JP2006340115A - Waveform deterioration compensation method and apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】
分散値の測定や周波数領域への変換を行わずに、光伝送路を伝搬することで周波数に依存して波形劣化した光信号の波形劣化補償を行う。
【解決手段】
変調信号に対応する基準波形と、被変調波から検波された出力波形との時間波形誤差が最小になるように、該時間波形誤差を直接用いて該波形劣化補償手段の補償特性を周波数領域で制御する。好ましくは、波形劣化補償手段は、可変分散補償器であり、補償特性の制御は、群遅延特性の制御変数を最適化することである。波形劣化補償手段の制御変数の最適化は、好ましくは、勾配を用いた最適化手段により行う。
【選択図】
図3【Task】
Compensation for waveform deterioration of an optical signal whose waveform is degraded depending on the frequency by propagating through the optical transmission line without measuring the dispersion value or converting to the frequency domain.
[Solution]
In order to minimize the time waveform error between the reference waveform corresponding to the modulation signal and the output waveform detected from the modulated wave, the time waveform error is directly used to adjust the compensation characteristic of the waveform deterioration compensation means in the frequency domain. Control. Preferably, the waveform deterioration compensation means is a variable dispersion compensator, and the control of the compensation characteristic is to optimize the control variable of the group delay characteristic. The optimization of the control variable of the waveform deterioration compensation unit is preferably performed by an optimization unit using a gradient.
[Selection]
FIG.
Description
本発明は、波形劣化補償方法及び装置に係り、詳しくは、伝送路を伝搬することで波形劣化した被変調波の波形劣化を補償する方法及び装置に関するものである。本発明において、一つの好ましい態様では、前記被変調波は変調信号によって変調された光信号であり、本発明に係る波形補償手段は、光伝送路を伝搬することで周波数に依存して波形劣化した光信号の劣化を補償するものである。 The present invention relates to a waveform deterioration compensation method and apparatus, and more particularly, to a method and apparatus for compensating for waveform deterioration of a modulated wave whose waveform has deteriorated by propagating through a transmission line. In the present invention, in one preferred aspect, the modulated wave is an optical signal modulated by a modulation signal, and the waveform compensating means according to the present invention propagates through an optical transmission line to degrade the waveform depending on the frequency. The optical signal is compensated for deterioration of the optical signal.
光通信において、通信距離・速度に上限を与える要因の一つとして波長分散がある。波長分散とは、図1に示すように、媒質を伝搬する光の波長によってその速度が異なる現象である。これにより、光通信には、ある一定距離以上光を伝送しようとすると波形に歪みが生じて、ビットエラーレート(BER)が上昇するという問題が生じる。 In optical communication, chromatic dispersion is one of the factors that give an upper limit to the communication distance and speed. As shown in FIG. 1, chromatic dispersion is a phenomenon in which the speed varies depending on the wavelength of light propagating through a medium. As a result, there is a problem in optical communication that if the light is transmitted over a certain distance, the waveform is distorted and the bit error rate (BER) increases.
この波長分散を補償する方法は、現在主に分散補償ファイバ(DCF)と呼ばれる、シングルモードファイバ(SMF)とは逆の群遅延特性を有するファイバを、通信路に挿入することによっておおまかに実現されている。しかし、近い将来に実現が期待されている全光ルーティングにおいては、その伝送ルートが時々刻々変化することから、適応的な分散補償を行う必要がある。 This method of compensating for chromatic dispersion is roughly realized by inserting a fiber with a group delay characteristic opposite to that of single mode fiber (SMF), which is currently called dispersion compensation fiber (DCF), into the communication path. ing. However, in all-optical routing, which is expected to be realized in the near future, the transmission route changes from time to time, so it is necessary to perform adaptive dispersion compensation.
可変分散補償デバイスには、FBGやMEMS等を利用したものがある。これを用いて適応的に分散補償を行える可能性がある。その方法の一つとして、位相シフト法等の方法で伝送路の分散値を測定し、補償デバイスの特性がその逆の値を持つように制御する方法がある。しかし、この制御方法では、正確な分散値の測定にコストと時間がかかるという問題がある。 Some tunable dispersion compensation devices use FBG, MEMS, or the like. There is a possibility that dispersion compensation can be adaptively performed using this. As one of the methods, there is a method in which the dispersion value of the transmission line is measured by a method such as a phase shift method, and the characteristic of the compensation device is controlled to have the opposite value. However, this control method has a problem that it takes cost and time to accurately measure the dispersion value.
