EP2025079A1 - Signalqualitäts-detektor - Google Patents

Signalqualitäts-detektor

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Publication number
EP2025079A1
EP2025079A1 EP07728492A EP07728492A EP2025079A1 EP 2025079 A1 EP2025079 A1 EP 2025079A1 EP 07728492 A EP07728492 A EP 07728492A EP 07728492 A EP07728492 A EP 07728492A EP 2025079 A1 EP2025079 A1 EP 2025079A1
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EP
European Patent Office
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signal
regenerated
received signal
quality detector
eds
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07728492A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erich Gottwald
Werner Paetsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Original Assignee
Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG filed Critical Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Publication of EP2025079A1 publication Critical patent/EP2025079A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2569—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to polarisation mode dispersion [PMD]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H04B10/299—Signal waveform processing, e.g. reshaping or retiming

Definitions

  • the invention relates to a signal quality detector according to the preamble of patent claim 1 and its use according to the preamble of patent claim 8.
  • a quality criterion can also be used for setting the sampling threshold and sampling time of the data.
  • dispersion is a quick recognition of the quality as a prerequisite for a quick compensation advantageous.
  • compensation methods that measure the PMD and a simple PMD
  • Compensator off because these are very time consuming and on the other hand not respond quickly enough to keep system downtime below a guaranteed value.
  • Compensator In order to achieve an improved compensation, only methods remain which determine the quality of the received signal in a sufficiently short time so that a multi-stage PMD compensator can be optimally set fast enough.
  • Such PMD compensation method is described for example in the application DE 19 941 150 Al.
  • the received signal after an optical-electrical conversion spectrally with, for example, three electric filters with different The bandwidths (or cut-off frequency) are analyzed, and the intensities in the three bands are used to draw conclusions about the PMD of the system.
  • the method is naturally dependent on the data rate and is problematic for higher order PMD.
  • Other methods rely on analyzing the signal quality by evaluating histograms or, if an error correcting code is used, on the bit error rate.
  • the object of the invention is to provide a fast and reliable signal quality detector for determining the signal quality.
  • the signal quality detector should be particularly suitable for controlling a PMD compensator.
  • a particular advantage of the arrangement according to the invention is its ease of implementation. Due to the correlation in the
  • Figure 1 is a schematic diagram of the signal quality detector of a PMD compensation arrangement
  • Figure 2 is a simplified version of the signal quality detector
  • FIG. 3 shows a particularly advantageous variant of the signal quality detector.
  • the invention is explained in more detail by way of example with reference to a receiving device for PMD compensation, but can also be used for the control of other compensators or the signal quality influencing elements. Similarly, the invention can provide a direct measure of signal quality.
  • FIG. 1 shows a receiving device equipped with a PMD compensator 3 and a signal quality detector 7, 8, 10.
  • a synchronous optical reception signal ODS optical binary data signal
  • ODS optical binary data signal
  • a PMD compensator 3 This can be constructed in principle arbitrary and performs according to its structure as exact as possible compensation of the PMD.
  • the thus compensated optical received signal CODS is supplied to a demodulator 4 which demodulates it and converts it into an electrical received signal EDS.
  • This is by a amplified electrical amplifier 5, which is generally designed in common with the demodulator 4.
  • the amplitude modulation of the demodulator 4 is a photodiode, which also serves as an optical-electrical converter.
  • the amplitude of the electrical received signal EDS is kept constant at its output.
  • the electrical received signal EDS is supplied from a branching point 6 to a correlator 8 in two ways. In the upper path, it is first fed to a 3R regenerator 10, which emits a completely regenerated synchronous received signal REDS at the data output 11.
  • the pulse shape of the data bits should also correspond as far as possible to the pulse shape in the case of the ideally compensated but not regenerated received signal.
  • the regenerator may have its own clock regenerator and an internal threshold value decision, but in principle be constructed arbitrarily.
  • the electrical received signal EDS is guided via a delay element 7 and as well as the regenerated
  • the delay element 7 in this case the delay difference between the two signals is compensated.
  • the correlator correlates the signals k and u and thus temporally the regenerated received signal REDS with the non-regenerated received signal EDS.
  • the regenerated receive signal and the non-regenerated receive signal will largely coincide, and at the output of the correlator, a maximum output will give a correlation product KAS as a measure of the match or deviation of both signals.
  • a minimal error signal is generated as a "correlation product.” The evaluation is simplified if the regenerated and non-regenerated received signal have the same amplitudes and the difference between the signals serves as a control criterion. sufficient compensation, the deviation between the two signals is inherently greater, and thus the error signal output at the output of the correlator.
  • a control unit 9 varies the setting of the PMD compensator 3 until the deviations between the regenerated received signal and the non-regenerated received signal have reached a minimum. In this case, a predetermined optimization method is used.
  • Figure 2 shows an arrangement in which the correlator 8 is particularly simple. It merely contains a decision stage 12, which distinguishes between the logical zero and the logic one and outputs an uncompensated binary received signal u to an input of an exclusive OR gate 13, whose second input is supplied with the regenerated received signal REDS.
  • the 3R regenerator can also provide a binary signal here or an input of the exclusive OR gate acts as a decision threshold. Only the time differences between the two signals u, k are evaluated by the exclusive-OR gate, and then in the control circuit.
  • Control unit 9 integrated. An optimization is done again by adjusting the parameters of the PMD compensator.
  • the control unit 9 may be e.g. also be used to control the decision stage 12 and the 3R regenerator 10.
  • the correlator can also provide additional information about the average duration of the 1-pulses of both signals u and k, so that it can also be used to set the decision threshold of the 3R regenerator.
  • the arrangement of Figure 3 shows a further developed signal quality detector.
  • the essential element is a fixed or variable "system filter" 14, by means of which the complete transmission path (possibly from a 3R regenerator of the transmission path), including transmitting and receiving device, is reproduced Ideally, the filter eliminates the PMD-independent distortions They correspond to the PMD independent distortion of the non-regenerated signal and thus provide no more relevant contribution to the correlation product.
  • the correlator can ideally be adjusted to zero if the input signal k derived from the regenerated received signal REDS agrees with the non-regenerated received signal / input signal u.
  • the control unit 9 also evaluates the input signals of the correlator 8 and there is also an optimization of the threshold of the 3R regenerator and a variable delay element 15, which is arranged here in the upper signal branch to the temporal correlation between the compensated and to optimize the uncompensated input signal of the correlator.
  • the signal quality detector can generally be used to evaluate the signal quality and to control the elements influencing the signal quality.
  • the wavelength of a transmit laser are controlled to optimize the laser frequency in distortion-causing filters (in particular Bragg filters).

