特許ウォッチ

公開番号2024087631
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-01
出願番号2022202562
出願日2022-12-19
発明の名称通信システム、受信機、等化信号処理回路、方法、及びプログラム
出願人日本電気株式会社
代理人個人
主分類H04B 10/61 20130101AFI20240624BHJP(電気通信技術)
要約【課題】計算量を削減しつつ、周波数領域フィルタの係数を適応的に制御することを可能にする。
【解決手段】周波数領域変換部23は、第1の所定倍数のオーバーサンプリングの入力信号を周波数領域の信号に変換する。レート変換部25は、周波数領域フィルタ24で係数が乗算された信号を、第2の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換する。時間領域変換部26は、第2の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換された信号を時間領域の信号に変換する。勾配算出部27は、時間領域の信号に変換された第2の所定倍数のオーバーサンプリングの信号と、第2の所定倍数のオーバーサンプリングで定まる所定値との差の大きさを損失関数として、誤差逆伝播法を用いて損失関数のフィルタ係数についての勾配を計算する。係数更新部28は、損失関数のフィルタ係数についての勾配に基づいて、周波数領域フィルタ24の係数を更新する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１の所定倍数のオーバーサンプリングの入力信号を周波数領域の信号に変換する周波数領域変換部と、
前記周波数領域に変換された入力信号に対し、周波数ごとに係数を乗算する周波数領域フィルタと、
前記周波数領域フィルタで係数が乗算された信号を、第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換するレート変換部と、
前記レート変換部で前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換された信号を時間領域の信号に変換する時間領域変換部と、
前記時間領域の信号に変換された前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号と、前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングで定まる所定値との差の大きさを損失関数として、誤差逆伝播法を用いて前記損失関数の前記係数についての勾配を計算する勾配算出部と、
前記損失関数の前記係数についての勾配に基づいて、前記周波数領域フィルタの係数を更新する係数更新部とを備える等化信号処理回路。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
前記第２の所定倍数は１倍である、請求項１に記載の等化信号処理回路。
【請求項３】
前記第１の所定倍数のオーバーサンプリングの入力信号は、Ｍ及びＬを１＜Ｍ／Ｌ≦２を満たす整数として、Ｍ／Ｌ倍オーバーサンプリングの信号である、請求項１又は２に記載の等化信号処理回路。
【請求項４】
前記入力信号は、伝送路を介して伝送された信号を受信機がコヒーレント受信した信号である、請求項１又は２に記載の等化信号処理回路。
【請求項５】
前記周波数領域フィルタは、multi-input multi-output（ＭＩＭＯ）フィルタである、請求項１又は２に記載の等化信号処理回路。
【請求項６】
ブロック間に一定のオーバーラップを設けつつ、前記入力信号をシリアル信号からブロック信号に変換し、該変換したブロック信号を前記周波数領域変換部に入力するブロック変換部と、
前記時間領域変換部で時間領域の信号に変換された信号に含まれる周期性の仮定に影響されない領域を残し、前記時間領域の信号に変換された信号に含まれる周期性の仮定に影響されうる領域を除きつつ、前記時間領域変換部で時間領域の信号に変換されたブロック信号をシリアル信号に変換するシリアル変換部とを更に有する、請求項１又は２に記載の等化信号処理回路。
【請求項７】
伝送路を介して送信機から送信された信号をコヒーレント受信する検波器と、
前記コヒーレント受信された、第１の所定倍数のオーバーサンプリングの入力信号に対して等化信号処理を実施する等化信号処理回路とを備え、
前記等化信号処理回路は、
前記入力信号を周波数領域の信号に変換する周波数領域変換部と、
前記周波数領域に変換された入力信号に対し、周波数ごとに係数を乗算する周波数領域フィルタと、
前記周波数領域フィルタで係数が乗算された信号を、第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換するレート変換部と、
前記レート変換部で前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換された信号を時間領域の信号に変換する時間領域変換部と、