また、受信信号の波形をフーリエ変換して、周波数領域での誤差を利用して補償する方式も提案されている(特許文献1,2)。しかし、この場合は、十分な精度のフーリエ変換には計算コストを要する。さらに、波形のフーリエ変換スペクトルが、必ずしも信号光の本来のスペクトルに直接結び付けられるわけではないため、現実に有効に稼動させるには、様々な工夫が必要となる。
本発明の目的は、分散値の測定や周波数領域への変換を行わずに、伝送路を伝搬することで周波数に依存して波形劣化した被変調波の波形劣化補償を行うことにある。 An object of the present invention is to perform waveform degradation compensation of a modulated wave whose waveform is degraded depending on the frequency by propagating through a transmission line without measuring a dispersion value or converting to a frequency domain.
かかる目的を解決するために本発明が採用した第1の技術手段は、伝送路を伝搬することで周波数に依存して波形劣化した被変調波を、波形劣化補償手段を用いて波形劣化補償する方法であって、変調信号に対応する基準波形と、被変調波から検波された出力波形との時間波形誤差が最小になるように、該時間波形誤差を直接用いて該波形劣化補償手段の補償特性を周波数領域で制御することを特徴とするものである。 In order to solve this object, the first technical means adopted by the present invention compensates the waveform degradation of the modulated wave whose waveform is degraded depending on the frequency by propagating through the transmission line by using the waveform degradation compensation unit. Compensation of the waveform degradation compensation means using the time waveform error directly so that the time waveform error between the reference waveform corresponding to the modulation signal and the output waveform detected from the modulated wave is minimized. The characteristic is controlled in the frequency domain.
本発明が採用した第2の技術手段は、波形劣化補償装置であって、該装置は、伝送路を伝搬することで周波数に依存して波形劣化した被変調波の波形を補償する波形劣化補償手段と、被変調波から検波された出力波形を取得する手段と、変調信号に対応する基準波形を記憶する手段と、波形劣化補償手段の補償特性を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記基準波形と前記出力波形との時間波形誤差が最小になるように、該時間波形誤差を直接用いて波形劣化補償手段の補償特性を周波数領域で制御することを特徴とするものである。 The second technical means adopted by the present invention is a waveform degradation compensation device, which compensates the waveform of the modulated wave whose waveform is degraded depending on the frequency by propagating through the transmission line. Means for acquiring an output waveform detected from the modulated wave, means for storing a reference waveform corresponding to the modulation signal, and control means for controlling the compensation characteristic of the waveform deterioration compensation means, The control means controls the compensation characteristic of the waveform deterioration compensation means in the frequency domain by directly using the time waveform error so that the time waveform error between the reference waveform and the output waveform is minimized. It is.
本発明の特徴は、「周波数依存性が高い劣化現象を補正するために、(したがって通常は周波数領域で行う補正作業を)時間領域のデータをそのまま使って行う」点にある。補償の物理的手段も周波数領域の操作であるが、補償に際しては周波数データに変換する必要がない。本発明において、一つの好ましい態様では、被変調波は変調信号によって変調された光信号であり、前記伝送路は光伝送路である。しかしながら、本発明における波及び伝送路は、光及び光伝送路に限らず、本発明は、電気信号、電波、X線、超音波、音波などさまざまな波動が伝送路を伝搬する際の波形劣化補償に幅広く用いることができる。 The feature of the present invention is that “in order to correct a deterioration phenomenon with high frequency dependency (and therefore, correction work normally performed in the frequency domain) is performed using the data in the time domain as it is”. The physical means of compensation is also operation in the frequency domain, but it is not necessary to convert to frequency data for compensation. In the present invention, in one preferred aspect, the modulated wave is an optical signal modulated by a modulation signal, and the transmission path is an optical transmission path. However, the wave and transmission path in the present invention are not limited to light and optical transmission path, and the present invention relates to waveform degradation when various waves such as electric signals, radio waves, X-rays, ultrasonic waves, and sound waves propagate through the transmission path. It can be widely used for compensation.
