已知信号检测方法与流程

本发明涉及检测用于数据通信中的帧的定时同步和传输路径特性的补偿的已知信号的已知信号检测方法。

背景技术：

在相干光通信中，在接收侧，通过传输特性的补偿与定时的准确同步实现了大容量化。在各种补偿和定时同步中，使用按照接收信号的每个帧而预先插入的已知信号，例如帧同步信号(长周期·已知模式(pattern)信号(lp信号))。是否能够准确且高速地检测该lp信号左右着大容量化的性能。并且，在光通信中，传输特性因偏振波色散等而发生劣化。在这样的状况下，准确地检测lp信号也是重要的。

在现有技术中，在接收到信号的情况下，能够在时间轴上取得与已知信号之间的相关(例如，参照专利文献1)。一般而言，能够取得每个采样的相关。作为相关方法，一般是进行信号彼此的卷积运算的方法。当信号模式一致时，相关成为最大。另外，在如光通信那样利用2个偏振波的情况下，分别独立地取得了相关。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-19030号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，在现有的已知信号的检测方法中，存在在未完全进行偏振波分离和传输特性的补偿的状态下进行错误检测的情况。与此相对，还存在利用即使2个偏振波及各自的复显示的re部与im部相互干扰也能够识别模式的特殊模式的方法。但是，这样的特殊模式适合取得同步的功能，但存在不适合其他功能等的自由度的问题。

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在不使用特殊模式作为已知信号、未完全进行偏振波分离和传输特性的补偿的状态下，也能够可靠地检测接收信号中的已知信号的位置的已知信号检测方法。

用于解决问题的手段

本发明的已知信号检测方法是一种已知信号检测装置检测接收信号中的已知信号的位置的已知信号检测方法，其特征在于，具有以下步骤：对所述接收信号进行傅里叶变换而获得第1计算值；对所述已知信号进行傅里叶变换而获得第2计算值；对所述第1计算值乘以所述第2计算值的复共轭值而获得第3计算值；对所述第3计算值进行傅里叶逆变换而获得第4计算值；检测所述第4计算值的振幅的最大值和获得所述最大值的标本点；以及根据获得所述最大值的标本点检测所述接收信号中的所述已知信号的位置。

发明效果

根据本发明，在不使用特殊模式作为已知信号、未完全进行偏振波分离和传输特性的补偿的状态下也能够可靠地检测接收信号中的已知信号的位置。

附图说明

图1是示出本发明实施方式1的已知信号检测装置的图。

图2是示出本发明实施方式1的相关检测部的图。

图3是用于说明本发明实施方式1的相关检测部的动作的图。

图4是用于说明本发明实施方式1的相关检测部的动作的图。

图5是用于说明本发明实施方式1的位置检测部的动作的图。

图6是示出本发明实施方式2的相关检测部的图。

图7是用于说明本发明实施方式2的相关检测部的动作的图。

图8是用于说明本发明实施方式2的位置检测部的动作的图。

图9是示出本发明实施方式3的差动检波部的图。

图10是示出本发明实施方式3的已知信号检测装置的图。

具体实施方式

参照附图对本发明实施方式的已知信号检测方法进行说明。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的已知信号检测装置的图。已知信号检测装置设置在相干光通信装置的接收装置中，检测接收信号中的已知信号的位置。

偏振波分离/光电转换器1在对接收到的光信号进行偏振波分离之后转换为模拟电信号。采样装置2、3分别对x偏振波和y偏振波的模拟电信号进行采样并转换为数字信号。

检波部4在对x偏振波和y偏振波的数字信号分别进行差动检波之后进行相加而获得检波信号。相关检测部5进行检波信号与已知信号的相关检测，计算相关信号。位置检测部6根据相关信号检测接收信号(检波信号)中的已知信号的位置。

图2是示出本发明实施方式1的相关检测部的图。图3和图4是用于说明本发明实施方式1的相关检测部的动作的图。如图3所示，从检波部4输出的检波信号由在相同位置插入了作为已知信号的训练序列lp(例如，256个码元)的多个帧(几千～几万个码元/帧)构成。