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Abstract

Bei dem Signalqualitäts-Detektor (7, 8, 10) wird ein 3R- regeneriertes elektrisches Empfangssignal (REDS) mit einem nicht regenerierten Empfangssignal (EDS) korreliert. Das Ergebnis ist ein direktes Maß für die Übereinstimmung zwischen nicht regeneriertem und regeneriertem Empfangssignal und kann zur Steuerung eines PMD-Kompensator (3) verwendet werden.

Description

Beschreibung
Signalqualitats-Detektor
Die Erfindung betrifft einen Signalqualitats-Detektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dessen Verwendung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Bei optischen Netzen andern sich die Ubertragungseigenschaf- ten der optischen Faser rasch. Dies fuhrt bei hohen Datenraten zu Störungen, die insbesondere von PMD (Polarisations- Moden-Mspersion und chromatischer Dispersion verursacht werden. Bei geschalteten Netzen muss ebenfalls auf die über unterschiedlichen Strecken übertragenen Daten rasch reagiert werden und eine optimale Entzerrung angestrebt werden.
Eine schnelle Qualitatsbeurteilung der empfangenen optischen Signale ist daher von großem Nutzen für adaptive Kompensato- ren. Bei optischen Empfangern kann ein Qualitatskriterium auch zur Einstellung von Abtastschwelle und Abtastzeitpunkt der Daten verwendet werden. Insbesondere bei der sich rasch ändernden Polarisationsmodendispersion ist ein schnelles Erkennen der Qualität als Voraussetzung für eine schnelle Kompensation vorteilhaft. Dabei scheiden Kompensationsverfahren, die die PMD messen und einen einfach aufgebauten PMD-
Kompensator einstellen aus, weil diese einmal sehr aufwendig sind und andererseits nicht ausreichend schnell reagieren, um Systemausfallzeiten unter einem garantierten Wert zu halten. Um eine verbesserte Kompensation zu erreichen, bleiben nur Verfahren übrig, die die Qualität des empfangenen Signals in hinreichend kurzer Zeit bestimmen, damit ein aus vielen Stufen bestehender PMD-Kompensator ausreichend schnell optimal eingestellt werden kann.
Ein solches PMD-Kompensationsverfahren ist beispielsweise in der Anmeldung DE 19 941 150 Al beschrieben. Das Empfangssignal wird nach einer optisch-elektrischen Wandlung spektral mit beispielsweise drei elektrischen Filtern mit unterschied- liehen Bandbreiten (bzw. Grenzfrequenz) analysiert und aus den Intensitäten in den drei Bändern werden Rückschlüsse auf die PMD des Systems gezogen. Das Verfahren ist naturgemäß von der Datenrate abhängig und für PMD höherer Ordnung problema- tisch. Andere Methoden beruhen auf einer Analyse der Signalqualität durch Auswertung von Histogrammen oder auch, wenn ein fehlerkorrigierender Code verwendet wird, auf der Bitfehlerrate .
In einem Aufsatz von F. Buchali „Fast Eye Monitor for 10
Gbit/s and its Application for Optical PMD Compensation", Op- tical Fiber Communication Conference, OFC 2001, Vol. 2, TuP5- 1 - TuP5-3 werden zwei parallel geschaltete Entscheiderstufen und eine EXOR-Gatter verwendet, um die Augenöffnung eines bi- nären Empfangssignals in Abhängigkeit von der Entscheider- Schwelle bei unterschiedlichen Einstellungen eines PMD- Kompensators zu messen. Bei der größten Augenöffnung ist der PMD-Kompensator am besten eingestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen schnellen und zuverlässigen Signalqualitäts-Detektor zur Bestimmung der Signalqualität anzugeben. Der Signalqualitäts-Detektor soll sich insbesondere zum Steuern eines PMD-Kompensators eignen.
Diese Aufgabe wird durch einen in Anspruch 1 angegebenen
Signalqualitäts-Detektor gelöst. Eine Verwendung ist in Anspruch 8 angegeben.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist in ihre einfache Realisierbarkeit. Durch die Korrelation im