一つの態様では、前記波形劣化補償手段の補償特性の制御は、前記波形劣化補償手段の制御変数を最適化することである。制御変数を最適化して補償特性を制御することは、適応的な波形劣化補償に有利である。一つの好ましい態様では、前記波形劣化補償手段は、可変分散補償器であり、前記補償特性の制御は、群遅延特性の制御変数を最適化することである。例えば、光伝送路を伝搬する光信号の波形劣化原因としては、分散、単純な減衰、非線形効果等が考えられるが、高速通信の場合には一般に、分散による影響が支配的であると考えられる。但し、本発明における波形劣化補償手段は、分散補償手段に限定されるものではなく、分散以外の原因に基づく波形劣化を補償してもよい。 In one aspect, the control of the compensation characteristic of the waveform degradation compensation means is to optimize the control variable of the waveform degradation compensation means. Optimizing control variables to control compensation characteristics is advantageous for adaptive waveform degradation compensation. In one preferred embodiment, the waveform deterioration compensation means is a variable dispersion compensator, and the control of the compensation characteristic is to optimize a control variable of the group delay characteristic. For example, as a cause of waveform deterioration of an optical signal propagating through an optical transmission line, dispersion, simple attenuation, nonlinear effect, etc. can be considered, but in the case of high-speed communication, the influence of dispersion is generally considered to be dominant. . However, the waveform deterioration compensating means in the present invention is not limited to the dispersion compensating means, and waveform deterioration based on causes other than dispersion may be compensated.
一つの好ましい態様では、制御変数の最適化は、勾配を用いた最適化手段によって行う。勾配を用いた最適化手段としては、好ましくは、最急降下法が例示されるが、その他の手段、例えば、共役勾配法を用いてもよい。 In one preferred embodiment, the optimization of the control variable is performed by an optimization means using a gradient. As the optimization means using the gradient, the steepest descent method is preferably exemplified, but other means such as a conjugate gradient method may be used.
一つの態様では、波形劣化補償装置は、光伝送システムにおける受信器の構成要素である。他の態様では、波形劣化補償装置は、光伝送システムにおける中継器の構成要素である。 In one aspect, the waveform degradation compensation device is a component of a receiver in an optical transmission system. In another aspect, the waveform deterioration compensation device is a component of a repeater in an optical transmission system.
本発明の可変分散補償器は、基本的にその制御変数と群遅延の関係がおおまかにわかっているものであれば、いかなるデバイスも用いることができる。具体的には、FBG(chirped-FBGを含む)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いたもの(微小な鏡を動かすなど)、VIPA型分散補償器(曲面ミラーによるもの)、リング共振器を用いたもの、空間光変調器とプリズムを用いたもの、等が例示される。 As the tunable dispersion compensator of the present invention, any device can be used as long as the relationship between the control variable and the group delay is basically known. Specifically, FBG (including chirped-FBG), MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) (such as moving a small mirror), VIPA dispersion compensator (using a curved mirror), ring resonator Examples thereof include those used, those using a spatial light modulator and a prism, and the like.
変調信号に対応する基準波形と出力波形の時間波形誤差は、両時間波形の差のノルムによって規定され、好適な例では、二乗ノルムである。時間波形誤差の計算処理において、出力波形の関数は、出力の波形を時間の関数として表す関数であって、出力波形そのものを表す関数、及び、出力波形のサンプリング値に基づく出力波形の概形の関数を含む。一つの態様では、時間波形誤差の計算処理では、サンプリングされた有限個の値の差を使用する。すなわち、出力波形をサンプリングした値(有限個、1つのパルスあたり3点とか5点)と理想的な波形(基準波形)のそれに相当する時刻の値(有限個)との差を評価する。他の態様では、波形をそのまま用いて時間波形誤差を求める。その場合には、基準波形も実際にパルス生成器で生成して、アナログで引き算や2乗を行う。 The time waveform error between the reference waveform and the output waveform corresponding to the modulation signal is defined by the norm of the difference between the two time waveforms, and is a square norm in the preferred example. In the time waveform error calculation processing, the output waveform function is a function that represents the output waveform as a function of time, and is a function that represents the output waveform itself, and an outline of the output waveform based on the sampling value of the output waveform. Contains functions. In one aspect, the time waveform error calculation process uses a difference between a finite number of sampled values. That is, the difference between the value obtained by sampling the output waveform (finite number, 3 or 5 points per pulse) and the time value (finite number) corresponding to the ideal waveform (reference waveform) is evaluated. In another aspect, the time waveform error is obtained using the waveform as it is. In that case, the reference waveform is also actually generated by the pulse generator, and is subtracted or squared in analog.
