WO2007029535A1 - 偏波モード分散補償回路 - Google Patents

偏波モード分散補償回路 Download PDF

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WO2007029535A1
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mode dispersion
compensation circuit
dispersion compensation
unit
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Inventor
Shigeki Wada
Jin Yamazaki
Original Assignee
Nec Corporation
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/69Electrical arrangements in the receiver
    • H04B10/697Arrangements for reducing noise and distortion
    • H04B10/6971Arrangements for reducing noise and distortion using equalisation

Definitions

  • the present invention relates to the field of digital signal transmission by optical means, and more particularly to a polarization mode dispersion compensation circuit that electrically shapes an optical signal distortion caused by polarization dispersion of an optical fiber.
  • Polarization Mode Dispersion is the propagation time between two main polarization modes when the optical fiber or optical device used in the transmission line has polarization dependency. A different phenomenon.
  • the amount of polarization mode dispersion is characterized by two main polarization states (PS P) and the group delay time difference (DG D) between modes in the transmission path. Since the received optical signal is observed as the sum of the waveforms of both modes, it becomes a distorted waveform, which causes deterioration in reception sensitivity and transmission characteristics. Furthermore, since the PSP and DGD of the transmission line change depending on the pressure, vibration, and temperature applied to the optical fiber, the amount of degradation due to polarization mode dispersion fluctuates dynamically with randomness.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining that the waveform deteriorates due to the fluctuation of the polarization mode dispersion.
  • FIG. 4 (a) As shown in FIG. 4 (a), as shown on the left side of the drawing, a signal that matches the fast axis and the slow axis before propagating through the optical fiber 401 is converted into two polarizations of the optical fiber 401. Since the propagation times between the wave modes are different, after propagation through the optical fiber 401, the fast axis and the slow axis are output with a time shift.
  • Fig. 4 (b) is a diagram showing how the optical signal shown in Fig. 4 (a) is replaced with an electrical signal. The height is set to 1 before propagation and is set to '"," 0 ".
  • the branching ratio between the fast axis and the slow axis is ⁇
  • the signal is 1— ⁇ , ⁇ in height, and “ ⁇ ,” Y't is recognized.
  • the time difference between the fast axis and the slow axis is the group delay time difference.
  • FIG. 4 (c) is a diagram illustrating polarization mode dispersion that dynamically varies. Characterizing polarization mode dispersion The difference between the two main polarization states and the group delay time is the pressure and vibration applied to the optical fiber. It also changes with temperature, and as shown in Fig. 4 (c), the branching ratio ⁇ and the group delay time difference fluctuate dynamically.
  • Fig. 4 (d) shows the EYE aperture that shows the waveform in a degraded state due to fluctuating polarization mode dispersion.
  • the deterioration waveform is detected by asynchronous sampling, the degree of deterioration is calculated, and the dispersion compensator is controlled by the control circuit.
  • a feedback control system has also been devised.
  • Patent Document 1 JP 2004-356742 A
  • the deterioration waveform is detected by asynchronous sampling, the degree of deterioration is calculated, and the dispersion compensator is controlled by the control circuit.
  • the feedback control method requires time for sampling to determine the degree of degradation, and requires processing time for control of the compensator. There was still a problem with the high-speed feedback control.
  • the present invention has been made in view of the problems of the conventional techniques as described above, and realizes a compensation circuit that can cope with polarization mode dispersion that fluctuates at high speed. With the goal.
  • the polarization mode dispersion compensation circuit of the present invention is a polarization mode dispersion compensation circuit that compensates for polarization mode dispersion that occurs when a signal propagates through a transmission line.
  • a pre-compensation unit configured as a transversal filter for shaping the polarization mode dispersed waveform
  • It has a PLL type data signal recovery circuit with a loop bandwidth characteristic higher than the fluctuation frequency of the polarization mode dispersion, tracks the temporal fluctuation of the polarization mode dispersion, and reproduces the data.
  • a polarization mode dispersion compensation circuit is a polarization mode dispersion compensation circuit that compensates for polarization mode dispersion that occurs when a signal propagates through a transmission line.
  • a pre-compensation unit configured as a transversal filter for shaping the polarization mode dispersed waveform
  • the pre-compensation unit may be configured by a linear equalizer that is a kind of digital filter.
  • the weighting coefficient of the pre-compensation unit is such that the output of the pre-compensation unit forms an EYE aperture in the entire fluctuation range of the polarization mode dispersion, and the aperture is the data tracking and reproduction unit. Even if the output amplitude is set so that it can be identified.
  • the loop bandwidth of the data tracking unit is higher than the fluctuation frequency of polarization mode dispersion.
  • the weighting coefficient of the pre-compensation unit may be set so that the EYE opening of the pre-compensation unit output is maximized when an optical signal having a branching ratio of 40-60% is incident.
  • the weighting coefficient of the pre-compensation unit is a waveform inferior when the optical input branching ratio is changed. Even if it is decided by monitoring the process.
  • controller may be configured such that the pre-compensation unit determines the weighting coefficient of the pre-compensation unit according to the output.
  • control controller may vary the input voltage of the data tracking / reproducing circuit according to an error rate of the data tracking / reproducing circuit output.
  • the pre-compensation unit is configured as a transversal filter.
  • the next-stage data tracking / playback unit can identify the weighting coefficient of the transversal filter with all PSP values that are not the optimum values for each individual PSP value (DGD is also determined by the transmission fiber characteristics at this time).