前記時間領域の信号に変換された前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号と、前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングで定まる所定値との差の大きさを損失関数として、誤差逆伝播法を用いて前記損失関数の前記係数についての勾配を計算する勾配算出部と、
前記損失関数の前記係数についての勾配に基づいて、前記周波数領域フィルタの係数を更新する係数更新部とを有する、受信機。
【請求項８】
伝送路を介して信号を送信する送信機と、
前記送信された信号を受信する受信機とを備え、
前記受信機は、
前記送信機から送信された信号をコヒーレント受信する検波器と、
前記コヒーレント受信された、第１の所定倍数のオーバーサンプリングの入力信号に対して等化信号処理を実施する等化信号処理回路とを有し、
前記等化信号処理回路は、
前記入力信号を周波数領域の信号に変換する周波数領域変換部と、
前記周波数領域に変換された入力信号に対し、周波数ごとに係数を乗算する周波数領域フィルタと、
前記周波数領域フィルタで係数が乗算された信号を、第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換するレート変換部と、
前記レート変換部で前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換された信号を時間領域の信号に変換する時間領域変換部と、
前記時間領域の信号に変換された前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号と、前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングで定まる所定値との差の大きさを損失関数として、誤差逆伝播法を用いて前記損失関数の前記係数についての勾配を計算する勾配算出部と、
前記損失関数の前記係数についての勾配に基づいて、前記周波数領域フィルタの係数を更新する係数更新部とを有する、通信システム。
【請求項９】
第１の所定倍数のオーバーサンプリングの入力信号を周波数領域の信号に変換し、
周波数領域フィルタにおいて、前記周波数領域に変換された入力信号に対し、周波数ごとに係数を乗算し、
前記周波数領域フィルタで係数が乗算された信号を、第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換し、
前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換された信号を時間領域の信号に変換し、
前記時間領域の信号に変換された前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号と、前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングで定まる所定値との差の大きさを損失関数として、誤差逆伝播法を用いて前記損失関数の前記係数についての勾配を計算し、
前記損失関数の前記係数についての勾配に基づいて、前記周波数領域フィルタの係数を更新することを有する等化信号処理方法。
【請求項１０】
第１の所定倍数のオーバーサンプリングの入力信号を周波数領域の信号に変換し、
周波数領域フィルタにおいて、前記周波数領域に変換された入力信号に対し、周波数ごとに係数を乗算し、
前記周波数領域フィルタで係数が乗算された信号を、第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換し、
前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号に変換された信号を時間領域の信号に変換し、
前記時間領域の信号に変換された前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングの信号と、前記第２の所定倍数のオーバーサンプリングで定まる所定値との差の大きさを損失関数として、誤差逆伝播法を用いて前記損失関数の前記係数についての勾配を計算し、
前記損失関数の前記係数についての勾配に基づいて、前記周波数領域フィルタの係数を更新することを含む処理をプロセッサに実行させるためのプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、通信システム、受信機、等化信号処理回路、方法、及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信において、コヒーレント受信とデジタル信号処理とを組み合わせた、いわゆるデジタルコヒーレント技術が導入されて以来、デジタル信号処理による柔軟な受信側等化信号処理が可能となった。受信側等化信号処理では、例えば、光ファイバ伝送路で蓄積される波長分散が、受信側の装置において一括して補償される。
【０００３】
光ファイバ通信では、一般的に高速かつ大容量の信号が扱われる。このため、光ファイバ通信を扱うデジタル信号処理にも、高いスループットが求められる。したがって、デジタル信号処理が必要とする計算量の大きさが、しばしば問題となる。適応等化フィルタは、伝送路の状態に応じて、その応答が適応的に制御される。適応等化フィルタは、光ファイバ通信における受信側等化信号処理の重要な要素の１つであり、この適応等化フィルタについても、計算量の効率化が求められている。