本発明に係る波形劣化補償は、時間波形誤差を直接利用するものであり、分散値の測定や周波数領域への変換を行う必要がないことから、システムのコストダウンが期待できる。また、本発明は、分散値の測定や周波数領域への変換を行う必要がない分、高速な分散補償が可能であり、適応的な分散補償に有利である。さらに、現在の分散補償システムでは、高速の補償が困難である2次以上の高次分散に関しても、原理的には短い時間で補償が可能である。 The waveform deterioration compensation according to the present invention directly uses a time waveform error and does not require measurement of a dispersion value or conversion to a frequency domain, so that a reduction in system cost can be expected. In addition, since the present invention does not require measurement of the dispersion value or conversion to the frequency domain, high-speed dispersion compensation is possible, which is advantageous for adaptive dispersion compensation. Furthermore, in the present dispersion compensation system, even higher-order dispersion of the second or higher order, which is difficult to compensate at high speed, can be compensated in a short time in principle.
本発明の好ましい形態について説明する。先ず、本発明の前提となる伝送システムについて説明する。伝送システムは、送信器と、受信器と、送信器と受信器とを接続する伝送路とを有している。送信器には変調信号として入力波形が与えられる。変調信号に対応した基準波形frefを取得しておく。基準波形は、被変調波が光波の場合には、入力波形によって変調された光波(被変調波)を0kmの光ファイバ伝送後にフォトダイオード等の受光素子で受信したときに得られる電気信号であり、一般には変調信号とは異なるものになる。送信器から送り出された被変調波の波形を送信波形と呼ぶ。送信波形は、伝送路を伝搬した後に受信器に到達し、その波形を受信波形と呼ぶ。受信器内では、受信光波は補償器を通り、フォトダイオードで検波されて出力波形foutを出力する。出力波形は、電気信号である。ここでは、基準波形と出力波形(被変調波から検波された出力波形)の情報のみを直接に利用し、最急降下法を用いて、可変分散補償器の群遅延特性を最適化することで波形劣化した光信号の波形劣化を補償する、という手法について説明する。そして、シミュレーション実験により、その有効性を確認する。 A preferred embodiment of the present invention will be described. First, a transmission system as a premise of the present invention will be described. The transmission system includes a transmitter, a receiver, and a transmission path that connects the transmitter and the receiver. An input waveform is given to the transmitter as a modulation signal. A reference waveform f ref corresponding to the modulation signal is acquired. When the modulated wave is a light wave, the reference waveform is an electrical signal obtained when the light wave modulated by the input waveform (modulated wave) is received by a light receiving element such as a photodiode after transmission through an optical fiber of 0 km. Generally, it is different from the modulation signal. The waveform of the modulated wave sent out from the transmitter is called a transmission waveform. The transmission waveform reaches the receiver after propagating through the transmission line, and the waveform is called a reception waveform. In the receiver, the received light wave passes through a compensator, is detected by a photodiode, and outputs an output waveform f out . The output waveform is an electrical signal. Here, only the information of the reference waveform and output waveform (output waveform detected from the modulated wave) is directly used, and the waveform is obtained by optimizing the group delay characteristics of the tunable dispersion compensator using the steepest descent method. A method for compensating for the waveform deterioration of the deteriorated optical signal will be described. And the effectiveness is confirmed by a simulation experiment.