Zeitbereich wird der Aufwand minimiert. Durch den ständigen Vergleich des Istwertes des Empfangsignals mit seinem Sollwert ist eine zuverlässige Ermittlung eines Fehlersignals auch bei stark verzerrten Signalen gegeben. Die Integrations- zeit kann von der Signalqualität abhängig gemacht werden.
Im einfachsten Fall reicht es aus, die Vorzeichen des rekonstruierten Signals mit dem nicht rekonstruierten Signal zu vergleichen. Ein optimales Fehlersignal erhält man, wenn aus dem rekonstruierten Empfangssignal durch ein Filter das analoge Empfangssignal nachgebildet wird und dieses mit dem nicht rekonstruierten analogen Signal verglichen wird.
Bei der Regelung können bekannte Optimierungsverfahren eingesetzt werden. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, erst die PMD erster Ordnung durch gleichmäßiges Einstellen aller Kompensationsglieder zu minimieren und dann erst weitere Optimie- rungsschritte folgen zu lassen. Die Erfindung wird anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Ein Prinzipschaltbild des Signalqualitäts-Detektors einer PMD-Kompensationsanordnung, Figur 2 eine vereinfachte Version des Signalqualitäts- Detektors und
Figur 3 eine besonders vorteilhafte Variante des Signalqualitäts-Detektors.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Empfangseinrichtung zur PMD-Kompensation näher erläutert, ist aber ebenso für die Steuerung anderer Kompensatoren oder die Signalqualität beeinflussender Elemente einsetzbar. Ebenso kann die Erfindung ein direktes Maß für die Signalqualität liefern.
Figur 1 zeigt eine mit einem PMD-Kompensator 3 und einem Signalqualitäts-Detektor 7, 8, 10 ausgestattete Empfangseinrichtung. Ein synchrones optisches Empfangssignal ODS (optisches binäres Datensignal) wird dem Eingang 1 der Empfang- seinrichtung einer zugeführt. Zunächst wird es in einem optischen Empfangsverstärker 2 verstärkt und kann dann eine Dispersion kompensierende Faser durchlaufen (nicht dargestellt) , bevor es einem PMD-Kompensator 3 zugeführt wird. Dieser kann im Prinzip beliebig aufgebaut sein und führt entsprechend seinem Aufbau eine möglichst exakte Kompensation der PMD aus. Das so kompensierte optische Empfangssignal CODS wird einem Demodulator 4 zugeführt, der es demoduliert und in ein elektrisches Empfangssignal EDS umsetzt. Dieses wird durch einen elektrischen Verstarker 5 verstärkt, der im allgemeinen mit dem Demodulator 4 gemeinsam konzipiert ist. Im einfachsten Fall der Amplitudenmodulation ist der Demodulator 4 eine Photodiode, die gleichzeitig als optisch-elektrischer Umsetzer dient. Durch eine automatische Verstärkungsregelung des elektrischen Verstärkers 5 wird die Amplitude des elektrischen Empfangssignals EDS an seinem Ausgang konstant gehalten. Das elektrische Empfangssignal EDS wird von einem Verzweigungspunkt 6 an auf zwei Wegen einem Korrelator 8 zuge- fuhrt. Im oberen Weg wird es zunächst einem 3R-Regenerator 10 zugeführt, der ein komplett regeneriertes synchrones Empfangssignal REDS am Datenausgang 11 abgibt. Auch die Impulsform der Datenbits soll möglichst der Impulsform beim ideal kompensierten aber nicht regenerierten Empfangssignal ent- sprechen. Der Regenerator kann einen eigenen Taktregenerator und einen internen Schwellwertentscheider aufweisen, prinzipiell aber beliebig aufgebaut sein.
Im unteren Weg wird das elektrische Empfangssignal EDS über ein Laufzeitglied 7 gefuhrt und wie auch das regenerierte
Empfangssignal REDS dem im Zeitbereich arbeitenden Korrelator 8 zugeführt; die Eingangssignale des Korrelators 8 sind mit k und u bezeichnet) . Durch das Laufzeitglied 7 wird hierbei die Laufzeitdifferenz zwischen beiden Signalen kompensiert. Der Korrelator korreliert die Signale k und u und damit zeitlich das regenerierte Empfangssignal REDS mit dem nicht regenerierten Empfangssignal EDS.
