；以及纠错解码部，其对解调后的接收数据进行解码处理，该通信方法具有 以下步骤：在上述发送机中将由多个导频序列构成的信号作为上述发送信号的一部分进行 发送；以及在上述接收机中执行相位滑移估计处理功能：利用上述多个导频序列，并且采 用纠错码的软判决迭代解码或硬判决迭代解码，根据在解码后或者解码过程中输出的判决 信息来估计相位差成分，利用估计到的上述相位差成分来校正上述接收数据的相位。
[0035] 发明效果
[0036] 根据本发明，对包含多个导频符号的纠错码进行判定迭代解码，采用解码后或者 解码过程中输出的判决信息估计相位差成分，利用所估计的相位差成分校正接收数据的相 位，并以校正后的值为基础继续进行迭代解码，由此能够获得即使在产生相位滑移时也发 挥接近于同步检波的性能的接收机、发送机以及通信方法。
【附图说明】
[0037] 图1是本发明的实施方式1中的通信系统的结构图。
[0038] 图2是示出在基于现有的4次方法则的相位补偿之后进行了导频符号的校正时的 相位滑移的状况的图。
[0039] 图3是示出在本发明实施方式1的通信系统中采用的帧结构的图。
[0040]图4是示出利用本发明实施方式1的通信系统能将相位误差抑制在有限的相位滑 移的状况的图。
[0041] 图5是在本发明实施方式1的接收机中采用的相位滑移估计/校正LDPC解码方 式的流程图。
[0042] 图6是示出在本发明的实施方式1中从接收信号yk的相位中减去发送信号的相 位所得的"净相位误差（net phase error)"、与从接收信号yk的相位中减去根据LDPC解码 后的临时估计信号估计出的相位后进行平均化所得的△ 9kA之间的关系的图。
[0043] 图7是示出与本发明实施方式1中的通信装置相关的基于实际的计算机仿真的评 价结果的图。
[0044] 图8是示出本发明实施方式2中的多数决定相位估计方式的解码前的Q值特性的 图。
[0045] 图9是示出本发明实施方式2中的最大似然序列相位估计方式的解码前Q值特性 的图。
[0046] 图10是示出在应用本发明实施方式2的最大似然序列相位估计方式之后进行似 然旋转并实施LDPC解码后的BER特性的图。
[0047] 图11是示出进行本发明实施方式3中的来自FEC的判决反馈之前的建议估计器 的初始B