[A]時間波形誤差を直接利用する最急降下法を用いた分散補償
[A−1]時間波形誤差の直接利用
波長分散は、光の波長によって媒質を伝搬する速度が異なるという周波数領域での現象である。そのため、多くの場合、その補償には、時間領域の波形をフーリエ変換するなどした周波数領域での情報が用いられている。しかし、現在の光通信において、情報の伝達に必要なのは、時間領域での情報のみであり、周波数領域の情報を求めることは、付加的な作業であるといえる。
[A] Dispersion compensation using the steepest descent method that directly uses the time waveform error [A-1] Direct use chromatic dispersion of the time waveform error is a phenomenon in the frequency domain in which the speed of propagation through the medium differs depending on the wavelength of light. It is. Therefore, in many cases, information in the frequency domain obtained by Fourier transforming a waveform in the time domain is used for the compensation. However, in the current optical communication, only information in the time domain is necessary for information transmission, and it can be said that obtaining information in the frequency domain is an additional work.
そこで、時間領域での波形のみから、フーリエ変換を行うことなく、可変分散補償器を適応的に制御する方式を提案する。具体的には、時間領域で、実際の出力波形foutと伝送路の分散の影響を受けていないときの出力波形である基準波形frefから時間波形誤差Erを、
図2、図3に、適応的可変分散補償システムの模式図を示す。最急降下法を用いて、適応的に可変分散補償器の群遅延特性の係数(制御変数)を更新する。光変調器に入力される変調信号によって変調された光信号は、光ファイバに入射してある一定距離の伝搬後、分散の影響を受けて波形が劣化する。この劣化した信号は、可変分散補償器により分散補償されて出力される。分散補償器から出力された光信号は光検波器によって電気信号に変換される。このとき、可変分散補償器による分散補償の制御変数の更新は繰り返し行われ、受信光信号は分散補償される。ただし、ここでの入力信号である変調信号は、実際の伝送において使用される"1"あるいは"0"を表現するビットの波形の情報であり、受信端では、光変調器への入力信号に対応する基準波形は既知である。伝送路に分散の影響しかなく、補償対象が分散のみであると仮定した場合には、分散の影響を受けていないときの出力波形=基準波形frefであると考えられる。なお、伝送される情報は"1"または"0"の組み合わせにのっており、それら各ビットの波形にのっているわけではないため、特にパイロット信号を必要とせずに稼動状態で補償作業を行うことが可能である。 2 and 3 are schematic diagrams of the adaptive variable dispersion compensation system. The coefficient (control variable) of the group delay characteristic of the tunable dispersion compensator is adaptively updated using the steepest descent method. The optical signal modulated by the modulation signal input to the optical modulator is propagated for a certain distance incident on the optical fiber, and its waveform is deteriorated due to the influence of dispersion. The deteriorated signal is output after being compensated for dispersion by the variable dispersion compensator. The optical signal output from the dispersion compensator is converted into an electric signal by the optical detector. At this time, the dispersion compensation control variable is repeatedly updated by the tunable dispersion compensator, and the received optical signal is dispersion compensated. However, the modulation signal, which is the input signal here, is information on the waveform of the bit representing “1” or “0” used in actual transmission. At the receiving end, the modulation signal is the input signal to the optical modulator. The corresponding reference waveform is known. When it is assumed that the transmission path has only the influence of dispersion and the compensation object is only dispersion, it is considered that the output waveform when not affected by dispersion = reference waveform f ref . The information to be transmitted is a combination of "1" or "0" and does not follow the waveform of each bit, so compensation work is not required in the operating state without the need for a pilot signal. Can be done.
本発明は、図3に示すように、時間領域の誤差を直接利用して、周波数領域への変換を行うことなく、周波数領域の補償を行う点に特徴を有する。本発明では、フーリエ変換や分散値の直接測定の必要が無いため、高速かつ低コストの適応的分散補償システムの構築が可能である。その際、本発明では可変分散補償器の制御変数と制御特性の関係を得る必要がある。しかし、実験に示すように、その大まかな傾向が得られれば良いため、近似による簡単な計算のみで補償が実現できる。さらに、今後、通信速度の高速化に伴い、必要性が増すと考えられる高次分散の補償が要求される多変数の制御が必要なデバイスに対しても、高速の制御が期待できる。 As shown in FIG. 3, the present invention is characterized in that frequency domain compensation is performed without directly converting time domain errors into frequency domains. In the present invention, since there is no need for Fourier transform or direct measurement of dispersion value, it is possible to construct a high-speed and low-cost adaptive dispersion compensation system. At that time, in the present invention, it is necessary to obtain the relationship between the control variable and the control characteristic of the tunable dispersion compensator. However, as shown in the experiment, it is only necessary to obtain the rough tendency, so that compensation can be realized only by simple calculation by approximation. Furthermore, high-speed control can be expected even for devices that require multivariable control that is required to compensate for higher-order dispersion, which is expected to increase as communication speed increases.
