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公開番号2024100734
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-26
出願番号2024003029
出願日2024-01-12
発明の名称光信号復調装置と光信号復調方法
出願人学校法人近畿大学
代理人個人
主分類H04L 27/38 20060101AFI20240719BHJP(電気通信技術)
要約【課題】IEEE 802.3av規格に代表される現在の大容量光通信では、光損失が29dBを超えると全断するという課題があった。
【解決手段】送信された光信号が変換された複素ディジタル信号が入力され、1フレーム内のタイムスロットのうち、シンボルの位置に基づいてインデックス復号符号を復調するインデックス復調部と、
前記複素ディジタル信号が入力され、前記タイムスロットに載った前記シンボルをシンボル復号符号(DE_AP)に復調するシンボル復調部を有し、
前記インデックス復調部は前記シンボルの乗った前記タイムスロットを受信した際に前記シンボル復調部に前記シンボルの存在を示す通知信号を送信し、
前記シンボル復調部は前記通知信号に基づいて前記シンボルを復号する光信号復調装置は、通信レートの低いインデックス信号を復調できるので、光損失が29dBを超えても全断せず通信を維持できる。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
１フレームを複数のタイムスロットで構成し、少なくとも１つ以上の前記タイムスロットに載せたシンボルと、前記シンボルを載せた前記タイムスロットの時間位置で形成したインデックス符号で原信号を送信する光信号を受信し、前記原信号を復調する光信号復調装置であって、
前記光信号を位相ダイバーシティー検波し複素ディジタル信号（ＣＳ）に変換する受信部（ＲＸ）と、
前記複素ディジタル信号（ＣＳ）が入力され、前記１フレーム内の前記タイムスロットのうち、前記シンボルの位置に基づいてインデックス復号符号（ＤＥ
Ｉｄ
）を復調するインデックス復調工程部（１０）と、
前記複素ディジタル信号（ＣＳ）が入力され、前記タイムスロットに載った前記シンボルをシンボル復号符号（ＤＥ
ＡＰ
）に復調するシンボル復調工程部（２０）を有し、
前記インデックス復調工程部（１０）は前記シンボルの乗った前記タイムスロットを受信した際に前記シンボル復調工程部（２０）に前記シンボルの存在を示す通知信号（アクティベーションパターン信号ＡＰ
ＣＳ
）を送信し、
前記シンボル復調工程部（２０）は前記通知信号（アクティベーションパターン信号ＡＰ
ＣＳ
）に基づいて前記シンボルを取得し復号する光信号復調装置。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
前記インデックス復調工程部（１０）は、
前記複素ディジタル信号（ＣＳ）のシンボル強度（Ｐ
ＣＳ
）を算出する振幅演算部（１１）と、
前記シンボル強度（Ｐ
ＣＳ
)が入力され前記フレームの先頭を示す先頭通知信号（Ｓ
ＴＯＰ
）を出力するフレームタイミング抽出部（１２）と、
前記シンボル強度（Ｐ
ＣＳ
)と前記先頭通知信号（Ｓ
ＴＯＰ
）が入力され、前記フレーム中で前記シンボルの存在を示す前記通知信号（アクティベーションパターン信号ＡＰ
ＣＳ
）と、前記インデックス復号符号（ＤＥ
Ｉｄ
）を出力するＩｎｄｅｘＢｉｔデマップ部（１４）を有する請求項１に記載された光信号復調装置。
【請求項３】
前記ＩｎｄｅｘＢｉｔデマップ部（１４）は、前記インデックス復号符号（ＤＥ
Ｉｄ
）を復号する際にエラー訂正を行う請求項２に記載された光信号復調装置。
【請求項４】
前記シンボル復調工程部（２０）は、
前記複素ディジタル信号（ＣＳ）が入力され前記受信部（ＲＸ)で発生する周波数オフセットが補償されたオフセット補償信号（ＣＳ
ｆ
）を出力する周波数オフセット補償部（２２）と、
前記オフセット補償信号（ＣＳ
ｆ
）が入力され前記受信部（ＲＸ)で発生する位相ズレが補償されたオフセット＆位相補償信号（ＣＳ
ｆθ
）を出力する位相補償部（２３）と、
前記オフセット＆位相補償信号（ＣＳ
ｆθ
）が入力され前記シンボルに対応するシンボル復号符号（ＤＥ
ＡＰ
）を出力するＡＰＭＢｉｔデマップ部（２５）を有する請求項１に記載された光信号復調装置。