1/2重叠fft部7按照表示fft的大小(size)的每n个采样数对检波信号进行傅里叶变换(fft)而获得第1计算值xr(k)。例如，使用256点的fft(n＝256)。对于fft的大小，优选与lp信号的码元数相同的码元数能够进行自适应，但不限于此。在第1个fft中对从第1个码元到第256个码元执行fft，在第2个fft中对从第129个码元到第384个码元执行fft，在第3个fft中对从第257个码元到第512个码元执行fft。

这时，1/2重叠fft部7每次重叠n(fft的大小或者点数)的一半来对检波信号的数据进行傅里叶变换。例如，在每1帧(128+128×300)码元的情况下，进行300次的fft。通过以这样的方式对检波信号进行分割并且将一部分重叠来进行fft，即使在lp信号跨越多个fft的窗的情况下，也能够防止检测灵敏度下降。另外，重叠不限定于n/2，例如，也可以是n/3或者2n/3。

第1计算值xr(k)通过下面的式计算。其中，在电路结构中使用fft，但由于逻辑上为离散傅里叶变换(dft)，因此，在以下的式中使用dft(和idft(逆dft))。另外，xr(k)是采样点(标本点)处的信号的复数表现(re+jim)。

[式1]

另外，针对lp信号，通过采用施加lpf后的模式，能够对波长色散、pmd(偏振波模式色散)等传输路径应变进行强化。

fft部8以与1/2重叠fft部7相同的大小对作为已知信号的lp信号进行傅里叶变换而获得第2计算值xlp(k)。例如，认为可通过n＝256个的采样表示lp信号，对lp信号256个码元执行256点的fft。第2计算值xlp(k)通过以下的式计算。

[式2]

除法部9将第1计算值xr(k)除以第2计算值xlp(k)而获得第3计算值xr(k)/xlp(k)。另外，该除法是使用复数的除法，因此，当如以下那样通过乘法的形式进行时，能够进行高效的运算。此外，为了避免使用零的除法，也可以是对第1计算值xr(k)乘以第2计算值xlp(k)的复共轭的结构。

i/(re+jim)＝{i/(re²+im²)}(re-jim)

在该情况下，当对第1计算值xr(k)仅乘以第2计算值xlp(k)的复共轭(re－jim)(系数任意地设定)时，能够进一步进行高效的运算。

ifft部10对第3计算值xr(k)/xlp(k)进行傅里叶逆变换而获得第4计算值y(n)。也沿着检波信号的数据实施多次该傅里叶逆变换。

y(n)＝idft[xr(k)/xlp(k)]

idft的结果针对256的标本点分别输出re部和im部。这里，re²+im²表示第4计算值y(n)的振幅的平方。

最大值检测部11检测n＝256个标本点处的各振幅的最大值a和获得该最大值的标本点n0。其中，n0是0～n－1。

这里，当检波信号中包含lp信号时，如图4所示，ifft部10的输出y(n)成为脉冲并出现在接收到的检波信号的lp信号与作为已知信号的比较对象的lp信号的偏差量的n的位置上。

针对在检波信号的1帧中重叠而实施的多个fft和ifft的输出进行上述的最大值检测。这里，检测每1个帧300的最大值及其标本点的组。

位置检测部6根据获得最大值的标本点检测接收信号的帧中的已知信号的位置。图5是用于说明本发明实施方式1的位置检测部的动作的图。当频率区域中的相关返回到时间域时，被检测为脉冲。因此，在各fft的窗中存在lp信号的情况下，ifft部10的输出y(n)产生脉冲。因此，在1帧中检测出最大值的多个fft中的、取最大值的fft中存在lp信号。该fft中的、取最大值的标本点的位置为lp信号的位置。在第p个fft的标本点n0处检测出脉冲的情况下，帧中的lp信号的位置通过(n/2)×(p－1)+(n0+1)计算。但是，这是每次重叠n/2来实施fft的情况下的例子，在其它重叠的情况下，也能够容易地构成计算式。例如，在第3个fft的n0＝50的标本点处成为最大的情况下，从帧的端部起第256/2×(3－1)+(50+1)＝307个码元的位置可以检测为lp信号的位置。