[A−2]最急降下法
最急降下法(Steepest Descent method : SD method)は、図4に示すように、ある関数における極小点を決定する方法の一つである。この方法は、全探索や山下り法などに比べて、比較的速く安定に適応的に極小点を見つけ出すことができる。そのため、ニューラルネットをはじめとして多くの学習方式や適応システムにおいて、重要な役割を果たしている。
[A-2] Steepest Descent Method (SD Method) is one of methods for determining a minimum point in a certain function as shown in FIG. This method can find a local minimum point in a relatively fast and stable manner compared to a full search or a mountain climbing method. Therefore, it plays an important role in many learning methods and adaptive systems including neural networks.
最急降下法のアルゴリズムは、初期値を適当に与えて、関数値を小さくする方向をその関数の傾きを目安にして決定し、局所探索に基づき繰り返し計算を行うというものである。このアルゴリズムは、多変数の場合にも拡張できる。ある多変数関数をEr (x1,x2,…,xN)としたとき、まず、初期値を適当に与える。
この方法では、図4に示すような極小値が複数存在するような関数では、初期値の取り方によって収束値が変化してしまうという問題点がある。これは、勾配法によってある関数の最小値を求めようと考えた場合に大きな問題となる場合がある。しかし、適切にeを設定することで、ある程度の高い確率で最小値を求めることが可能である。 In this method, there is a problem that the convergence value changes depending on how the initial value is obtained in a function having a plurality of minimum values as shown in FIG. This may be a serious problem when considering the minimum value of a function by the gradient method. However, the minimum value can be obtained with a certain high probability by appropriately setting e.
このアルゴリズムを用いて、(1)式で示されている時間波形誤差Erの最小値を求めることにより、全検索や山下り法に比べて、迅速かつ適応的に最適な補償プロファイルを見つけ出すことが可能となる。 Using this algorithm, the optimal compensation profile can be found more quickly and adaptively than the full search or downhill method by obtaining the minimum value of the time waveform error Er shown in Eq. (1). It becomes possible.
[A−3]適応的分散補償システム
図5に、本発明に係る時間波形誤差を直接利用する最急降下法を用いた適応的分散補償システムの概略図を示す。適応的分散補償システムが適用される光通信システムは、半導体レーザ及び光変調器から構成される送信器1及び送信器2と、光送信器1から出射された光信号が伝搬する光伝送路1(ルート1)と、送信器2から出射された光信号が伝搬する光伝送路2(ルート2)と、それぞれの伝送路に設けられたEDFA(エルビウム添加増幅器)と、光伝送路1と光伝送路2とを接続するOXC(光クロスコネクト装置)と、OXCを経由して送信される光信号を受信する受信装置を有する。受信装置は、OXCを経由して伝送される光信号の波形劣化を補償する可変分散補償器と、フォトダイオードから構成される受光素子と、増幅回路を備えており、可変分散補償器によって分散補償された光信号は受光素子によって電気信号に変換され(検波)、増幅回路によって増幅されて出力信号となる。そして出力信号は復調回路(判定回路)へと送られて"1"または"0"のビットが生成される。(なお実際には、多くの伝送経路と多くのOXCが複雑に入り組み、時々刻々さまざまに変化する経路を通った信号を、受信装置は受信することになる。)
[A-3] Adaptive Dispersion Compensation System FIG. 5 shows a schematic diagram of an adaptive dispersion compensation system using the steepest descent method that directly uses the time waveform error according to the present invention. An optical communication system to which an adaptive dispersion compensation system is applied includes a
光変調器によって変調された送信波形は、被変調光信号として、複数のルート(図5では二つのルートを示す)の中から任意に選択された一つのルートを通り、その距離やファイバの特性に応じた分散の影響を受ける。この劣化した信号は、可変分散補償器に入り、分散補償され、検波されて出力信号となる。可変分散補償器の補償特性は、出力波形foutと、あらかじめ記憶されている、伝送路の分散の影響を受けていないときの出力波形である基準波形frefと、から求められる時間波形誤差Erが最小となるように、最急降下法を用いて制御されている。このとき、選択されるルートは、逐次変化しているので、可変分散補償器の制御は、繰り返し行うものとする。 The transmission waveform modulated by the optical modulator passes through one route arbitrarily selected from a plurality of routes (two routes are shown in FIG. 5) as a modulated optical signal. Affected by dispersion. This deteriorated signal enters the variable dispersion compensator, is dispersion compensated, is detected, and becomes an output signal. The compensation characteristic of the tunable dispersion compensator is the time waveform error Er obtained from the output waveform f out and the reference waveform f ref that is stored in advance and is not affected by the dispersion of the transmission path. Is controlled using the steepest descent method so that is minimized. At this time, since the selected route is sequentially changed, the control of the tunable dispersion compensator is repeatedly performed.