  • the waveform is set to be shaped to the extent of the waveform. Furthermore, by making the loop band of the synchronous data track reproduction unit higher than the fluctuation frequency of polarization mode dispersion, it is possible to follow the time lag that occurs when the PSP fluctuates over time.
  • the configuration of the present invention that does not require sampling time or computation processing time realizes error-free compensation waveforms even when extremely fast PMD (PSP, DGD) fluctuations caused by contact with fibers or vibrations occur. it can.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a pre-compensation unit of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a data tracking / reproducing unit according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing how a signal waveform is distorted by polarization mode dispersion.
  • FIG. 5 is a diagram showing an output waveform compensated by a pre-compensation circuit.
  • FIG. 6 is a diagram showing the effect of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 A diagram showing the output waveform compensated by the pre-compensation circuit and the threshold value of the data tracking / reproducing unit. is there.
  • FIG. 9 is a diagram showing a second exemplary configuration of the data tracking / reproducing unit of the present invention.
  • FIG. 1 An example of an embodiment of the present invention will be described.
  • a photodiode and a front-end module having transimpedance type amplifier power are placed in the receiving portion of the optical fiber. Furthermore, by placing a pre-compensation unit and a polarization mode dispersion compensation circuit, which is a data tracking / reproducing circuit, as the next stage, signal errors caused by dynamic fluctuations in polarization mode dispersion can be prevented.
  • 1, 2 and 3 are circuit diagrams showing the polarization mode dispersion compensation circuit of the first embodiment of the present invention.
  • the polarization mode dispersion compensation circuit in FIG. 1 includes a photodiode 102, a pre-compensation unit 105, and A polarization mode dispersion compensation circuit 104 including a data tracking recovery unit 106 and a clock data recovery Z separation circuit (CDR / DEMUX) 107 are included.
  • the photodiode 102 receives an optical transmission signal transmitted via the optical fiber 101 and converts the optical signal into an electrical signal.
  • the transimpedance amplifier 103 amplifies the electric signal converted by the photodiode 102.
  • the pre-compensation unit 105 shapes the waveform of the electrical signal amplified by the transimpedance amplifier 103.
  • the data tracking / reproducing unit 106 makes the waveform shaped by the pre-compensation unit 105 follow the fluctuation of the polarization mode dispersion.
  • the CDR / DEMUX 107 extracts low-speed data from the reproduced compensation signal data that is the output of the data tracking / reproducing unit 106.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the pre-compensation unit 105.
  • the pre-compensation unit 105 includes a plurality of delay lines T and a weighting amplifier a -a whose delay time is set to 1/2 of the bit rate period.
  • a linear equalizer including an adder 201 (depending on the circuit configuration, FFE: Feed-forward Equalizer, FIR filter: also called finite Impulse Reaction Filter).
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the data tracking / playback unit 106.
  • the data tracking / reproducing unit 106 includes amplifiers 301 and 307, a delay unit 302, a discriminator 303, a phase comparator 304, a voltage control oscillator (VCO) 305, and a loop filter 306.
  • VCO voltage control oscillator
  • the amplifier 301 amplifies the signal from the predistorter 105 and supplies the amplified signal to the discriminator 303 and the delay unit 302.
  • the delay unit 302 delays the input signal for a predetermined time and then outputs it to the phase comparator 304.
  • the discriminator 303 is composed of a D flip-flop with the VCO305 output as the C input.
  • the output of which is input to the phase comparator 304 and the amplifier 307.
  • the delay unit 302, discriminator 303, phase comparator 304, VCO 305, and loop filter 306 constitute a PLL (Phase-Locked Loop) circuit, and the data tracking / reproducing unit 106 is a PLL type data signal reproducing circuit ( Configure DR: Data Recovery).
  • PLL Phase-Locked Loop
  • the phase comparator 304 compares the phase of the data output of the discriminator 303 and the delay unit 302 and controls the oscillation frequency of the VCO 305. As a result, the phase of the output of the discriminator 303 becomes equal to the phase of the output of the delay unit 302 and is amplified by the amplifier 307 to be polarized mode branching compensation circuit. 104 outputs.
  • the band of the loop filter 306 is set to be larger than the dispersion fluctuation frequency (generally several to several hundred KHz) in order to follow the fluctuation of the polarization mode dispersion.
  • the fluctuation of the polarization mode dispersion causes the waveform itself to be disturbed along with the change of the PSP, and within the time range corresponding to the MAX value of the DGD amount of the transmission line. As a result, the signal timing is also shifted, and the waveform is further disturbed.
  • the setting value of the weighting coefficient of the pre-compensation unit 105 is the total PSP value that is not the optimum value for each individual PSP value (DGD is also determined by the transmission fiber characteristics at this time) in the waveform degradation due to PSP.
  • the data tracking / playback unit 106 at the next stage is set to a waveform that can be identified and fixed. In such a setting, the output of the pre-compensation unit 105 is a compensation waveform having an EYE aperture that is equal to or higher than the input sensitivity of the data tracking / reproducing unit 206 at the next stage.
  • the above embodiment controls each TAP coefficient of the transversal filter shown in FIG. 2 constituting the pre-compensation unit 105, and the output EYE waveform is shown in FIG. In this way, the state can be identified.
  • the data tracking / reproducing unit 106 follows a time lag that occurs when the PSP fluctuates over time, and outputs a stable compensation waveform that does not cause a time lag even if there is a time fluctuation.
  • PMD PSP, DGD
  • FIG. 6 shows the results of evaluating the polarization dispersion tolerance when the polarization dispersion compensation circuit according to this embodiment is used and when it is not used.
