特許 7164810 信号処理装置及び光受信器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-25

(45)【発行日】2022-11-02

(54)【発明の名称】信号処理装置及び光受信器

(51)【国際特許分類】

   H04L 7/00 20060101AFI20221026BHJP

   H04B 10/60 20130101ALI20221026BHJP

【ＦＩ】

H04L7/00 290

H04L7/00 500

H04B10/60

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018167103

(22)【出願日】2018-09-06

(65)【公開番号】P2020043392

(43)【公開日】2020-03-19

【審査請求日】2021-01-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】飯山 法子

(72)【発明者】

【氏名】藤原 正満

(72)【発明者】

【氏名】可児 淳一

【審査官】谷岡 佳彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１４６５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０３６９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１６５９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２０３７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２２１８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１２５９６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０００８０５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００９１９２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１６７１４３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｌ ７／００

Ｈ０４Ｂ １０／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

受信信号をオーバーサンプリングして得られた時系列のサンプルからなるサンプル信号におけるシンボルタイミングを検出するシンボルタイミング検出部と、
前記シンボルタイミング検出部による検出結果に基づいて所定間隔よりも長い間隔でシンボルタイミングが現われていると判断した場合に、前記サンプル信号に含まれる前記サンプルを１以上飛ばして前記所定間隔で読み出し、前記検出結果に基づいて前記所定間隔よりも短い間隔でシンボルタイミングが現われていると判断した場合に、前記サンプル信号に含まれる１以上の前記サンプルの直後に当該サンプルと同じサンプルを挿入して前記所定間隔で読み出すシンボルタイミング調整部と、
を備え、
前記シンボルタイミング調整部は、
受信時刻順に前記サンプル信号を保存し、１サンプリング時間が進むごとに、保存されている前記サンプルを一つずつ先頭に進めて新たに到着したサンプルを最後の位置に格納するバッファと、
前記検出結果に基づいて前記所定間隔よりも長い又は短い間隔でシンボルタイミングが現れているかを判断し、前記所定間隔よりも１サンプル分長い間隔で表れていると判断した場合には前記バッファから前記サンプルを読み出すバッファ位置を現在の位置よりも一つ後方にずらし、前記所定間隔よりも１サンプル分短い間隔で表れていると判断した場合には前記バッファ位置を現在の位置よりも一つ前方にずらすバッファ位置決定部と、
前記バッファ位置からサンプルタイミング毎に前記サンプルを読み出すサンプル読み出し部とを備える、
信号処理装置。

【請求項2】

前記サンプル信号に含まれる前記サンプル間のサンプルの値を予測する内挿処理部をさらに備え、
前記シンボルタイミング検出部は、前記サンプル信号に含まれる前記サンプルと、前記内挿処理部により予測された前記サンプルとに基づいてシンボルタイミングを検出する、
請求項１に記載の信号処理装置。

【請求項3】

前記シンボルタイミング検出部は、前記サンプル信号に含まれる所定サンプル数間隔毎の前記サンプルからなるサンプル群の振幅の統計値を、１サンプル間隔ずつずらしたサンプル群ごとに算出し、算出結果に基づいてシンボルタイミングを検出する、
請求項１又は請求項２に記載の信号処理装置。

【請求項4】

光信号を受信し、電気信号に変換する受光部と、
前記電気信号をオーバーサンプリングして得られた時系列のサンプルからなるサンプル信号を生成する変換部と、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の信号処理装置と、
を備える光受信器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、信号処理装置及び光受信器に関する。

【背景技術】

【0002】

現在の日本の光加入者系アクセスネットワークは、図８に示すように、一つの局側装置に対して複数の加入者装置を、光ファイバと光カプラを介して接続するＰＯＮ（Passive Optical Network）構造をとる。同図では、Ｎ台（Ｎは２以上の整数）の加入者装置をそれぞれ、加入者装置＃１～加入者装置＃Ｎと記載している。この構造により、局側装置と加入者装置を１対１で光ファイバにより接続するよりも、経済的に光ファイバを敷設できる。

【0003】

ＰＯＮのような１対多通信においては、複数の加入者装置から一つの局側装置への上り信号、および一つの局側装置から複数の加入者装置への下り信号を、衝突や信号の消失をせずに送受信するための多重技術が必要となる。現行の実用化されているＰＯＮシステムでは、多重技術として、局側装置が各加入者装置へ個別の時間を割り当てて送受信を行うＴＤＭ（Time Division Multiplexing：時分割多重）技術が、さらに各加入者装置へ上り信号の通信時間を割り当てるためのＬ２（レイヤ２）制御として、ＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Allocation：動的帯域割当）技術が用いられている。図９に示すように、ＤＢＡを用いたＴＤＭ－ＰＯＮの上り通信においては、各加入者装置は信号の送信が許可された時間にフレームとして、上り信号を送信する。同図では、加入者装置＃ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）から送信されるフレームをＦｎ、フレームＦｎの送信時刻をｔ_ｎと記載している。このような上り信号の特徴としては、以下の２点が挙げられる。