可変分散補償器の群遅延特性をt(l)とし、この可変分散補償器が、AからEまでの5つの制御変数を持つとしたとき、最急降下法による具体的な手続きを以下に示す。
(i) 可変分散補償器の初期値の設定
(A,B,C,D,E)=( A0,B0,C0,D0,E0)と置いて、初期値を、適当な値に設定する。一つの態様では、初期値を0に設定する。
(ii) 時間波形誤差の計算
(1)式に従いErを求める。適応的分散補償システムでは、基準信号、出力波形の受信電流パルスの時間波形をそれぞれ、fref(t)、fout(t,A,B,C,D,E)としたとき、一つのパルスの中で、時刻ti(i=1,2…)でサンプリングしてディジタル処理を行う場合には、まず次のように誤差関数Eが求められる。
(iii) 傾きの計算
Erを可変分散補償器の制御変数で偏微分する。
(iv) 制御変数の更新
式(9)にしたがって、制御変数を更新する。
(v) 判定
値の更新によってErが、大きく変化しなくなったら、そのときのA,B,C,D,Eが最適な制御変数となる。それ以外の場合には(ii)に戻り、同様のプロセスを繰り返す。また、分散状況が時々刻々と変化するような場合には、繰り返しを続ける。
When the group delay characteristic of the tunable dispersion compensator is t (l) and this tunable dispersion compensator has five control variables A to E, a specific procedure by the steepest descent method is shown below.
(i) Setting the initial value of the tunable dispersion compensator
Set (A, B, C, D, E) = (A 0 , B 0 , C 0 , D 0 , E 0 ), and set the initial value to an appropriate value. In one aspect, the initial value is set to zero.
(ii) Time waveform error calculation
Calculate Er according to equation (1). In the adaptive dispersion compensation system, when the time waveform of the received current pulse of the reference signal and output waveform is f ref (t) and f out (t, A, B, C, D, E), one pulse In the case of performing digital processing by sampling at time t i (i = 1, 2,...), An error function E is first obtained as follows.
(iii) Inclination calculation
Er is partially differentiated with the control variable of the variable dispersion compensator.
(iv) The control variable is updated according to the control variable update formula (9).
(v) If Er does not change significantly by updating the judgment value, A, B, C, D, and E at that time become optimal control variables. Otherwise, return to (ii) and repeat the same process. Moreover, when the dispersion state changes from moment to moment, the repetition is continued.
[B]シミュレーションによる検証
[B−1]シミュレーションの条件
提案した適応的分散補償方式の有効性を確認するために、数値シミュレーションを行った。このシミュレーションでは、問題を単純化するために、伝送による光信号の影響は分散のみとし、自己位相変調などのその他の効果は考慮しなかった。また、損失に伴う振幅の変化については、光増幅器やAGC(Auto Gain Control)によって、これが回復しているものとした。
[B] Verification by simulation [B-1] Conditions for the simulation In order to confirm the effectiveness of the proposed adaptive dispersion compensation method, a numerical simulation was performed. In this simulation, in order to simplify the problem, the influence of the optical signal due to the transmission is only dispersion, and other effects such as self-phase modulation are not considered. In addition, it was assumed that the change in amplitude due to loss was recovered by an optical amplifier or AGC (Auto Gain Control).