  • the dispersion tolerance (specified by the error rate 1E-12) can be improved by about 3 times. I understand.
  • the data tracking / reproducing unit 106 is a clock data recovery (CDR) circuit having a loop bandwidth higher than the PMD fluctuation frequency, or a CDR built-in separation circuit (DEMUX) or Deserializer having the above characteristics.
  • CDR clock data recovery
  • DEMUX CDR built-in separation circuit
  • Deserializer Deserializer
  • a method of configuring a predistorter in the previous stage may be used.
  • an example using an NRZ (Non return-to-zero) signal is shown, but the present invention iiRZ (Retum—to-zero), SRZ (Camer Suppressed RZ Duo—binarv, DPSK ( It can be applied regardless of the transmission method such as Differential Phase Shift Keying).
  • the polarization mode dispersion compensation circuit shown in FIG. 7 receives an optical transmission signal transmitted through the optical fiber 701 at the branching ratio set by the branching ratio setting unit 713, and converts the optical signal into an electrical signal.
  • Compensation circuit 706 is configured to lock the output waveform pre-compensated by the pre-compensation unit 705 and follow the fluctuation of the polarization mode dispersion, and is provided with a function for adjusting the amplification factor.
  • Forward error correction (FEC) part 711, pre-compensation part 705 Determines the degree of degradation of the dispersion waveform at the 705 output Waveform monitor 708, digital signal processor (DSP: Digital Signal Processor) 710, DSP710 performs calculation processing based on transmission signal error determination result in waveform monitor 708 and determination signal from waveform monitor 708
  • the controller 709 controls the weighting coefficient of the pre-compensation unit 705 and determines a threshold value for adjusting the amplification factor of the data tracking reproduction unit 706.
  • a polarization mode dispersion compensation circuit 704 and a clock data recovery Z separation circuit (CDR / DEMUX) 707 including a photodiode 702, a pre-compensation unit 705, and a data tracking recovery unit 706 are shown in FIG. Further, this is the same as the polarization mode dispersion compensation circuit 104 and the clock data recovery Z separation circuit (CDR / DEMUX) 107 which are composed of the photodiode 102, the pre-compensation unit 105, and the data tracking recovery unit 106.
  • the pre-compensation unit 705 includes a plurality of delay lines T with a delay time set to 1 ⁇ 2 of the bit rate period, a weighting amplifier a -a, and an adder 201. Be done
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the data tracking / reproducing unit 706.
  • the configuration and operation of the loop filter 906 are the same as those of the amplifier 307, the delay unit 302, the discriminator 303, the phase comparator 304, the voltage control oscillator (VCO) 305, and the loop filter 306 shown in FIG.
  • the amplifier 901 in the present embodiment is configured as a differential amplifier.
  • a signal from the pre-compensation unit 705 is input to one input, and a threshold value determined by the control controller 709 is input to the other input.
  • Setting 714 is entered.
  • the data tracking / reproducing unit 706 sets the band of the loop filter 906 to be less than the dispersion fluctuation frequency (generally several to several hundreds KHz) in order to follow the fluctuation of the polarization mode dispersion. Set a large value.
  • the fluctuation of the polarization mode dispersion causes the waveform itself to be disturbed along with the change of the PSP, and corresponds to the MAX value of the DGD amount of the transmission line.
  • the signal timing is also shifted within the time range, and the waveform is further disturbed.
  • the branch ratio setting unit 713 transmits an optical signal in the range of the branch ratio of 40-60% to the average value DGD of the transmission line.
  • the state of the optical signal after propagation through the optical fiber 701 is set by the controller 709.
  • the DSP 710 calculates the ratio of “0” and “1” and the peak-to-peak value indicating the degree of deterioration of the distributed waveform output from the waveform monitor 708.
  • the DSP 710 calculates an error rate based on the error determination result of the transmission signal output from the FEC unit 711.
  • the control controller 709 determines the weighting coefficient setting 712 of the pre-compensation unit 705 and the threshold setting 714 of the data tracking reproduction unit 706 based on the calculation result of the DSP 710.
  • the determination of the weighting coefficient setting 712 and the threshold setting 714 is performed in a training process. Based on the determination result of the degree of degradation of the distributed waveform output by the waveform monitor 708 and the error determination result of the transmission signal output by the FEC unit 711, the EYE aperture is maximized and the error rate is minimized.
  • the weighting coefficient setting 712 of the compensation unit 705 is determined, and the threshold setting 714 of the threshold adjustment function of the input signal in the data tracking reproduction unit 706 is determined, and these values are fixed. [0055]
  • the weighting coefficient setting 712 is determined so that the ratio of “0” and ⁇ 1 ”of the dispersion waveform is 1: 1. Besides this, the peak-to-peak value of the dispersion waveform is maximized. Alternatively, these determination methods may be weighted and used together, and as a result, the EYE opening can be maximized.
  • the threshold setting 714 is determined so that the error rate does not become a predetermined value or less. Thereby, the input voltage in the amplifier 901 is changed, and the error rate can be minimized.
  • FIG. 8 shows a state in which each TAP coefficient is controlled by the weighting coefficient setting 712 that is an initial value determined in the training process, and the output EYE waveform can be identified by the data tracking / reproducing unit 706.
  • the threshold setting 714 is performed.
  • the data tracking / reproducing unit 706 can compensate for time lag and amplitude change due to dispersion that fluctuates with time due to fiber contact, fiber vibration, etc., and is stable with no time fluctuation.
  • a compensation waveform is output.
