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公開番号2025099182
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023215632
出願日2023-12-21
発明の名称多次元変調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H04B 10/61 20130101AFI20250626BHJP(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】複数のタイムスロットでフレームを構成し、タイムスロットがシンボルを持つ時間的位置と、スロットに載せる光シンボルのX偏波とY偏波およびそれぞれの偏波面のIQ軸成分に情報を載せた信号に対して、
X偏波とY偏波に偏波分離する光偏波補償部(RXe)と、
前記X偏波成分と前記Y偏波成分の前記シンボルの位置に基づいた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部(10)と、
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)を前記X偏波成分と前記Y偏波成分毎に復調するシンボル復調部(20)を有する光信号復調装置は、原信号を復調することができる。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
複数のフレームを有し、トレーニング系列が付加されるトレーニング部と複数のフレームを有するペイロード部でスーパーフレームを構成し、
前記フレームは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はシンボルが付加され、
前記シンボルを付加した前記タイムスロットの時間位置で形成した原信号を表すインデックス符号をＸ偏波成分とＹ偏波成分に有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偏波混合複素ディジタル信号（ＣＥ’）に変換する位相ダイバーシティー検波器（ＲＸａ）と、
前記偏波混合複素ディジタル信号（ＣＥ’）が入力され、偏波分離された偏波直交複素ディジタル信号（ＣＥ）を出力する偏波回転補償部（ＲＸｅ）と、
前記偏波回転補償部（ＲＸｅ）から出力された偏波直交複素ディジタル信号（ＣＥ）から前記トレーニング系列を認識し、前記トレーニング部および前記ペイロード部の先頭タイミングを表す先頭通知信号（Ｓ
ＴＯＰ
）を生成し、前記偏波分離された偏波直交複素ディジタル信号の偏波面を決定しＸ偏波成分とＹ偏波成分からなる複素ディジタル信号（ＣＳ）を生成するタイミングチャネル判定部（ＲＸｆ）と、
前記複素ディジタル信号（ＣＳ）が入力され、前記フレーム内の前記タイムスロットのうち、前記先頭通知信号（Ｓ
ＴＯＰ
）に基づいて、前記Ｘ偏波成分と前記Ｙ偏波成分の前記シンボルの位置に基づいた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
）を前記Ｘ偏波成分と前記Ｙ偏波成分毎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ことを特徴とする光信号復調装置。
続きを表示（約 2,800 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）の前記Ｘ偏波成分および前記Ｙ偏波成分のシンボル強度（Ｐ
ＣＳｘ
、Ｐ
ＣＳｙ
）を算出する振幅演算部（１１ｘ、１１ｙ）と、
前記シンボル強度（Ｐ
ＣＳｘ
、Ｐ
ＣＳｙ
)と前記先頭通知信号（Ｓ
ＴＯＰ
）が入力され、前記Ｘ偏波成分および前記Ｙ偏波成分の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、
前記位相ダイバーシティー検波器（ＲＸａ）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
）が入力され前記位相ダイバーシティー検波器（ＲＸａ）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）を前記複素ディジタル信号（ＣＳ）の前記Ｘ偏波成分および前記Ｙ偏波成分毎に有する請求項１または２に記載された光信号復調装置。
【請求項４】
前記光信号は、前記Ｘ偏波成分のＩ軸成分とＱ軸成分と、前記Ｙ偏波成分のＩ軸成分とＱ軸成分に前記シンボルを有する前記フレームが形成されており、
前記インデックス復調工程部（１０）および前記シンボル復調工程部（２０）は、前記Ｉ軸成分と前記Ｑ軸成分を識別する請求項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）の前記Ｘ偏波成分および前記Ｙ偏波成分のシンボル強度（Ｐ
ＣＳｘ
、Ｐ
ＣＳｙ
）を算出する振幅演算部（１１ｘ、１１ｙ）と、
前記シンボル強度（Ｐ
ＣＳｘ
、Ｐ
ＣＳｙ
)と前記先頭通知信号（Ｓ
ＴＯＰ
）が入力され、前記Ｘ偏波成分のＩ軸成分とＱ軸成分および前記Ｙ偏波成分のＩ軸成分とＱ軸成分の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、ＩＱｃｈを判定したＩＱｃｈ判定指示信号ＩＱ
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４に記載された光信号復調装置。
【請求項６】