入力波形は、図6に示されているような、ガウス波形とし、中心波長は1550[nm]とした。伝送速度は、10[Gb/s]、40[Gb/s]の2通りについて、検証を行った。また、伝送路については、図7に示すような分散特性をもつSMFと分散シフトファイバ(Dispersion Shifted Fiber: DSF)を考えた。 The input waveform was a Gaussian waveform as shown in FIG. 6, and the center wavelength was 1550 [nm]. The transmission rate was verified for 10 [Gb / s] and 40 [Gb / s]. For the transmission line, SMF and dispersion shifted fiber (DSF) having dispersion characteristics as shown in FIG. 7 were considered.
[B−2]5項セルマイヤ式を用いたシミュレーション
光ファイバの群遅延特性は、一般的な近似式である5項セルマイヤ式によって式(10)のように表される。ファイバの種類や長さによって、具体的なA,B,C,D,Eが決まっている。
図8,9にシミュレーション実験の結果を示す。図8は伝送速度10[Gb/s]で、SMFを100[km]伝送したときの結果、図9は伝送速度40[Gb/s]で、DSFを50[km]伝送したときの結果である。以上の結果より、可変分散補償器の群遅延特性を5項セルマイヤ式、つまり分散値の制限のない可変補償器と仮定した場合、本発明を用いることにより、適応的な分散補償が、可能であることを示している。またこの時、この極端な初期値からのそれぞれの計算時間は、0.188[s]、0.156[s]となり、高速な補償ができていることが確認された。 8 and 9 show the results of the simulation experiment. FIG. 8 shows the result when SMF is transmitted at 100 [km] at a transmission rate of 10 [Gb / s], and FIG. 9 shows the result when DSF is transmitted at 50 [km] at a transmission rate of 40 [Gb / s]. is there. From the above results, assuming that the group delay characteristic of the tunable dispersion compensator is a five-term celmayer type, that is, a variable compensator with no dispersion value limitation, adaptive dispersion compensation is possible by using the present invention. It shows that there is. At this time, the calculation times from this extreme initial value were 0.188 [s] and 0.156 [s], confirming that high-speed compensation was achieved.
本発明は、高速の光ファイバ通信ネットワークシステム、特に頻繁に伝送経路が変化するメトロネットワークに利用され得る。 The present invention can be used in a high-speed optical fiber communication network system, particularly in a metro network in which transmission paths frequently change.
Claims (14)
変調信号に対応する基準波形と、被変調波から検波された出力波形との時間波形誤差が最小になるように、該時間波形誤差を直接用いて該波形劣化補償手段の補償特性を周波数領域で制御することを特徴とする波形劣化補償法。 A modulated wave whose waveform has deteriorated depending on the frequency by propagating through a transmission line is a method of compensating for the waveform deterioration using a waveform deterioration compensation means,
In order to minimize the time waveform error between the reference waveform corresponding to the modulation signal and the output waveform detected from the modulated wave, the time waveform error is directly used to adjust the compensation characteristic of the waveform deterioration compensation means in the frequency domain. A waveform deterioration compensation method characterized by controlling.
被変調波から検波された出力波形を取得する手段と、
変調信号に対応する基準波形を記憶する手段と、
波形劣化補償手段の補償特性を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記基準波形と前記出力波形との時間波形誤差が最小になるように、該時間波形誤差を直接用いて波形劣化補償手段の補償特性を周波数領域で制御することを特徴とする波形劣化補償装置。 Waveform degradation compensation means for compensating the waveform of the modulated wave whose waveform is degraded depending on the frequency by propagating through the transmission line;
Means for obtaining an output waveform detected from the modulated wave;
Means for storing a reference waveform corresponding to the modulation signal;
Control means for controlling the compensation characteristics of the waveform deterioration compensation means,
The control means controls the compensation characteristic of the waveform deterioration compensation means in the frequency domain by directly using the time waveform error so that the time waveform error between the reference waveform and the output waveform is minimized. Waveform deterioration compensation device.
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