  • an error-free compensation waveform can be realized even when higher-speed PMD (PSP, DGD) fluctuations that cannot be handled by conventional technology occur.
  • the data shown in Fig. 6 are obtained as a result of evaluating the polarization dispersion tolerance when the polarization dispersion compensation circuit according to this embodiment is used and when it is not used. was gotten.
  • the dispersion tolerance (specified by the error rate 1E-12) is improved by about 3 times even when there is a fluctuation.
  • the controller 709 operates the function for controlling the weighting coefficient setting 712 and the threshold setting 714 even during signal transmission not only in the training process, and constantly updates the weighting coefficient setting 712 and the threshold setting 714. It doesn't matter.
  • the data tracking / playback unit adds the error determination in the FEC unit 711 and the determination time from the waveform monitor signal and the time required for the DSP arithmetic processing. There is a time difference of one digit or more from the subordinate control speed. Therefore, only the data tracking / reproducing unit 706 is effective for high-speed PMD fluctuations. For temperature fluctuations and relatively slow PMD fluctuations, both the data tracking / reproducing unit 706 and the control by the controller 709 operate stably, and the PMD dispersion is reduced. You can compensate.
  • the data tracking / reproducing unit 706 includes a clock having a loop band higher than the PMD fluctuation frequency.
  • CDR Clock Data Recovery
  • DEMUX Deserializer
  • a precompensator may be configured in front of this.
  • NRZ Non return-to-zero
  • RZ Return-to-zero
  • CSRZ and arner Suppressed RZ
  • Duo-binary DPSK It can be applied regardless of the transmission method such as (Differential Phase Shift Keying).

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Abstract

 本発明は高速に変動する偏波モード分散に対応することのできる補償回路を実現することを目的とし、その構成は、信号が伝送路を伝搬する際に生じる偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償回路であって、偏波モード分散した波形を整形するトランスバーサルフィルタとして構成された前置補償部と、偏波モード分散の変動周波数よりも高いループ帯域特性を持つPLL型のデータ信号再生回路を備え、偏波モード分散の時間的変動を追尾し、データを再生するデータ追跡再生部と、を有する。

Description

明 細 書
偏波モード分散補償回路
技術分野
[0001] 本発明は、光学的な手段によるデジタル信号伝送の分野に関し、特に光ファイバ の偏波分散によって生じた光信号歪みを電気的に整形する偏波モード分散補償回 路に関する。
背景技術
[0002] 偏波モード分散 (PMD; Polarization Mode Dispersion)とは、伝送路に用いられる光 ファイバや光デバイスが偏波依存性を持つ場合に、主軸となる 2つの偏波モード間の 伝搬時間が異なる現象をいう。また偏波モード分散の量は、 2つの主要偏光状態 (PS P; Principal States of Polarization)と、伝送路におけるモード間の群遅延時間差(DG D; Differential Group Delay)で特徴付けられる。受信される光信号は、両モードの波 形の和として観測されるため、歪んだ波形となり、受信感度や伝送特性の劣化要因と なる。さらに伝送路の PSPや DGDは、光ファイバに掛カる圧力や振動、あるいは温度 によっても変化するため、偏波モード分散による劣化量は、ランダム性を持って動的 変動している。
[0003] 図 4は変動する偏波モード分散により波形が劣化することを説明するための図であ る。
