传输特性补偿装置、传输特性补偿方法以及通信装置与流程

本发明涉及在数据通信中补偿传输路径的特性的传输特性补偿装置、传输特性补偿方法以及通信装置。

背景技术：

在相干光通信中，通过数字信号处理补偿传输信号的失真，由此实现几十g比特/秒以上的大容量传输。在数字信号处理中，进行了色散补偿、偏振解复用及偏振色散补偿、以及频率·相位变动补偿等处理。为了实现更大的容量，要求进一步提高这些处理的补偿精度。

自适应均衡在数字信号处理中也是最重要的功能，主要针对偏振解复用、偏振色散补偿、残留波长色散补偿、定时抖动补偿等随时间变化的状况进行补偿。

自适应均衡部通常由数字滤波器构成，能够通过对该数字滤波器设定能够抵消传输信号的失真的抽头系数而补偿传输信号。因此，补偿的精度依赖于抽头系数的适当性。作为计算该抽头系数的方法，以往提出了各种各样的算法。

例如，作为自适应均衡算法，提出有对判决反馈最小均方算法(dd-lms:decisiondirectedleastmeansquare)进行改良后的自适应均衡算法(例如，参照专利文献1)。但是，在判决反馈循环中使用数值运算型振荡器(numerically-controlledoscillator)，无法追随激光器的相位噪声变动，因此，难以进行电路化。

此外，作为自适应均衡算法，提出有对恒模算法(cma:constantmodulusalgorithm)改良后的自适应均衡算法(例如，参照专利文献2)。在该方式中，更新自适应均衡部内的滤波器的抽头系数以使输出信号的振幅调制成分变得恒定，但当调制方式的多值度上升时，利用变得困难。此外，虽然朝向多值化施加了改良，但难以进行进一步的多值化。

此外，作为自适应均衡算法，提出有对最小均方算法(lms:leastmeansquare)进行改良后的自适应均衡算法(例如，参照专利文献3)。在该方式中，在反馈循环中插入与频带限制对应的固定滤波器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-199605号公报

专利文献2：日本特开2011-223563号公报

专利文献3：国际公开第2012/108421号公报

专利文献4：日本特开2013-168983号公报

专利文献5：日本特开2014-155194号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在现有的传输特性补偿装置中，存在无法提高补偿精度且残留无法完全补偿的残留失真的问题。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于获得一种能够提高补偿精度的传输特性补偿装置、传输特性补偿方法以及通信装置。

用于解决问题的手段

本发明的传输特性补偿装置的特征在于，具有：接收电路，其具有补偿接收信号的失真的第1自适应补偿部；以及自适应补偿系数计算部，所述自适应补偿系数计算部具有：已知信号检测部，其从所述接收信号检测第1已知信号和第2已知信号；第2自适应补偿部，其补偿所述接收信号的失真；抽头系数初始值计算部，其通过所述第1已知信号与其实际值的比较，计算所述第2自适应补偿部的抽头系数的初始值；第1相位变动补偿部，其使用所述第2已知信号补偿所述第2自适应补偿部的输出的相位变动；以及抽头系数计算部，其通过由所述第2自适应补偿部和所述第1相位变动补偿部进行了补偿后的所述第1已知信号和所述第2已知信号中的至少一方与其实际值的比较，计算所述第1自适应补偿部和第2自适应补偿部的抽头系数。

