JPWO2009144997A1 - Optical fiber dispersion detector and automatic dispersion compensation system using the same - Google Patents

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Abstract

本発明の分散検出装置は、光ファイバを通過する光信号をサンプリングした結果に基づいて、該光信号の状態を表すアイパターン波形のアイ開口形状をモニタリングする波形モニタ手段と、前記波形モニタ手段によってモニタリングされたアイ開口形状を表す情報に基づいて、前記アイパターン波形の電圧方向の開口最大長と位相方向の開口最大長とを検出するアイ開口計算手段と、前記アイ開口計算手段によって検出された電圧方向の開口最大長を表す情報と位相方向の開口最大長を表す情報とに基づいて、前記光信号の偏波分散量および波長分散量を検出する分散量検出手段と、を備える。The dispersion detection apparatus of the present invention includes a waveform monitoring unit that monitors an eye opening shape of an eye pattern waveform representing a state of an optical signal based on a result of sampling an optical signal passing through an optical fiber, and the waveform monitoring unit. Based on information representing the monitored eye opening shape, eye opening calculating means for detecting the maximum opening length in the voltage direction and the maximum opening length in the phase direction of the eye pattern waveform, and detected by the eye opening calculating means Dispersion amount detection means for detecting the polarization dispersion amount and the chromatic dispersion amount of the optical signal based on information representing the maximum aperture length in the voltage direction and information representing the maximum aperture length in the phase direction.

Description

本発明は、超高速光伝送システムにおいて、高速光信号の伝送距離の制限要因となる光ファイバの波長分散または偏波分散を、光ファイバのアイ開口を表す情報に基づいて検出する技術に関する。   The present invention relates to a technique for detecting chromatic dispersion or polarization dispersion of an optical fiber, which is a limiting factor of a transmission distance of a high-speed optical signal, in an ultrahigh-speed optical transmission system based on information representing an eye opening of the optical fiber.

近年のネットワーク容量の急激な増加に伴い、光伝送システムの大容量化が求められている。最近では、10Gbpsの波長多重(WDM)伝送方式から、より大容量伝送が可能となる40GbpsのWDM光伝送システムへの置き換えが進められており、光伝送システムの大容量化への開発が急ピッチで進行している。   With the rapid increase in network capacity in recent years, there is a demand for an increase in capacity of optical transmission systems. Recently, replacement of a 10 Gbps wavelength division multiplexing (WDM) transmission system with a 40 Gbps WDM optical transmission system capable of transmitting a larger capacity has been promoted, and the development to increase the capacity of the optical transmission system has been at a rapid pace. Is progressing.

このような40Gbpsの光伝送システムでは、これまで10Gbpsのシステムで問題となってきた波長分散に起因する波形劣化に加えて、偏波分散に起因する波形劣化の影響が非常に大きくなり、光信号の伝送距離が著しく制限されるという課題がある。   In such a 40 Gbps optical transmission system, in addition to the waveform degradation caused by chromatic dispersion, which has been a problem with 10 Gbps systems, the influence of waveform degradation caused by polarization dispersion becomes very large. There is a problem in that the transmission distance is significantly limited.

まず、波長分散の影響を述べる。   First, the influence of chromatic dispersion will be described.

波長分散は、光ファイバ内を伝搬される光信号の速度が全ての波長にわたって均一ではなく、波長ごとに異なるために発生する分散であり、そのトレランス(発生に対する許容量)はビットレートの二乗に反比例する。したがって、波長分散は、既存の10Gbpsシステムでは約800ps/nmであるのに対して、40Gbpsのシステムでは約50ps/nm(10Gbpsの1/16の値)と非常に厳しくなる。   Chromatic dispersion is dispersion that occurs because the speed of an optical signal propagated in an optical fiber is not uniform over all wavelengths, but varies from wavelength to wavelength, and its tolerance (allowable amount of generation) is the square of the bit rate. Inversely proportional. Therefore, the chromatic dispersion is about 800 ps / nm in the existing 10 Gbps system, and is very severe at about 50 ps / nm (1/16 of 10 Gbps) in the 40 Gbps system.

加えて、光ファイバ伝送路の波長分散値は、温度や圧力等の環境変化に応じて経時的な変遷をする。例えば、−50℃から100℃の範囲で温度変化が生じた場合、シングルモードファイバの50kmにわたる分散値変化量は、16ps/nmであり、システム上は無視できない値となる。従って、システムの運用開始時に分散に対する補償量を最適化するだけでなく、システムの運用中にも分散値の経時変化に対応して、分散補償量の最適化を行う必要があることがわかる。   In addition, the chromatic dispersion value of the optical fiber transmission line changes with time according to environmental changes such as temperature and pressure. For example, when a temperature change occurs in the range of −50 ° C. to 100 ° C., the dispersion value change amount over 50 km of the single mode fiber is 16 ps / nm, which is a value that cannot be ignored on the system. Therefore, it is understood that not only the compensation amount for dispersion is optimized at the start of operation of the system, but also the dispersion compensation amount needs to be optimized in response to the temporal change of the dispersion value during operation of the system.

次に、偏波分散の影響を述べる。   Next, the influence of polarization dispersion will be described.

偏波分散は、光ファイバが僅かに楕円化しているために真円からのずれの影響や光ファイバに対する応力の影響によって、光パルスの偏波成分(TEモードおよびTMモードの2つの光モード)の伝播遅延時間が異なることによって生じる分散である。偏波分散は、一般に光信号の伝送速度が高速になるほど、また、伝送距離が長くなるほど大きくなる。   Polarization dispersion is due to the effect of deviation from a perfect circle and the effect of stress on the optical fiber because the optical fiber is slightly elliptical (the two optical modes, TE mode and TM mode). This is a dispersion caused by different propagation delay times. In general, polarization dispersion increases as the transmission speed of an optical signal increases and as the transmission distance increases.

これまでに敷設された古い光ファイバ(主に日本以外で設置されたもの)には、1ps/km1/2を超える大きな偏波分散を有するものも存在する。例えば、このような光ファイバで光信号を100km伝送した場合、2つの偏光成分に生じる群遅延(DGD:Differential Group Delay)Δτは10ps程度となり、40Gbpsの光信号の1タイムスロット25psの2/5にも達する。そのため、光信号の波形劣化が著しくなり、伝送距離が大きく制限される。Some old optical fibers (mainly installed outside Japan) have large polarization dispersion exceeding 1 ps / km 1/2 . For example, when an optical signal is transmitted 100 km through such an optical fiber, a group delay (DGD: Differential Group Delay) Δτ generated in two polarization components is about 10 ps, which is 2/5 of one time slot 25 ps of a 40 Gbps optical signal. Also reach. Therefore, the waveform deterioration of the optical signal becomes significant, and the transmission distance is greatly limited.

さらに、偏波分散は、温度変化や、ファイバタッチ(光ファイバに手が触れたり、光ファイバに風が吹き付けられたりするなどにより光ファイバに応力がかかること)などのストレスによる伝送路環境の変化によって経時的に変動する。   Furthermore, polarization dispersion is caused by changes in the transmission path environment due to temperature changes and stress such as fiber touch (stress is applied to the optical fiber by touching the optical fiber or wind blowing on the optical fiber). Varies over time.

温度変化に対する偏波分散の変動に関しては、例えば、非特許文献1に開示されている。非特許文献1では、地下管路のシングルモードファイバの48.8kmにわたる偏波分散変動量と環境温度変化との相関が指摘されている。この結果によれば、温度変化に対する偏波分散の変動は、分単位で発生する比較的低速な変動であることがわかる。   For example, Non-Patent Document 1 discloses changes in polarization dispersion with respect to temperature changes. Non-Patent Document 1 points out the correlation between the polarization dispersion fluctuation amount of the single mode fiber in the underground pipe line over 48.8 km and the environmental temperature change. According to this result, it can be seen that the fluctuation of the polarization dispersion with respect to the temperature change is a relatively slow fluctuation that occurs in minutes.

これに対して、非特許文献2では、偏波分散変動の機械的振動(mechanical vibration)による発生頻度が報告されている。非特許文献2では、偏波分散変動の速さは、一般にキロヘルツ、即ちミリ秒単位の速さであると報告されている。従って、高精度に偏波分散を補償するには、先に述べた波長分散と同様に、システムの立上げ時に伝送路状態に応じて自動で補償動作を行うだけでなく(いわゆる無調整・調整フリー化)、システムの運用中もダイナミックに偏波分散の影響をモニタして、ミリ秒単位で高速に偏波分散に追随して補償動作を行う必要がある。   On the other hand, Non-Patent Document 2 reports the frequency of occurrence of polarization dispersion fluctuation due to mechanical vibrations (mechanical vibration). Non-Patent Document 2 reports that the speed of polarization dispersion fluctuation is generally kilohertz, that is, a speed in milliseconds. Therefore, in order to compensate the polarization dispersion with high accuracy, as well as the chromatic dispersion described above, not only the compensation operation is automatically performed according to the transmission path state at the time of starting the system (so-called no adjustment / adjustment). It is necessary to monitor the influence of polarization dispersion dynamically during system operation and to perform compensation operation following the polarization dispersion at high speed in milliseconds.

以上をまとめると、40Gbpsの光伝送システムでの伝送距離伸張を実現するためには、次の要素技術が必要となる。   To summarize the above, the following elemental technologies are required to realize the transmission distance extension in the 40 Gbps optical transmission system.

(1)可変分散補償器
(2)伝送路の分散量(波長分散や偏波分散)のモニタ方法
なお、偏波分散の場合は、ミリ秒単位の高速な分散変動をモニタする必要がある。
(3)可変分散補償器のフィードバック最適化制御方法
ここで、分散量のモニタ方法としては、例えば波長分散では、複数の異なる波長の光を光ファイバに入力し、出力光間の群遅延差や位相差を測定するパルス法や位相法が用いられている。しかし、これらの方法を用いて、システム運用中に常時分散測定を行うためには、光伝送システムの各中継区間ごとに一組の波長分散測定器が必要となる。さらに、データ信号光の伝送を中断しないで分散量測定を行うためには、データ信号光とは異なる波長の測定光を用いる必要がある。
(1) Variable dispersion compensator (2) Method of monitoring transmission line dispersion (wavelength dispersion or polarization dispersion) In the case of polarization dispersion, it is necessary to monitor high-speed dispersion fluctuations in milliseconds.
(3) Feedback Optimization Control Method for Variable Dispersion Compensator Here, as a method for monitoring the amount of dispersion, for example, in chromatic dispersion, light of a plurality of different wavelengths is input to an optical fiber, and a group delay difference between output lights or A pulse method or a phase method for measuring a phase difference is used. However, in order to always perform dispersion measurement during system operation using these methods, a set of chromatic dispersion measuring devices is required for each relay section of the optical transmission system. Furthermore, in order to measure the dispersion amount without interrupting the transmission of the data signal light, it is necessary to use measurement light having a wavelength different from that of the data signal light.

このように、光伝送装置の中でパルス法や位相法を実行することは、サイズおよび経済性の面から現実的とは言い難い。さらに、主信号光波長と異なる波長を用いる場合、測定光波長での測定値を基に、信号光波長での分散値を推測するというプロセスを介するため、厳密性に欠けるおそれがある。そのため、主信号光から直接、波長分散値をモニタできる方法が望ましい。この波長分散モニタ法として、40Gb/s OTDM(光時分割多重)信号およびNRZ(Non-Return-to-Zero)信号のベースバンドスペクトル中の40GHz成分強度を用いる方法も近年提案されている。   As described above, it is difficult to say that the pulse method and the phase method are executed in the optical transmission apparatus in terms of size and economy. Furthermore, when a wavelength different from the main signal light wavelength is used, there is a possibility of lack of strictness because of the process of estimating the dispersion value at the signal light wavelength based on the measurement value at the measurement light wavelength. Therefore, a method that can monitor the chromatic dispersion value directly from the main signal light is desirable. As this chromatic dispersion monitoring method, a method using 40 GHz component intensity in the baseband spectrum of a 40 Gb / s OTDM (optical time division multiplexing) signal and an NRZ (Non-Return-to-Zero) signal has been recently proposed.

