[发明专利]频率偏移估计装置、接收装置、频率偏移估计方法及接收方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字相干光接收机及无线通信接收机中的频率偏移估计装置、接收装置、频率偏移估计方法及接收方法。

本申请基于2010年6月17日向日本申请的特愿2010－138402号专利申请及2010年11月10日向日本申请的特愿2010－251868号专利申请主张优先权，并将其内容编入本申请。

背景技术

在光通信的领域中，组合了使频率利用效率显著提高的同步检波方式和数字信号处理的数字相干通信系统一直倍受关注。众所周知，当与通过直接检波构建的系统进行比较时，数字相干通信系统不仅能提高接收灵敏度，而且能通过将发送信号作为数字信号进行接收，补偿由光纤传输受到的波长色散、偏振模色散所导致的发送信号的波形失真，正在研讨作为下一代光通信技术而导入数字相干通信系统。

相干接收机中接收的信号光与局部振荡光相乘，变换成基带信号。生成信号光的载波、局部振荡光的激光振荡器难以实现依靠无线通信用的振荡器中通常使用的相位同步环路的频率稳定，并且在发送机的激光振荡器的输出频率和接收机的激光振荡器的输出频率之间产生大的频率偏移。在实际的光通信系统中，频率偏移达到±5GHz。在相干通信系统中，由于在载波的相位中载入信息，所以，需要在接收机中估计频率偏移并进行补偿。

另外，在无线通信中，基于发送机和接收机所使用的基准振荡器的振荡频率的误差、伴随发送机和接收机的移动的多普勒偏移而产生频率偏移。在该情况下，也需要在接收机中估计频率偏移并进行补偿。

在现有的频率偏移的估计中，存在使用已知的导频符号的方法（参照非专利文献1）。但是，该方法中存在如下缺点，即，对发送信号附加无助于信息传输的已知的导频符号导致的传输速度的降低、需要用于检测已知的导频符号的电路、步骤。

另一方面，在不需要已知的导频符号的频率偏移估计方法中，已知有利用1符号周期的符号的相位变化信息的相位增加算法（参照非专利文献2）、利用频谱的方法（参照非专利文献3）。

图17是表示对M－PSK（M－Phase Shift Keying）调制信号使用相位增加算法的现有的频率偏移估计装置的构成例的方框图。图17所示的频率偏移估计装置具备：1符号延迟部101、复共轭部102、乘法部103、M次方部104、加法部105、相位检测部106。

输入信号I+jQ是以规定的采样频率预先采样接收信号的复信号。该输入信号被二分支，被分支的一个信号通过1符号延迟部101及复共轭部102，并与被分支的另一个信号在乘法部103相乘，成为有1符号间的相位变化信息的复信号。通过将该复信号在M次方部104进行M（正整数）次方，除掉由数据的调制引起的相位变化。通过将除掉了该相位变化的信号在加法部105遍及N（正整数）符号进行相加，来执行与相位相关的平均化，除掉瞬间的变化。在相位检测部106从该相加后的信号取出相位，进一步通过M次方部104的M次方的运算，使成为1符号间的相位变化的M倍的相位变为1/M倍。其结果，得到由频率偏移产生的1符号间的相位变化Δθ。频率偏移估计值Δf通过下式算出。但是，在该式子中，R_S为符号率。

[式1]

。

图18是表示利用频谱的现有的频率偏移估计装置的构成例的方框图。图18的频率偏移估计装置具备：乘法部107、FFT（fast Fourier transform）部108、频率误差检测部109、NCO（numerically－controlled oscillator）110。

输入信号I+jQ是以规定的采样频率预先采样接收信号的复信号。该输入信号与NCO110的输出信号在乘法部107相乘，变更其频率。变更了其频率的信号被输入到FFT部108而变换成频域的频谱。频率误差检测部109测定频谱并输出频率误差信号。以该频率误差信号为基础，NCO110使该输出信号的频率在规定的步骤中变化。将以上环路的运算反复直到频率误差信号大致为0，在频率误差信号大致为0并收敛的时刻，结束频率偏移估计。

如图17所示的相位增加算法只对星座图上信号点等相位间隔配置的M－PSK调制信号进行精确地动作，而不对由正交振幅调制（QAM: quadrature amplitude modulation）调制的信号进行动作。相对于由QAM调制的信号，非专利文献4及非专利文献5中公开有不需要已知的导频符号的频率偏移估计方法。表示这些文献所记载的估计方法的公式如下。

[式2]

其中，频率偏移的估计值

：求取赋予函数g（x）的最大值的x的运算符。