发明效果

根据本发明，能够提高补偿精度。

附图说明

图1是示出本发明实施方式1的通信装置的图。

图2是示出本发明实施方式1的传输特性补偿装置的图。

图3是示出接收信号的图。

图4是示出本发明实施方式1的自适应补偿系数计算部的实施例1的图。

图5是示出本发明实施方式1的自适应补偿系数计算部的实施例2的图。

图6是示出本发明实施方式2的自适应补偿系数计算部的图。

图7是示出本发明实施方式2的相位变动补偿部的动作的图。

图8是示出本发明实施方式3的自适应补偿系数计算部的图。

图9是示出本发明实施方式4的传输特性补偿装置的图。

具体实施方式

参照附图对本发明实施方式的传输特性补偿装置、传输特性补偿方法以及通信装置进行说明。有时对相同或对应的结构要素标注相同标号，并省略重复说明。

实施方式1

图1是示出本发明实施方式1的通信装置的图。该通信装置是接收从发送侧发送的光信号的数字相干光接收器。

偏振波分离部1将光信号分离为x偏振波和y偏振波。光电转换部2将一组光信号转换为模拟电信号。ad(analogtodigital：模拟-数字)转换部3通过以规定的采样频率对一组模拟电信号进行采样而将其转换为一组数字电信号。数字信号处理部4通过对从ad转换部3输出的作为数字电信号的接收信号进行数字信号处理而恢复(解调)发送数据。数字信号处理部4具有下面说明的传输特性补偿装置。

图2是示出本发明实施方式1的传输特性补偿装置的图。这里，对x偏振波侧的结构进行说明，但y偏振波侧的结构也同样如此。传输特性补偿装置具有：接收电路5；以及自适应补偿系数计算部6，其与接收电路5分开设置。接收电路5具有补偿接收信号的失真的第1自适应补偿部7。第1自适应补偿部7由蝶形的fir滤波器构成，补偿x偏振波和y偏振波的信号的偏振解复用和偏振波色散，并且还补偿残留波长色散。自适应补偿系数计算部6计算第1自适应补偿部7的补偿系数。

图3是示出接收信号的图。在光信号中，在发送侧按照比较长的周期对数据信号插入有多个码元作为连续已知信号(“长周期/连续已知模式”，以后称作“lp”)，按照比较短的周期插入有1个码元或者多个码元作为一次性已知信号(“短周期/一次性已知模式”，以后称作“sp”)。lp是用于接收电路5中的数据同步而插入的，sp是用于接收电路5中的相位噪声补偿而插入的。例如，作为lp，按照1次或者几次的比例对传输信号的分组、otu(optical-channeltransportunit：光通道传输单元，几万个码元)帧附加已知的几百个码元(例如，128个码元、256个码元、512个码元等)。作为sp，按照每固定个码元(例如，每几十个码元)定期地插入1个码元到几个码元。另外，sp还插入到lp部中，但lp部中的sp的插入间隔与数据部中的sp的插入间隔也可以不同。

在自适应补偿系数计算部6中，已知信号检测部8检测对于接收信号中包含的lp和sp的帧的位置。包含lp和sp的接收信号被保持到缓冲器9中。

第2自适应补偿部10具有与第1自适应补偿部7相同的结构的蝶形fir滤波器。因此，针对从缓冲器9输出的接收信号，与第1自适应补偿部7同样地补偿偏振解复用、偏振波色散和残留波长色散。

在lp参考信号存储部11中预先存储有在发送侧插入到数据信号中的lp的实际值，作为参考信号。抽头系数初始值计算部12使用mse(meansquareerror、均方根误差)算法，通过lp与其实际值的比较，计算均方根误差，计算使得该误差最小化的fir滤波器的抽头系数作为初始值。

在sp参考信号存储部13中预先存储有在发送侧插入到数据信号中的sp的实际值，作为参考信号。相位变动补偿部14具有补偿载波的相位旋转的功能，使用sp补偿第2自适应补偿部10的输出信号的相位变动。具体而言，检测第2自适应补偿部10的输出信号的sp与其实际值的相位差，通过第2自适应补偿部10的输出信号的相位旋转补偿相位变动，以抵消该相位差。有时还对检测出的多次的相位差进行平均化，抑制噪声。此外，相位变动补偿部14还针对sp之间的数据进行相位补偿并输出到其他电路。

在lp/sp参考信号存储部15中预先存储有在发送侧插入到数据信号中的lp及sp的实际值，作为参考信号。抽头系数计算部16使用lms(leastmeansquare、最小二乗法)算法，对由第2自适应补偿部10和相位变动补偿部14进行补偿处理后的lp及sp与各自的实际值进行比较，计算第1和第2自适应补偿部7、10的抽头系数以使它们的差值最小化。第1和第2自适应补偿部7、10中设定有计算出的相同的抽头系数。另外，抽头系数计算部16不限于使用lp和sp双方来计算抽头系数，还使用lp和sp中的至少一方计算抽头系数。另外，虽然之后叙述，但在计算lms算法的误差信号时，对于参考信号也施加由相位变动补偿引起的相位旋转量。