次に、偏波分散のモニタおよび分散補償についての関連技術について述べる。   Next, related technologies for polarization dispersion monitoring and dispersion compensation will be described.

例えば、特許文献1には、光信号の符号誤りに関する情報に基づいて波形劣化の補償量を最適制御する技術が開示されている。すなわち、光信号の符号誤り情報が分散モニタの役割を果たしている。具体的には、特許文献1に開示された自動分散補償システムにおいては、図1に示すように、光信号は、光アンプ101で増幅された後に可変分散補償器102に送られる。可変分散補償器102の出力信号は、光アンプ103で増幅された後に受光素子104で電気信号に変換される。受光素子104の出力信号は増幅回路105で増幅され、クロック再生/識別回路106でクロック再生ならびに識別処理が行われ、直並列変換回路107で直並列変換される。誤り訂正回路108は、直並列変換回路107の出力信号に符号処理を施すことで符号誤りの検出を行い、検出した符号誤りに関する情報を制御回路109にフィードバックする。制御回路109は、誤り訂正回路108からフィードバックされた情報を基に、可変分散補償器102を最適制御する。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for optimally controlling the amount of compensation for waveform degradation based on information related to a code error of an optical signal. That is, the code error information of the optical signal serves as a dispersion monitor. Specifically, in the automatic dispersion compensation system disclosed in Patent Document 1, an optical signal is amplified by an optical amplifier 101 and then sent to a tunable dispersion compensator 102 as shown in FIG. The output signal of the tunable dispersion compensator 102 is amplified by the optical amplifier 103 and then converted into an electric signal by the light receiving element 104. The output signal of the light receiving element 104 is amplified by the amplifier circuit 105, the clock recovery / identification circuit 106 performs clock recovery and identification processing, and the serial / parallel conversion circuit 107 performs serial / parallel conversion. The error correction circuit 108 performs code processing on the output signal of the serial / parallel conversion circuit 107 to detect a code error, and feeds back information about the detected code error to the control circuit 109. The control circuit 109 optimally controls the tunable dispersion compensator 102 based on the information fed back from the error correction circuit 108.

また、特許文献2には、一般的な伝送品質モニタを使用して、伝送品質劣化の主要因である波長分散と偏波分散の2つの分散を切り分ける技術が開示されている。ここで、伝送品質モニタの一例としては、誤り測定器や、Q値を測定する伝送品質モニタ等がある。具体的には、特許文献2に開示された第1の自動分散補償システムにおいては、図2に示すように、光受信器110は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード(PD)111と、前置増幅器112および増幅器113によって構成され、電気信号を増幅し波形整形を行う等化増幅器114と、等化増幅器114の出力信号からクロック信号を抽出するクロック抽出回路115と、等化増幅器114の出力信号の状態を識別する識別回路116とを備えている。状態モニタ117は、PD111、等化増幅器114、および識別回路116の状態をモニタする。また、特許文献2に開示された第2の自動分散補償システムにおいては、図3に示すように、PMDモニタ119のモニタ結果に応じてPMD補償器118を制御する。これにより、分散補償器120に入力される光受信信号に対するPMD補償がなされる。また、光/電気変換器(O/E)121をモニタする分散モニタ122のモニタ結果に応じて、分散補償器120を制御する。   Patent Document 2 discloses a technique for separating two dispersions of chromatic dispersion and polarization dispersion, which are main causes of transmission quality degradation, using a general transmission quality monitor. Here, examples of the transmission quality monitor include an error measuring device and a transmission quality monitor for measuring the Q value. Specifically, in the first automatic dispersion compensation system disclosed in Patent Document 2, as shown in FIG. 2, an optical receiver 110 includes a photodiode (PD) 111 that converts an optical signal into an electrical signal, and The preamplifier 112 and the amplifier 113, an equalizing amplifier 114 for amplifying an electric signal and shaping the waveform, a clock extracting circuit 115 for extracting a clock signal from the output signal of the equalizing amplifier 114, and an equalizing amplifier 114 And an identification circuit 116 for identifying the state of the output signal. The status monitor 117 monitors the status of the PD 111, the equalizing amplifier 114, and the identification circuit 116. In the second automatic dispersion compensation system disclosed in Patent Document 2, the PMD compensator 118 is controlled according to the monitoring result of the PMD monitor 119 as shown in FIG. As a result, PMD compensation for the optical reception signal input to the dispersion compensator 120 is performed. Further, the dispersion compensator 120 is controlled according to the monitoring result of the dispersion monitor 122 that monitors the optical / electrical converter (O / E) 121.

なお、波長分散補償についての具体的な技術としては、例えば、特許文献4〜6、非特許文献3,4などに開示された技術がある。波長分散補償に用いられる可変型波長分散補償デバイスとしては、非特許文献5に開示されたVIPA(Virtually−Imaged−Phased−Array)や、非特許文献6に開示されたFBG(Fiber−Bragg−Grating)を用いた光デバイスなどがある。   As specific techniques for chromatic dispersion compensation, for example, there are techniques disclosed in Patent Documents 4 to 6, Non-Patent Documents 3 and 4, and the like. Examples of the variable chromatic dispersion compensation device used for chromatic dispersion compensation include VIPA (Virtually-Imaged-Phased-Array) disclosed in Non-Patent Document 5, and FBG (Fiber-Bragg-Grating) disclosed in Non-Patent Document 6. ) And other optical devices.

また、偏波分散補償についての具体的な技術としては、例えば、非特許文献7に開示されている、光処理型、光電処理型および電気処理型などの方式がある。この中で光処理型および光電処理型については偏光状態の制御を行う必要がある。さらに、偏波分散補償についての制御方式としては、非特許文献8,9に開示されている、偏波分散補償後の光信号に含まれるクロック信号の1/2の周波数成分や1/4の周波数成分をモニタして、偏光状態の制御を行う方式がある。   In addition, specific techniques for polarization dispersion compensation include, for example, methods such as an optical processing type, a photoelectric processing type, and an electric processing type disclosed in Non-Patent Document 7. Among these, the light processing type and the photoelectric processing type need to control the polarization state. Further, as a control method for polarization dispersion compensation, the frequency component of 1/2 of the clock signal included in the optical signal after polarization dispersion compensation, disclosed in Non-Patent Documents 8 and 9, or 1/4 There is a method for controlling the polarization state by monitoring frequency components.

しかしながら、上記のような関連技術の分散モニタ技術および分散補償技術においては、幾つかの課題がある。以下に、その課題を述べる。   However, there are some problems in the dispersion monitoring technique and dispersion compensation technique of the related art as described above. The problems are described below.

(1)特許文献1に開示された技術は、図1に示したように、分散の識別や制御などが電気処理で行われていることから、装置の小型化や低コスト化という観点では有利であり、近年注目されている。しかしながら、符号誤り情報を分散補償の制御に用いるこの技術の場合、一般的に、エラー数が最小になるように可変分散補償器の係数調整が行われることになる。ただし、エラーはランダムに発生するため、ある程度エラー数が蓄積されるまで一定時間エラーカウントの積算が必要となる。また、このシステムでは、何らかの条件変化により分散変動が生じ、それにより符号誤りが発生した場合に、分散の補償を現状よりも過剰に(+側に)制御するか、あるいは減少方向に(−側に)制御するかを判定するためのデータを有していない。一般には、特許文献7に開示されるような、乱数的に発生させたドットで階調を表現するディザリング手法や、非特許文献10に開示されるような、現在の頂点から次の候補の頂点を展開したとき、その中で最もゴールに近そうなものを次の探索コースとして決める山登り手法などのアルゴリズムを用いることで、最適な補償点を見つけ出す方法が採られる。しかし、特許文献1に開示された技術は、上記のデータを有していないために、分散補償量を増加したときに誤り率が減少するか増加するかを最初に確定することはできない。即ち、誤り率を基に分散補償量を制御する場合に、最適値に到達するまでに要する時間が長くなってしまう。さらに、分散補償量の制御間隔の刻みが荒い場合、システムの収束ポイントが見つけられないおそれがあるので、分散補償量の制御間隔はある程度高精度を維持しなければならない。この場合、収束までに必要な時間および繰り返し回数はさらに増加してしまう。従って、ミリ秒単位の高速補償が必要なシステムへの適用は難しいという課題がある。   (1) The technique disclosed in Patent Document 1 is advantageous from the viewpoint of downsizing and cost reduction of the apparatus because the identification and control of dispersion are performed by electrical processing as shown in FIG. It has been attracting attention in recent years. However, in the case of this technique using the code error information for dispersion compensation control, generally, the coefficient adjustment of the variable dispersion compensator is performed so that the number of errors is minimized. However, since errors occur randomly, it is necessary to accumulate error counts for a certain period of time until the number of errors is accumulated to some extent. In addition, in this system, when a dispersion variation occurs due to some condition change and a code error occurs thereby, dispersion compensation is controlled excessively (to the + side) than the current state, or in a decreasing direction (to the − side). B) Does not have data for determining whether to control. In general, a dithering method that expresses gradation with dots generated randomly, as disclosed in Patent Document 7, or a next candidate from the current vertex as disclosed in Non-Patent Document 10 When the vertices are developed, an algorithm such as a hill-climbing technique that determines the next search course that is closest to the goal is used to find an optimal compensation point. However, since the technique disclosed in Patent Document 1 does not have the above data, it cannot be determined first whether the error rate decreases or increases when the dispersion compensation amount is increased. That is, when the dispersion compensation amount is controlled based on the error rate, the time required to reach the optimum value becomes long. Furthermore, if the step of the dispersion compensation amount control interval is rough, the convergence point of the system may not be found. Therefore, the dispersion compensation amount control interval must maintain a certain degree of accuracy. In this case, the time required for convergence and the number of repetitions further increase. Therefore, there is a problem that it is difficult to apply to a system that requires high-speed compensation in milliseconds.

(2)特許文献2に開示された技術のうち、図3に示した自動分散補償システムは、波長分散および偏波分散のそれぞれに対応して、モニタ、制御装置、および分散補償器が必要となる。これらの構成要素である分散補償器およびその周辺装置は、大部分が光部品で構成されているため、部品点数の増大による装置の大型化、高コスト化につながる。従って、汎用化がしにくいという課題がある。   (2) Among the techniques disclosed in Patent Document 2, the automatic dispersion compensation system shown in FIG. 3 requires a monitor, a control device, and a dispersion compensator for each of chromatic dispersion and polarization dispersion. Become. Most of the dispersion compensator and its peripheral devices, which are these components, are composed of optical components, leading to an increase in the size and cost of the device due to an increase in the number of components. Therefore, there is a problem that it is difficult to generalize.

(3)偏波分散補償についてのその他の具体的な従来技術としては、光処理、電気処理などを行う幾つかの技術がある。ただし、それらの偏波分散補償技術の殆どは偏光状態の制御を必要としている。この場合、ミリ秒単位の高速で経時変動する偏波分散に対して偏光制御を実現するのは難しいという課題がある。   (3) Other specific conventional techniques for polarization dispersion compensation include several techniques for performing optical processing, electrical processing, and the like. However, most of these polarization dispersion compensation techniques require control of the polarization state. In this case, there is a problem that it is difficult to realize polarization control with respect to polarization dispersion that changes with time at a high speed in milliseconds.

以上のことから、超高速光伝送技術における分散補償技術では、運用中においてもシステムを停止することなく高速分散補償を実現するには、次の2点が求められる。   From the above, the dispersion compensation technique in the ultrahigh-speed optical transmission technique requires the following two points to realize the high-speed dispersion compensation without stopping the system even during operation.