【請求項５】
前記周波数オフセット補償部（２２）は、
前記複素ディジタル信号（ＣＳ）が入力されデータ変調成分を除去し搬送波オフセット・位相成分（ＣＣ
ωθ
）を出力する累乗演算部（２２１）と、
連続する前記シンボルと前記通知信号（アクティベーションパターン信号ＡＰ
ＣＳ
）によって搬送波オフセット成分（ＣＣ
ω
）を抽出する搬送波オフセット成分抽出部（２２Ｂ１）と、
前記搬送波オフセット成分（ＣＣ
ω
）から複素オフセット補償量（Ｃ
ΣφΔｆ
）を求める複素オフセット補償量算出部（２２Ｂ２）と、
前記複素ディジタル信号（ＣＳ）と前記複素オフセット補償量（Ｃ
ΣφΔｆ
）を乗算し、前記オフセット補償信号（ＣＳ
ｆ
）を算出する乗算部（２２Ａ６）を有する請求項４に記載された光信号復調装置。
【請求項６】
前記累乗演算部（２２１）に変えて仮判定演算部（２２１ａ）を有する請求項５に記載された光信号復調装置。
【請求項７】
位相補償部（２３）は、
前記オフセット補償信号（ＣＳ
ｆ
）が入力されデータ変調成分を除去し搬送波位相成分（ＣＣ
θ
）を出力する累乗演算部（２３１）と、
前記搬送波位相成分（ＣＣ
θ
）を平均化し、搬送波位相成分の平均値（ＡＶ（ＣＣ
θ
））を算出する平均化部（２３２）と、
前記搬送波位相成分の平均値（ＡＶ（ＣＣ
θ
））から光位相差（Δθ）を抽出する位相算出部（２３３）と、
前記光位相差（Δθ）から複素位相ズレ補償量（Ｃ
Φθ
）を算出する複素位相ズレ補償量算出部（２３Ｂ１）と、
前記オフセット補償信号（ＣＳ
ｆ
）と前記複素位相ズレ補償量（Ｃ
Φθ
）を乗算し、
前記オフセット＆位相補償信号（ＣＳ
ｆθ
）を算出する乗算部（２３８）を有する請求項４に記載された光信号復調装置。
【請求項８】
前記累乗演算部（２３１）に変えて仮判定演算部（２３１ａ）を有する請求項７に記載された光信号復調装置。
【請求項９】
前記位相補償部（２３）の直後段に位相スリップを補償する位相スリップ補償部（３１０）が設けられた請求項７に記載された光信号復調装置。
【請求項１０】
１フレームを複数のタイムスロットで構成し、少なくとも１つ以上の前記タイムスロットに載せたシンボルと、前記シンボルを載せた前記タイムスロットの時間位置で形成したインデックス符号で原信号を送信する光信号を受信し、前記原信号を復調する光信号復調方法であって、
前記光信号を位相ダイバーシティー検波し複素ディジタル信号（ＣＳ）に変換する受信工程（ＲＸ）と、
前記複素ディジタル信号（ＣＳ）が入力され、前記１フレーム内の前記タイムスロットのうち、前記シンボルの位置に基づいてインデックス復号符号（ＤＥ
Ｉｄ
）を復調するインデックス復調工程（１０）と、
前記タイムスロットを受信した際に前記シンボルの存在を示す通知信号（アクティベーションパターン信号ＡＰ
ＣＳ
）を作成する工程と、
前記複素ディジタル信号（ＣＳ）が入力され、前記通知信号（アクティベーションパターン信号ＡＰ
ＣＳ
）に基づいて前記タイムスロットに載った前記シンボルをシンボル復号符号（ＤＥ
ＡＰ
）に復調するシンボル復調工程（２０）を有する光信号復調方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送ネットワークのうち、特に光アクセスネットワークに適用される光信号復調装置に関するものである。本発明は、従来技術と比較して、低平均光信号電力でも通信回線の接続を維持できる時間領域インデックス光変調方式に基づく光信号を受信できる光信号復調装置を実現する。
続きを表示（約 3,400 文字）【０００２】
本発明の光信号復調装置を用いて、時間領域インデックス光変調信号の時間領域インデックス変調規則に則り不規則なタイミングで着信する光シンボルに対しても、従来のディジタルコヒーレント光信号受信器に内蔵される周波数オフセット補償回路、位相補償回路、位相スリップ低減回路と同様の動作を実現する。これにより、時間領域インデックス変調規則に則り符号を送受信するだけでなく、到着光シンボルのコヒーレント検波が可能となる。つまり、従来のディジタルコヒーレント光信号受信器と同様に、Ｍ相直交位相振幅光変調規則に則った符号も送受信可能となる。
【背景技術】
【０００３】
光アクセスネットワークは、国内においても２０００万世帯以上に普及している状況であり、高度情報化社会に欠かせない社会インフラシステムとなっている。
【０００４】
