JP4180738B2 - デジタル信号品質モニタ方法とこの方法を用いた通信装置 - Google Patents
デジタル信号品質モニタ方法とこの方法を用いた通信装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システム等のデジタル伝送システムに用いられ、伝送信号の品質を容易にモニタすることができるデジタル信号品質モニタ方法とこの方法を用いた通信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、デジタル伝送システムの分野にあっては、波長多重伝送技術や光スイッチ技術等の進展により、大容量で柔軟性の高い光ネットワークの実現が期待されている。特に、WDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重)ネットワークは、各波長チャンネル毎に異なった伝送速度や伝送フレーム形式、変調方式を適用できるという特徴があり、非常に注目されている。
【0003】
このようなネットワークでは、光ファイバ中を伝播する信号の品質を常時監視し、障害を生じた場合には冗長系に切り替える等の制御が必要になる。光ファイバ中の信号品質を劣化させる要因としては、光増幅器で発生する自然放出光(ASE)雑音の増加によるS/N劣化、伝送路ファイバの波長分散や非線型特性の影響による波形劣化、信号波長の変動による他波長チャンネルへのクロストーク等が考えられる。
【0004】
従来より、光ファイバ中を伝播する2値デジタル信号の品質をモニタするパラメータとして、Q値がよく用いられる。Q値は次式で定義されるS/Nを表すパラメータである。
【0005】
【数1】
【0006】
ここで、μ1 、μ0 はそれぞれ、マークレベル及びスペースレベルの平均値、σ1 2、σ0 2はそれぞれマークレベル及びスペースレベルの雑音の分散値である。
【0007】
Q値を求める方法としては、識別しきい値を走査しながら受信誤り率を測定して求める方法(IEEE Photonics Tecnol. Lett.、 Vol.5、 No.3、 pp.304-306、 1993、 "Margin measurements in optical amplifier sysytem"、 N. S. Bergano et al. )や、サンプリング技術を用いて得られたアイパターンの振幅ヒストグラムから求める方法(ECOC'98 pp.707-709、"Application of amplitude histograms for quality of service measurements of optical channels and fault identification"、K. Muller et al.)が提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように誤り率の測定からQ値を求めることで品質を評価するモニタ方法では、誤りを検出するために被測定信号から基準となるデータパターンを生成する必要があり、さらに誤りビットを計数する必要がある。また、サンプリングで得られたアイパターンの振幅ヒストグラムからQ値を求めて品質を評価するモニタ方法では、サンプリングオシロスコープと同様のサンプリング回路やデータ処理回路が必要となる。このため、これらの品質モニタ方法を利用すると、構成する部品点数が多くなり、装置が大型になってしまう。また、測定アルゴリズムが複雑になるといった問題もある。
【0009】
一方、受信信号の誤りを測定する方法として、STM−n(Synchronous Transport Module - n)フレームにおける誤り監視バイトB1 、B2 を用いる方法もあるが、この方法を利用するとフレーム処理が必要となるばかりか、誤り率が非常に小さい場合には信号品質の測定が困難になるという問題がある。
【0010】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、受信したデジタル信号の品質を容易にかつ精度よくモニタできるデジタル信号品質モニタ方法とこの方法を用いた通信装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明に係るデジタル信号品質モニタ方法は、以下のように構成される。
【0012】
(1)入力したn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出することを特徴とする。
【0013】
(2)入力したn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出することを特徴とする。
【0014】
(3)(1)において、前記識別後の信号の平均値を前記識別レベルで微分することで、入力信号の振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出する。
【0015】
(4)(2)において、前記識別後の信号の平均値を前記識別レベルで微分することで、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする。
【0016】
(5)(1)において、前記識別レベルを時間に比例するように走査し、前記識別後の信号の平均値を時間で微分することで、入力信号の振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする。
【0017】
(6)(2)において、前記識別レベルを時間に比例するように走査し、前記識別後の信号の平均値を時間で微分することで、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする。
【0018】