1)誤り訂正情報を用いた場合では得られない分散量の増減方向、及びその量を推定することが可能な分散モニタ機構
2)高速な分散変動が発生した際にも、瞬時にその変動量を推定することができると同時に、分散補償量を高速で最適値に変更することを可能にする、簡易な演算処理を用いた分散モニタ手法、および分散補償装置
1) Increase / decrease direction of the amount of dispersion that cannot be obtained by using error correction information, and a dispersion monitoring mechanism that can estimate the amount 2) Even when high-speed dispersion changes occur, the amount of change is instantaneous Dispersion monitoring method using simple arithmetic processing, and dispersion compensation apparatus, which can estimate the dispersion compensation amount and change the dispersion compensation amount to an optimum value at high speed

特開平7−221705号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-221705 特開2002−208892号公報JP 2002-208992 A 特開2004−7150号公報JP 2004-7150 A 特開平8−321805号公報JP-A-8-321805 特開平9−326755号公報JP-A-9-326755 特開平10−276172号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-276172 特開2002−33701号公報JP 2002-337701 A “J.Cameron et al.: Time evolution of polarization−mode dispersion for aerial and buried cables, Proc. OFC98, pp240−241”“J. Cameron et al .: Time evolution of polarization-mode dispersion for aerial and buried cables, Proc. OFC98, pp240-241”. “H.Brow et al.: Measurement of the Maximum Speed of PMD Fluctuation in Installed Field Fiber, Proc. OFC’99, pp83−85”“H. Brown et al .: Measurement of the Maximum Speed of PMD Fluctuation in Installed Field Fiber, Proc. OFC'99, pp 83-85”. “G.Ishikawa et al., “DEMONSTRATION OF AUTOMATIC DISPERSION EQUALIZATION IN 40 Gbit/s OTDM TRANSMISSION”, ECOC’98, pp.519−520”“G. Ishikawa et al.,“ DEMONSTRATION OF AUTOMATIC DISPERSION EQUALIZEN IN 40 Gbit / s OTDM TRANSMISSION ”, ECOC'98, pp. 519-520”. “Y.Akiyama et al., “AUTOMATIC DISPERSION EQUALIZATION IN 40 Gbit/s TRANSMISSION BY SEAMLESS−SWITCHING BETWEEN MULTIPLESIGNAL WAVELENGTHS”, ECOC’99, pp.I−150−151”“Y. Akiyama et al.,“ AUTOMATIC DISPERSION EQUALIZATION IN 40 Gbit / s TRANSMISSION BY SEAMLESS-SWITCHING BETWEEN MULTIIPSIGNAL WAVEENP ”51-150. “M.Shirasaki et al.,“Dispersion Compensation Using The Virtually Imaged Phased Array”, APCC/OECC’99, pp.1367−1370, 1999”“M. Shirasaki et al.,“ Dispersion Compensation Using The Virtually Imaged Phased Array ”, APCC / OECC '99, pp. 1367-1370, 1999”. “M.M.Ohn et al., “Tunable Fiber Grating Dispersion Usinga Piezoelectric Stack”, OFC’97 WJ3”“M.M. Ohn et al.,“ Tunable Fiber Grading Dispersion Usagea Piezoelectric Stack ”, OFC'97 WJ3” “H.Bulow et al., “Optical and electronic PMD compensation”, OFC’03, p.541”“H. Bullow et al.,“ Optical and electronic PMD compensation ”, OFC’03, p.541” “H.Ooi et al., “Automatic Polarization−ModeDispersion Compensation in 40 Gbit/s Transmission,, IOOC’99, WE5”“H. Ooi et al.,“ Automatic Polarization-ModeDispersion Compensation in 40 Gbit / s Transmission, IOOC'99, WE5 ” “D.Sandel et al., “Automatic polarization mode dispersion compensation in40 Gbit/s optical transmission system”, Electron.Lett.,1998, pp2258−2259”“D. Sandel et al.,“ Automatic polarization mode dispersion compensation in 40 Gbit / s optical transmission system ”, Electron. Lett., 1998, pp 2258-2259. “長岡真:岩波講座ソフトウェア科学14「知識と推論」、岩波書店、1988、pp.114−120”“Makoto Nagaoka: Software Science 14“ Knowledge and Reasoning ”, Iwanami Shoten, 1988, pp. 114-120 "

そこで、本発明の目的は、ミリ秒単位の高速で偏波分散を補償するための高速かつ簡便な分散検出装置およびそれを用いた自動分散補償システムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-speed and simple dispersion detector for compensating polarization dispersion at a high speed in milliseconds and an automatic dispersion compensation system using the same.

上記の目的を達成するために、本発明の分散検出装置は、光ファイバを通過する光信号をサンプリングした結果に基づいて、該光信号の状態を表すアイパターン波形のアイ開口形状をモニタリングする波形モニタ回路と、前記波形モニタ回路によってモニタリングされた、アイ開口形状を表す情報に基づいて、前記アイパターン波形の電圧方向の開口最大長と位相方向の開口最大長とを検出するアイ開口計算部と、前記アイ開口計算部によって検出された電圧方向の開口最大長を表す情報と位相方向の開口最大長を表す情報とに基づいて、前記光信号の偏波分散量および波長分散量を検出する分散量検出部と、を備えて構成されるものである。なお、ここでは波形モニタ回路を一例として説明を行ったが、以降を含めて波形モニタ部としてもよい。   In order to achieve the above object, the dispersion detection device of the present invention monitors a shape of an eye opening of an eye pattern waveform representing a state of an optical signal based on a result of sampling an optical signal passing through an optical fiber. An eye opening calculation unit that detects a maximum opening length in the voltage direction and a maximum opening length in the phase direction of the eye pattern waveform based on information representing the eye opening shape monitored by the waveform monitoring circuit; The dispersion for detecting the polarization dispersion amount and the chromatic dispersion amount of the optical signal based on the information indicating the maximum aperture length in the voltage direction and the information indicating the maximum aperture length in the phase direction detected by the eye aperture calculator And a quantity detection unit. Although the waveform monitor circuit has been described as an example here, the waveform monitor unit including the following may be used.

また、本発明の分散量検出部は、前記電圧方向のアイ開口最大長が得られる特定位相位置を基点として、前記位相方向のアイ開口最大長を2つに分けた場合の分割比率を算出することにより、偏波分散量を表す情報である光波形の遅波成分ならびに速波成分のパワー分岐比を検出する偏波分散量検出部を備えて構成されるものである。   In addition, the dispersion amount detection unit of the present invention calculates a division ratio when the maximum eye opening length in the phase direction is divided into two with the specific phase position where the maximum eye opening length in the voltage direction is obtained as a base point. Thus, a polarization dispersion amount detection unit that detects the power branching ratio of the slow wave component and the fast wave component of the optical waveform, which is information representing the polarization dispersion amount, is configured.

また、本発明の偏波分散量検出部は、前記電圧方向のアイ開口最大長と位相方向のアイ開口最大長との長さの比率を表す情報を算出し、算出した長さの比率を前記検出したパワー分岐比と掛け合わせることにより、偏波分散量を表す情報である群遅延量を検出するものである。   Further, the polarization dispersion amount detection unit of the present invention calculates information indicating a ratio of the length of the eye opening maximum length in the voltage direction and the eye opening maximum length in the phase direction, and calculates the ratio of the calculated length. By multiplying the detected power branching ratio, the group delay amount which is information indicating the polarization dispersion amount is detected.

また、本発明の波形モニタ回路は、前記光ファイバ通過後の受信波形から、外部から入力される識別クロックに基づくタイミングで、外部から設定される電圧方向の識別閾値以上のデータをサンプリングする識別器と、前記識別器の識別閾値を設定する回路と、前記識別器に入力する識別クロックの位相を変化させる位相調整回路と、を備え、前記識別器の識別閾値を電圧方向に変化させ、さらに前記識別器に入力する識別クロックの位相を変化させながら、前記受信波形から複数のデータを繰り返しサンプリングすることによりアイパターン波形のアイ開口形状を抽出するものである。   In addition, the waveform monitor circuit of the present invention is a discriminator that samples data exceeding a discrimination threshold in the voltage direction set from the outside at a timing based on the discrimination clock inputted from the outside from the received waveform after passing through the optical fiber. And a circuit for setting a discrimination threshold of the discriminator, and a phase adjustment circuit for changing the phase of the discrimination clock input to the discriminator, changing the discrimination threshold of the discriminator in the voltage direction, and The eye opening shape of the eye pattern waveform is extracted by repeatedly sampling a plurality of data from the received waveform while changing the phase of the identification clock input to the discriminator.

また、本発明の分散量検出部は、前記位相方向のアイ開口最大長が得られる特定電圧位置を基点として、前記電圧方向のアイ開口最大長を上下に分けた場合の分割比率を算出すると同時に、電圧方向のアイ開口最大長と位相方向のアイ開口最大長との長さの比率を算出し、算出した長さの比率を前記算出した分割比率と掛け合わせることにより波長分散量を検出する波長分散量検出部を備えて構成されるものである。   In addition, the dispersion amount detection unit of the present invention calculates a division ratio when the eye opening maximum length in the voltage direction is divided into upper and lower parts, starting from the specific voltage position where the eye opening maximum length in the phase direction is obtained. The wavelength for detecting the amount of chromatic dispersion by calculating the ratio of the maximum length of the eye opening in the voltage direction and the maximum length of the eye opening in the phase direction and multiplying the calculated ratio of the length by the calculated division ratio A dispersion amount detection unit is provided.

以上述べたように本発明の分散検出装置によれば、偏波分散に起因する波形劣化については、受信アイパターン波形のアイ開口量が左右で非対称になるという特徴を高速モニタにより抽出したうえで、簡易な計算手法で偏波分散量を検出しているため、ミリ秒単位の高速で偏波分散を補償することができるという効果が得られる。また、波長分散に起因する波形劣化については、受信アイパターン波形のクロスポイントが中間位置から上側または下側に変動し、かつアイパターン波形の位相方向の開口量が減少するという特徴を、同じく高速モニタにより抽出したうえで、簡易な計算手法で波長分散量を検出しているため、高速で、かつ小型な装置で分散を補償することができるという効果が得られる。   As described above, according to the dispersion detection apparatus of the present invention, with respect to waveform deterioration due to polarization dispersion, a feature that the eye opening amount of the received eye pattern waveform is asymmetrical on the left and right is extracted by a high-speed monitor. Since the amount of polarization dispersion is detected by a simple calculation method, the effect that polarization dispersion can be compensated at a high speed in milliseconds can be obtained. The waveform degradation caused by chromatic dispersion is also characterized by the fact that the cross-point of the received eye pattern waveform fluctuates from the middle position to the upper side or lower side, and the amount of aperture in the phase direction of the eye pattern waveform decreases. Since the chromatic dispersion amount is detected by a simple calculation method after being extracted by the monitor, it is possible to obtain an effect that the dispersion can be compensated with a high-speed and small device.

従来の自動分散補償システムの一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of the conventional automatic dispersion compensation system. 従来の自動分散補償システムの他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the conventional automatic dispersion compensation system. 従来の自動分散補償システムのさらに他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the further another structural example of the conventional automatic dispersion compensation system. 本発明の一実施形態の分散検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the dispersion | distribution detection apparatus of one Embodiment of this invention. 図4に示した分散検出装置における、偏波分散量の具体的検出方法を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a specific method for detecting the amount of polarization dispersion in the dispersion detection apparatus shown in FIG. 4. 図4に示した分散検出装置による偏波分散量の推定結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an estimation result of polarization dispersion amount by the dispersion detection apparatus shown in FIG. 4. 図4に示した分散検出装置における、波長分散量の具体的検出方法を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a specific method for detecting the amount of chromatic dispersion in the dispersion detection apparatus shown in FIG. 4. 図4に示した分散検出装置による波長分散量の推定結果を示す図である。It is a figure which shows the estimation result of the amount of chromatic dispersion by the dispersion | distribution detection apparatus shown in FIG. 図4に示した分散検出装置を用いた自動分散補償システムの一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of the automatic dispersion compensation system using the dispersion | distribution detection apparatus shown in FIG. 図9に示した自動分散補償システムの概略動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the schematic operation of the automatic dispersion compensation system shown in FIG. 9. 図4に示した分散検出装置を用いた自動分散補償システムの他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the automatic dispersion compensation system using the dispersion | distribution detection apparatus shown in FIG. 図4に示した分散検出装置を用いた自動分散補償システムのさらに他の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing still another configuration example of an automatic dispersion compensation system using the dispersion detection apparatus shown in FIG. 4.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below.

まず、偏波分散の影響で劣化した波形から、偏波分散量を検出する場合について述べる。   First, a case will be described in which the amount of polarization dispersion is detected from a waveform degraded by the influence of polarization dispersion.