【０００４】
適応等化フィルタが、時間広がりが大きい効果を補償する場合、時間広がりが大きい応答を表現可能な大きなフィルタが適応等化フィルタに使用され、適応等化フィルタにおいて、補償に必要な計算量は増大する。時間広がりが大きい効果の補償を効率的に行うための方法の１つとして、周波数領域フィルタの採用が考えられている。周波数領域では、時間領域での入力信号へのフィルタ応答の畳み込み演算を、単なる乗算として扱うことができる。また、時間領域信号の周波数領域への変換は、fast Fourier transform（ＦＦＴ）によって効率的に行うことができる。このため、応答の時間広がりが大きい場合、周波数領域フィルタは、時間領域フィルタに比べて、必要な計算量が低減される。
【０００５】
関連技術として、非特許文献１は、周波数領域フィルタの応答が適応的に制御される適応周波数領域フィルタを開示する。図９は、非特許文献１に記載される適応周波数領域フィルタの例を示す。この適応周波数領域フィルタは、線形の適応フィルタである。通常、Nyquist基準の関係から、線形の適応フィルタは、１シンボル当たり２つのサンプルの信号、つまり２倍オーバーサンプリングの入力信号に対して動作する。
【０００６】
図９に示される適応周波数領域フィルタ６００において、ブロック変換部６０１は、２倍オーバーサンプリングの時間領域入力信号を、周波数領域への変換のため、ある一定の長さのブロックの信号に変換する。すなわち、ブロック変換部６０１は、時間領域入力信号に対して、シリアル／ブロック変換を実施する。周波数領域への変換の際、ブロック化された信号の周期性が仮定される。しかし、光通信で扱われる信号に対しては、一般には、信号の周期性の仮定は成り立たない。このため、オーバーラップセーブ法が用いられる。すなわち、入力信号のシリアル／ブロック変換の際に、ブロック間に一定の、例えば５０％のオーバーラップが設けられる。
【０００７】
ＦＦＴ６０２は、ブロック化された入力信号を、周波数領域の信号に変換する。周波数領域フィルタ６０３は、周波数ごとに、入力信号にフィルタ係数を乗算する。inverse FFT（ＩＦＦＴ）６０４は、周波数領域フィルタ６０３の出力信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号に変換する。シリアル変換部６０５は、ＩＦＦＴ６０４で時間領域の信号に変換された、ブロック化された信号を、シリアル信号に変換する。すなわち、シリアル変換部６０５は、ＩＦＦＴ６０４の出力信号に対して、ブロック／シリアル変換を実施する。シリアル変換部６０５は、シリアル信号への変換では、ＩＦＦＴ６０４の出力信号のうち、上記周期性の仮定に影響されない領域のみを残し、他の領域は取り除く。周波数領域フィルタ６０３の係数は、周波数領域フィルタ６０３の入力信号と、シリアル変換部６０５の出力信号とを用いて、適応的に制御される。
【０００８】
ここで、ブロック変換部６０１でブロック化された入力信号ベクトルをｘとする。ｘの長さは４Ｎであるとする。ｘは、２倍オーバーサンプリングの信号であり、シンボル間隔をＴとして、下記式１で表される。
TIFF
2024087631000002.tif
12
150
入力信号ベクトルｘを周波数領域へ変換した信号ベクトルをＸとすると、周波数領域の入力信号ベクトルＸは、下記式２で表される。
TIFF
2024087631000003.tif
9
150
ｋ，ｎ＝０，１，．．．，４Ｎ－１として、下記式３及び４が成立する。
TIFF
2024087631000004.tif
18
150
TIFF
2024087631000005.tif
16
150
上記式３及び４において、Ｆ
０
＝２Ｒ
ｓ
／（４Ｎ）、Ｒ
ｓ
＝１／Ｔである。
【０００９】
周波数領域フィルタ６０３のフィルタ係数ベクトルをＨとして、周波数領域フィルタ６０３の出力ベクトルをＹ
＋
とする。周波数領域でのフィルタ係数の演算は、下記式５に示されるように、フィルタ係数ベクトルＨと入力信号ベクトルＸとＨａｄａｍａｒｄ積として表される。
TIFF
2024087631000006.tif
11
144
周波数領域フィルタ６０３の出力信号ベクトルＹ
＋
を、ＩＦＦＴ６０４によって時間領域へ変換した信号ベクトルを、ｙ
＋
とする。時間領域の出力信号ベクトルｙ
＋
は、下記式６に示されるように、周期性の仮定に影響されない領域ｙと、周期性の仮定に影響され得る領域ｙ
～
とを含む。
TIFF
2024087631000007.tif
17
142
【００１０】
シリアル変換部６０５は、上記式６で表される出力信号ベクトルｙ
＋
から周期性の仮定に影響され得る領域ｙ
～
を取り除き、領域ｙのみを残して、ブロック／シリアル変換を実施する。５０％のオーバーラップを想定した場合、ｙ及びｙ
～
のそれぞれの長さは２Ｎとなる。シリアル変換部６０５は、上記した処理をオーバーラップされたブロックごとに繰り返し実施する。シリアル変換部６０５でシリアル変換された信号ｙを順に接続したものが、適応周波数領域フィルタ６００から出力される時間領域信号となる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許