如以上所说明那样，在本实施方式中，通过利用fft和ifft，与现有技术那样以码元为单位在时间域中进行比较的方法相比，能够以简单的结构检测接收信号中的已知信号的位置，能够减少计算的规模。而且，在不使用特殊模式作为已知信号、未完全进行偏振波分离和传输特性的补偿的状态下也能够可靠地检测接收信号中的已知信号的位置。

实施方式2

图6是示出本发明实施方式2的相关检测部的图。图7是用于说明本发明实施方式2的相关检测部的动作的图。在本实施方式中，到最大值检测为止的结构与实施方式1相同，在其后级追加有向量化部12和平均化部13。

最大值检测部11在各帧的各个fft中检测振幅的最大值a和获得该最大值的标本点n0。如以下所示，向量化部12生成振幅对应于最大值a、角度对应于标本点n0的向量c(f，m)。

c(f，m)＝aexp(j2π(n0/n))

＝acos2π(n0/n)+jasin2π(n0/n)

这里，f表示第f个fft，m表示第m个帧。n对应于离散傅里叶变换的大小。特别是，通过将标本点n0转换为角度的指标，较容易通过向量的合成二维地进行平均化。

当在极坐标上表现在各帧中检测出的最大值检测结果的向量时，如图7的下图所示。在光通信中检波信号由于传输路径特性而发生失真导致劣化的情况下，当取得与已知的lp信号之间的相关时，有时会受到噪声的影响。在图7中可观察到在各帧中大致相同的方向上取最大值的信号，但有时也会由于噪声而输出较大的相关值。这样的噪声能够通过以下说明的平均化来消除。

平均化部13在多个帧的范围内对向量进行平均化。平均化后的向量cav(f)通过下式计算。

cav(1)＝{c(1，1)+c(1，2)+…+c(1，m)}/m

cav(2)＝{c(2，1)+c(2，2)+…+c(2，m)}/m

cav(f)＝{c(f，1)+c(f，2)+...+c(f，m)}/m

具体而言，存在以下2个方法。第一个方法按照每个fft在m个帧的范围内对根据最大值检测结果求出的向量进行累积相加。具体而言，能够通过由极坐标中的re部和im部分别进行累积相加而求出。

各个re部和im部通过下式计算。

re＝acos2π(n0/n)

im＝asin2π(n0/n)

由于是累积相加，因此，如果对最初的帧的数据(re部和im部)加上下一帧的数据(re部和im部)，也能够对内存进行最小限化。另外，在平均化的式的最后除以“m”的计算能够根据需要从内存、电路结构中删除或者追加。一般而言，在数字数据处理上，平均化与累积相加等价。

第二个方法是利用使用了遗忘因子的iir(infiniteimpulseresponse：无限脉冲响应)的方法。能够通过该方法抑制内存量。iir滤波器包含反馈循环，但能够通过较少的滤波器系数的结构进行依次输入的数据的平均化。即，在该iir滤波器中，将过去的值的影响作为遗忘因子设定在滤波器系数中。遗忘因子越接近零，越不受过去的影响，相反，越接近1，越受到过去影响。

在按照每个帧在相同的位置反复插入已知信号的情况下，进行在多个帧处生成的向量的平均化。由此，可减少随机信号，仅保留被恒定地插入的已知信号的部分，峰值变得更加鲜明，因此，能够更高精度地检测lp信号的位置。

图8是用于说明本发明实施方式2的位置检测部的动作的图。动作原理与实施方式1相同。位置检测部6根据与进行了平均化的向量的振幅为最大的角度对应的标本点，检测lp信号的位置。具体而言，首先，检测进行了平均化的向量cav(1)～cav(300)的振幅为最大的傅里叶变换窗。这里，假设在第p个fft中获得了最大值。接着，从检测出的fft提取n0。根据傅里叶变换窗的帧处的位置、以及与进行了平均化的向量的振幅为最大的角度对应的标本点，与实施方式1同样，通过(n/2)×(p-1)+(n0+1)检测帧中的lp信号的位置。但是，这是以每次重叠n/2来实施fft的情况下的例子，在其它重叠的情况下，也能够容易地构成计算式。