上述のように、偏波分散は、群遅延(DGD)により生じる光波形の遅波成分および速波成分の2つの波が、パワー分岐比γで合波されることにより生じる波形劣化である。伝達関数zは式(1)のように表現される。   As described above, polarization dispersion is waveform degradation caused by combining two waves of a slow wave component and a fast wave component of an optical waveform caused by group delay (DGD) with a power branching ratio γ. The transfer function z is expressed as Equation (1).

(1−γ)+γ×z−DGD/1UI (1)
ここで、zは伝達関数、γは入力波に対する遅延波のエネルギ割合、DGDは群遅延、1UIは1シンボル長である。
(1-γ) + γ × z- DGD / 1UI (1)
Here, z is the transfer function, γ is the energy ratio of the delayed wave to the input wave, DGD is the group delay, and UI is one symbol length.

偏波分散に起因する波形劣化では、上記伝達関数におけるパワー分岐比γが1:1の場合を除き、受信アイパターン波形のアイ開口量が1シンボル内の左右両端で非対称になることが大きな特徴である。   In the waveform deterioration caused by polarization dispersion, the eye opening amount of the received eye pattern waveform is asymmetrical at both the left and right sides in one symbol, except when the power branching ratio γ in the transfer function is 1: 1. It is.

従って、はじめに受信波形を複数点にわたってサンプリングして抽出し、抽出データを基にアイパターン波形のアイ開口形状をモニタリングすることにより、波形の非対称の程度を認識する。この非対称度合いから偏波分散量を推定することができる。   Therefore, first, the received waveform is sampled and extracted over a plurality of points, and the degree of asymmetry of the waveform is recognized by monitoring the eye opening shape of the eye pattern waveform based on the extracted data. The amount of polarization dispersion can be estimated from the degree of asymmetry.

このように、偏波分散量を検出する第1態様の分散検出装置は、光ファイバを通過する受信信号をサンプリングを行いながら積算し、その結果に基づいてアイパターン波形のアイ開口形状を抽出する波形モニタ回路と、波形モニタ回路にて検出されたアイ開口形状の情報を基に、波形の電圧方向(高さ方向)の開口最大長を検出する電圧方向アイ開口計算部と、波形の位相方向(横方向)の開口最大長を検出する位相方向アイ開口計算部と、検出された電圧方向の開口最大長および位相方向の開口最大長の情報を基に、所定の演算を行うことにより上記光ファイバを通過する光信号の偏波分散量および波長分散量を検出する分散量検出部と、から構成される。   As described above, the dispersion detection apparatus according to the first aspect for detecting the polarization dispersion amount integrates the received signals passing through the optical fiber while sampling, and extracts the eye opening shape of the eye pattern waveform based on the result. A waveform monitor circuit, a voltage direction eye opening calculator that detects the maximum opening length in the voltage direction (height direction) of the waveform based on the information of the eye opening shape detected by the waveform monitor circuit, and the phase direction of the waveform The above-mentioned light is obtained by performing a predetermined calculation on the basis of information on the phase direction eye opening calculation unit that detects the maximum opening length in the (lateral direction) and the detected maximum opening length in the voltage direction and the maximum opening length in the phase direction. And a dispersion amount detection unit for detecting the polarization dispersion amount and the chromatic dispersion amount of the optical signal passing through the fiber.

具体的な偏波分散量の検出方法は、次のようになる。受信したアイパターン波形の、電圧方向のアイ開口最大長が得られる特定位相位置を基点として、位相方向のアイ開口最大長を2つに分けた場合の分割比率を算出することにより、偏波分散量を表す情報である光波形の遅波成分ならびに速波成分のパワー分岐比γを検出する。また、電圧方向のアイ開口最大長と位相方向のアイ開口最大長との長さの比率を表す情報を算出し、算出した長さの比率をすでに検出を行ったパワー分岐比と掛け合わせることにより、偏波分散量を表す情報である群遅延量を検出する。   A specific method for detecting the amount of polarization dispersion is as follows. Polarization dispersion by calculating the division ratio when the maximum eye opening length in the phase direction is divided into two, based on the specific phase position where the maximum eye opening length in the voltage direction of the received eye pattern waveform is obtained The power branching ratio γ of the slow wave component and the fast wave component of the optical waveform, which is information representing the quantity, is detected. In addition, by calculating the information indicating the ratio of the length of the maximum eye opening in the voltage direction and the maximum length of the eye opening in the phase direction, the ratio of the calculated length is multiplied by the power branching ratio that has already been detected. The group delay amount which is information indicating the polarization dispersion amount is detected.

ここで、パワー分岐比γが1:1の場合、即ち分岐比が等しい場合は、受信アイパターン波形は、電圧方向、すなわち高さ方向にアイ開口がつぶれるだけで、左右の対称性が崩れることはない。   Here, when the power branching ratio γ is 1: 1, that is, when the branching ratios are equal, the received eye pattern waveform is broken in the left-right symmetry only by collapsing the eye opening in the voltage direction, that is, in the height direction. There is no.

したがって、分散量検出部は、電圧方向のアイ開口量を1シンボル長の左右で比較したときに、非対称性ではなかった場合は、γ=0または50%であると判定する。その後、非対称であった場合は具体的なγ値を推測することになる。   Accordingly, the dispersion amount detection unit determines that γ = 0 or 50% when the eye opening amount in the voltage direction is not asymmetric when compared to the left and right of one symbol length. After that, when it is asymmetric, a specific γ value is estimated.

次に、波長分散の影響で劣化した波形から、波長分散量を検出する場合について述べる。   Next, a case where the amount of chromatic dispersion is detected from a waveform deteriorated by the influence of chromatic dispersion will be described.

波長分散に起因する波形劣化の場合は、偏波分散での波形劣化とは対照的に、受信した波形のアイパターンのクロスポイントが中間位置から上側または下側に変動し、かつアイパターン波形の位相方向余裕が減少するのが特徴である。   In the case of waveform degradation due to chromatic dispersion, in contrast to waveform degradation due to polarization dispersion, the eye pattern cross-point of the received waveform varies from the middle position to the upper side or the lower side, and the eye pattern waveform The feature is that the phase direction margin is reduced.

そのため、上述したような受信アイパターン波形の電圧方向のアイ開口量、位相方向のアイ開口量およびクロスポイントの変動量を検出したうえで演算処理を行うことで、波長分散量を推定することが可能となる。   Therefore, it is possible to estimate the amount of chromatic dispersion by performing arithmetic processing after detecting the eye opening amount in the voltage direction, the eye opening amount in the phase direction, and the variation amount of the cross point of the received eye pattern waveform as described above. It becomes possible.

具体的な波長分散の検出方法は、次のようになる。受信アイパターン波形における、位相方向のアイ開口最大長が得られる特定電圧位置を基点として、電圧方向のアイ開口最大長を上下に分けた場合の分割比率を算出すると同時に、電圧方向のアイ開口最大長と位相方向のアイ開口最大長との長さの比率を算出し、算出した長さの比率を、先程算出した分割比率と掛け合わせることにより、波長分散量を検出する。   A specific method for detecting chromatic dispersion is as follows. In the received eye pattern waveform, calculate the division ratio when dividing the maximum eye opening length in the voltage direction from the specific voltage position where the maximum eye opening length in the phase direction can be obtained, and at the same time, increase the eye opening maximum in the voltage direction. The ratio of the length to the length of the eye opening in the phase direction is calculated, and the chromatic dispersion amount is detected by multiplying the calculated length ratio by the division ratio calculated earlier.

次に、上述した分散検出装置を用いた自動分散補償システムについて説明する。   Next, an automatic dispersion compensation system using the above-described dispersion detection apparatus will be described.

本自動分散補償システムは、光ファイバを通過する光信号を、光信号から電気信号に変換する光電気変換回路と、光電変換回路にて電気信号に変換された受信信号の分散による波形劣化を補償する電気分散補償器と、電気分散補償器に入力される受信波形を基にして分散量を検出する分散検出装置と、電気分散補償器を通過した信号から、クロック信号の再生ならびに抽出、およびデータ信号のリカバリを行うクロックデータリカバリ回路と、分散検出装置にて検出された偏波分散量の検出結果を基に、電気分散補償器の補償係数およびクロックデータリカバリ回路の識別閾値を制御するアダプティブ補償量制御部と、を備える。補償係数および識別閾値の決定に際しては、例えば、分散量と補償係数および識別閾値との相関関係を表すルックアップデータをルックアップデータテーブルに予め格納しておき、このルックアップデータを用いるという手法を採ることができる。   This automatic dispersion compensation system compensates for waveform deterioration due to the dispersion of the received signal converted into the electrical signal by the photoelectric conversion circuit and the photoelectric conversion circuit that converts the optical signal passing through the optical fiber from the optical signal to the electrical signal An electrical dispersion compensator, a dispersion detection device that detects the amount of dispersion based on a received waveform input to the electrical dispersion compensator, a clock signal reproduction and extraction from the signal that has passed through the electrical dispersion compensator, and data A clock data recovery circuit that recovers the signal and an adaptive compensation that controls the compensation coefficient of the electrical dispersion compensator and the identification threshold value of the clock data recovery circuit based on the detection result of the polarization dispersion amount detected by the dispersion detector A quantity control unit. In determining the compensation coefficient and the identification threshold, for example, a method of storing lookup data representing the correlation between the dispersion amount, the compensation coefficient, and the identification threshold in advance in the lookup data table and using the lookup data may be employed. it can.

以上述べた分散検出装置により、初期設定時およびサービス運用時の両方の場合において、偏波分散または波長分散による波形劣化量を推定し、分散量の検出ができるようになる。また、サービス運用中における、温度変化などの影響による比較的低速な分散変動だけでなく、機械的な振動等の影響によるミリ秒単位の高速な分散変動に対しても、その変動量を検出可能である。   With the dispersion detection apparatus described above, it is possible to detect the amount of dispersion by estimating the amount of waveform deterioration due to polarization dispersion or wavelength dispersion in both cases of initial setting and service operation. Also, during service operation, not only relatively slow dispersion fluctuations due to temperature changes, but also high-speed dispersion fluctuations in milliseconds due to mechanical vibrations can be detected. It is.

また、受信波形を高速モニタした情報を用い、簡易な演算で分散量を検出する構成であるため、符号誤り率などの情報を用いる場合に比べて、検出までの処理の繰り返し回数が低減され、ミリ秒単位の高速で変動する偏波分散を自動補償するのに十分対応可能である。   In addition, since it is configured to detect the amount of dispersion by simple calculation using information obtained by monitoring the received waveform at high speed, the number of repetitions of processing until detection is reduced compared to the case of using information such as a code error rate, This is sufficient to automatically compensate for polarization dispersion that fluctuates at a high speed in milliseconds.

また、これらの分散検出装置を用いた自動分散補償システムのルーチンは、偏光制御などの光部品の制御を用いず、電気処理で全てが可能になることから、光部品を用いた場合に比べて小型集積化が可能であり、部品点数の削減、低コスト化が可能である。   In addition, the routine of the automatic dispersion compensation system using these dispersion detection devices does not use the control of optical components such as polarization control, and everything can be performed by electrical processing. Therefore, compared to the case of using optical components. Small integration is possible, and the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.

以下、図4から図8を参照して、本発明の分散検出装置の具体的な実施形態について説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the dispersion detection apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.

図4は、本発明の一実施形態の分散検出装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の分散検出装置は、伝送路である光ファイバにおける偏波分散量または波長分散量を検出する。   FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the dispersion detection apparatus according to the embodiment of the present invention. The dispersion detection apparatus of this embodiment detects the amount of polarization dispersion or the amount of chromatic dispersion in an optical fiber that is a transmission path.