特に、近年ではＩＥＥＥ８０２．３ａｖ（１０ＧＥ－ＰＯＮ）規格（非特許文献１）にのっとり、各世帯において最大で１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送レートを実現する光アクセスネットワークサービスが展開されつつある。このシステムは、多くの場合において各地方都市の通信局に設置された光回線終端装置（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ：ＯＬＴ）からＴｒｅｅ状に光ファイバ線路を分岐させ、各世帯に設置されている複数（最大で３２）の光回線ユニット（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ：ＯＮＵ）と接続する構成を採用している（図３０）。
【０００５】
このシステムにおいて、前記ＯＬＴと前記ＯＮＵの光損失バジェットは２９ｄＢとなっており、伝送可能距離２０ｋｍとなっている。これらの条件を満足できなくなると、通信回線の維持は不可能となり１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送レートが全断となる。
【０００６】
一方、時間領域インデックス光変調方式（非特許文献２）を採用すると、前記ＯＬＴと前記ＯＮＵの間の伝送路条件の変化に併せて、光シンボルを間引きすることで平均光電力を一定に保ちつつ、光信号ピーク電力を高くして光信号対雑音比を維持することが可能になる（図３１）。このとき、通信路の相互情報量の絶対値は減少することになるが、規格化相互情報量は１ｂｉｔ／ｓｙｍｂｏｌに近い数値を保つことが可能になり、誤り訂正機能の支援により通信回線の接続性を維持することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
国際公開第２０１４／１１５８４０号（特許第５８８６９８４号）
【非特許文献】
【０００８】
ＩＥＥＥＳｔｄ８０２．３ａｖ－２００９，ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＥｔｈｅｒｎｅｔ－ＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔＰａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒ１０Ｇｂ／ｓＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ．
Ｍ．Ｎａｋａｏ，Ｔ．Ｉｓｈｉｈａｒａ，ａｎｄＳ．Ｓｕｇｉｕｒａ， “Ｄｕａｌ－ＭｏｄｅＴｉｍｅ－ＤｏｍａｉｎＩｎｄｅｘＭｏｄｕｌａｔｉｏｎｆｏｒＮｙｑｕｉｅｓｔ－ＣｒｉｔｅｒｉｏｎａｎｄＦａｓｔｅｒ－Ｔｈａｎ－ＮｙｑｕｉｓｔＳｉｎｇｌｅ－ＣａｒｒｉｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ，”ＩＥＥＥＡｃｃｅｓｓ，ｖｏｌ. ５，ｎｏ．１１，ｐｐ. ２７６５９－２７６６７，Ｎｏｖ．２０１７．
Ｋ．Ｋｉｋｕｃｈｉ， “Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｏｆｃｏｈｅｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，” Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．３４，ｎｏ．１，ｐｐ．１５７－１７９，Ａｕｇ．２０１６．
Ｈ．ＩｍａｉａｎｄＳ．ＨＩＲＡＫＡＷＡ， “ＡＮｅｗＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｄｉｎｇＭｅｔｈｏｄＵｓｉｎｇＥｒｒｏｒ－ＣｏｒｒｅｃｔｉｎｇＣｏｄｅｓ，” ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＯｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．ＩＴ－２３，ｎｏ．３，ｐｐ．３７１－３７７，Ａｕｇ．１９７７．
鈴木扇太、宮本裕、富澤将人、坂野寿和、村田浩一、美野真司、柴山充文、渋谷誠真、福知清、尾中寛、星田剛司、小牧浩輔、水落隆司、久保和夫、宮田好邦、神尾亨秀，“光通信ネットワークの大容量化に向けたディジタルコヒーレント信号処理技術の研究開発，”電子情報通信学会誌，ｖｏｌ．９５，ｎｏ．１２，ｐｐ。１１００―１１１６，２０１２年１２月．