【0004】

（１） 局側装置において受信する信号は、各加入者装置から時間を分けて送信された信号であるため、連続信号ではなく、間欠的な（信号と信号の間に無信号の時間が存在する）信号となる。
（２） 局側装置において受信する信号は、各加入者装置の周波数特性の個体差や、各加入者装置と局側装置の間の伝送路条件（距離など）が異なるため、送信した加入者装置ごとに信号の強度、歪みなどの特性がそれぞれ異なる。

【0005】

上記のような特徴をもつ信号を、ＴＤＭ－ＰＯＮの上りバースト信号（以下、バースト信号）と呼ぶ。

【0006】

図１０に示すように、バースト信号のフレーム（以下、バーストフレーム）は一般的に、プリアンブル、ペイロード、およびエンドオブバーストの３部から構成される。ペイロードが実信号部であり、その前に信号同期、受信信号レベルの等化などを行うプリアンブルを付加し、最後のエンドオブバーストはレーザの立下りなどを含む時間である。また、現在商用化されているＰＯＮにおいては、信号の変調方式として、ＯＯＫ（On-Off Keying）方式が用いられている。ＯＯＫ方式では、１シンボルあたり１ビットの信号を光の強度により識別する。

【0007】

一方で、現在、移動体通信網においては、急増するモバイルトラフィックに対応するためのスモールセル化が進むことが見込まれ、そのスモールセルの経済的な収容方法としてＰＯＮ技術の活用が検討されている。移動体通信網の収容は、光加入者系よりも伝送距離や伝送速度などの条件がより厳しく、現行のＰＯＮにおける検波技術として採用されている、アナログ部品のみで構成されたＤＤ（Direct Detection：直接検波）方式（ここではアナログＤＤ方式と呼ぶ）では限界があると考えられる。そこで、アナログＤＤ方式では実現困難な様々な変調方式への対応、および伝送による信号の歪み補償も可能となる、ＤＳＰ（Digital Signal Processing：デジタル信号処理）を用いた検波方式のＰＯＮへの適用に関する技術が検討されている。

【0008】

ＤＳＰを用いた検波方式として最も一般的なものは、コヒーレント検波方式と組み合わせたデジタルコヒーレント検波方式であり、上に述べたＤＳＰを用いる利点とともに、コヒーレント検波による受光感度の飛躍的改善という利点も享受できる。デジタルコヒーレント検波方式を用いた光受信器は既にコア／メトロネットワーク向けに商用化されており、要素技術は確立されている（例えば、非特許文献１参照）。

【0009】

デジタルコヒーレント検波方式を含め、ＤＳＰを用いた検波／受信方式においてＤＳＰがどのような処理を施すかは、対象となるシステムや、何を補償するかにより異なるが、一般的には複数の処理を組み合わせて用いる。例えば、１シンボルで２ビット以上の信号を伝送する高次変調方式を採用する場合には、ＤＳＰにより復調処理を行うことも可能である。また例えば、コヒーレント検波方式、特にイントラダイン検波方式と組み合わせる場合には、信号光とローカル光の周波数差による信号の歪み（ＩＱ平面上での信号点の回転という形で現れる）をＤＳＰの計算により補償する。最小受光感度を改善するための波形歪みの等化処理も、ＤＳＰを用いた光受信器で一般的に施される処理の一つである。

【0010】

図１１は、ＤＳＰを用いた光受信器の一般的な構成を示す図であり、例えば、局側装置に実装される。受光部は、受信した光信号を電気信号に変換する。ＡＤＣ（Analog/Digital Converter）は、電気信号に変換された受信信号をデジタル信号に変換し、ＤＳＰ部に入力する。ＤＳＰ部は、入力されたデジタル信号に種々の信号処理を行う。ＡＤＣの数は偏波多重の有無、位相情報の有無など、システムおよび光受信器の構成により異なる。

【0011】

ＡＤＣは、図１２に示すように、入力されたアナログ信号をシンボルレートのｍ倍（ｍ＞１）のサンプリングレートでオーバーサンプリングし、デジタル信号に変換する。同図の例ではｍ＝３であり、図中の１シンボル間隔の時間ＴはＴ＝１／シンボルレートである。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0012】

【文献】鈴木扇太ほか、「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、2012年、Vol.95、No.12、p.1100-1116

【文献】野河正史ほか、「10 Gbit/sバーストモード受信IC技術」、2011年、NTT技術ジャーナル、Vol.23、No.1、p.31-35

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

ＴＤＭ－ＰＯＮや光伝送系に限らず、全ての信号を伝送する系においては、受信器と送信器の間でクロック同期を行わない限り、ある決められた同一のクロック周波数に合わせるよう動作していても、個体差や特性により送信器と受信器のクロック周波数にずれが生じる。その場合受信器には、受信器を動作させているクロック周波数とは厳密には異なるクロック周波数で動作する送信器において生成された信号が入力されるため、そのクロック周波数差による影響を緩和／吸収するような処理が必要となる。クロック周波数差に対応するための処理は様々な実現方法が提案されているが、ＴＤＭ－ＰＯＮにおいて送信器と受信器の間でクロック同期を行わなかった場合に、そのバースト信号に適用できる、クロック周波数差への対処方法はない。