図4を参照すると、本実施形態の分散検出装置は、光ファイバから受信した信号をモニタする受信波形モニタ部1と、受信波形モニタ部1にてモニタされた受信アイパターン波形を基に、アイパターンの電圧方向のアイ開口量を検出する電圧方向アイ開口計算モジュール4と、アイパターンの位相方向のアイ開口量を検出する位相方向アイ開口計算モジュール5と、分散量を検出する分散量検出部6と、を有している。   Referring to FIG. 4, the dispersion detection apparatus of the present embodiment is based on a received waveform monitor unit 1 that monitors a signal received from an optical fiber, and a received eye pattern waveform monitored by the received waveform monitor unit 1. A voltage direction eye opening calculation module 4 that detects an eye opening amount in the voltage direction of the pattern, a phase direction eye opening calculation module 5 that detects an eye opening amount in the phase direction of the eye pattern, and a dispersion amount detection unit that detects the dispersion amount 6.

受信波形モニタ部1は、波形モニタモジュール2と、アイパターン検出モジュール3と、を有している。   The received waveform monitor unit 1 includes a waveform monitor module 2 and an eye pattern detection module 3.

波形モニタモジュール2は、受信した光ファイバ伝送信号をリアルタイムでサンプリングする。   The waveform monitor module 2 samples the received optical fiber transmission signal in real time.

アイパターン検出モジュール3は、波形モニタモジュール2でサンプリングするデータのサンプリングポイントの制御を行うのと同時に、サンプリングデータの積算を行い、その計算結果を用いてアイパターン波形を再生する。具体的には、アイパターン検出モジュール3は、波形モニタモジュール2に入力されるデータの識別閾値とクロック位相を徐々に掃引させるように制御を行う。これにより、波形モニタモジュール2では、振幅方向と位相方向の両方を掃引させながらデータサンプリングを行うことになり、このデータを複数点積算処理、平均化処理を施すことによって、アイパターン波形を表す情報(データ)が再生される。   The eye pattern detection module 3 controls the sampling points of the data sampled by the waveform monitor module 2 and at the same time integrates the sampling data and reproduces the eye pattern waveform using the calculation result. Specifically, the eye pattern detection module 3 performs control so that the identification threshold value and the clock phase of data input to the waveform monitor module 2 are gradually swept. As a result, the waveform monitor module 2 performs data sampling while sweeping both the amplitude direction and the phase direction, and this data is subjected to a multipoint integration process and an averaging process to obtain information representing an eye pattern waveform. (Data) is played back.

次に、電圧方向アイ開口計算モジュール4は、受信波形モニタ部1にて検出されたアイパターンのアイ開口形状を表す情報を基に、波形の電圧方向(高さ方向)の開口最大長を検出する。一方、位相方向アイ開口計算モジュール5は、同じく検出されたアイパターンのアイ開口形状を表す情報を基に、波形の位相方向(横方向)の開口最大長を検出する。   Next, the voltage direction eye opening calculation module 4 detects the maximum opening length in the voltage direction (height direction) of the waveform based on information representing the eye opening shape of the eye pattern detected by the received waveform monitor unit 1. To do. On the other hand, the phase direction eye opening calculation module 5 detects the maximum opening length in the phase direction (lateral direction) of the waveform based on the information representing the eye opening shape of the eye pattern that is also detected.

分散量検出部6は、偏波分散量検出モジュール7および波長分散検出モジュール8から構成され、上述のように検出された電圧方向の開口最大長および位相方向の開口最大長の情報を基に所定の演算を行うことにより、伝送信号の偏波分散量または波長分散量を検出する。この分散量推定方法の詳細を、偏波分散の場合は図5および図6を用いて、波長分散の場合は図7および図8を用いて、それぞれ詳細に説明する。なお、図5および図7に示すアイパターン波形から分散量を推定する方法の図に関しては、以降の説明において、縦軸は、規格化された電圧(a.u. : Arbitrary Unit)の電圧方向となっており、電圧は、波形の一番低電圧の部分を0、一番高電圧の部分を1として換算している。一方、横軸は、規格化された位相の位相方向となっており、位相は、波形の1ユニットインターバル長を1として換算している。   The dispersion amount detection unit 6 includes a polarization dispersion amount detection module 7 and a chromatic dispersion detection module 8, and is predetermined based on information on the maximum aperture length in the voltage direction and the maximum aperture length in the phase direction detected as described above. By performing this calculation, the polarization dispersion amount or the chromatic dispersion amount of the transmission signal is detected. Details of this dispersion amount estimation method will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6 in the case of polarization dispersion and FIGS. 7 and 8 in the case of chromatic dispersion. 5 and FIG. 7, the vertical axis represents the voltage direction of a standardized voltage (au: Arbitrary Unit) in the following description regarding the method of estimating the dispersion amount from the eye pattern waveform shown in FIGS. The voltage is converted with the lowest voltage portion of the waveform as 0 and the highest voltage portion as 1. On the other hand, the horizontal axis indicates the phase direction of the standardized phase, and the phase is converted with 1 unit interval length of the waveform as 1.

まず、図5を用いて偏波分散の推定方法を具体的に説明する。   First, a method for estimating polarization dispersion will be specifically described with reference to FIG.

上述のように、偏波分散は、群遅延(DGD)により生じる光波形の遅波成分および速波成分の2つの波が、パワー分岐比γで合波されることにより生じる波形劣化であり、γが1:1の場合を除き、受信アイパターン波形のアイ開口量が1シンボル内の左右両端で非対称になることが大きな特徴である。このため、図5に示すように、電圧方向のアイ開口最大長Aが得られる位相位置を基点(即ち電圧方向のアイ開口最大長Aと位相方向アイ開口最大長Bとの交点をベース)として、位相方向のアイ開口の左側をa、右側をbと分割すると、分岐比γは、式(2)のように表される。   As described above, polarization dispersion is waveform degradation caused by combining two waves of a slow wave component and a fast wave component of an optical waveform caused by group delay (DGD) with a power branching ratio γ. Except for the case where γ is 1: 1, the feature is that the eye opening amount of the received eye pattern waveform is asymmetrical at both left and right ends in one symbol. For this reason, as shown in FIG. 5, the phase position where the maximum eye opening length A in the voltage direction is obtained is used as a base point (that is, based on the intersection of the maximum eye opening length A in the voltage direction and the maximum eye opening length B in the phase direction). When the left side of the eye opening in the phase direction is divided into a and the right side is divided into b, the branching ratio γ is expressed as shown in Expression (2).

γ=α×(a/(a+b)) (2)
ここで、αは定数、a/(a+b)は左右のアイ開口非対称比率を表す。
γ = α × (a / (a + b)) (2)
Here, α is a constant, and a / (a + b) represents the left and right eye opening asymmetric ratio.

一方、電圧方向アイ最大開口は、群遅延量DGDが増大するほど減少し、非対称比率a/(a+b)に応じても変動するため、式(3)のように表される。   On the other hand, the maximum voltage direction eye opening decreases as the group delay amount DGD increases, and varies depending on the asymmetry ratio a / (a + b).

DGD=β×(B/A)/(a/(a+b)) (3)
ここで、βは定数である。
DGD = β × (B / A) / (a / (a + b)) (3)
Here, β is a constant.

以上、波形モニタ結果を用いて、式(2)および式(3)に示す所定の演算を行うことにより、偏波分散量を検出することが可能である。   As described above, it is possible to detect the amount of polarization dispersion by performing the predetermined calculation shown in Expression (2) and Expression (3) using the waveform monitor result.

図6に、上記の式(3)に示す分散検出装置を用いて、実際の光ファイバ伝送システムにて偏波分散量を推定した結果を示す。なお、横軸は、実際に光ファイバで生じているDGDを示し、縦軸は、式(3)を用いて推定したDGD量を示す。斜線が実際の数値と推定量が一致した場合の理想直線を示し、プロットで示す実際の推定結果が理想直線から近いほど、推定値の誤差が少ないことを示している。図6の結果から、DGDの推定結果は誤差±2ps以内で、精度よく偏波分散量を検出できていることがわかる。   FIG. 6 shows the result of estimating the polarization dispersion amount in the actual optical fiber transmission system using the dispersion detection apparatus shown in the above equation (3). The horizontal axis indicates the DGD actually generated in the optical fiber, and the vertical axis indicates the DGD amount estimated using the equation (3). The oblique line indicates an ideal straight line when the actual numerical value and the estimated amount coincide with each other. The closer the actual estimation result shown in the plot is to the ideal straight line, the smaller the error in the estimated value. From the result of FIG. 6, it can be seen that the DGD estimation result is within ± 2 ps of error and the polarization dispersion amount can be detected with high accuracy.

次に、図7を用いて波長分散の推定方法を具体的に説明する。   Next, a method for estimating chromatic dispersion will be specifically described with reference to FIG.

波長分散に起因する波形劣化の場合は、上述の偏波分散での波形劣化とは対照的に、受信した波形のアイパターンのクロスポイントが中間位置から上側または下側に変動し、かつアイパターン波形の位相方向の開口量が減少するのが特徴である。このため、図7に示すように、位相方向のアイ開口最大長Bが得られる電圧位置を基点(即ち電圧方向のアイ開口最大長Aと位相方向アイ開口最大長Bとの交点をベース)として、電圧方向のアイ開口の上側をc、下側をdと分割すると、CD分散は、その分散量が増大するほどアイパターンのクロスポイント位置が中心からずれていくことから、式(4)のように表される。   In the case of waveform degradation due to chromatic dispersion, in contrast to the waveform degradation due to polarization dispersion described above, the cross-point of the received waveform eye pattern changes from the middle position to the upper side or the lower side, and the eye pattern The feature is that the opening amount in the phase direction of the waveform is reduced. Therefore, as shown in FIG. 7, the voltage position at which the maximum eye opening length B in the phase direction is obtained is a base point (that is, based on the intersection of the maximum eye opening length A in the voltage direction and the maximum eye opening length B in the phase direction). When the upper side of the eye opening in the voltage direction is divided into c and the lower side is divided into d, the CD dispersion shifts from the center of the cross-point position of the eye pattern as the dispersion amount increases. It is expressed as follows.

CD=α×(B/A)×(c/(c+d)) (4)
ここで、αは定数である。
CD = α × (B / A) × (c / (c + d)) (4)
Here, α is a constant.

以上に示すように、波形モニタ結果を用いて、式(4)に示す所定の演算を行うことにより、波長分散量を検出することが可能である。   As described above, it is possible to detect the amount of chromatic dispersion by performing a predetermined calculation shown in Expression (4) using the waveform monitor result.

図8に、上記の式(4)に示す分散検出装置を用いて、実際の光ファイバ伝送システムにて波長分散量を推定した結果を示す。なお、横軸は、実際に光ファイバで生じている波長分散量CDを示し、縦軸は、式(4)を用いて推定した波長分散量を示す。斜線が実際の数値と推定量が一致した場合の理想直線を示し、プロットで示す実際の推定結果が理想直線から近いほど、推定値の誤差が少ないことを示している。図8の結果から、波長分散の推定結果は誤差±3ps以内で精度よく検出できていることがわかる。   FIG. 8 shows the result of estimating the amount of chromatic dispersion in an actual optical fiber transmission system using the dispersion detector shown in the above equation (4). The horizontal axis represents the chromatic dispersion amount CD actually generated in the optical fiber, and the vertical axis represents the chromatic dispersion amount estimated using the equation (4). The oblique line indicates an ideal straight line when the actual numerical value and the estimated amount coincide with each other. The closer the actual estimation result shown in the plot is to the ideal straight line, the smaller the error in the estimated value. From the result of FIG. 8, it can be seen that the estimation result of chromatic dispersion can be accurately detected within an error of ± 3 ps.