如以上所说明那样，在本实施方式中，与接收电路5分开地设置有自适应补偿系数计算部6，作为用于计算抽头系数的专用部分。由此，能够在不受接收电路5的处理的影响的情况下，高精度地计算抽头系数。即，独立地准备与主信号延迟无关而仅求出抽头系数的控制电路，因此，lsi化时的物理配置布线变得容易。并且，通过将计算抽头系数所需的主信号数据保持到缓冲器中，即使不进行硬件安装，也能够从外部读取缓冲器保持数据并进行软件处理。通过根据由已知信号检测部8检测出的帧起始位置确定出lp/sp时间位置并将其周边数据写入到缓冲器中，能够容易地取入保持在缓冲器中的时间区域。此外，通过使用由第2自适应补偿部10和相位变动补偿部14进行补偿处理而减少了波长解复用、偏振波色散、残留波长色散和相位噪声的影响的lp及sp，能够高精度地计算抽头系数。

此外，抽头系数计算部16的lms算法求出使平方误差为最小的收敛值，因此，根据初始值，有时会收敛于错误的值而不是收敛于最佳收敛值。因此，抽头系数初始值计算部12使用lp计算第2自适应补偿部10的抽头系数的初始值。由此，能够从尽可能接近最佳收敛值的值开始进行收敛算法，因此，能够防止收敛于错误的值而可靠且迅速地计算最佳抽头系数。

实施例1

图4是示出本发明实施方式1的自适应补偿系数计算部的实施例1的图。图2所示的接收电路5的第1自适应补偿部7输入接收到的x偏振波和y偏振波，并分别对x偏振波和y偏振波应用fir滤波器，将其计算结果相加而获得x偏振波的输出。也能够以同样的方式获得y偏振波输出。因此，第1自适应补偿部7的fir滤波器成为2×2的蝶形滤波器结构。

自适应补偿系数计算部6的第2自适应补偿部10具有与上述的第1自适应补偿部7相同的结构的蝶形滤波器。下面，说明使用已知信号lp和sp求出第1和第2自适应补偿部7、10的最佳抽头系数的实施例1的动作。

首先，在使用已知信号lp和sp的情况下，需要准确地检测已知信号的时间位置。接收信号的偏振波状态通常是任意的。此外，存在中心频率偏移的情况、包含载波相位噪声的情况。即使是这样的条件，只要是多个已知信号连续的连续已知信号列，就能够将与该已知信号列的相关值保持得较高。例如，存在利用特殊的模式作为已知信号并检测的技术(例如，参照专利文献4)。如果知道lp的位置，则通过预先在发送侧和接收侧确定该位置与sp插入位置之间的关系，还能够准确地获知sp的位置。另一方面，在fir滤波器输出端，将混合了发送信号的偏振波状态更加可靠地与模拟的偏振波分离一起分离。

相位变动补偿部14求出sp参考信号与接收到的sp之间的电场相位差，根据该电场相位差估计载波的相位误差(旋转)。并且，通过将使得抵消该相位误差的电场与fir滤波器输出相乘，能够恢复发送状态的载波相位。通过该操作，在qpsk(quadraturephaseshiftkeying：正交相移键控)调制、64qam(quadratureamplitudemodulation：正交调幅)调制中，能够恢复将发送数据显示在极坐标上的星座图。

抽头系数计算部16使用该信号，通过lms算法求出fir滤波器的最佳抽头系数。一般的lms算法通过下面的式表示。

[式1]

hi/q(n+1)＝hi/q(n)+μ·e(n)·err(n)

这里，hi/q是fir滤波器的抽头系数组，e(n)是第2自适应补偿部10的输入信号，err(n)是第2自适应补偿部10的输出与原本可取的参考信号之间的误差，μ是用于调整收敛速度、残留误差的步长参数。在实施例1中，相位变动补偿部14与第2自适应补偿部10的输出端连接。这样，第2自适应补偿部10的输出信号旋转由相位变动补偿部14检测出的相位φ1。因此，err(n)成为进行了相位补偿的fir滤波器的输出与参考信号之间的误差。但是，在通过fir滤波器的时刻，未进行由相位变动补偿部14进行的补偿，因此，为了去除该影响而计算适当的抽头系数，对err(n)进行相反的相位旋转。在该情况下，lms算法通过下面的式表示。