【0014】

例えば、コア／メトロネットワーク等の大容量系においては、局側装置が備える光受信器は、図１３に示すような構成を用いてクロック周波数差を吸収している（例えば、非特許文献１参照）。ただし、同図では、クロック周波数差の吸収に関連する処理以外の部分は省略している。送信器と受信器のクロック周波数が同期している系において、ＡＤＣによりシンボルレートのｍ倍でオーバーサンプリングされたデジタル信号は、図１４に示すように、各シンボル内で一番シンボルタイミングに近いサンプル（ここでは黒丸）がｍサンプル毎に現れるはずである。シンボルタイミングは、各シンボルを表す信号が出現するタイミングであり、例えば、位相変調の場合、各シンボルを表す信号の強度はほぼ同一で、シンボル間の遷移中は強度が低下する。そこで、この黒丸で表されるサンプルを入力デジタル信号のシンボルタイミングとする。

【0015】

図１３に示す構成によるクロック周波数差の吸収方法では、ＡＤＣがオーバーサンプリングした信号においてシンボルタイミングに一番近いサンプルのタイミングをＤＳＰにより計算し、ＤＡＣ（Digital/Analog Converter）を介してアナログ的にＡＤＣにフィードバック制御をかける。これにより、ＡＤＣを入力信号に同期させ、送信器と受信器のクロック周波数の平均的なずれやゆっくりとした変動の影響を抑えている。ただし、この手法は、コア／メトロネットワークのような、１対１通信、かつ信号が連続的に流れ続けている系を想定している。

【0016】

一方、ＴＤＭ－ＰＯＮの上りバースト信号の場合、各バースト信号の送信元ごとにクロック周波数は異なるため、各バースト信号と光受信器のクロック周波数差は異なる。それぞれのバーストフレームにおいて、図１０に示すペイロード部を正しく受信するためには、クロック周波数の同期動作がプリアンブル部で完了している必要がある。しかし、次々とやってくるバースト信号ごとに異なるクロック周波数差に対し、図１３に示す構成で行われるようなフィードバック制御を適用すると追従に時間がかかり、プリアンブル部を長くする必要がある。長いプリアンブルは相対的にペイロードを短くすることとなり、伝送効率を低下させる。以上の理由により、コア／メトロ系で用いられているサンプリング位相同期機能をそのままＴＤＭ－ＰＯＮのバースト信号に適用することは好ましくない。

【0017】

また別の例として、従来のアナログＤＤを用いたＰＯＮにおいては、バースト信号のためのＣＤＲ（Clock and Data Recovery）が開発されており、バースト信号に対して高速なクロック抽出が可能である（例えば、非特許文献２）。しかし、ＣＤＲは基本的に変調方式としてＯＯＫを使用することを前提としており、入力信号のレベルがローからハイに立ち上がるタイミングに合わせてクロックを抽出する。そのため、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）等の位相のみを変調に使用する信号にはそのまま適用できない。

【0018】

以上のように、送信器と受信器のクロック周波数の同期がとれていない状況において、これまでに提案されているクロック周波数差の影響を緩和する手法は、ＴＤＭ－ＰＯＮ、特にＯＯＫ以外の変調方式を使用してＤＳＰを用いた復調を前提としている場合にそのまま適用できないという問題があった。

【0019】

上記事情に鑑み、本発明は、変調方式によらずバースト信号に対して送信側と受信側のクロック周波数ずれを補償することができる信号処理装置及び光受信器を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明の一態様は、受信信号をオーバーサンプリングして得られた時系列のサンプルからなるサンプル信号におけるシンボルタイミングを検出するシンボルタイミング検出部と、前記シンボルタイミング検出部による検出結果に基づいて所定間隔よりも長い間隔でシンボルタイミングが現われていると判断した場合に、前記サンプル信号に含まれる前記サンプルを１以上飛ばして前記所定間隔で読み出し、前記検出結果に基づいて前記所定間隔よりも短い間隔でシンボルタイミングが現われていると判断した場合に、前記サンプル信号に含まれる１以上の前記サンプルの直後に当該サンプルと同じサンプルを挿入して前記所定間隔で読み出すシンボルタイミング調整部と、を備える信号処理装置である。

【0021】

本発明の一態様は、上述の信号処理装置であって、前記シンボルタイミング調整部は、受信時刻順に前記サンプル信号を保存するバッファと、前記検出結果に基づいて前記所定間隔よりも長い又は短い間隔でシンボルタイミングが現れているかを判断し、判断結果に応じて前記バッファから前記サンプルを読み出すバッファ位置を変化させる読み出しバッファ位置決定部と、前記バッファ位置から前記サンプルを読み出すサンプル読み出し部とを備える。