以上のように、本実施形態では、波長分散または偏波分散に起因した波形劣化の典型的な特徴を、受信波形を高速サンプリングならびにモニタした情報を用い、簡易な演算で分散量を検出する構成であるため、符号誤り率などの情報を用いる関連モニタ技術などに比べて、分散の変動を高速に検出することが可能であると同時に、光部品や複雑な制御を適用しないことから、装置の小型化にも寄与することができる。また、例えば、波形モニタにより受信した波形の、分散による特徴的な波形劣化形状を、あらかじめ保存されたルックアップデータテーブルと比較することで偏波分散量または波長分散量を推定するような分散検出装置の場合、高精度な分散量推定を行うためには、膨大な波形劣化形状のデータを蓄積しておかなければならず、ハードウェアにおいて膨大なメモリ装置が必要になる。これに対して、本実施形態の分散検出装置では、これらの蓄積データが不要で、比較的簡易な演算で分散量推定が可能なため、この一面からも装置の簡略化、低コスト化に寄与することが可能である。   As described above, in this embodiment, the typical feature of waveform degradation caused by chromatic dispersion or polarization dispersion is a configuration in which the amount of dispersion is detected by simple calculation using information obtained by sampling and monitoring the received waveform at high speed. Therefore, it is possible to detect dispersion fluctuations at a higher speed compared to related monitoring techniques that use information such as the code error rate, etc., and at the same time, optical components and complicated control are not applied. It can also contribute to downsizing. Further, for example, a dispersion detection device that estimates the polarization dispersion amount or the chromatic dispersion amount by comparing the characteristic waveform degradation shape due to dispersion of the waveform received by the waveform monitor with a lookup data table stored in advance. In this case, in order to estimate the amount of dispersion with high accuracy, it is necessary to store a large amount of waveform-degraded shape data, which requires a huge memory device in hardware. On the other hand, the dispersion detection apparatus of this embodiment does not require these accumulated data and can estimate the amount of dispersion by a relatively simple calculation. This also contributes to the simplification and cost reduction of the apparatus. Is possible.

(第1の実施例)
図9は、図4に示した分散検出装置を用いた自動分散補償システムの一実施例を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of an automatic dispersion compensation system using the dispersion detection apparatus shown in FIG.

図9を参照すると、本例の自動分散補償システムは、上述の受信波形モニタ部1と、受信波形モニタ部1にてモニタされた受信アイパターン波形から、アイパターンの電圧方向のアイ開口量を検出する電圧方向アイ開口計算モジュール4と、アイパターンの位相方向のアイ開口量を検出する位相方向アイ開口計算モジュール5と、分散量を検出する分散量検出部6と、光電変換回路9と、電気分散補償器10と、クロックデータリカバリ回路(CDR:clock data recovery)11と、アダプティブ補償量制御モジュール12と、ルックアップデータテーブルモジュール13と、を有している。   Referring to FIG. 9, the automatic dispersion compensation system of this example calculates the eye opening amount in the voltage direction of the eye pattern from the received waveform monitor unit 1 and the received eye pattern waveform monitored by the received waveform monitor unit 1. A voltage direction eye opening calculation module 4 to detect, a phase direction eye opening calculation module 5 to detect an eye opening amount in the phase direction of the eye pattern, a dispersion amount detection unit 6 to detect the dispersion amount, a photoelectric conversion circuit 9, An electrical dispersion compensator 10, a clock data recovery circuit (CDR: clock data recovery) 11, an adaptive compensation amount control module 12, and a lookup data table module 13 are included.

光電変換回路9は、光ファイバを伝送されてきた受信信号を光信号から電気信号に変換する。   The photoelectric conversion circuit 9 converts the received signal transmitted through the optical fiber from an optical signal to an electrical signal.

電気分散補償器10は、光電変換回路9にて電気信号に変換された受信信号の偏波分散または波長分散による波形劣化を補償する。   The electrical dispersion compensator 10 compensates for waveform deterioration due to polarization dispersion or wavelength dispersion of the reception signal converted into an electrical signal by the photoelectric conversion circuit 9.

クロックデータリカバリ回路11は、電気分散補償器10を通過した信号を基に、クロック信号の再生および抽出、そしてさらにデータ信号のリカバリを行う。   The clock data recovery circuit 11 regenerates and extracts the clock signal and further recovers the data signal based on the signal that has passed through the electrical dispersion compensator 10.

波形モニタモジュール2は、識別器14と、位相インターポレータ16と、カウンタ19と、を有している。   The waveform monitor module 2 includes an identifier 14, a phase interpolator 16, and a counter 19.

アイパターン検出モジュール3は、変動閾値制御回路15と、位相コントローラ17と、タイマー回路18と、時間微分回路20と、を有している。   The eye pattern detection module 3 includes a fluctuation threshold control circuit 15, a phase controller 17, a timer circuit 18, and a time differentiation circuit 20.

識別器14は、位相インターポレータ16および位相コントローラ17で位相が調整された識別クロックに基づくタイミングで、電気分散補償器10を通過する前の受信波形から、変動閾値制御回路15で調整された識別閾値を判別基準にして、データの識別サンプリングを行う。この識別サンプリングの際、識別閾値と、識別クロック位相はタイマー回路を用いて徐々に掃引制御が行われる。これにより、振幅方向と位相方向の両方を掃引させながらデータサンプリングが行われることになる。   The discriminator 14 is adjusted by the fluctuation threshold control circuit 15 from the received waveform before passing through the electric dispersion compensator 10 at the timing based on the discriminating clock whose phase is adjusted by the phase interpolator 16 and the phase controller 17. Data discrimination sampling is performed using the discrimination threshold as a discrimination criterion. During this identification sampling, the identification threshold and the identification clock phase are gradually swept using a timer circuit. As a result, data sampling is performed while sweeping both the amplitude direction and the phase direction.

上記により得られるサンプリングデータを、時間微分回路20において、積算、微分値算出、平均化などの処理を施すことにより、アイパターン波形が再生される。   The eye pattern waveform is reproduced by subjecting the sampling data obtained as described above to processing such as integration, differential value calculation, and averaging in the time differentiation circuit 20.

次に、電圧方向アイ開口計算モジュール4は、波形モニタ部1にて検出されたアイパターンのアイ開口形状の情報を基に、波形の電圧方向(高さ方向)の開口最大長を検出する。一方、位相方向アイ開口計算モジュール5は、同じく検出されたアイパターンのアイ開口形状の情報を基に、波形の位相方向(横方向)の開口最大長を検出する。   Next, the voltage direction eye opening calculation module 4 detects the maximum opening length of the waveform in the voltage direction (height direction) based on the information on the eye opening shape of the eye pattern detected by the waveform monitor unit 1. On the other hand, the phase direction eye opening calculation module 5 detects the maximum opening length in the phase direction (lateral direction) of the waveform based on the information of the eye opening shape of the eye pattern that is also detected.

分散量検出部6では、検出された電圧方向の開口最大長および位相方向の開口最大長の情報を基に、所定の演算を行うことにより伝送信号の偏波分散量または波長分散量を検出する。なお、本例においては、偏波分散量を推定する場合を例に記載を行っているが、本分散検出装置を用いれば、波長分散量を推定することも可能である。   The dispersion amount detection unit 6 detects the polarization dispersion amount or the chromatic dispersion amount of the transmission signal by performing a predetermined calculation based on the detected information about the maximum aperture length in the voltage direction and the maximum aperture length in the phase direction. . In this example, the case where the amount of polarization dispersion is estimated is described as an example. However, if this dispersion detection device is used, the amount of chromatic dispersion can also be estimated.

アダプティブ補償量制御モジュール12は、分散量検出部6にて検出された偏波分散量の検出結果を基に、電気分散補償器10の最適な補償係数およびクロックデータリカバリ回路11の識別閾値の最適値を決定する制御を行う。ここで、補償係数および識別閾値の決定に際しては、例えば、偏波分散量と補償係数の相関関係、および、偏波分散量と識別閾値との相関関係を表すルックアップデータをルックアップデータテーブルモジュール13に予め格納しておき、このルックアップデータを用いて、補償係数、ならびに識別閾値を決定するという手法を採ることができる。   Based on the detection result of the polarization dispersion amount detected by the dispersion amount detector 6, the adaptive compensation amount control module 12 optimizes the optimum compensation coefficient of the electrical dispersion compensator 10 and the identification threshold value of the clock data recovery circuit 11. Control to determine the value. Here, when determining the compensation coefficient and the identification threshold, for example, the lookup data indicating the correlation between the polarization dispersion amount and the compensation coefficient and the correlation between the polarization dispersion amount and the identification threshold are stored in the lookup data table module 13. It is possible to adopt a method of storing in advance and determining a compensation coefficient and an identification threshold using this lookup data.

図10は、図9に示した自動分散補償システムの概略動作を説明するフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart for explaining the schematic operation of the automatic dispersion compensation system shown in FIG.

図10を参照すると、まず、受信波形モニタ部1は、受信波形が入力されると(ステップ701)、受信波形を、識別閾値を電圧方向に変化させながらサンプリングし(ステップ702,703)、あるクロック位相点での電圧方向のデータ抽出を行う(ステップ704)。さらに、受信波形モニタ部1は、クロック位相を変化させながら(ステップ705)、ステップ702〜704を繰り返す。これにより、受信アイパターンを表す情報が検出され、アイパターン波形が再生される(ステップ706)。   Referring to FIG. 10, first, when a received waveform is input (step 701), the received waveform monitor unit 1 samples the received waveform while changing the discrimination threshold in the voltage direction (steps 702 and 703). Data extraction in the voltage direction at the clock phase point is performed (step 704). Further, the received waveform monitor unit 1 repeats steps 702 to 704 while changing the clock phase (step 705). As a result, information representing the received eye pattern is detected, and the eye pattern waveform is reproduced (step 706).

次に、分散量検出部6では、受信波形モニタ部1で抽出された受信アイパターン波形を解析することで、電圧方向の最大アイ開口量を検出するとともに(ステップ707)、位相方向の最大アイ開口量を検出する(ステップ708)。   Next, the dispersion amount detection unit 6 detects the maximum eye opening amount in the voltage direction by analyzing the reception eye pattern waveform extracted by the reception waveform monitor unit 1 (step 707), and the maximum eye in the phase direction. The opening amount is detected (step 708).

次に、分散量検出部6では、得られた電圧方向のアイ開口最大長Aの位相位置を基点(即ち電圧方向のアイ開口最大長Aと位相方向アイ開口最大長Bとの交点をベース)として、位相方向のアイ開口の左側をa、右側をbと分割し、非対称比率a/(a+b)が0.5に等しい場合は、パワー分岐比γを0.5または0と判別する(ステップ709,710)。一方、非対称比率が0.5以外の場合には、γを推定し(ステップ711)、さらにDGD量を検出する(ステップ712)。   Next, the dispersion amount detector 6 uses the obtained phase position of the maximum eye opening length A in the voltage direction as a base point (that is, based on the intersection of the maximum eye opening length A in the voltage direction and the maximum eye opening length B in the phase direction). When the left side of the eye opening in the phase direction is divided into a and the right side is divided into b, and the asymmetric ratio a / (a + b) is equal to 0.5, the power branching ratio γ is determined to be 0.5 or 0 (step) 709, 710). On the other hand, if the asymmetric ratio is other than 0.5, γ is estimated (step 711), and the DGD amount is detected (step 712).

その後、アダプティブ補償量制御モジュール12では、分散量検出部6で得られたパワー分岐比γおよび群遅延DGD量の検出結果を基に、電気分散補償器10の最適な補償係数と、クロックデータリカバリ回路11の識別閾値の最適値を決定し、決定した値を電気分散補償器10とクロックデータリカバリ回路11に設定する(ステップ713)。この補償係数および識別閾値の決定に際しては、先ほど述べたように、例えば偏波分散量と補償係数、および、偏波分散量と識別閾値との相関関係を表すルックアップデータをルックアップデータテーブルモジュール13に予め格納しておき、上述した推定分散量を参照キーにして、このルックアップデータから補償係数および識別閾値を入手するという手法を採ることができる。   Thereafter, the adaptive compensation amount control module 12 determines the optimum compensation coefficient of the electrical dispersion compensator 10 and the clock data recovery based on the detection result of the power branching ratio γ and the group delay DGD amount obtained by the dispersion amount detection unit 6. The optimum value of the discrimination threshold of the circuit 11 is determined, and the determined value is set in the electric dispersion compensator 10 and the clock data recovery circuit 11 (step 713). In determining the compensation coefficient and the identification threshold, as described above, for example, the lookup data representing the correlation between the polarization dispersion amount and the compensation coefficient and the polarization dispersion amount and the identification threshold is stored in the lookup data table module 13. It is possible to adopt a method of storing in advance and obtaining the compensation coefficient and the identification threshold value from the lookup data using the estimated variance described above as a reference key.

