CN102035598A - 光信号质量监控装置 - Google Patents

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CN102035598A CN2010102805168A CN201010280516A CN102035598A CN 102035598 A CN102035598 A CN 102035598A CN 2010102805168 A CN2010102805168 A CN 2010102805168A CN 201010280516 A CN201010280516 A CN 201010280516A CN 102035598 A CN102035598 A CN 102035598A
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贺川昌俊
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Abstract

本发明提供一种能够同时监控波长色散以及光SNR的可应用于NRZ光信号的光信号质量监控装置。将用二进制强度调制的输入光信号分为三路。根据任意一个分路光信号检测出平均强度。根据某个分路光信号检测出相当于比特率的频率的信号强度，另外，根据其他分路光信号，检测出使该分路光信号和将其只延迟规定的延迟时间的光信号相互干涉后相当于该干涉信号的比特率的频率的信号强度。或者，在得到了延迟时间不同的两个干涉信号之后，检测出相当于各干涉信号的比特率的频率的信号强度。在得到以检测出的平均强度为基准的检测出的各信号强度的相对强度之后，决定监控对象的光信号的波长色散以及光SNR、或者波长色散以及光SNR的变化的趋势。

Description

光信号质量监控装置
技术领域
本发明涉及一种光信号质量监控装置，例如能够应用于对光传输系统中光信号的波长色散、信噪比(以下，简称为光SNR)进行监控的情况。
背景技术
为了推定传输来的信号的质量、劣化的主要原因，需要监控波形。光信号的波形能够利用取样示波器等装置进行监控，但取样示波器一般为复杂且高价的装置。
为了解决这样的问题，在非专利文献1中，检测出与信号的比特率相当的频率成分，并根据其强度的增减检测出信号劣化的程度。另外，在专利文献1中提出如下方式，即为了检测出无法直接检测的频率，例如用在1/4的频率中加上偏频的正弦波来调制监控的光信号，并用所输出的差拍信号的强度进行检测的方式。
专利文献1：日本特开2009-21943号公报
非专利文献1：Z.Pan et al.，“Chromatic dispersion monitoring andautomated compensation for NRZ and RZ data using clockregeneration fading without adding signaling”，Optical FiberCommunication Conference and Exhibit(OFC2001)，WH5，Mar。2001
在非专利文献1所记载的现有技术中，主要着眼点在于测定传输路径的波长色散，但信号劣化不是仅由色散产生，还需要把光SNR的劣化也考虑进去，在这点上作为监控装置则不充分。
根据专利文献1所记载的现有技术，信号的频率成分因光SNR的劣化而减少，所以若仅检测出频率成分的强度，则无法判断实际上传输来的信号是因怎样的原因正在劣化。另外，在专利文献1中，仅记载有RZ(Return-to-Zero：归零)信号的信号劣化。与此相对，如图9所示，NRZ(Non-return-to-Zero：不归零)信号，即使色散变大，与调制信号电平相比，比特率频率成分(在此为10GHz)的线谱也没有足够的强度，对于NRZ信号，即使要应用专利文献1所记载的现有技术，也无法获得差拍信号。此外，图9(a)、(b)、(c)分别表示色散为320ps/nm时的时间波形、没有被调制而被光电转换(O/E转换)后的信号频谱、以10.25GHz被调制过的光信号的光电转换后的信号频谱(在此的调制对应于后述的图5的调制器201或者203进行的调制)。
由此，期望能够同时检测出多个质量项目的、能够应用于NRZ光信号的光信号质量监控装置。
发明内容