【0022】

本発明の一態様は、上述の信号処理装置であって、前記サンプル信号に含まれる前記サンプル間のサンプルの値を予測する内挿処理部をさらに備え、前記シンボルタイミング検出部は、前記サンプル信号に含まれる前記サンプルと、前記内挿処理部により予測された前記サンプルとに基づいてシンボルタイミングを検出する。

【0023】

本発明の一態様は、上述の信号処理装置であって、前記シンボルタイミング検出部は、前記サンプル信号に含まれる所定サンプル数間隔毎の前記サンプルからなるサンプル群の振幅の統計値を、１サンプル間隔ずつずらしたサンプル群ごとに算出し、算出結果に基づいてシンボルタイミングを検出する。

【0024】

本発明の一態様は、光信号を受信し、電気信号に変換する受光部と、前記電気信号をオーバーサンプリングして得られた時系列のサンプルからなるサンプル信号を生成する変換部と、上述のいずれかの信号処理装置と、を備える光受信器である。

【発明の効果】

【0025】

本発明により、変調方式によらずバースト信号に対して送信側と受信側のクロック周波数ずれを補償することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施形態による光受信器の処理を示す図である。

【図2】同実施形態による光受信器の処理を示す図である。

【図3】第１の実施形態による光受信器の構成を示す図である。

【図4】同実施形態によるシンボルタイミング検出部が行うシンボルタイミング検出処理を示す図である。

【図5】同実施形態によるシンボルタイミング調整部の構成例を示す図である。

【図6】第２の実施形態によるシンボルタイミング検出部が行うシンボルタイミング検出処理を示す図である。

【図7】第３の実施形態によるシンボルタイミング調整部の構成例を示す図である。

【図8】光加入者系アクセスネットワークの構成図である。

【図9】光加入者系アクセスネットワークの上り通信を示す図である。

【図10】バースト信号のフレームを示す図である。

【図11】従来の光受信器の構成を示す図である。

【図12】オーバーサンプリングを示す図である。

【図13】クロック周波数差を吸収する従来の光受信器の構成を示す図である。

【図14】クロック周波数ずれがある系におけるサンプリング結果を示す図である。

【図15】クロック周波数ずれがある系におけるサンプリング結果を示す図である。

【図16】クロック周波数ずれがある系におけるサンプリング結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態は、１対多通信におけるＴＤＭ（Time Division Multiplexing：時分割多重）のバースト信号を受信する信号処理装置、及び、その信号処理装置を備える光受信器に関する。

【0028】

ＤＳＰおよび位相変調を用いたＴＤＭ－ＰＯＮのバースト信号に対し、送信器と受信器のクロック周波数差による影響を吸収する手法の難しさは、コア／大容量系のようなＡＤＣへのフィードバック制御ではプリアンブルが長くなることによる伝送効率の低下につながる。また、この難しさは、アナログＤＤで用いられているようなＣＤＲでは、変調信号の特徴の違いからクロックを抽出できないということにある。そこで、本実施形態においては、光受信器への入力信号からクロックを抽出し、そのクロックに受信系を同期させるのではなく、受信系のサンプルタイミングに入力信号のサンプルタイミングが合うよう入力信号に操作を加えることで、この課題を解決する。

【0029】

図１及び図２は、送信器と受信器のクロック周波数がずれている系において、受信器がオーバーサンプリングを行ったときの現象を示す図である。これらの図は、サンプリングレートが、シンボルレートの３倍（ｍ＝３）である場合を示している。送信器と受信器のクロック周波数が一致していれば、受信器のＡＤＣによりシンボルレートの３倍のサンプリングレートでオーバーサンプリングされたデジタル信号（サンプル信号）においては、図１４に示したようにシンボルタイミングが毎回必ず３サンプルごとに現れるはずである。一方で、受信器のクロック周波数が送信器のクロック周波数よりも大きい場合には、あるシンボルタイミングのｍ＋１サンプル後にシンボルタイミングが現れることがある。図１５の例では３オーバーサンプリングであるにも関わらず、シンボルタイミングの４サンプル後に再びシンボルタイミングが現れている部分がある。逆に、受信器のクロック周波数が送信器のクロック周波数よりも小さい場合には、あるシンボルタイミングのｍ－１サンプル後にシンボルタイミングが現れてしまうことがある。図１６の例では、あるシンボルタイミングの２サンプル後にシンボルタイミングが現れている。

【0030】

図１及び図２は、このようなケースに対する本実施形態の光受信器の処理を示す図である。本実施形態の光受信器は、図１に示すようにサンプル信号を一つ飛ばす、又は、図２に示すように、サンプル信号を一つ重複させるという処理を行い、毎回ｍサンプル毎にシンボルタイミングが現れるようサンプル信号に操作を加える。