[0004] 図 4 (a)に示すように、図面左側に示すように、光ファイバ 401を伝搬する前には速 軸と遅軸とで一致していた信号が、光ファイバ 401の 2つの偏波モード間の伝搬時間 が異なることから、光ファイバ 401の伝搬後には速軸と遅軸とで時間的にずれて出力 されている。図 4 (b)は図 4 (a)に示した光信号を電気的な信号に置き換えた様子を 示す図であり、伝搬前には高さが 1とされ、 'Τ、 "0 "とされていた信号が、伝搬後には 、速軸と遅軸との分岐比を γとしたときに、高さが 1— γ、 γの信号とされ、 "Γ、 "Y't 認識されて 、る。この速軸と遅軸との時間差が群遅延時間差である。
[0005] 図 4 (c)は動的に変動する偏波モード分散を示す図である。偏波モード分散を特徴 付ける 2つの主要偏光状態と群遅延時間差は光ファイバに掛カる圧力や振動、ある いは温度によっても変化し、図 4 (c)に示すように分岐比 γや群遅延時間差は動的 に変動することとなる。
[0006] 図 4 (d)は変動する偏波モード分散により劣化した状態の波形を示す EYE開口であ る。
[0007] 上記特性を持つ偏波モード分散を補償するため、光学的な分散補償素子を用いる 方法、あるいはデジタルフィルタを用いて電気的に分散補償する方法が取られて ヽ る。
[0008] さらに、特開 2004— 356742号公報に記載があるように、劣化波形を非同期型の サンプリングにより検出し、その劣化度合いを算出し、制御回路で分散補償器を制御 するなどの簡易なフィードバック制御方式も考案されている。
特許文献 1:特開 2004— 356742号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 偏波モード分散を補償するための従来技術の一つとして、光学的な分散補償素子 を用いる方法、ある 、はデジタルフィルタを用いて電気的に分散補償する方法が取 られている。しかしながら代表的な劣化変動速度はミリ秒以下程度であり、温度制御 を主とする一般的な光学補償素子はこの速度に追従できないことが良く知られている 。また、デジタル信号処理でよく用いられるァダプティブ'フィルタと適応アルゴリズム の組み合わせも、 lOGbpsを超えるような高速通信においては、その高速性のため充 分な変動対応補償が困難であるという問題があった。
[0010] さらに、特開 2004— 356742号公報に記載されるように、劣化波形を非同期型の サンプリングにより検出し、その劣化度合いを算出し、制御回路で分散補償器を制御 するなどの簡易なフィードバック制御方式では、劣化度合 、を判定するためのサンプ リングに時間が必要なこと、補償器の制御のための演算処理時間も必要であるなど、 高速に変動する偏波モード分散に対応するためのフィードバック制御の高速性には まだ問題が残っていた。
[0011] 本発明は上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであつ て、高速に変動する偏波モード分散に対応することのできる補償回路を実現すること を目的とする。
課題を解決するための手段
[0012] 本発明の偏波モード分散補償回路は、信号が伝送路を伝搬する際に生じる偏波モ ード分散を補償する偏波モード分散補償回路であって、
偏波モード分散した波形を整形するトランスバーサルフィルタとして構成された前置 補償部と、
偏波モード分散の変動周波数よりも高いループ帯域特性を持つ PLL型のデータ信 号再生回路を備え、偏波モード分散の時間的変動を追尾し、データを再生するデー タ追跡再生部と、
を有することを特徴とする。
[0013] 本発明の他の形態による偏波モード分散補償回路は、信号が伝送路を伝搬する 際に生じる偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償回路であって、
偏波モード分散した波形を整形するトランスバーサルフィルタとして構成された前置 補償部と、
偏波モード分散の変動周波数よりも高いループ帯域特性を持つ PLL型のクロック · データ信号再生回路を備え、偏波モード分散の時間的変動を追尾し、データを再生 するデータ追跡再生部と、
を有することを特徴とする。
[0014] この場合、前置補償部は、デジタルフィルタの一種である線形等化器で構成される としてちよい。
[0015] また、前置補償部の重み付け係数は、前置補償部の出力が偏波モード分散の変 動範囲の全てで EYE開口を形成し、かつ、その開口部がデータ追跡再生部でデータ 識別できる出力振幅となるように設定されるとしてもょ 、。
[0016] また、前記データ追跡部のループ帯域は、偏波モード分散の変動周波数よりも高
Vヽ周波数に可変できるとしてもよ!/、。
[0017] また、前置補償部の重み付け係数は、分岐比 40— 60%の光信号入射時に、前置 補償部出力の EYE開口が最大になるように設定されるとしてもよい。
[0018] また、前置補償部の重み付け係数は、光入力の分岐比を変化させた時の波形劣 化をモニターして決定されるとしてもよ 、。
[0019] また、前記前置補償部の重み付け係数を設定する制御コントローラを有するとして ちょい。
[0020] また、制御コントローラは、前置補償部部が出力に応じて前置補償部の重み付け係 数を決定するとしてもよい。
[0021] また、制御コントローラは、データ追跡再生回路出力のエラーレートに応じて前記 データ追跡再生回路の入力電圧を変動させるとしてもよ 、。
[0022] 偏波モード分散の変動では、 PSPの変化に伴い、波形自体に乱れを生じると共に、 伝送線路の DGD量の MAX値に相当する時間範囲内で信号タイミングもずれ、波形 はさらに舌しれる。
[0023] 本発明では、前置補償部がトランスバーサルフィルタとして構成されている。トランス バーサルフィルタの重み付け係数を、各個別の PSP値 (このとき伝送ファイバ特性によ り DGDも決定される)に対する最適値では無ぐ全 PSP値にて次段のデータ追跡再生 部が識別可能な波形程度に波形整形する設定としておく。さらに同期型のデータ追 跡再生部のループ帯域を、偏波モード分散の変動周波数よりも高くすることで、 PSP が時間変動した場合に発生する時間ずれに追従させることができる。サンプリング時 間や演算処理時間を必要としない本発明の構成により、ファイバーへの接触、振動 などに起因する極めて高速な PMD(PSP、 DGD)変動が発生した場合でも、エラーフリ 一な補償波形が実現できる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]本発明の第 1の実施の形態の一例を示す構成図である。