Bei idealer PMD-Kompensation werden das regenerierte Emp- fangssignal und das nicht regenerierte Empfangssignal weitgehend übereinstimmen und am Ausgang des Korrelators wird ein maximales Ausgangssignal ein Korrelationsprodukt KAS als Maß für die Übereinstimmung oder Abweichung beider Signale abgegeben. Bei einer anderen Ausfuhrung wird ein minimales Feh- lersignal als „Korrelationsprodukt" erzeugt. Die Auswertung wird vereinfacht, wenn das regenerierte und nicht regenerierte Empfangssignal gleiche Amplituden aufweisen und die Differenz zwischen den Signalen als Regelkriterium dient. Bei un- genügender Kompensation ist die Abweichung zwischen beiden Signalen naturgemäß großer und damit das am Ausgang des Kor- relators abgegebenes Fehlersignal. Eine Steuer- /Regelungseinheit 9 variiert die Einstellung des PMD- Kompensators 3 bis die Abweichungen zwischen dem regenerierten Empfangssignal und dem nicht regenerierten Empfangssignal ein Minimum erreicht haben. Hierbei wird ein vorgegebenes Optimierungsverfahren verwendet.
Figur 2 zeigt eine Anordnung bei der der Korrelator 8 besonders einfach ausgeführt ist. Er enthalt lediglich eine Entscheiderstufe 12, die zwischen der logischen Null und der logischen Eins unterscheidet und ein unkompensiertes binares Empfangssignal u an einen Eingang eines Exklusiv-Oder-Gatters 13 abgibt, dessen zweitem Eingang das regenerierte Empfangssignal REDS zugeführt wird. Der 3R-Regenerator kann hier ebenfalls ein Binarsignal liefern oder ein Eingang des Exklusiv-Oder-Gatters wirkt als Entscheiderschwelle. Durch das Exklusiv-Oder-Gatters werden nur die Laufzeitunterschiede zwi- sehen beiden Signalen u, k bewertet und dann in der Steuer-
/Regelungseinheit 9 integriert. Eine Optimierung erfolgt wieder durch Verstellen der Parameter des PMD-Kompensators .
Die Steuer-/Regelungseinheit 9 kann z.B. auch zur Steuerung der Entscheiderstufe 12 und des 3R-Regenerators 10 verwendet werden. Der Korrelator kann auch zusatzlich Informationen u- ber die gemittelte Dauer der 1-Impulse beider Signale u und k liefern, so dass er auch zur Einstellung der Entscheiderschwelle des 3R-Regenerators verwendet werden kann.
Die Anordnung nach Figur 3 zeigt einen weiterentwickelten Signalqualitats-Detektor . Das wesentliche Element ist ein festes oder variables „System-Filter" 14, durch das die komplette Ubertragungsstrecke (gegebenenfalls ab einem 3R- Regenerator der Ubertragungsstrecke) einschließlich Sende- und Empfangseinrichtung nachgebildet ist. Im Idealfall werden durch das Filter die PMD-unabhangigen Verzerrungen der Ubertragungsstrecke nachgebildet. Sie entsprechen dann den PMD- unabhängigen Verzerrungen des nicht regenerierten Signals und liefern somit keinen relevanten Beitrag mehr zum Korrelationsprodukt. Durch Differenzbildung zwischen den Eingangswerten u und k und kann der Korrelator durch Einstellung des PMD-Kompensators im Idealfall auf Null abgeglichen werden, wenn das vom regenerierten Empfangssignal REDS abgeleitete Eingangssignal k mit dem nicht regenerierten Empfangssignal/Eingangssignal u übereinstimmt.
Die Steuer-/Regelungseinheit 9 wertet hier auch die Eingangssignale des Korrelators 8 aus und es erfolgt auch eine Optimierung der Schwelle des 3R-Regenerators und eines variables Laufzeitglieds 15, das hier im oberen Signalzweig angeordnet ist, um die zeitliche Korrelation zwischen dem kompensierten und dem unkompensierten Eingangssignal des Korrelators zu optimieren .
Wie bereits in de Beschreibungseinleitung erwähnt, kann der Signalqualitätsdetektor allgemein zur Bewertung der Signal- qualität und zur Steuerung der die Signalqualität beeinflussender Elemente verwendet werden. So kann auch z.B. die Wellenlänge eines Sendelasers gesteuert werden, um bei Verzerrungen verursachenden Filtern (insbesondere Bragg-Filter) die Laserfrequenz zu optimieren.