【0031】

本実施形態の光受信器は、図１５に示すように、シンボルタイミングから次のシンボルタイミングまでが４サンプル（ｍ＋１サンプル）になってしまった状況を検出する。この場合、本実施形態の光受信器は、図１に示すように、次のシンボルタイミングのサンプルの一つ前のサンプルを飛ばし（処理Ａ１）、飛ばしたサンプル以降は１サンプルずつ間をつめて処理をする（処理Ａ２）。これにより、光受信器は、シンボルタイミングを３サンプルおき（ｍサンプルおき）にすることができる。

【0032】

また、本実施形態の光受信器は、図２に示すようにシンボルタイミングから次のシンボルタイミングまでが２サンプル（ｍ－１サンプル）になってしまった状況を検出する。この場合、本実施形態の光受信器は、図２に示すように、次のシンボルタイミング以降のサンプルを１サンプルずつ遅らせ（処理Ｂ１）、次のシンボルタイミングのサンプルの直後に同じサンプルを重複して挿入する（処理Ｂ２）。これにより、光受信器は、シンボルタイミングを３サンプルおき（ｍサンプルおき）にすることができる。

【0033】

この特徴により、本実施形態の光受信器は、ＤＳＰ（Digital Signal Processing：デジタル信号処理）および位相変調を用いたＴＤＭ－ＰＯＮのバースト信号に対し、送信側とのクロック周波数差による影響を緩和／吸収できるという効果を奏する。
以下に、詳細な実施形態を説明する。

【0034】

（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態による光受信器１の構成例を示す図である。ただし、同図において、本実施形態に直接関係のない部品や機能は省略している。同図に示す光受信器１は、例えば、図８に示すＴＤＭ－ＰＯＮの局側装置に備えられる。本実施形態の技術を搭載した光受信器１は、受光部１１と、ＡＤＣ１２と、ＤＳＰ部１３とを備える。光受信器１は、ＡＤＣ１２を複数備え得る。

【0035】

受光部１１は、光信号を受光して電気信号に変換する。ＡＤＣ１２は、受光部１１により変換された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、ＤＳＰ部１３に入力する。デジタル信号は、オーバーサンプリングにより得られた時系列のサンプルからなるサンプリング信号である。ＡＤＣ１２がオーバーサンプリングを行う際のサンプリングのタイミングは、例えば、光受信器１（又は局側装置）が備えるクロック（図示せず）の発振周波数を逓倍するなどして生成したタイミングに基づく。

【0036】

ＤＳＰ部１３は、信号処理装置の一例である。ＤＳＰ部１３は、フレーム検出部１３１と、シンボルタイミング検出部１３２と、シンボルタイミング調整部１３３と、適応等化フィルタ１３４とを備える。まず、フレーム検出部１３１は、ＤＳＰ部１３に入力された信号のバーストフレームを検出する。つまり、フレーム検出部１３１は、無信号状態から新しいバーストフレームが到着したことを検知する。その後、バーストフレームは、シンボルタイミング検出部１３２とシンボルタイミング調整部１３３とを経て、適応等化フィルタ１３４に入力される。このシンボルタイミング検出部１３２及びシンボルタイミング調整部１３３が、図１及び図２に示した動作を実施する機能部である。

【0037】

受光部１１として用いられる受光器には、ＤＤ検波器を用いてもよいし、コヒーレント検波器を用いてもよい。受光器に、コヒーレント検波器を用いたり、偏波ダイバーシティ、偏波多重などを組み合わせて用いたりする場合には、受光器からの出力の数が増えるので、それに合わせてＡＤＣ１２の数や、ＤＳＰ部１３への入力信号の数も増える。

【0038】

シンボルタイミング検出部１３２は、オーバーサンプリングされた入力信号のシンボルタイミングを検出する。その手法は種々提案されており、対象の信号の変調方式などにより適応できる手法は異なる。例えば、シンボルタイミングのサンプルにおいて他のサンプルよりも振幅Ａが大きくなるような変調方式（ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫなど）を採用しているのであれば、ＭＡＭ（Maximum Amplitude Method）法を用いることができる。ＭＡＭ法は、例えば、以下に示す参考文献に記載されている。

【0039】

（参考文献）三瓶政一ほか、「16QAM/TDMAのためのシンボルタイミング再生方式」、通信総合研究所季報、1995年6月、Vol.41、No.2、p.189-196

【0040】

図４は、シンボルタイミング検出部１３２が行うシンボルタイミング検出処理を示す図である。同図に示すシンボルタイミング検出処理は、ＭＡＭ法を用いている。ＭＡＭ法では、ｍサンプルごとに別個に振幅の平均値あるいは平均値と同じ傾向を示す値（総計など）などの統計値を計算し、その統計値に基づいてｍ個の中で最大の平均値をもつサンプルが出現するタイミングをシンボルタイミングとする。例えば、シンボルタイミング検出部１３２は、１以上ｍ以下の整数であるｊのそれぞれについて、ｊ＋ｍ×（ｎ－１）番目（ｎ＝１，２，…）のサンプルの振幅Ａを取得して合計し、総計ΣＡ_ｊを求める。シンボルタイミング検出部１３２は、総計ΣＡ_１～ΣＡ_ｍのうち最大（ｍａｘ）の総計ΣＡ_ｊ（ｊは１以上ｍ以下の整数）を選択する。シンボルタイミング検出部１３２は、選択された最大の総計ΣＡ_ｊの算出に用いたシンボルが得られたタイミングを、シンボルタイミングとして検出する。