[図 2]本発明の前置補償部の構成を示す図である。
[図 3]本発明のデータ追跡再生部の構成を示す図である。
[図 4]偏波モード分散により信号波形が歪む様子を示した図である。
[図 5]前置補償回路にて補償した出力波形を示す図である。
[図 6]本発明の効果を示す図である。
[図 7]本発明の第 2の実施の形態の一例を示す構成図である。
[図 8]前置補償回路にて補償した出力波形と、データ追跡再生部の閾値を示す図で ある。
圆 9]本発明のデータ追跡再生部の第 2の実施構成例を示す図である。
符号の説明
101 光ファイバ
102 フォトダイオード
103 トランスインピーダンス型増幅器
104 偏波モード分散補償回路
105 前置補償部
106 データ追跡再生部
107 CDRZDEMUX咅
301, 307 増幅器
302 遅延器
303 識別器
304 位相比較器
305 VCO
306 ループフィルタ
発明を実施するための最良の形態
[0026] 本説明についてさらに詳細に説述すべく添付図面を参照して以下に説明する。
[0027] 本発明の実施の形態の一例について説明する。本発明の一実施の形態は、図 1に 示すように、光ファイバの受信部分にフォトダイオードとトランスインピーダンス型の増 幅器力も成るフロントエンドモジュールを置いておく。さらに次段として、前置補償部、 さらにはデータ追跡再生回路力 なる偏波モード分散補償回路を置くことで、偏波モ ード分散の動的変動によって発生する信号エラーを防ぐことが出来る。
[0028] 以下、具体的な実施例に即して説明する。
[0029] 実施例 1
図 1、図 2と図 3は、本発明の第 1の実施例の偏波モード分散補償回路を示す回路 図である。
[0030] 図 1の偏波モード分散補償回路は、フォトダイオード 102、前置補償部 105および データ追跡再生部 106からなる偏波モード分散補償回路 104、クロックデータ再生 Z分離回路 (CDR/DEMUX) 107から構成される。
[0031] フォトダイオード 102は光ファイバ 101を介して伝送される光伝送信号を受信し、光 信号から電気信号に変換する。トランスインピーダンス型増幅器 103はフォトダイォー ド 102により変換された電気信号を増幅する。前置補償部 105はトランスインピーダ ンス型増幅器 103により増幅された電気信号を波形整形する。データ追跡再生部 10 6は前置補償部 105により整形された波形を偏波モード分散の変動に追従させる。 C DR/DEMUX107はデータ追跡再生部 106出力である再生された補償信号データか ら低速のデータを取り出す。
[0032] 図 2は前置補償部 105の構成例を示すブロック図である。前置補償部 105は、遅延 時間がビットレート周期の 1/2に設定された複数の遅延線路 Tと重み付け増幅器 a -a
1 n
、並びに加算器 201から構成される線形等化器(回路構成によっては、 FFE: Feed-fo rward Equalizer, FIRフィルタ: finite Impulse Reaction Filterとも呼ばれる)を構成する トランスバーサルフィルタである。
[0033] 図 3はデータ追跡再生部 106の構成例を示すブロック図である。データ追跡再生 部 106は図 3に示すように、増幅器 301, 307、遅延器 302、識別器 303、位相比較 器 304、電圧制御発信器 (VCO) 305、ループフィルタ 306から構成されている。
[0034] 増幅器 301は前置補償部 105からの信号を増幅し、識別器 303と遅延器 302へ供 給する。遅延器 302は入力信号を所定時間遅延させた後に位相比較器 304へ出力 する。識別器 303は VCO305出力を C入力とする Dフリップフロップにより構成され
P
る保持回路であり、その出力は位相比較器 304および増幅器 307へ入力されている
[0035] 遅延器 302、識別器 303、位相比較器 304、 VCO305およびループフィルタ 306 は PLL (Phase-Locked Loop)回路を構成するもので、データ追跡再生部 106は PLL 型のデータ信号再生回路(DR: Data Recovery)を構成する。
[0036] 位相比較器 304は識別器 303と遅延器 302のデータ出力を位相比較し、 VCO30 5の発振周波数を制御する。これにより、識別器 303の出力の位相は遅延器 302出 力の位相に等しいものとなり、増幅器 307により増幅されて偏波モード分岐補償回路 104出力とされる。
[0037] データ追跡再生部 106では、偏波モード分散の変動に追従させるために、ループ フィルタ 306の帯域を分散変動周波数 (一般的には数〜数百 KHz)よりも大きく設定 しておく。
[0038] 図 4 (c)に示したように、偏波モード分散の変動は、 PSPの変化に伴い、波形自体に 乱れを生じると共に、伝送線路の DGD量の MAX値に相当する時間範囲内で信号タ イミングもずれ、波形はさらに乱れることが特徴である。このとき上記前置補償部 105 の重み付け係数の設定値は、 PSPによる波形劣化において、各個別の PSP値 (このと き伝送ファイバ特性により DGDも決定される)に対する最適値では無ぐ全 PSP値にて 次段のデータ追跡再生部 106が識別可能な波形に波形整形する設定とし、固定し ておく。このような設定の場合、前置補償部 105の出力は、次段のデータ追跡再生 部 206の入力感度以上の EYE開口を持つ補償波形と成る。
[0039] 上記の実施例は、前置補償部 105を構成する図 2に示したトランスバーサルフィル タの各 TAP係数を制御し、出力の EYE波形がデータ追跡再生部 106にて図 5に示す ように識別可能な状態とする。
[0040] 一方、データ追跡再生部 106では、 PSPが時間変動した場合に発生する時間ずれ に追従し、時間変動があっても時間ずれが発生しない安定した補償波形を出力する 。これにより、 PMD(PSP、 DGD)変動が発生した場合も、エラーフリーな補償波形が実 現できる。
[0041] 図 6は、本実施例による偏波分散補償回路を使用した場合と、使用しない場合の偏 波分散トレランスを評価した結果である。図 6から判るように、本実施例の回路を用い ることで、 DGD量が変動した場合においても、分散トレランス (エラーレートく 1E-12で 規定)が約 3倍改善して 、ることが判る。