Claims

Patentansprüche
1. Signalqualitats-Detektor, insbesondere für einen PMD- Kompensator, dem ein in ein elektrisches Empfangssignal (EDS) umgesetztes optisches Empfangssignal (ODS) zugeführt wird, gekennzeichnet durch einen 3R-Regenerator (10), der das elektrische Empfangssignal (EDS) regeneriert und ein regeneriertes Empfangs- Signal (REDS) abgibt, einen Korrelator (8), dem das elektrische Empfangssignal (EDS) und das regenerierte elektrische Empfangssignal (REDS) zugeführt werden und der ein Korrelationssignal (KAS) abgibt, das der als Maß für die Abweichung oder Übereinstimmung zwischen dem regenerierten Empfangssignal (REDS) und dem nicht regenerierten elektrischen Empfangssignal (EDS) gewertet wird.
2. Signalqualitats-Detektor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das nicht regenerierte elektrische Empfangssignal (EDS) über ein Laufzeitglied (7) dem Korrelator (8) zugeführt ist.
3. Signalqualitats-Detektor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein die Ubertragungsstrecke nachbildendes Filter (14) zwischen 3R-Regenerator (10) und Korrelator (8) eingeschaltet ist.
4. Signalqualitats-Detektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein steuerbares Laufzeitglied (15) in den Signalweg des nicht regenerierten elektrischen Empfangssignals (EDS) oder des regenerierten Empfangsignals (REDS) eingeschaltet ist .
5. Signalqualitäts-Detektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Korrelator als EX-OR-Gatter (13) ausgebildet ist, dem eine Schwellwertschaltung (12) vorgeschaltet ist.
6. Signalqualitäts-Detektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Korrelator (8) als Multiplizierer mit nachgeschaltetem Integrator oder als Subtrahierer mit nachgeschaltetem Integrator ausgebildet ist.
7. Signalqualitäts-Detektor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der 3R-Regenerator (10) oder die Schwellwertschaltung (12) steuerbar sind und von einer das nicht regenerierte elektrische Empfangssignal (EDS) und das regenerierte Emp- fangssignal (REDS) auswertenden Steuer-/Regeleinrichtung (9) gesteuert werden.
8. Verwendung eines Signalqualitäts-Detektors nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass er zur Steuerung eines PMD-Kompensators (3) , eines Dispersionskompensators oder zur Abstimmung eines Sendelasers eingesetzt wird.
EP07728492A 2006-05-17 2007-04-25 Signalqualitäts-detektor Withdrawn EP2025079A1 (de)

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