【0041】

図５は、シンボルタイミング調整部１３３の構成例を示す図である。シンボルタイミング調整部１３３は、同図に示すような構成することができる。同図では、簡単のため、主信号がサンプリングレートと同じ速度でシリアルに信号処理が行われている状況を示している。シンボルタイミング調整部１３３は、バッファ２１と、読み出しバッファ位置決定部２２と、サンプル読み出し部２３とを備える。バッファ２１は、前方バッファ２１－１、現サンプル用バッファ２１－２、後方バッファ２１－３からなる。前方バッファ２１－１は現サンプル用バッファ２１－２の前に、後方バッファ２１－３の現サンプル用バッファ２１－２の後ろに位置する。現サンプル用バッファ２１－２は１サンプルを記憶し、前方バッファ２１－１及び後方バッファ２１－３はそれぞれ、複数サンプルを記憶する。

【0042】

シンボルタイミング検出部１３２からシンボルタイミング調整部１３３へ、主信号と、検出したシンボルタイミングを示すシンボルタイミング情報が入力される。バッファ２１は、シンボルタイミング調整部１３３に入力された主信号を到着順に格納し、１サンプリング時間が進むごとにバッファ２１に格納されるサンプルを一つずつ進めていく。すなわち、１サンプリング時間が進むごとに、バッファ２１は、格納している各サンプルの格納位置（以下、単に位置と記載）をそれぞれ１サンプル分先頭の方向に移動し、新たに到着したサンプルをバッファ２１（後方バッファ２１－３）の最後の位置に格納する。一方で、シンボルタイミング検出部１３２から出力されたシンボルタイミング情報は、読み出しバッファ位置決定部２２に入力される。読み出しバッファ位置決定部２２は、シンボルタイミング情報から、シンボルタイミングが図１４に示すように、想定通り一定の間隔で現れているかを観測する。読み出しバッファ位置決定部２２は、その観測結果に基づいて、主信号が格納されているバッファ２１のどの位置から信号を読み出すかを決定する。

【0043】

例えば、あるバーストフレームの信号処理開始時からずっと想定通りの間隔でシンボルタイミングが現れている場合、読み出しバッファ位置決定部２２は、バッファ指定位置を現サンプル用バッファ２１－２の位置に指定する。これにより、サンプル読み出し部２３は、常に現サンプル用バッファ２１－２からシンボルタイミング毎にサンプルを読み出し、それを主信号として次の信号処理ブロックに送る。このシンボルタイミングは、例えば、光受信器１（又は局側装置）が備えるクロック（図示せず）の発振周波数を逓倍するなどして生成した時間Ｔ間隔のタイミングに基づくものであり、ＡＤＣ１２がオーバーサンプリングを行うタイミングの１／ｍ倍の周波数である。この場合には、バッファ２１を信号で埋めるまでの遅延は生じるものの、シンボルタイミング調整部１３３を介さずにそのまま主信号を出力しているのと動作は変わらない。

【0044】

次に、図１に示すように、あるシンボルタイミングからｍ＋１サンプル目に次のシンボルタイミングが現れる場合には、ｍサンプル目が現サンプル用バッファ２１－２に格納されているタイミングにおいて、現サンプル用バッファ２１－２から後方側に一つずれたバッファ２１の位置にシンボルタイミングのサンプルが格納されているはずである。そこで、読み出しバッファ位置決定部２２は、現サンプル用バッファ２１－２ではなく、バッファ２１において現サンプル用バッファ２１－２より一つ後方側にずれている後方バッファ２１－３における位置を指定する。サンプル読み出し部２３は、シンボルタイミングにおいて、後方バッファ２１－３における指定位置からサンプルを読み出す。これにより、サンプル読み出し部２３は、バッファ２１から１サンプルを飛ばして読み出しを行い、以降は１サンプルずつ間をつめて処理することができる。つまり、図１に示すような、サンプルを一つ飛ばす動作が可能となる。その後、また次のシンボルタイミングまでは想定通りの間隔であれば、読み出しバッファ位置決定部２２は、現サンプル用バッファ２１－２から後方側に一つずれた後方バッファ２１－３における位置をそのまま指定し続け、またシンボルタイミングの間隔がｍ＋１サンプルになったタイミングで、指定するバッファ位置をさらに一つ後方側にずらす。