[式2]

hi/q(n+1)＝hi/q(n)+μ·e(n)·err(n)e^-jφ1

如上所述，通过考虑相位变动补偿部14的影响，能够求出更加适当的fir滤波器的抽头系数。另外，在计算上述的lms算法的情况下，需要初始值。该初始值由抽头系数初始值计算部12求出。

实施例2

图5是示出本发明实施方式1的自适应补偿系数计算部的实施例2的图。除了实施例1的自适应补偿系数计算部6的结构以外，在相位变动补偿部14的前级连接频率偏移补偿部17，在后级连接相位变动补偿部18。

相位变动补偿部14通过sp与其实际值的比较，估计出相位变动量。但是，当该相位变动量超过某个频率偏移量时，无法准确地估计。因此，在相位变动补偿部14的前级插入频率偏移补偿部17，该频率偏移补偿部17补偿第2自适应补偿部10输出的比较大的频率偏移。由此，相位变动补偿部14能够适当地进行相位变动补偿，能够整体上提高对频率偏移的抵抗力。例如，在频率偏移量为δf、波特率(baudrate)为fb的情况下，通过使相位按照每个码元旋转δf/fb×2π弧度，能够补偿频率偏移。

在以这样的方式进行了频率偏移(相位旋转φ3)的情况下，也需要对lms算法中使用的误差信号err(n)乘以求出了该误差的码元中的相位旋转的相反符号(-φ3)。

此外，在相位变动补偿部14中，在使用了sp的载波相位旋转量检测中，通过检测相位旋转检测值的时间微分量，能够检测频率偏移残留量(例如，参照专利文献5)。

并且，在利用sp来补偿载波相位的相位变动补偿部14的后级追加了相位变动补偿部18，该相位变动补偿部18利用接收信号的数据模式(pattern)来补偿相位变动补偿部14输出的载波相位。抽头系数计算部16对由第2自适应补偿部10和相位变动补偿部14、18进行补偿处理后的lp及sp与各自的实际值进行比较，计算第1和第2自适应补偿部7、10的抽头系数以使它们的差值最小化。在利用了sp的载波相位补偿中，根据sp的插入间隔，无法充分地去除相位噪声(相位变动)，因此，相位噪声残留。如果是相位噪声的残留量，则即使不是已知信号，也能够利用数据模式(pattern)来估计相位噪声。通过使用该相位变动补偿部18的输出(相位旋转φ2)求出lms算法的误差信号err(n)，能够减少相位噪声。lms算法中实际输入的误差信号err(n)考虑相位变动补偿部18的相位旋转量φ2和频率偏移补偿部17的相位旋转量φ3的影响，成为下式。

[式3]

hi/q(n+1)＝hi/q(n)+μ·e(n)·err(n)·e^{-j(φ1+φ2+φ3)}

如上所述，在实施例2中，能够在尽可能减少相位噪声的影响的状态下计算滤波器系数。因此，能够更高精度地求出滤波器的抽头系数。

由于能够以这样的方式高精度地计算抽头系数，所以本实施方式的相位补偿装置能够提高补偿精度。而且，使用了该相位补偿装置的通信装置的接收灵敏度提高。此外，由于无需在接收电路5内设置用于计算抽头系数的反馈循环，所以接收电路5的处理不受反馈循环的过渡性的状况的影响。因此，能够对接收电路5的主信号的线进行高速处理。

此外，通过将数据同步用的lp用于lms的初始值计算，能够防止lms的伪收敛并可靠地使其收敛。此外，使用按照每几十个码元定期地插入的sp而使抽头系数计算的更新频度变多，因此，还能够应对100khz左右的偏振波变动。

实施方式2

图6是示出本发明实施方式2的自适应补偿系数计算部的图。省略了自适应补偿系数计算部6、缓冲器9和抽头系数初始值计算部12的图示。此外，对x偏振波侧的结构进行说明，但y偏振波侧的结构也同样如此。