(7)(3)〜(6)のいずれかにおいて、予め無入力時の振幅方向の確率密度関数を求めておき、信号入力時に得られた確率密度関数を補正することを特徴とする。
【0019】
(8)(3)〜(6)のいずれかにおいて、さらに、前記確率密度関数から前記識別後の信号の平均値及び分散値を求め、この平均値及び分散値から前記品質パラメータを算出することを特徴とする。
【0020】
(9)(4)または(6)において、さらに、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数からアイ開口度を算出することを特徴とする。
【0021】
本発明のデジタル信号品質モニタ方法を用いた通信装置として、以下のものが考えられる。
【0022】
(10)前記常用系、予備系それぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号の品質をモニタして品質パラメータを求める品質モニタ回路と、この品質モニタ回路で得られる品質パラメータに基づいて常用系のデジタル信号と予備系のデジタル信号とを選択的に導出する切替手段とを具備する常用系/予備系切替装置であって、前記品質モニタ回路は、前記常用系、予備系それぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を(n−1)個の識別レベルと比較してn値のレベルを検出しつつ、前記(n−1)個の識別レベルを走査し、識別後のn値のレベルそれぞれの平均値を検出し、それらの平均値から前記常用系、予備系それぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする。
【0023】
(11)常用系、予備系それぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号の品質をモニタして品質パラメータを求める品質モニタ回路と、この品質モニタ回路で得られる品質パラメータに基づいて常用系のデジタル信号と予備系のデジタル信号とを選択的に導出する切替手段とを具備する常用系/予備系切替装置であって、前記品質モニタ回路は、前記常用系、予備系それぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記常用系、予備系それぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする。
【0024】
(12)波長分割多重ネットワークにおける各波長チャンネルにおけるn(nは2以上の自然数)値デジタル信号それぞれの伝送品質を監視する伝送品質監視装置において、前記波長分割多重ネットワークの光伝送路から伝送光の一部を分岐する光分岐手段と、この手段で分岐された伝送光から波長チャンネル別にデジタル信号を抽出するデジタル信号抽出手段と、この手段で抽出された各デジタル信号を入力してそれぞれの品質パラメータを求める品質モニタ手段と、この品質モニタ手段で得られる品質パラメータから前記波長チャンネル別に異常の有無を監視する監視手段と、この手段で異常が検出されたとき異常検出信号を発する警報手段とを具備し、前記品質モニタ手段は、前記波長チャンネルそれぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする。
【0025】
(13)波長分割多重ネットワークにおける各波長チャンネルにおけるn(nは2以上の自然数)値デジタル信号それぞれの伝送品質を監視する伝送品質監視装置において、前記波長分割多重ネットワークの光伝送路から伝送光の一部を分岐する光分岐手段と、
この手段で分岐された伝送光から波長チャンネル別にデジタル信号を抽出するデジタル信号抽出手段と、この手段で抽出された各デジタル信号を入力してそれぞれの品質パラメータを求める品質モニタ手段と、この品質モニタ手段で得られる品質パラメータから前記波長チャンネル別に異常の有無を監視する監視手段と、この手段で異常が検出されたとき異常検出信号を発する警報手段とを具備し、前記品質モニタ手段は、前記波長チャンネルそれぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする。
【0026】
(14)入力したn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を(n−1)個のしきい値と比較してデータ信号を復調する受信装置において、前記入力デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出する品質モニタ手段と、この手段で得られる品質パラメータが最良となる(n−1)個の識別レベルを検出し、この(n−1)個の識別レベルの値を前記(n−1)個のしきい値として用いるしきい値制御手段とを具備することを特徴とする。
【0027】
(15)入力したn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を(n−1)個のしきい値と比較してデータ信号を復調する受信装置において、前記入力デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出する品質モニタ手段と、この手段で得られる品質パラメータが最良となる(n−1)個の識別レベルを検出し、この(n−1)個の識別レベルの値を前記(n−1)個のしきい値として用いるしきい値制御手段とを具備することを特徴とする。
【0028】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施形態を説明するに先立ち、本発明の品質モニタ方法の原理を入力信号が2値デジタル信号の場合を例にとって説明する。
【0029】