为了解决该问题，本发明的光信号质量监控装置，其特征在于，具有：(1)分路单元，其将用二进制强度调制过的监控对象的光信号分路为3路以上；(2)平均强度检测单元，其根据任意一个分路光信号检测出平均强度；(3)两个以上的信号强度检测单元，即，第一信号强度检测单元和延迟时间不同的一个以上的第二信号强度检测单元，其中上述第一信号强度检测单元根据任意一个分路光信号检测出与比特率相当的频率的信号强度，上述第二信号强度检测单元在使任意一个分路光信号和使该分路光信号延迟规定的延迟时间的光信号干涉之后，检测出与其干涉信号中的比特率相当的频率的信号强度；(4)特性决定单元，其在得到以检测出的平均强度为基准的被检测出的各信号强度的相对强度后，决定监控对象的光信号的波长色散以及光SNR、或者波长色散以及光SNR的变化趋势。
根据本发明的光信号质量监控装置，能够同时检测出波长色散以及光SNR、或者波长色散以及光SNR的变化趋势等多个质量项目。本发明的光信号质量监控装置在以NRZ光信号为监控对象时有效。
附图说明
图1是表示第一实施方式的光信号质量监控装置的构成的框图。
图2是表示第一实施方式中的运算电路得到的运算值和波长色散的关系的曲线图。
图3是针对多个波长色散表示出第一实施方式中从第一系统的光电二极管输出的电信号的时间波形和频谱的特性图。
图4是针对多个波长色散表示出第一实施方式中从第二系统的光电二极管输出的电信号的时间波形和频谱的特性图。
图5是表示第二实施方式的光信号质量监控装置的构成的框图。
图6是表示第二实施方式中的运算电路得到的运算值和波长色散的关系的曲线图。
图7是针对多个波长色散表示出第二实施方式中从第一系统的光电二极管输出的电信号的时间波形和频谱的特性图。
图8是针对多个波长色散表示出第二实施方式中从第二系统的光电二极管输出的电信号的时间波形和频谱的特性图。
图9是说明现有技术的问题的特性图。
附图标记说明
101...光信号质量监控装置；103...光带通滤波器；104...光分路电路；106、111、115...光电二极管；107、112...带通滤波器；108、113...放大器；109、114...RF强度检测器；110...1/2比特延迟干扰仪；116...低通滤波器；117...强度检测器；118...运算电路；200...1比特延迟干扰仪；201、203...调制器；202、204...调制器驱动器；205...振荡器。
具体实施方式
(A)第一实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的光信号质量监控装置的第一实施方式。
(A-1)第一实施方式的构成
图1是表示第一实施方式的光信号质量监控装置的构成的框图。此外，在图1中，还表示出到光信号被输入第一实施方式的光信号质量监控装置为止的路径。
在图1中，第一实施方式的光信号质量监控装置101具有：光带通滤波器(OBPF)103、光分路电路104、第一光电二极管(PD)106、第一带通滤波器(BPF)107、第一放大器(Amp.)108、第一RF强度检测器(RF Detector)109、1/2比特延迟干涉仪(1/2bit-delayed IFM)110、第二光电二极管111、第二带通滤波器112、第二放大器113、第二RF强度检测器114、第三光电二极管115、低通滤波器(LPF)116、强度检测器117以及运算电路118。针对各构成要素的功能，根据动作项的说明则可明确。
(A-2)第一实施方式的动作
然后，说明第一实施方式的光信号质量监控装置101的动作。以下，将监控对象的光信号作为10Gbit/s的NRZ光信号进行说明。
由发射机(Tx)100输出的10Gbit/s的光信号，在光信号质量监控装置101外部的光分路电路102被局部分路，并被输入到第一实施方式的光信号质量监控装置101中。
被输入到光信号质量监控装置101的光信号，在经由光带通滤波器103只被集中到推定光SNR所需的频带之后(被频带限制后)，在该装置内的光分路电路104中被分为三路。
通过装置内光分路电路104被分路的第一系统的光信号通过第一光电二极管106被光电转换。转换后的电信号被输入第一带通滤波器107，在第一带通滤波器107中，抽出10GHz的成分(信号的基频成分(比特率频率成分))。抽出信号配合第一RF强度检测器109的检测能力被第一放大器108放大之后，在第一RF强度检测器109中检测出其强度。这样得到的强度“a1”被输入运算电路118。
被装置内光分路电路104分路的第二系统的光信号被输入1/2比特延迟干涉仪110。在1/2比特延迟干涉仪110中，得到所输入的被NRZ调制的光信号、和使被输入的光信号延迟相当于约1/2比特的期间的光信号的干涉信号。
在该第一实施方式中，在1/2比特延迟干涉仪110中的、与供干涉的两个光信号的载波相当的波长下的相位差为0时的干涉信号(Constructive)的输出端口、和与供干涉的两个光信号的载波相当的波长下的相位差为π时的干涉信号(Destructive)的输出端口中，利用来自前者的输出端口的干涉信号。