以上のように本実施例によれば、偏波分散に起因した波形劣化の典型的な特徴といえる受信アイパターン波形の左右非対称度合いを、高速モニタ検出したデータを基に抽出し、偏波分散量を検出する。よって、簡易な演算で分散量を検出する構成であるため、符号誤り率などの情報を用いる場合に比べて、検出までの処理の繰り返し回数が低減され、ミリ秒単位の高速で変動する偏波分散を自動補償することが可能となる。また、高速波形モニタを用いるため、初期設定時およびサービス運用時の両方の場合において、偏波分散による波形劣化量を推定し、分散量の検出ができるようになる。また、サービス運用中における、温度変化などの影響による比較的低速な分散変動だけでなく、機械的な振動等の影響によるミリ秒単位の高速な分散変動に対しても、その変動量を検出可能である。さらに、偏光制御などの光部品の制御を用いず、電気処理で全てが可能になることから、光部品を用いた場合に比べて小型集積化が可能であり、部品点数の削減、低コスト化が可能である。   As described above, according to the present embodiment, the degree of left-right asymmetry of the received eye pattern waveform, which is a typical characteristic of waveform degradation due to polarization dispersion, is extracted based on the data detected by the high-speed monitor, and polarization dispersion Detect the amount. Therefore, since the amount of dispersion is detected with a simple calculation, the number of repetitions of processing until detection is reduced compared to the case where information such as a code error rate is used, and the polarization changes at a high speed in milliseconds. Dispersion can be automatically compensated. In addition, since a high-speed waveform monitor is used, it is possible to estimate the amount of waveform degradation due to polarization dispersion and detect the amount of dispersion in both cases of initial setting and service operation. Also, during service operation, not only relatively slow dispersion fluctuations due to temperature changes, but also high-speed dispersion fluctuations in milliseconds due to mechanical vibrations can be detected. It is. Furthermore, since all electrical processing is possible without using optical component control such as polarization control, it is possible to reduce the number of components and reduce costs compared to using optical components. Is possible.

(第2の実施例)
図11は、図4に示した分散検出装置を用いた自動分散補償システムの他の構成例を示す図である。
(Second embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing another configuration example of the automatic dispersion compensation system using the dispersion detection apparatus shown in FIG.

図11を参照すると、本実施例の自動分散補償システムは、受信部として、上述の受信波形モニタ部1と、電圧方向アイ開口計算モジュール4と、位相方向アイ開口計算モジュール5と、分散量検出部6と、光電変換回路9と、クロックデータリカバリ回路11と、を有している。また、送信部として、マルチプレクサ(MUX:multiplexer)21と、電気イコライザ回路22と、光変調器ドライバ回路23と、光変調器24と、レーザダイオード25と、アダプティブ補償量制御モジュール12と、ルックアップデータテーブルモジュール13と、を有している。   Referring to FIG. 11, the automatic dispersion compensation system of the present embodiment includes the above-described received waveform monitor unit 1, voltage direction eye opening calculation module 4, phase direction eye opening calculation module 5, and dispersion amount detection as receiving units. A unit 6, a photoelectric conversion circuit 9, and a clock data recovery circuit 11 are included. Further, as a transmission unit, a multiplexer (MUX) 21, an electric equalizer circuit 22, an optical modulator driver circuit 23, an optical modulator 24, a laser diode 25, an adaptive compensation amount control module 12, and lookup data. And a table module 13.

光電変換回路9は、光ファイバを伝送されてきた受信信号を光信号から電気信号に変換する。   The photoelectric conversion circuit 9 converts the received signal transmitted through the optical fiber from an optical signal to an electrical signal.

クロックデータリカバリ回路11は、受信信号を基に、クロック信号の再生および抽出、さらにデータ信号のリカバリを行う。   The clock data recovery circuit 11 performs reproduction and extraction of the clock signal and recovery of the data signal based on the received signal.

受信波形モニタ部1は、光ファイバから受信した受信波形をモニタし、分散量検出部6は、受信波形モニタ部1にてモニタされた受信波形の偏波分散量を検出する。なお、本実施例においては、偏波分散量を推定する場合を例に記載を行っているが、本分散検出装置を用いれば、波長分散量を推定することも可能である。受信波形モニタ処理部1および分散量検出部6の構成および動作は、図10に示したものと同様であるため、本実施例における詳細な説明を省略する。   The received waveform monitor unit 1 monitors the received waveform received from the optical fiber, and the dispersion amount detection unit 6 detects the polarization dispersion amount of the received waveform monitored by the received waveform monitor unit 1. In this embodiment, the case where the polarization dispersion amount is estimated is described as an example. However, if this dispersion detection device is used, it is also possible to estimate the chromatic dispersion amount. The configuration and operation of the reception waveform monitor processing unit 1 and the dispersion amount detection unit 6 are the same as those shown in FIG. 10, and thus detailed description thereof will be omitted.

マルチプレクサ21は、送信先に送信する送信信号を並列直列変換する。   The multiplexer 21 performs parallel / serial conversion on the transmission signal transmitted to the transmission destination.

電気イコライザ回路22は、分散量検出部6にて検出された偏波分散量の検出結果を基に、送信信号の周波数特性を補正する。   The electric equalizer circuit 22 corrects the frequency characteristic of the transmission signal based on the detection result of the polarization dispersion amount detected by the dispersion amount detection unit 6.

光変調器ドライバ回路23は、電気イコライザ回路22の出力信号を基に、光変調器24を制御する。   The optical modulator driver circuit 23 controls the optical modulator 24 based on the output signal of the electric equalizer circuit 22.

光変調器24は、光変調器ドライバ回路23の制御の基で、レーザダイオード25から発光した光信号を変調する。   The optical modulator 24 modulates the optical signal emitted from the laser diode 25 under the control of the optical modulator driver circuit 23.

上述したように本実施例においては、受信部での偏波分散量の検出結果を送信部にフィードバックし、予め波形の劣化量を見越して分散補償処理を施した送信信号を受信先に送信することで補償量を最適化している。   As described above, in this embodiment, the detection result of the polarization dispersion amount at the reception unit is fed back to the transmission unit, and a transmission signal subjected to dispersion compensation processing in advance in anticipation of the waveform deterioration amount is transmitted to the reception destination. This optimizes the compensation amount.

(第3の実施例)
図12は、図4に示した分散検出装置を用いた自動分散補償システムのさらに他の構成例を示す図である。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a diagram showing still another configuration example of the automatic dispersion compensation system using the dispersion detection apparatus shown in FIG.

図12を参照すると、本実施例の自動分散補償システムは、受信部として、上述の受信波形モニタ部1と、電圧方向アイ開口計算モジュール4と、位相方向アイ開口計算モジュール5と、分散量検出部6と、光電変換回路9と、クロックデータリカバリ回路11と、を有している。また、送信部として、マルチプレクサ(MUX:multiplexer)21と、電気イコライザ回路22と、光変調器ドライバ回路23と、光変調器24と、レーザダイオード25と、を有している。また、外部モジュールとして、アダプティブ補償量制御モジュール12と、ルックアップデータテーブルモジュール13と、を有している。   Referring to FIG. 12, the automatic dispersion compensation system according to the present embodiment includes, as receiving units, the above-described received waveform monitor unit 1, voltage direction eye opening calculation module 4, phase direction eye opening calculation module 5, and dispersion amount detection. A unit 6, a photoelectric conversion circuit 9, and a clock data recovery circuit 11 are included. In addition, the transmission unit includes a multiplexer (MUX) 21, an electric equalizer circuit 22, an optical modulator driver circuit 23, an optical modulator 24, and a laser diode 25. Further, as external modules, an adaptive compensation amount control module 12 and a lookup data table module 13 are provided.

光電変換回路9は、光ファイバを伝送されてきた受信信号を光信号から電気信号に変換する。   The photoelectric conversion circuit 9 converts the received signal transmitted through the optical fiber from an optical signal to an electrical signal.

クロックデータリカバリ回路11は、受信信号を基に、クロック信号の再生および抽出、さらにデータ信号のリカバリを行う。   The clock data recovery circuit 11 performs reproduction and extraction of the clock signal and recovery of the data signal based on the received signal.

受信波形モニタ部1は、光ファイバから受信した受信波形をモニタし、分散量検出部6は、受信波形モニタ部1にてモニタされた受信波形の偏波分散量を検出する。なお、本実施例においては、偏波分散量を推定する場合を例に記載を行っているが、本分散検出装置を用いれば、波長分散量を推定することも可能である。受信波形モニタ処理部1および分散量検出部6の構成および動作は、図10に示したものと同様であるため、本実施例における詳細な説明を省略する。   The received waveform monitor unit 1 monitors the received waveform received from the optical fiber, and the dispersion amount detection unit 6 detects the polarization dispersion amount of the received waveform monitored by the received waveform monitor unit 1. In this embodiment, the case where the polarization dispersion amount is estimated is described as an example. However, if this dispersion detection device is used, it is also possible to estimate the chromatic dispersion amount. The configuration and operation of the reception waveform monitor processing unit 1 and the dispersion amount detection unit 6 are the same as those shown in FIG. 10, and thus detailed description thereof will be omitted.

マルチプレクサ21は、送信先に送信する送信信号を並列直列変換する。   The multiplexer 21 performs parallel / serial conversion on the transmission signal transmitted to the transmission destination.

電気イコライザ回路22は、分散量検出部6にて検出された偏波分散量の検出結果を基に、送信信号の周波数特性を補正する。   The electric equalizer circuit 22 corrects the frequency characteristic of the transmission signal based on the detection result of the polarization dispersion amount detected by the dispersion amount detection unit 6.

光変調器ドライバ回路23は、電気イコライザ回路22の出力信号を基に、光変調器24を制御する。   The optical modulator driver circuit 23 controls the optical modulator 24 based on the output signal of the electric equalizer circuit 22.

光変調器24は、光変調器ドライバ回路23の制御の基で、レーザダイオード25から発光した光信号を変調する。   The optical modulator 24 modulates the optical signal emitted from the laser diode 25 under the control of the optical modulator driver circuit 23.

本実施例においては、受信部での偏波分散量の検出結果を基に、送信側に設置した電気イコライザ回路22に入力される補償係数、および、受信側に設置したクロックデータリカバリ回路11に入力される識別閾値を、外部モジュールとして設置されているアダプティブ補償量制御モジュール12での演算およびルックアップデータテーブルモジュール13を用いて決定する。決定された補償係数は、送信部の電気イコライザ回路22にフィードバックされ、予め波形の劣化量を見越して分散補償処理を施した送信信号を受信先に送信することで、補償量を最適化する。また、決定された識別閾値は、受信部のクロックデータリカバリ回路11にフィードバックされ、上述した送信側でのイコライザ処理により補償量を調整したにもかかわらず、まだ劣化状態が残存する波形に対して、最適な識別点での識別を可能にし、受信部での伝送エラー低減を可能にする。   In the present embodiment, the compensation coefficient input to the electric equalizer circuit 22 installed on the transmission side and the clock data recovery circuit 11 installed on the reception side based on the detection result of the polarization dispersion amount at the reception unit. The identification threshold value to be input is determined using the calculation in the adaptive compensation amount control module 12 installed as an external module and the lookup data table module 13. The determined compensation coefficient is fed back to the electric equalizer circuit 22 of the transmission unit, and the compensation amount is optimized by transmitting a transmission signal subjected to dispersion compensation processing in advance in anticipation of the waveform degradation amount to the reception destination. Further, the determined identification threshold is fed back to the clock data recovery circuit 11 of the reception unit, and the waveform still having a deteriorated state remains even though the compensation amount is adjusted by the equalizer processing on the transmission side described above. Therefore, it is possible to identify at an optimum identification point and to reduce transmission errors at the receiving unit.

以上、実施形態および実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および上記実施例に限定されものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。   As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, but the present invention is not limited to the above embodiments and examples. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.

本出願は、2008年5月27日に出願された日本出願特願2008−138163を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。   This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2008-138163 for which it applied on May 27, 2008, and takes in those the indications of all here.