[0042] なおデータ追跡再生部 106は、 PMD変動周波数より高いループ帯域を持つクロッ ク'データ再生 (CDR: Clock Data Recovery)回路、もしくは上記特性を持つ CDR内蔵 の分離回路 (DEMUX)や Deserializerとし、この前段に前置補償器を構成する方法で も構わない。さらに本実施例では、 NRZ(Non return-to-zero)信号による例を示したが 、本発明 iiRZ(Retum— to— zero)、し SRZ(Camer Suppressed RZ Duo— binarv、 DPSK( Differential Phase Shift Keying )などの伝送方式に因らず、適用が可能である。
[0043] 次に、図 7を用いて、本発明の第 2の実施例の偏波モード分散補償回路を説明す る。
[0044] 図 7に示される偏波モード分散補償回路は、分岐比設定部 713により設定された分 岐比にて光ファイバ 701を伝送する光伝送信号を受信し、光信号から電気信号に変 換するフォトダイオード 702、この電気信号を増幅するトランスインピーダンス型増幅 器 703、トランスインピーダンス型増幅器 703により増幅された電気信号を波形整形 する前置補償部 705、前置補償部 705とともに偏波モード分散補償回路 706を構成 し、前置補償部 705により前置補償された出力波形をロックし、偏波モード分散の変 動に追従させるために設けられ、増幅率を調整する機能が付加されたデータ追跡再 生部 706、並びに再生した補償信号データ力 低速のコーディングされたデータを 取り出す為のクロック ·データ再生 Z分離回路(CDR/DEMUX) 707、コーディングさ れた低速のデータ力 正確な信号を生成すると共に、伝送信号のエラーを判定する 順方向誤り訂正(FEC : Forward Error Correction)部 711、前置補償部 705出力に おける分散波形の劣化度合 ヽを判定する波形モニター 708、 FEC部 711における伝 送信号のエラー判定結果と波形モニター 708からの判定信号に基づいた演算処理 を行うデジタル信号処理部(DSP: Digital Signal Processor) 710、 DSP710における 演算処理結果に基づいて前置補償部 705の重み付け係数を制御するとともに、デー タ追跡再生部 706の増幅率を調整する閾値を決定する制御コントローラ 709から構 成される。
[0045] フォトダイオード 702、前置補償部 705およびデータ追跡再生部 706からなる偏波 モード分散補償回路 704、クロックデータ再生 Z分離回路 (CDR/DEMUX) 707の構 成および動作は図 1に示したフォトダイオード 102、前置補償部 105およびデータ追 跡再生部 106からなる偏波モード分散補償回路 104、クロックデータ再生 Z分離回 路(CDR/DEMUX) 107と同様である。
[0046] 前置補償部 705は、図 2に示したような、遅延時間がビットレート周期の 1/2に設定 された複数の遅延線路 Tと重み付け増幅器 a -a、並びに加算器 201から構成される
1 n [0047] 図 9はデータ追跡再生部 706の構成を示すブロック図であるが、図 9中の増幅器 90 7、遅延器 902、識別器 903、位相比較器 904、電圧制御発信器 (VCO) 905、ルー プフィルタ 906の構成および動作は、図 3に示した増幅器 307、遅延器 302、識別器 303、位相比較器 304、電圧制御発信器 (VCO) 305、ループフィルタ 306と同様で ある。
[0048] 本実施例における増幅器 901は差動増幅器として構成されており、一方の入力に は前置補償部 705からの信号が入力され、他方の入力には制御コントローラ 709に より決定された閾値設定 714が入力されている。
[0049] 本実施例においても、データ追跡再生部 706では、偏波モード分散の変動に追従 させるために、ループフィルタ 906の帯域を分散変動周波数 (一般的には数〜数百 KHz)よりも大きく設定しておく。
[0050] 前述のように偏波モード分散の変動は、図 4 (c)に示すように、 PSPの変化に伴い、 波形自体に乱れを生じると共に、伝送線路の DGD量の MAX値に相当する時間範囲 内で信号タイミングもずれ、波形はさらに乱れることが特徴である。このため、本実施 例の偏波モード分散補償回路ならびに伝送装置では、伝送線路の平均値 DGDに対 して、分岐比設定部 713により分岐比 40— 60%の範囲の光信号を伝送させる。
[0051] 光ファイバ 701伝搬後の光信号の状態は制御コントローラ 709により設定される。
[0052] DSP710は波形モニター 708が出力する分散波形については、その劣化度合い を示す "0"、 "1"の割合やピークツーピークの値を演算する。また、 DSP710は FEC部 711が出力する伝送信号のエラー判定結果によりエラーレートを演算する。
[0053] 制御コントローラ 709は、 DSP710の演算結果に基づいて前置補償部 705の重み 付け係数設定 712、データ追跡再生部 706の閾値設定 714を決定する。
[0054] 重み付け係数設定 712、閾値設定 714の決定はトレーニング工程にて行われる。、 波形モニター 708が出力する分散波形の劣化度合いの判定結果、並びに、 FEC部 7 11が出力する伝送信号のエラー判定結果に基づいて EYE開口が最大となり、エラー レートが最小となるように前置補償部 705の重み付け係数設定 712を決定し、並びに 、データ追跡再生部 706における入力信号の閾値調整機能の閾値設定 714を決定 し、それらの値を固定する。 [0055] 重み付け係数設定 712は分散波形の "0"、〃1"の割合が 1: 1となるように決定される 力 この他にも分散波形のピークツーピークの値が最大となるように決定してもよい。 また、これらの決定方法に重み付けを行って併用することとしてもよい。この結果、 EY E開口を最大とすることが可能となる。
[0056] 閾値設定 714については、エラーレートが所定の値以下とならないように閾値設定 714を決定する。これにより、増幅器 901における入力電圧が変更され、エラーレート を最小とすることが可能となる。