被1/2比特延迟干涉仪110输出的光信号，利用第二光电二极管111被光电转换。转换后的电信号被输入第二带通滤波器112，在第二带通滤波器112中，抽出10GHz的成分。抽出信号配合第二RF强度检测器114的检测能力被第二放大器113放大之后，在第二RF强度检测器114中检测出其强度。这样得到的强度“b1”被输入运算电路118。
被装置内光分路电路104分路的第三系统的光信号，被第三光电二极管115光电转换。转换后的电信号通过低通滤波器116去除高频而被平滑化(平均)之后，在强度检测器117中检测出强度(平均功率)。这样得到的平均强度“c1”被输入运算电路118。
在运算电路118中，首先，根据所输入的三种强度a1～c1运算出“a1/c1”、“b1/c1”之后，基于所得到的运算值“a1/c1”、“b1/c1”决定波长色散的值以及光SNR。或者基于所得到的运算值“a1/c1”、“b1/c1”决定波长色散的值以及光SNR的变化趋势。
图3是针对光电转换前的光信号的波长色散为0ps/nm、320ps/nm、640ps/nm，表示出被第一系统的光电二极管106光电转换后的电信号的时间波形和频谱。根据该图3可知随着波长色散量增多，则10GHz的强度增大。这相当于随着波长色散量增多，运算值a1/c1增大。图4是针对光电转换前的光信号的波长色散为0ps/nm、320ps/nm、640ps/nm，表示出被第二系统的光电二极管111光电转换后的电信号的时间波形和频谱。在第二系统中，随着波长色散量增多10GHz的强度减少。这相当于随着波长色散量增多运算值b1/c1减少。图2是表示运算值a1/c1、b1/c1相对于波长色散的变化的曲线图。
另一方面，在减少了光信号的光SNR时，由于所输入的光信号中的信号成分减少，所以运算值a1/c1、b1/c1在光信号中的信号成分小于减少前的状态的运算值a1/c1、b1/c1。
在运算电路118中在将能够得到光SNR的值的范围分为多个的每个小范围中，存储有预先求出的记录有图2所示的曲线图内容的数据，运算电路118以通过运算求出的运算值a1/c1、b1/c1的对为关键词来检索存储数据，由此决定光SNR和波长色散。
也可以取代这样的决定方法，而使运算电路118应用如下的决定方法。运算电路118以规定的周期得到运算值a1/c1、b1/c1，所得到的运算值a1/c1、b1/c1的对根据前次得到的运算值a1/c1、b1/c1存在怎样的趋势，来决定波长色散或者光SNR的变化趋势。例如，如果运算值a1/c1、b1/c1一同减少就会捕捉到光SNR劣化，如果运算值a1/c1、b1/c1一同增大就会捕捉到光SNR变得良好。另外例如，如果运算值a1/c1增大运算值b1/c1减少则捕捉到波长色散变大，如果运算值a1/c1减少运算值b1/c1增大则捕捉到波长色散变小。如果运算值a1/c1、b1/c1与上次的运算值为相同程度，就会捕捉到波长色散和光SNR几乎没有变化。
(A-3)第一实施方式的效果
如上所述，根据第一实施方式，能够对NRZ光信号同时评价波长色散和光SNR。
(B)第二实施方式
然后，参照附图详细说明本发明的光信号质量监控装置的第二实施方式。
(B-1)第二实施方式的构成
图5是表示第二实施方式的光信号质量监控装置的构成的框图，对于与第一实施方式的图1相同、对应的构成，标注相同附图标记来表示。
在图5中，第二实施方式的光信号质量监控装置101具有：光带通滤波器103、光分路电路104、1比特延迟干涉仪(1bit-delayed IFM)200、第一调制器(Mod.)201、第一调制器驱动器202、第一光电二极管106、第一带通滤波器107、第一放大器108、第一RF强度检测器109、1/2比特延迟干涉仪110、第二调制器203、第二调制器驱动器204、第二光电二极管111、第二带通滤波器112、第二放大器113、第二RF强度检测器114、第三光电二极管115、低通滤波器116、强度检测器117、运算电路118以及振荡器205。
光带通滤波器103、光分路电路104、第三光电二极管115、低通滤波器116以及强度检测器117与第一实施方式中的部件相同。
第一光电二极管106、第一带通滤波器107、第一放大器108、第一RF强度检测器109、第二光电二极管111、第二带通滤波器112、第二放大器113以及第二RF强度检测器114，在功能上与第一实施方式相同，但处理的频带与第一实施方式不同。
运算电路118在功能上也与第一实施方式相同，但预先准备存储的数据与第一实施方式不同。