【0045】

逆に、図２に示すように、あるシンボルタイミングからｍ－１サンプル目に次のシンボルタイミングが現れる場合には、ｍサンプル目が現サンプル用バッファ２１－２に格納されているタイミングにおいて、現サンプル用バッファ２１－２から前方側に一つずれたバッファ２１の位置にシンボルタイミングのサンプルが格納されているはずである。そこで、読み出しバッファ位置決定部２２は、現サンプル用バッファ２１－２ではなく、バッファ２１において現サンプル用バッファ２１－２より一つ前方側にずれている前方バッファ２１－１における位置を指定する。サンプル読み出し部２３は、シンボルタイミングにおいて、前方バッファ２１－１の指定位置からサンプルを読み出す。これにより、サンプル読み出し部２３は、シンボルタイミング以降のサンプル、すなわち、現サンプル用バッファ２１－２及び後方バッファ２１－３のサンプルを１サンプルずつ遅らせ、シンボルタイミングのサンプル、すなわち、現サンプル用バッファ２１－２のサンプルより一つ前のサンプルを重複して挿入したように、バッファ２１からサンプルの読み出しを行うことができる。つまり、図２に示すように、同じサンプルを重複して読み出すような動作が可能となる。その後、また次のシンボルタイミングまで想定通りの間隔であれば、読み出しバッファ位置決定部２２は、現サンプル用バッファ２１－２から前方側に一つずれた前方バッファ２１－１における位置を指定し続け、またシンボルタイミングの間隔がｍ－１サンプルになったタイミングで、指定するバッファ位置をさらに一つ前方側にずらす。

【0046】

上記の動作を組み合わせ、読み出しバッファ位置決定部２２は、ある一つのバーストフレームの信号処理を開始したときには、最初は読み出すバッファ位置を現サンプル用バッファ２１－２としておく。読み出しバッファ位置決定部２２は、シンボルタイミングの間隔がｍサンプルであればバッファ位置を変えず、ｍ＋１サンプルであることを検出したときにはバッファ位置を現在よりも後方側に一つずらし、ｍ－１サンプルであることを検出したときには現在よりも前方側に一つずらず、という動作を繰り返していく。これにより、常にサンプル読み出し部２３から出力される主信号は、ｍサンプルおきにシンボルタイミングが現れる信号とすることができる。

【0047】

前方バッファ２１－１、後方バッファ２１－３のサイズＢ（ｓ）は、許容するサンプリング周波数のずれの大きさＦｄ（Ｈｚ）、およびバーストフレームの長さＬ（ｓ）を用いて、それぞれ以下の式（１）のように決定することができる。

【0048】

Ｂ＝Ｌ・Ｆｄ …（１）

【0049】

上記のバッファサイズを超えるようなバーストフレームおよびサンプリング周波数のずれに対しては、クロック周波数のずれは補償できない。

【0050】

（第２の実施形態）
第１の実施形態におけるシンボルタイミング検出処理は、シンボルタイミングのサンプルにおいて他のサンプルよりも振幅Ａが大きくなるような変調方式（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫなど）を採用している場合に適用できる。一方、本実施形態は、シンボルタイミングのサンプルにおいて他のサンプルよりも振幅Ａの分散や標準偏差が大きくなるような変調方式（ＯＯＫなど）を採用している場合に適用できる。以下では、第１の実施形態との差分を説明する。本実施形態の光受信器の構成は、第１の実施形態と同様である。

【0051】

図６は、本実施形態のシンボルタイミング検出部１３２が行うシンボルタイミング検出処理を示す図である。シンボルタイミング検出部１３２は、ｍサンプルごとに別個に振幅の分散あるいは標準偏差、もしくはそれらと同様の傾向を示す値を計算し、ｍ個の中で最大の振幅の分散あるいは標準偏差をもつサンプルをシンボルタイミングとする。同図では、シンボルタイミング検出部１３２は、１以上ｍ以下の整数であるｊのそれぞれについて、ｊ＋ｍ×（ｎ－１）番目（ｎ＝１，２，…）のサンプルの振幅Ａを取得して標準偏差σＡ_ｊを求める。シンボルタイミング検出部１３２は、標準偏差σＡ_１～σＡ_ｍのうち最大のσＡ_ｊ（ｊは１以上ｍ以下の整数）を選択する。シンボルタイミング検出部１３２は、選択された最大のσＡ_ｊの算出に用いたシンボルが得られたタイミングを、シンボルタイミングとする。

【0052】

（第３の実施形態）
第１の実施形態においては、図３に示すように、ＡＤＣ１２においてオーバーサンプリングを行っている。本実施形態では、ＡＤＣによりオーバーサンプリングを行った後段でＤＳＰによる内挿処理を行う。「内挿処理」は、「補間」および「interpolation」と同義語の周知の技術であり、ＡＤＣで取得した各サンプル点の間の点の値を予測する処理である。以下では、第１の実施形態及び第２の実施形態との差分を説明する。