Claims (9)

光ファイバ中の分散を検出する分散検出装置であって、
光ファイバを通過する光信号をサンプリングした結果に基づいて、該光信号の状態を表すアイパターン波形のアイ開口形状をモニタリングする波形モニタ手段と、
前記波形モニタ手段によってモニタリングされたアイ開口形状を表す情報に基づいて、前記アイパターン波形の電圧方向の開口最大長と位相方向の開口最大長とを検出するアイ開口計算手段と、
前記アイ開口計算手段によって検出された電圧方向の開口最大長を表す情報と位相方向の開口最大長を表す情報とに基づいて、前記光信号の偏波分散量および波長分散量を検出する分散量検出手段と、
を備える分散検出装置。
A dispersion detection device for detecting dispersion in an optical fiber,
Waveform monitoring means for monitoring the eye opening shape of the eye pattern waveform representing the state of the optical signal based on the result of sampling the optical signal passing through the optical fiber;
Based on information representing the eye opening shape monitored by the waveform monitoring means, eye opening calculating means for detecting the maximum opening length in the voltage direction and the maximum opening length in the phase direction of the eye pattern waveform;
A dispersion amount for detecting the polarization dispersion amount and the chromatic dispersion amount of the optical signal based on the information indicating the maximum aperture length in the voltage direction and the information indicating the maximum aperture length in the phase direction detected by the eye aperture calculation means Detection means;
A dispersion detection apparatus comprising:
前記分散量検出手段は、
前記電圧方向のアイ開口最大長が得られる特定位相位置を基点として、前記位相方向のアイ開口最大長を2つに分けた場合の分割比率を算出することにより、偏波分散量を表す情報である光波形の遅波成分ならびに速波成分のパワー分岐比を検出する偏波分散量検出手段
を備える、請求項1に記載の分散検出装置。
The dispersion amount detecting means includes
Information indicating the polarization dispersion amount by calculating the division ratio when the eye opening maximum length in the phase direction is divided into two with the specific phase position where the eye opening maximum length in the voltage direction is obtained as a base point. The dispersion detection apparatus according to claim 1, further comprising polarization dispersion amount detection means for detecting a power branching ratio of a slow wave component and a fast wave component of a certain optical waveform.
前記偏波分散量検出手段は、
前記電圧方向のアイ開口最大長と位相方向のアイ開口最大長との長さの比率を表す情報を算出し、算出した長さの比率を前記検出したパワー分岐比と掛け合わせることにより、偏波分散量を表す情報である群遅延量を検出する、請求項2に記載の分散検出装置。
The polarization dispersion amount detecting means includes
By calculating information representing the ratio of the length of the eye opening maximum length in the voltage direction and the maximum length of the eye opening in the phase direction, and multiplying the calculated ratio of the length with the detected power branching ratio, polarization is achieved. The dispersion detection apparatus according to claim 2, wherein a group delay amount that is information representing the dispersion amount is detected.
前記波形モニタ手段は、
前記光ファイバ通過後の受信波形から、外部から入力される識別クロックに基づくタイミングで、外部から設定される電圧方向の識別閾値以上のデータをサンプリングする識別器と、
前記識別器の識別閾値を設定する手段と、
前記識別器に入力する識別クロックの位相を変化させる手段と、
を備え、
前記識別器の識別閾値を電圧方向に変化させ、さらに前記識別器に入力する識別クロックの位相を変化させながら、前記受信波形から複数のデータを繰り返しサンプリングすることによりアイパターン波形のアイ開口形状を抽出する、請求項1に記載の分散検出装置。
The waveform monitoring means includes
From the received waveform after passing through the optical fiber, at a timing based on an identification clock input from the outside, a discriminator that samples data above an identification threshold value in the voltage direction set from the outside,
Means for setting an identification threshold of the classifier;
Means for changing the phase of an identification clock input to the discriminator;
With
The eye opening shape of the eye pattern waveform is obtained by repeatedly sampling a plurality of data from the received waveform while changing the discrimination threshold of the discriminator in the voltage direction and further changing the phase of the discrimination clock input to the discriminator. The dispersion detection apparatus according to claim 1, wherein extraction is performed.
前記分散量検出手段は、
前記位相方向のアイ開口最大長が得られる特定電圧位置を基点として、前記電圧方向のアイ開口最大長を上下に分けた場合の分割比率を算出すると同時に、電圧方向のアイ開口最大長と位相方向のアイ開口最大長との長さの比率を算出し、算出した長さの比率を前記算出した分割比率と掛け合わせることにより波長分散量を検出する波長分散量検出手段
を備える、請求項1に記載の分散検出装置。
The dispersion amount detecting means includes
Based on the specific voltage position where the maximum eye opening length in the phase direction is obtained as a base point, the division ratio when the eye opening maximum length in the voltage direction is divided vertically is calculated, and at the same time, the eye opening maximum length and the phase direction 2. A chromatic dispersion amount detecting unit that detects a chromatic dispersion amount by calculating a ratio of the length to the maximum length of the eye opening and multiplying the calculated ratio of the length with the calculated division ratio. The dispersion detection apparatus described.
前記波形モニタ手段は、
前記光ファイバ通過後の受信波形から、外部から入力される識別クロックに基づくタイミングで、外部から設定される電圧方向の識別閾値以上のデータをサンプリングする識別器と、
前記識別器の識別閾値を設定する手段と、
前記識別器に入力する識別クロックの位相を変化させる手段と、
を備え、
前記識別器の識別閾値を電圧方向に変化させ、さらに前記識別器に入力する識別クロックの位相を変化させながら、前記受信波形から複数のデータを繰り返しサンプリングすることによりアイパターン波形のアイ開口形状を抽出する、請求項5に記載の分散検出装置。
The waveform monitoring means includes
From the received waveform after passing through the optical fiber, at a timing based on an identification clock input from the outside, a discriminator that samples data above an identification threshold value in the voltage direction set from the outside,
Means for setting an identification threshold of the classifier;
Means for changing the phase of an identification clock input to the discriminator;
With
The eye opening shape of the eye pattern waveform is obtained by repeatedly sampling a plurality of data from the received waveform while changing the discrimination threshold of the discriminator in the voltage direction and further changing the phase of the discrimination clock input to the discriminator. The dispersion detection apparatus according to claim 5, wherein extraction is performed.
請求項1に記載の分散検出装置と、
前記光ファイバを通過する受信信号を光信号から電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記光電変換手段にて電気信号に変換された受信信号における、偏波分散および波長分散による波形劣化を補償する電気分散補償手段と、
前記電気分散補償手段を通過した信号から、クロック信号の再生ならびに抽出、およびデータ信号のリカバリを行うクロックデータリカバリ手段と、
前記分散検出装置にて検出された偏波分散量および波長分散量の検出結果を基に、前記電気分散補償手段に入力される補償係数および前記クロックデータリカバリ回路に入力される識別閾値を制御するアダプティブ補償量制御手段と、
を備え、
前記分散検出装置で、前記電気分散補償手段を通過する前の受信信号を基にして、前記偏波分散量および波長分散量を検出した後に、前記アダプティブ補償量制御手段において、前記電気分散補償手段に用いる最適な補償制御係数および前記クロックデータリカバリ手段に用いる識別閾値を自動で制御する、自動分散補償システム。
The dispersion detection apparatus according to claim 1;
Photoelectric conversion means for converting a received signal passing through the optical fiber from an optical signal into an electrical signal;
In the received signal converted into an electrical signal by the photoelectric conversion means, electrical dispersion compensation means for compensating for waveform degradation due to polarization mode dispersion and wavelength dispersion;
Clock data recovery means for performing recovery and extraction of the clock signal and recovery of the data signal from the signal that has passed through the electrical dispersion compensation means;
Based on the detection result of the polarization dispersion amount and the chromatic dispersion amount detected by the dispersion detection device, the compensation coefficient input to the electrical dispersion compensation means and the identification threshold value input to the clock data recovery circuit are controlled. Adaptive compensation amount control means;
With
After detecting the polarization dispersion amount and the chromatic dispersion amount based on the received signal before passing through the electrical dispersion compensation unit in the dispersion detection device, the adaptive compensation amount control unit includes the electrical dispersion compensation unit. An automatic dispersion compensation system for automatically controlling an optimum compensation control coefficient used in the above and an identification threshold used in the clock data recovery means.
請求項1に記載の分散検出装置と、
前記光ファイバを通過する受信信号を光信号から電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記光電気変換手段を通過した信号から、クロック信号の再生ならびに抽出、およびデータ信号のリカバリを行うクロックデータリカバリ手段と、
を含む受信手段と、
レーザダイオードと、
前記分散検出装置からフィードバックした偏波分散量および波長分散量の検出結果を基に、送信信号となる光信号に予め分散補償を施す送信側イコライザ手段と、
前記分散検出装置にて検出された偏波分散量および波長分散量の検出結果を基に、前記送信側イコライザ手段に入力される補償係数を制御するアダプティブ補償量制御手段と、
前記送信側イコライザ手段に入力されるデータを信号処理するマルチプレクサと、
前記送信側イコライザ手段からの出力信号を増幅するドライバ手段と、
前記ドライバ手段の信号を基に、前記レーザダイオードから発光した光信号の変調制御を行う光変調手段と、
を含む送信手段と、
を備える自動分散補償システム。
The dispersion detection apparatus according to claim 1;
Photoelectric conversion means for converting a received signal passing through the optical fiber from an optical signal into an electrical signal;
Clock data recovery means for recovering and extracting a clock signal and recovering a data signal from the signal that has passed through the photoelectric conversion means;
Receiving means including:
A laser diode;
Based on the detection result of the polarization dispersion amount and the chromatic dispersion amount fed back from the dispersion detection device, transmission side equalizer means for performing dispersion compensation in advance on the optical signal to be a transmission signal;
Based on the detection result of the polarization dispersion amount and the chromatic dispersion amount detected by the dispersion detection device, adaptive compensation amount control means for controlling a compensation coefficient input to the transmission side equalizer means;
A multiplexer that performs signal processing on data input to the transmission side equalizer means;
Driver means for amplifying an output signal from the transmission side equalizer means;
An optical modulation means for performing modulation control of an optical signal emitted from the laser diode based on a signal of the driver means;
A transmission means including:
An automatic dispersion compensation system comprising:
請求項1に記載の分散検出装置と、
前記光ファイバを通過する受信信号を光信号から電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記光電気変換手段を通過した信号から、クロック信号の再生ならびに抽出、およびデータ信号のリカバリを行うクロックデータリカバリ手段と、
を含む受信手段と、
レーザダイオードと、
前記分散検出装置からフィードバックした偏波分散量、および波長分散量の検出結果を基に、送信信号となる光信号に予め分散補償を施す送信側イコライザ手段と、
前記送信側イコライザ手段に入力されるデータを信号処理するマルチプレクサと、
前記送信側イコライザ手段からの出力信号を増幅するドライバ手段と、
前記ドライバ手段の信号を基に、前記レーザダイオードから発光した光信号の変調制御を行う光変調手段と、
を含む送信手段と、
前記分散検出装置にて検出された偏波分散量および波長分散量の検出結果を基に、前記送信側イコライザ手段に入力される補償係数および前記クロックデータリカバリ回路に入力される識別閾値を制御するアダプティブ補償量制御手段と、
を備える自動分散補償システム。
The dispersion detection apparatus according to claim 1;
Photoelectric conversion means for converting a received signal passing through the optical fiber from an optical signal into an electrical signal;
Clock data recovery means for recovering and extracting a clock signal and recovering a data signal from the signal that has passed through the photoelectric conversion means;
Receiving means including:
A laser diode;
Based on the polarization dispersion amount fed back from the dispersion detection device and the detection result of the chromatic dispersion amount, transmission-side equalizer means that performs dispersion compensation in advance on the optical signal that becomes the transmission signal;
A multiplexer that performs signal processing on data input to the transmission side equalizer means;
Driver means for amplifying an output signal from the transmission side equalizer means;
An optical modulation means for performing modulation control of an optical signal emitted from the laser diode based on a signal of the driver means;
A transmission means including:
Based on the detection result of the polarization dispersion amount and the chromatic dispersion amount detected by the dispersion detection device, the compensation coefficient input to the transmission side equalizer means and the identification threshold value input to the clock data recovery circuit are controlled. Adaptive compensation amount control means;
An automatic dispersion compensation system comprising:
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