对于在第二实施方式中新设的1比特延迟干涉仪200、第一调制器201、第一调制器驱动器202、第二调制器203、第二调制器驱动器204以及振荡器205的功能，根据动作项的说明可明确。
(B-2)第二实施方式的动作
然后，说明第二实施方式的光信号质量监控装置101的动作。以下，将监控对象的光信号作为10Gbit/s的NRZ光信号来说明。图5所记载的“f”表示与10Gbit/s对应的10GHz。
由发射机(Tx)100输出的10Gbit/s的光信号，在光信号质量监控装置101外部的光分路电路102被局部分路，并被输入到第二实施方式的光信号质量监控装置101中，经由光带通滤波器103被集中到推定光SNR所需的频带之后，在该装置内的光分路电路104中被分为三路。
通过装置内光分路电路104被分路的第一系统的光信号，被输入1比特延迟干涉仪200。在1比特延迟干涉仪200中，得到所输入的被NRZ调制的光信号和使所输入的光信号延迟相当于大约1比特的期间的光信号的干涉信号。在第二实施方式中，利用来自1比特延迟干涉仪200的Destructive输出端口的输出信号。从1比特延迟干涉仪200输出的光信号被第一调制器201调制而输出1GHz的差拍信号。该调制是通过使由振荡器205输出的2.5(＝f/4)GHz到250(＝Δf)MHz的具有偏移的正弦波状的信号用第一调制器驱动器202放大为适当的振幅后施加到第一调制器201而进行的。作为第一调制器201以及第二调制器203，例如能够应用EAM调制器(即，作为由第一调制器201以及第二调制器203进行的下转换方法能够应用专利文献1所记载的方法)。由第一调制器201输出的光信号(1GHz的差拍信号)被第一光电二极管106光电转换。转换后的电信号被输入第一带通滤波器107，并在第一带通滤波器107中抽出1GHz的成分(1GHz的差拍信号成分))。抽出信号配合第一RF强度检测器109的检测能力被第一放大器108放大之后，在第一RF强度检测器109中检测出其强度。这样得到的强度“a2”被输入运算电路118。
被装置内光分路电路104分路的第二系统的光信号被输入1/2比特延迟干涉仪110，得到所输入的光信号和使被输入的光信号延迟相当于大约1/2比特的期间的光信号的干涉信号。在第二实施方式中，利用来自1/2比特延迟干涉仪110的Destructive输出端口的输出信号。从1/2比特延迟干涉仪110输出的光信号，被第二调制器203利用与第一调制器201同样的方法调制，输出1GHz的差拍信号。从第二调制器201输出的光信号(1GHz的差拍信号)，被第二光电二极管111光电转换，转换后的电信号被输入第二带通滤波器112，并在第二带通滤波器112中抽出1GHz的成分(1GHz的差拍信号成分)。抽出信号配合第二RF强度检测器114的检测能力被第二放大器113放大之后，在第二RF强度检测器114中检测出其强度。这样得到的强度“b2”被输入运算电路118。
被装置内光分路电路104分路的第三系统的光信号，与第一实施方式同样地被处理。即，首先，通过第三光电二极管115被光电转换。转换后的电信号通过低通滤波器116去除高频而被平滑化(平均)之后，在强度检测器117中检测出强度(平均功率)。这样得到的平均强度“c2＝c1”被输入运算电路118。
在运算电路118中，首先，根据所输入的三种强度a2～c2运算出“a2/c2”、“b2/c2”之后，基于所得到的运算值“a2/c2”、“b2/c2”决定波长色散的值以及光SNR。或者基于所得到的运算值“a2/c2”、“b2/c2”，决定波长色散以及光SNR的变化趋势。
图7是针对光电转换前的光信号的波长色散为0ps/nm、320ps/nm、640ps/nm，表示出第二实施方式中被第一系统的第一光电二极管106光电转换后的电信号的时间波形和频谱。根据该图7可知随着波长色散量增多，则1GHz的强度增大。这相当于随着波长色散量增多，运算值a2/c2增大。图8是针对光电转换前的光信号的波长色散为0ps/nm、320ps/nm、640ps/nm，表示出第二实施方式中被第二系统的第二光电二极管111光电转换后的电信号的时间波形和频谱。在第二系统中，随着色散量增多1GHz的强度减少。这相当于随着波长色散量增多运算值b2/c2减少。图6是表示运算值a2/c2、b2/c2相对于波长色散的变化的曲线图。
另一方面，由于减少了光信号的光SNR时，所输入的光信号中的信号成分减少，所以运算值a2/c2、b2/c2在光信号中的信号成分小于减少前的状态的运算值a2/c2、b2/c2的光信号中的信号成分。
在运算电路118中，在将能够得到光SNR的值的范围分为多个的每个小范围中，存储有预先求出的记录了图6所示的曲线图内容的数据，运算电路118以运算求出的运算值a2/c2、b2/c2的对作为关键词，检索存储数据，由此决定光SNR和波长色散。