図1は入力信号(受信したデジタル信号)に対する確率密度関数及び分布関数の関係を示すもので、(a)は入力信号のアイパターン、(b)は入力信号の振幅xに対する確率密度関数f(x)、(c)はx≦α(αは識別レベル)である確率を表す分布関数F(α)を示している。このとき、次式が成り立つ。
【0030】
【数2】
【0031】
図2は本発明の品質モニタ方法を具現化した品質モニタ回路の構成を示すもので、入力信号は識別部1に供給され、識別レベルαにより2値に変換された後、平均値検出部2で平均化され、微分処理部3で微分されて、モニタ結果として出力される。
【0032】
すなわち、識別部1では、入力信号の振幅xがα以下の場合にはスペースと識別して出力値としてD0 を出力し、入力信号の振幅xがαより大きい場合にはマークと識別してD1 を出力する。ここで、入力信号をマークと識別する確率をP1(α)、スペースと識別する確率をP0(α)とすると、
【数3】
【0033】
であるから、平均値検出部2で得られる識別出力の平均値M(α)は、
【数4】
【0034】
と表現される。D0 及びD1 は、識別部1の処理によって決まる既知の値であるので、
【数5】
【0035】
より、識別後の平均値から、図1(c)に示すような入力信号の分布関数F(α)が得られる。
【0036】
さらに、識別レベルαを変化させ、微分処理部3にて識別後の平均値をαで微分すると、
【数6】
【0037】
が得られる。したがって、
【数7】
【0038】
より、図1(b)に示すような入力信号の確率密度関数f(x)が得られる。
【0039】
以上述べたことから、識別部1で識別レベルαを走査しながら、平均値検出部2で識別出力について平均値を検出することにより入力信号の分布関数F(α)が得られ、さらに微分処理部3の微分演算処理により確率密度関数f(x)が得られることがわかる。分布関数や確率密度関数が得られることにより、例えば入力信号のマークレベル及びスペースレベルの平均値μ1 、μ0 、また各レベルの分散値σ1 2、σ0 2を演算処理により求めれば、品質パラメータであるQ値を得ることが可能になる。
【0040】
以下、本発明の実施の形態を図3乃至図9を参照して詳細に説明する。尚、以下の説明では、光強度変調−直接検波(Intensity Modulation - Direct Detection)伝送方式によるNRZ符号の2値デジタル光信号のモニタに適用した場合の回路について説明する。
【0041】
(第1の実施形態)
図3は本発明を適用した品質モニタ回路の第1の実施形態を説明するブロック図である。図3において、4は入力される2値デジタル光信号を電気信号に変換する線形動作の光/電気変換回路(O/E)であり、ここで得られた信号は識別回路5に供給され、識別電位発生回路6で発生される識別電位Vthに基づいて2値化される。この識別回路5の2値化出力は平均値検出回路7により平均化され、A/D(Analogue to Digital)変換回路8にてデジタル信号に変換されてデータ処理回路10に供給される。このデータ処理回路10は、A/D変換回路9にてデジタル化された識別電位Vthを入力し、この識別電位値Vthに対する平均値Vm の特性を求めて、Q値などの信号品質パラメータを算出する。
【0042】
すなわち、光ファイバ中を伝播する光信号は、光/電気変換回路4によって電気信号に変換されて識別回路5に供給され、識別電位発生回路6からの識別電位Vthと比較される。ここで、識別電位発生回路6において、識別電位Vthを例えば所定間隔でステップ状に変化させる。識別回路5では、識別電位発生回路6から供給される識別電位Vthと電気信号に変換された入力信号の電位とを比較することで、入力信号電位が識別電位Vthよりも大きい場合はマーク電位V1 、入力信号電位が識別電位Vthよりも小さい場合はスペース電位V0 となる2値信号を生成する。この2値信号は平均値検出回路7に供給される。
【0043】
この平均値検出回路7では入力されたマーク電位V1 、スペース電位V0 による2値信号の平均値Vm を検出する。ここで得られた平均値Vm はA/D変換回路9にてデジタル信号に変換されてデータ処理回路10に供給される。また、識別電位発生回路6で発生される識別電位VthはA/D変換回路9によりデジタル信号に変換されてデータ処理回路10に供給される。
【0044】
このデータ処理回路10では、入力した平均値Vm から分布関数を求め、識別電位値Vthの変化に基づいて分布関数を微分することで確率密度関数を求めて、Q値などの信号品質パラメータを算出する。
【0045】
上記構成によれば、従来のように誤り率の測定、あるいはアイパターンの振幅ヒストグラムの測定といった処理を行うことなく、単に識別電位に基づく2値化処理、平均値検出、データ処理といった簡易な回路構成で、受信したデジタル信号の品質を精度よくモニタすることができる。
【0046】
(第2の実施形態)
図4は本発明を適用した品質モニタ回路の第2の実施形態を説明するブロック図である。尚、図4において、図3と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
【0047】
本実施形態では三角波発生回路11によって識別電位Vthを与えている点と、平均値検出回路7の出力を微分回路12に入力し、時間微分後の出力をA/D(Analog to Digital)変換回路13でデジタル化してデータ処理回路14に入力している点が、図3に示した第1の実施形態と異なっている。
【0048】
すなわち、図4において、三角波発生回路11は時間に比例して三角波状に変化する識別電位Vthを発生して識別回路5に供給すると共に、その変化点のタイミング信号をデータ処理回路14に供給する。また、微分回路12は入力される平均値検出回路7の出力の時間微分信号を出力する。微分回路12の出力はA/D変換回路13によりデジタル信号に変換されてデータ処理回路14に供給される。
【0049】