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、ＩＱｃｈが確定されたオフセット＆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Ｉ軸成分と前記Ｑ軸成分の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）を前記複素ディジタル信号（ＣＳ）の前記Ｘ偏波成分および前記Ｙ偏波成分毎に有する請求項４または５に記載された光信号復調装置。
【請求項７】
複数のフレームを有し、トレーニング系列が付加されるトレーニング部と複数のフレームを有するペイロード部でスーパーフレームを構成し、
前記フレームは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はシンボルが付加され、
前記シンボルを付加した前記タイムスロットの時間位置で形成した原信号を表すインデックス符号をＸ偏波成分とＹ偏波成分に有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偏波混合複素ディジタル信号（ＣＥ’）に変換する位相ダイバーシティー検波工程（ＲＸａ）と、
前記偏波混合複素ディジタル信号（ＣＥ’）が入力され、偏波分離された偏波直交複素ディジタル信号（ＣＥ）を出力する偏波回転補償工程（ＲＸｅ）と、
前記偏波直交複素ディジタル信号（ＣＥ）から前記トレーニング系列を認識し、前記トレーニング部および前記ペイロード部の先頭タイミングを表す先頭通知信号（Ｓ
ＴＯＰ
）を生成し、前記偏波分離された複素ディジタル信号の偏波面を決定するタイミングチャネル判定工程（ＲＸｆ）と、
前記Ｘ偏波成分と前記Ｙ偏波成分毎に、前記フレーム内の前記タイムスロットのうち、前記先頭通知信号（Ｓ
ＴＯＰ
）に基づいて、前記Ｘ偏波成分と前記Ｙ偏波成分の前記シンボルの位置に基づいた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、
前記先頭通知信号（Ｓ
ＴＯＰ
）から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
）を前記Ｘ偏波成分と前記Ｙ偏波成分毎に復調するシンボル復調工程（２０）を有することを特徴とする光信号復調方法。
【請求項８】
前記光信号は、前記Ｘ偏波成分のＩ軸成分とＱ軸成分と、前記Ｙ偏波成分のＩ軸成分とＱ軸成分に前記シンボルを有する前記フレームが形成されており、
前記インデックス復調工程（１０）および前記シンボル復調工程（２０）は、前記Ｉ軸成分と前記Ｑ軸成分を識別する請求項７に記載された光信号復調方法。

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（特許文献１）に基づく光信号を受信できる光信号復調装置で、時間軸と偏波軸の多次元、ないしは時間軸、偏波軸、複素平面のＩＱ軸の多次元空間で変調を行う多次元時間領域インデクス光変調方式を実現する。
続きを表示（約 3,000 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。
【０００３】
さらに、所定のトレーニング光信号により制御された偏波回転補償回路により、時間軸に加えて分離された偏波多重信号の偏波軸を組み合わせた多次元時間領域インデックス光変調信号の二者、ないしは、時間軸、偏波軸、複素平面のＩＱ軸の三者を組み合わせた多次元時間領域インデックス光変調信号の受信も可能となる。
【背景技術】
【０００４】
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。
【０００５】
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２９）。
【０００６】
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。
【０００７】
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。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（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特願２０２３－３４４０号
国際公開第２０１４／１１５８４０号（特許第５８８６９８４号）
【非特許文献】
【０００９】
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．
Ｍ．ＲｅａｄｙａｎｄＲ．Ｇｏｏｃｈ，“Ｂｌｉｎｄｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｒａｄｉｕｓｄｉｒｅｃｔｅｄａｄａｐｔａｔｉｏｎ，”ｉｎＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．Ａｃｏｕｓｔ．，Ｓｐｅｅｃｈ，ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓ．，１９９０，ｖｏｌ．３，ｐｐ．１６９９－１７０２，（１９９０）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
（【００１１】以降は省略されています）

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