Ｋ．Ｉｔｏｈ，“Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｕｎｗｒａｐｐｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ，” ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ．２１，ｎｏ．１４，ｐｐ．２４７０，Ｊｕｌｙ１９８２．
Ａ．Ａｌｖａｒａｄｏ，Ｔ．Ｆｅｈｅｎｂｅｒｇｅｒ，Ｂ．Ｃｈｅｎ，ａｎｄＦ．Ｊ．Ｗｉｌｌｅｍｓ， “ＡｃｈｉｅｖａｂｌｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＲａｔｅｓｆｏｒＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＡａｎｄＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ，” Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．３６，ｎｏ．２，ｐｐ．４２４－４３９，Ｊａｎ．２０１８．
Ｊ．Ｌｉ，Ｓ．Ｌｉｎ，Ｋ．Ａｂｄｅｌ－Ｇｈａｆｆａｒ，Ｗ．Ｅ．Ｒｙａｎ，ａｎｄＤ．Ｌ．Ｃｏｓｔｅｌｌｏ，Ｊｒ．，“ＬＤＰＣＣｏｄｅＤｅｓｉｇｎｓ，Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ，ａｎｄＵｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ，Ｃｈａｐｔｅｒ１１” ＣａｍｂｒｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２０１７，ＩＳＢＮ９７８－１－１０７－１７５６８－６．
Ｋ．Ｋｉｋｕｃｈｉ，Ｔ．Ｏｋｏｓｈｉ，Ｍ．Ｎａｇａｍａｔｓｕ，ａｎｄＮ．Ｈｅｎｍｉ， “Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｂｉｔ－ｅｒｒｏｒｒａｔｅｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｄｕｅｔｏｓｐｅｃｔｒａｌｓｐｒｅａｄｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒａｎｄｔｈｅｌｏｃａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ， “Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．２，ｎｏ．６，ｐｐ．１０２４－１０３３，Ｄｅｃ．，１９８４．
Ｓ. ＩｓｈｉｍｕｒａａｎｄＫ．Ｋｉｋｕｃｈｉ， “Ｍｕｌｔｉ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍａｔｆｏｒｃｏｈｅｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，” Ｏｐｔ．Ｅｘｐ．，ｖｏｌ．２３，ｎｏ．１２，ｐｐ．１５５８７－１５５９７，２０１５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＩＥＥＥ８０２．３ａｖ（１０ＧＥ－ＰＯＮ）規格（非特許文献１）に代表されるように、大容量光通信では、位相ダイバーシティコヒーレント光通信が基本となると考えられる。しかし、動画コンテンツの普及により１通信当たりの通信容量が多くなっている点、伝送距離の延長の社会的要請が見込まれる点、災害時等にアクセス数が増大する点といった理由により今後光損失バジェットが２９ｄＢを超える場合が発生しうる。
【００１０】
このような場合でも通信トラフィック状態や伝送路条件に合わせてベストエフォート的な光アクセスサービスを提供する必要が出てくると考えられる。つまり、本発明の目的は光損失バジェットが２９ｄＢを超えた場合であっても、通信レートを下げてでも、通信状態を維持することができる光通信での復調装置を提供することである。
（【００１１】以降は省略されています）

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