[0057] 図 8には、前記トレーニング工程において決定された初期値となる重み付け係数設 定 712により、各 TAP係数が制御され、出力の EYE波形がデータ追跡再生部 706〖こ て識別可能な状態とされ、閾値設定 714が行われる例が示されている。
[0058] 一方、データ追跡再生部 706では、ファイバー接触やファイバー振動などに伴う高 速に時間的変動する分散に起因した時間ずれ、振幅変化も補償することができ、時 間変動の無い安定した補償波形が出力される。これにより、従来の技術では対応しき れな力つたより高速な PMD(PSP、 DGD)変動が発生した場合であっても、エラーフリー な補償波形が実現できる。
[0059] 本実施例においても、第 1の実施例と同様、本実施例による偏波分散補償回路を 使用した場合と、使用しない場合の偏波分散トレランスを評価した結果として図 6に 示すデータが得られた。図 6から判るように、本実施例の回路を用いることで、変動し た場合においても分散トレランス (エラーレートく 1E-12で規定)が約 3倍改善しているこ とが判る。
[0060] なお、本実施例では、前置補償部 705の重み付け係数設定 712、並びにデータ追 跡再生部 706の閾値設定 714をトレーニング工程で設定した初期値に固定する場 合について説明した力 制御コントローラ 709に、トレーニング工程だけではなぐ信 号伝送時にも重み付け係数設定 712、並びに、閾値設定 714を制御する機能を動 作させ、常時、重み付け係数設定 712、並びに、閾値設定 714を更新する形態とし ても構わない。
[0061] 上記のような構成とした場合、 FEC部 711におけるエラー判定や波形モニタ信号か らの判定時間と DSP演算処理に要する時間の合算時間は、データ追跡再生部で追 従する制御速度と一桁以上の時間差が生じる。従って、高速 PMD変動にはデータ追 跡再生部 706のみ力 温度変動や比較的ゆっくりとした PMD変動に対してはデータ 追跡再生部 706と制御コントローラ 709による制御の両方が安定動作し、 PMD分散 をネ ΐ償することができる。
[0062] またデータ追跡再生部 706は、 PMD変動周波数より高いループ帯域を持つクロック
'データ再生 (CDR: Clock Data Recovery)回路、もしくは上記特性を持つ CDR内蔵の DEMUXや Deserializerとし、この前段に前置補償器を構成する方法でも構わない。さ らに本実施例では、 NRZ(Non return-to-zero)信号による例を示した力 本実施例は RZ(Return- to- zero)、 CSRZ (し arner Suppressed RZ)、 Duo- binary、 DPSK(Differential Phase Shift Keying )などの伝送方式に寄らず、適用が可能である。
[0063] さらに、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成に 限定されるものではなぐ特許請求の各請求項の発明の範囲で当業者であればなし 得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

Claims

請求の範囲
[1] 信号が伝送路を伝搬する際に生じる偏波モード分散を補償する偏波モード分散補 償回路であって、
偏波モード分散した波形を整形するトランスバーサルフィルタとして構成された前置 補償部と、
偏波モード分散の変動周波数よりも高いループ帯域特性を持つ PLL型のデータ信 号再生回路を備え、偏波モード分散の時間的変動を追尾し、データを再生するデー タ追跡再生部と、
を有することを特徴とする偏波モード分散補償回路。
[2] 信号が伝送路を伝搬する際に生じる偏波モード分散を補償する偏波モード分散補 償回路であって、
偏波モード分散した波形を整形するトランスバーサルフィルタとして構成された前置 補償部と、
偏波モード分散の変動周波数よりも高いループ帯域特性を持つ PLL型のクロック' データ信号再生回路を備え、偏波モード分散の時間的変動を追尾し、データを再生 するデータ追跡再生部と、
を有することを特徴とする偏波モード分散補償回路。
[3] 請求項 1または請求項 2記載の偏波モード分散補償回路において、
前置補償部は、デジタルフィルタの一種である線形等化器で構成されることを特徴 とする偏波モード分散補償回路。
[4] 請求項 1な!、し請求項 3の 、ずれかに記載の偏波モード分散補償回路にぉ 、て、 前置補償部の重み付け係数は、前置補償部の出力が偏波モード分散の変動範囲 の全てで EYE開口を形成し、かつ、その開口部がデータ追跡再生部でデータ識別で きる出力振幅となるように設定されることを特徴とする偏波モード分散補償回路。
[5] 請求項 1な 、し請求項 4の 、ずれかに記載の偏波モード分散補償回路にぉ 、て、 前記データ追跡部のループ帯域は、偏波モード分散の変動周波数よりも高!、周波 数に可変できることを特徴とする偏波モード分散補償回路。
[6] 請求項 1な!、し請求項 5の 、ずれかに記載の偏波モード分散補償回路にぉ 、て、 前置補償部の重み付け係数は、分岐比 40— 60%の光信号入射時に、前置補償 部出力の EYE開口が最大になるように設定されることを特徴とする偏波モード分散補 償回路。
[7] 請求項 1な!、し請求項 6の 、ずれかに記載の偏波モード分散補償回路にぉ 、て、 前置補償部の重み付け係数は、光入力の分岐比を変化させた時の波形劣化をモ 二ターして決定されることを特徴とする特徴とする偏波モード分散補償回路。
[8] 請求項 1な!、し請求項 6の 、ずれかに記載の偏波モード分散補償回路にぉ 、て、 前記前置補償部の重み付け係数を設定する制御コントローラを有することを特徴と する偏波モード分散補償回路。
[9] 請求項 8記載の偏波モード分散補償回路において、
制御コントローラは、前置補償部部が出力に応じて前置補償部の重み付け係数を 決定することを特徴とする偏波モード分散補償回路。
[10] 請求項 8または請求項 9に記載の偏波モード分散補償回路において、
制御コントローラは、データ追跡再生回路出力のエラーレートに応じて前記データ 追跡再生回路の入力電圧を変動させることを特徴とする偏波モード分散補償回路。
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