实施方式3

图9是示出本发明实施方式3的差动检波部的图。差动检波部14分别利用x偏振波信号x(n)和对x偏振波信号x(n)延迟了1码元后的信号x(n-1)求出内积。差动检波部15分别利用y偏振波信号y(n)和对y偏振波信号y(n)延迟了1码元后的信号y(n-1)求出内积。以下说明该方法。

差动检波部14的输出＝x(n)×x(n-1)^*

＝[xi(n)+jxq(n)]×[xi(n-1)-jxq(n-1)]

＝[xi(n)xi(n-1)+xq(n)xq(n-1)]+j[-xi(n)xq(n-1)+xi(n-1)xq(n)]

差动检波部15的输出＝y(n)×y(n-1)^*

＝[yi(n)+jyq(n)]×[yi(n-1)-jyq(n-1)]

＝[yi(n)yi(n-1)+yq(n)yq(n-1)]+j[-yi(n)yq(n-1)+yi(n-1)yq(n)]

在相邻码元之间，相位变动、频率偏移的影响比较小，因此，能够利用1码元延迟的差动检波来大幅减少相位噪声、频率偏移的影响。利用差动检波部14、15取得各偏振波的信号中的内积，利用加法部16对偏振波2个成分进行相加，由此，即使在未完全进行偏振波分离的状态和存在线性失真的状态下，也能够抵消该影响，能够提取信号。

图10是示出本发明实施方式3的已知信号检测装置的图。xi[0]～xi[511]是从对x偏振波的接收信号的re部进行采样后的数据中剪切512个样本后的数据。xq[0]～xq[511]是从对x偏振波的接收信号的im部进行采样后的数据中剪切512个样本后的数据。yi[0]～yi[511]是从对y偏振波的接收信号的re部进行采样后的数据中剪切512个样本后的数据。yq[0]～yq[511]是从对x偏振波的接收信号的im部进行采样后的数据中剪切512个样本后的数据。另外，在本例子中，由于每1个码元2个样本，每隔一个示出码元。在差动检波的情况下，使用样本511和样本509。虽然在该图中没有记载，但样本1使用相邻的样本511。

例如，样本511的差动检波通过以下的式表示。

x偏振波差动检波输出＝[xi(511)+jxq(511)]×[xi(509)-jxq(509)]

y偏振波差动检波输出＝[yi(511)+jyq(511)]×[yi(509)-jyq(509)]

检波信号＝x偏振波差动检波输出+y偏振波差动检波输出

＝zi(511)+jzq(511)＝z(511)

在该情况下，针对接收信号序列，通过将lpf应用于xi[0]～xi[511]、xq[0]～xq[511]、yi[0]～yi[511]、yq[0]～yq[511]，能够对波长色散、pmd等传输路径失真进行强化。这时，也可以在lpf中还同时实施下采样。作为lpf的简化情况，在对相邻的2个样本进行相加，并转换为1个样本(sample)/码元(symbol)之后，作为向图1的检波部4、图10的共轭复乘法14、15的输入。

如上所述，求出检波信号z(1)～z(511)(其中，1、3、……509、511)。将它们输入到作为1/2重叠fft部7的256ptfft中，进行dft。另一方面，也针对已知的lp信号同样利用作为fft部8的256ptfft进行dft。将这些计算结果在除法部9进行除法运算，将除法结果输入到作为fft部8的256ptifft并进行idft。最大值检测部11针对进行了idft的256个数据，检测振幅的最大值a以及获得该最大值的标本点n0。偏移128码元(256样本)并进行相同的处理。例如，在1帧中执行了300次fft的情况下，在各次中检测振幅的最大值a以及获得该最大值的标本点n0。并且，在多帧中执行了其的情况下，在向量化部12和平均化部13中进行与实施方式2相同的动作。最后，位置检测部6检测lp信号的位置。

另外，也可以通过将用于实现实施方式1～3的已知信号检测方法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所记录的程序，进行已知信号检测。另外，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，上述程序可以从将该程序存储到了存储装置等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

1：偏振波分离/光电转换器；2、3：采样装置；4：检波部；5：相关检测部；6：位置检测部；7：1/2重叠fft部；8：fft部；9：除法部；10：ifft部；11：最大值检测部；12：向量化部；13：平均化部；14、15：差动检波部；16：加法部。