相位变动补偿部14具有电场误差检测部19、缓冲器20、平均化部21、插值·相位补偿部22。图7是示出本发明实施方式2的相位变动补偿部的动作的图。电场误差检测部19检测接收信号的sp与其实际值之间的电场误差。电场误差相当于表示在复平面上的情况下的坐标的差，表示相位变动量。

检测出的相位变动量在存储到缓冲器20中之后，由平均化部21在累积了一定数量的sp后进行平均化。在图7中示出了针对5个sp进行高斯分布的加权并平均化的情况。当以这样的方式对中心部的sp进一步进行加权时，精度提高。另外，加权不限定于高斯分布。在下一个sp中，也进行5个sp的平均化而获得移动平均。

插值·相位补偿部22进行使用相邻的sp的相位变动量的插补，估计这些sp之间的各数据的相位变动量，利用该相位变动量补偿各数据的相位。将补偿后的数据发送到其他电路，将补偿后的lp和sp发送到抽头系数计算部16。由此，能够提高相位噪声补偿的效果，下一级的抽头系数计算部16的抽头系数的计算精度提高。

此外，消光比失真施加部23对lp和sp的实际值分别施加消光比失真。抽头系数计算部16对施加了消光比失真的lp及sp的实际值与由第2自适应补偿部10和相位变动补偿部14进行补偿后的lp及sp进行比较。另外，在抽头系数计算部16使用lp和sp中的1个来计算抽头系数的情况下，消光比失真施加部23对lp和sp的实际值中的一个施加消光比失真。

消光比失真与针对在光纤中通过的光信号的ds偏移对应。由于在计算抽头系数的时刻未进行消光比的失真补偿，因此，在接收信号中残留有消光比失真。因此，通过与施加了消光比失真的lp及sp的实际值进行比较，能够更加高精度地检测存在于接收信号中的偏振波色散，因此，能够高精度地计算抽头系数。

实施方式3

图8是示出本发明实施方式3的自适应补偿系数计算部的图。在本实施方式中，与图5的实施例2相比，自适应补偿系数计算部6中未安装有缓冲器9。如果如实施例2那样安装缓冲器9，则能够与主信号独立地用软件求出抽头系数，但在本实施方式的结构中，接收电路5中的物理配置布线也变得容易。

实施方式4

图9是示出本发明实施方式4的传输特性补偿装置的图。在实施方式1～3中，与接收电路5分开地设置自适应补偿系数计算部6来计算抽头系数。与此相对，在本实施方式中，在接收电路5内设置有实施方式3的自适应补偿系数计算部6。在该情况下，通过在进行相位变动补偿之后进行抽头系数计算，也能够高精度地计算抽头系数。

另外，也可以通过将用于实现实施方式1～4的自适应补偿系数计算部6的功能的程序记录在计算机可读取的记录介质中，使计算机系统或者可编程的逻辑器件读入并执行该记录介质中所记录的程序，由此进行补偿系数计算。假设此处所说的“计算机系统”包含os和周边设备等硬件。此外，“计算机系统”还包含具有主页提供环境(或显示环境)的www系统。另外，“计算机可读取的记录介质”是指软盘、磁光盘、rom、cd-rom等可移动介质，内置在计算机系统中的硬盘等存储装置。并且，“计算机可读取的记录介质”还包含在一定时间内保持程序的介质，比如经由互联网等网络或电话线路等通信线路发送了程序时的作为服务器或客户端的计算机系统内部的易失性存储器(ram)。此外，上述程序可以从在存储装置等中存储了该程序的计算机系统经由传输介质或通过传输介质中的传输波传输到其他计算机系统。这里，传输程序的“传输介质”是如互联网等网络(通信网)或电话线路等通信线路(通信线)那样具有传输信息的功能的介质。此外，上述程序也可以是用于实现上述功能的一部分的程序。并且，也可以是能够通过与已经记录在计算机系统中的程序的组合实现上述功能的所谓差值文件(差值程序)。

标号说明

2：光电转换部；3：ad转换部；5：接收电路；6：自适应补偿系数计算部；7：第1自适应补偿部；8：已知信号检测部；10：第2自适应补偿部；12：抽头系数初始值计算部；14：相位变动补偿部；16：抽头系数计算部；23：消光比失真施加部。