也可以取代这种决定方法，而使运算电路118应用如下的决定方法。运算电路118以规定的周期得到运算值a2/c2、b2/c2，所得到的运算值a2/c2、b2/c2的对根据上次得到的运算值a2/c2、b2/c2存在怎样的趋势，来决定波长色散或者光SNR的变化趋势。
(B)第二实施方式的效果
如上所述，根据第二实施方式，能够对NRZ光信号同时评价波长色散和光SNR。
在上述第一实施方式中，在从光电转换到之后的强度检测的处理中，需要将到比特率频率为止的频带作为处理频带的部件。在该第二实施方式中，由于利用调制器预换器转换为较低频的信号强度，所以能够将处理频带比第一实施方式低频带的部件应用于从光电转换到之后的强度检测的处理，从而能够简单、廉价地构成该装置。与上述现有技术相比较也能够举出这样的效果。
即使在第一系统中不设置1比特延迟干涉仪200而应用调制器预换器，由于10GHz的线谱强度低于信号的强度电平(参照图3的波长色散为0ps/nm的频谱)，也无法得到被转换为低频的信号。由此在第一系统中设置1比特延迟干涉仪200，可应用低频带部件。
(C)其他实施方式
在第一和第二实施方式中，表示出处理10Gbit/s的光信号的情况，但本发明也可以应用于其他的比特率。另外，在第二实施方式中表示出应用250MHz的偏频(Δf)的情况，但也可以应用其他偏频。
在第一实施方式中，表示出根据各系统的输出值a1～c1求出的用于质量监控的运算值为a1/c1、b1/c1的例子，但也可以将其他运算值作为用于质量监控的运算值。例如，既可以应用a12/c1、b12/c1，也可以应用a1-c1、b1-c1，还可以应用(a1-c1)/c1、(b1-c1)/c1。对于第二实施方式也相同。
虽表示出在第一实施方式中利用1/2比特延迟干涉仪，在第二实施方式中利用1/2比特延迟干涉仪和1比特延迟干涉仪，但也可以利用其他延迟干涉仪。例如，也可以设置适当利用3/2比特延迟干涉仪、2比特延迟干涉仪、1/4比特延迟干涉仪的系统。
在上述各实施方式中，将所输入的光信号分路为三个系统，使其中的1个系统作为得到基准信息(c1、c2)的系统，使其他2个系统为得到反应了波长色散、光SNR的信息的系统，但也可以使得到反应波长色散、光SNR的信息的系统为3个系统。例如，使得到上述第一实施方式下的运算值a1的系统、得到第二实施方式下的运算值a2的系统、和得到第二实施方式下的运算值b2的系统的三个系统作为得到反应波长色散、光SNR的信息的系统，根据a1/c1、a2/c2、b2/c2(其中c1＝c2)的组来评价光SNR。
另外，在上述各实施方式中表示出运算电路118得到运算值后，决定波长色散和光SNR的值，或者决定波长色散和光SNR的变化趋势，但也可以将运算值分别存储。即，对运算值的分析也可以后面进行，或者还可以由其他装置执行分析。

Claims (4)

1.一种光信号质量监控装置，其特征在于，具有：
分路单元，其将用二进制强度调制的监控对象的光信号分路为3路以上；
平均强度检测单元，其根据任意一个分路光信号检测出平均强度；
两个以上的信号强度检测单元，即，第一信号强度检测单元和延迟时间不同的一个以上的第二信号强度检测单元，其中上述第一信号强度检测单元根据任意一个分路光信号检测出与比特率相当的频率的信号强度，上述第二信号强度检测单元在使任意一个分路光信号和使该分路光信号延迟规定的延迟时间的光信号干涉之后，检测出与其干涉信号中的比特率相当的频率的信号强度；
特性决定单元，其在得到以检测出的平均强度为基准的被检测出的各信号强度的相对强度后，决定监控对象的光信号的波长色散以及光SNR、或者波长色散以及光SNR的变化趋势。
2.根据权利要求1所述的光信号质量监控装置，其特征在于，
具有上述第一信号强度检测单元和上述第二信号强度检测单元各一个，上述第二信号强度检测单元的延迟时间被选定在1/2比特期间。
3.根据权利要求1所述的光信号质量监控装置，其特征在于，
不具备上述第一信号强度检测单元而具备两个上述第二信号强度检测单元，一个上述第二信号强度检测单元的延迟时间被选定在1比特期间，另一个上述第二信号强度检测单元的延迟时间被选定在1/2比特期间。
4.根据权利要求3所述的光信号质量监控装置，其特征在于，
上述各第二信号强度检测单元分别用向与比特率相当的频率施加了偏频的频率的信号来调制干涉信号，并转换为比干涉信号低频的信号，检测该低频信号的强度，作为相当于干涉信号中的比特率的频率的信号强度。
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