【0053】

図７は、第３の実施形態による光受信器１ａの構成例を示す図である。同図において、図３に示す第１の実施形態による光受信器１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示す光受信器１ａが、図３に示す光受信器１と異なる点は、ＤＳＰ部１３に代えてＤＳＰ部１３ａを備える点である。ＤＳＰ部１３ａは、図３に示すＤＳＰ部１３のフレーム検出部１３１とシンボルタイミング検出部１３２との間に、内挿処理部１３５を追加した構成である。内挿処理部１３５は、ＡＤＣ１２がオーバーサンプリングを行った結果に対して内挿処理を行い、サンプル点間の値を予測することにより更にサンプル点を増やし、サンプリングレートを所望の値とする。シンボルタイミング検出部１３２及びシンボルタイミング調整部１３３は、ＡＤＣ１２がオーバーサンプリングにより得たサンプルに対して、内挿処理部１３５がサンプル点を増加させたシンボルからなるシンボル信号（デジタル信号）に対し、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の処理を行う。

【0054】

以上説明した実施形態によれば、光受信器は、受光部と、変換部（例えば、ＡＤＣ１２）と、信号処理装置（例えば、ＤＳＰ部１３、１３ａ）とを備える。受光部は、光信号を受信し、電気信号に変換する。変換部は、この電気信号に変換された受信信号をオーバーサンプリングして、時系列のサンプルからなるサンプル信号を生成する。信号処理装置は、シンボルタイミング検出部及びシンボルタイミング調整部を備える。シンボルタイミング検出部は、サンプル信号におけるシンボルタイミングを検出する。シンボルタイミング調整部は、シンボルタイミング検出部による検出結果に基づき所定間隔よりも長い間隔でシンボルタイミングが現われていると判断した場合に、サンプル信号に含まれるサンプルを１以上飛ばして所定間隔で読み出し、検出結果に基づいて所定間隔よりも短い間隔でシンボルタイミングが現われていること判断した場合に、サンプル信号に含まれる１以上のサンプルの直後に当該サンプルと同じサンプルを挿入して所定間隔で読み出す。これにより、信号処理装置は、予め規定した所定間隔でシンボルタイミングが現れるように調整する機能を実現する。所定間隔は、例えば、光受信器が備えるクロックから供給される信号の周波数に基づく時間間隔である。

【0055】

シンボルタイミング調整部を、バッファと、読み出しバッファ位置決定部と、サンプル読み出し部とを備える構成としてもよい。バッファは、受信時刻順にサンプル信号を保存する。読み出しバッファ位置決定部は、シンボルタイミング検出部による検出結果に基づいて、サンプル信号に所定間隔よりも長い又は短い間隔でシンボルタイミングが現れているかを判断し、サンプル読み出し部がバッファからサンプルを読み出すバッファ位置をこの判断結果に応じて変化させる。

【0056】

また、信号処理装置は、サンプル信号に含まれるサンプル間のサンプルの値を予測する内挿処理部をさらに備えてもよい。シンボルタイミング検出部は、サンプル信号に含まれるサンプルと、内挿処理部により予測されたサンプルとに基づいてシンボルタイミングを検出する。

【0057】

シンボルタイミング検出部は、サンプル信号に含まれる所定サンプル数間隔毎のサンプルからなるサンプル群の振幅の統計値を、１サンプル間隔ずつずらしたシンボル群ごとに算出し、算出結果に基づいてシンボルタイミングを検出してもよい。

【0058】

光アクセスネットワークに用いられるＴＤＭ－ＰＯＮにおいて、局側装置が上りバースト信号を受信する際に、送信側である加入者装置と受信側である局側装置とのクロック周波数がずれている場合には補償する機能が必要となる。主に、コア／メトロ系で用いられるアナログ回路によるサンプリング位相補償法では応答速度が低いためそのままの適用が難しく、従来ＰＯＮで用いられてきたバーストＣＤＲは、変調方式の違いにより対応できない。本実施形態の信号処理装置は、オーバーサンプリングされたデジタル信号に対し、サンプル信号を一つ飛ばす、あるいはあるサンプル信号の直後に同じサンプル信号を挿入するなど、常にシンボルタイミングが所望の間隔で現れるようにサンプル信号に処理を施す。局側装置に、本実施形態の信号処理装置を備えた光受信器を用いることで、ＯＯＫや位相変調を用いたバースト信号に対して、加入者装置と局側装置とのクロック周波数差を補償することができる。

【0059】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0060】

バーストフレームを受信する光受信器に適用可能である。

【符号の説明】

【0061】

１、１ａ…光受信器， １１…受光部， １２…ＡＤＣ， １３、１３ａ…ＤＳＰ部， １３１…フレーム検出部， １３２…シンボルタイミング検出部， １３３…シンボルタイミング調整部，１３４…適応等化フィルタ， １３５…内挿処理部， ２１…バッファ， ２１－１…前方バッファ， ２１－２…現サンプル用バッファ， ２１－３…後方バッファ， ２２…読み出しバッファ位置決定部， ２３…サンプル読み出し部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】