上記データ処理回路14の処理内容について、図5を参照して説明する。
【0050】
まず、識別電位Vthが時間に比例した電位になっているので、平均値の時間微分後の信号は、平均値を識別電位で微分した信号、すなわち確率密度関数に比例した信号になる。これを数式よって表すと、以下のようになる。
【0051】
【数8】
【0052】
より、
【数9】
【0053】
図5は本実施形態による信号モニタの各部の信号の実際の例を示している。図5中左側は入力光信号のアイパターンであり、マーク率1/2、信号速度2.5[Gb/s]の2値デジタル信号光に光雑音(光ファイバ増幅器のASE雑音)を付加し、信号光パワーと光雑音パワーの合計が一定の条件下で、(A)、(B)、(C)の順に光雑音の割合をより多くして生成することで、S/Nの異なる入力信号となっている。図5の右側の図は対応する左側の光信号を入力した時の、モニタ各部の時間波形を示している。図中、Vthの波形が識別回路5に印加されている三角波状の識別電位波形である。Vm は平均値検出回路7の出力電位波形であり、入力信号の分布関数に対応した信号になっている。また、dVm /dtの波形は平均値検出回路7から出力される時間微分後の波形であり、入力信号の確率密度関数に対応した信号になっている。
【0054】
尚、識別電位波形が三角波状であることから、得られたVm 及びdVm /dtの波形は、識別電位波形の傾きが変化した点で折り返された波形になっている。
【0055】
図5の各波形から、入力した光信号中の雑音の割合が多くなるに従い、確率密度関数に相当する微分信号における二つのピーク(マークレベル及びスペースレベルの平均値に相当)の差が小さくなると共に、各ピークのプロファイルの幅(マーク及びスペースの分散に相当)が広がり、ピークの高さも変化していることがわかる。したがって、データ処理回路14にて、微分回路12の出力信号波形を解析することにより、例えばQ値等の入力光の信号品質を表すパラメータを得ることが可能である。
【0056】
尚、本実施形態においては、微分回路12を設けて、時間微分後の信号をデータ処理回路14に入力しているが、平均値信号を直接データ処理回路14に入力して、時間微分作用をデータ処理回路内で演算処理により実現しても同様の効果が得られる。
【0057】
(第3の実施形態)
図6は、本発明を適用した品質モニタ回路の第3の実施形態を説明するブロック図である。本実施形態は、第1の実施形態に改良を加え、識別電位を走査するだけでなく、識別タイミングも走査するようにしたものである。図6において、図3と同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【0058】
図6において、15は非線型抽出方式やPLL方式により、光/電気変換回路4からの2値デジタル信号からデータ信号成分に同期したクロック信号を抽出するクロック抽出回路であり、ここで抽出されたクロック信号は可変移相器16に供給される。この可変移相器16は入力したクロック信号の位相を識別点制御回路18からの指定量だけシフトするもので、その出力は識別回路19に供給される。また、17は識別電位発生回路であり、基本的に図3に示したものと同様にステップ状に変化する識別電位Vthを発生するものであるが、その変化点は識別点制御回路18からの制御信号によって決められる。
【0059】
上記識別点制御回路18は、可変移相器16及び識別電位発生回路17を制御することによって識別点を制御すると共に、データ処理回路20に識別点の情報を通知する。また、識別回路19は、入力デジタル信号を入力クロック信号の立ち上がりタイミングで、識別電位を基準にマークまたはスペースを識別する。データ処理回路20は、デジタル化された識別結果平均値を識別点情報に基づいて演算処理することで、品質パラメータを求めるものである。
【0060】
本実施形態の構成では、識別点制御回路18を用いて可変移相器16及び識別電位発生回路17を可変制御することで、識別電位及び識別位相の双方を走査する。これにより、平均値検出回路7の出力から入力デジタル信号の所定のタイミングにおける分布関数を得ることが可能である。そこで、データ処理回路20において、先に述べた手法によってQ値を求めるだけでなく、アイ開口度等の時間軸方向の情報を含む品質パラメータを求める。これらの品質パラメータによれば、光ファイバの波長分散や非線型効果等による波形の変化の度合いも求めることが可能となり、より高精度に品質をモニタすることができる。
【0061】
(第4の実施形態)
図7は、本発明を適用した品質モニタ回路の第4の実施形態を説明するブロック図である。本実施形態は、第2の実施形態に第3の実施形態と同じ改良を加え、識別電位を走査するだけでなく、識別タイミングも走査するようにしたものである。図7において、図4及び図6と同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【0062】
本実施形態の構成においても、識別点制御回路18を用いて可変移相器16及び識別電位発生回路17を可変制御することで、識別電位及び識別位相の双方を走査する。これにより、平均値検出回路7の出力から入力デジタル信号の所定のタイミングにおける分布関数を得ることが可能である。そこで、データ処理回路21において、先に述べた手法によってQ値を求めるだけでなく、アイ開口度等の時間軸方向の情報を含む品質パラメータを求める。これらの品質パラメータによれば、光ファイバの波長分散や非線型効果等による波形の変化の度合いも求めることが可能となり、より高精度に品質をモニタすることができる。
【0063】
(第5の実施形態)
図8は、本発明を適用した品質モニタ回路の第5の実施形態を説明するブロック図である。本実施形態は、第3の実施形態にさらに改良を加え、モニタ系が発生する雑音を補償するための構成を付加したものである。図8において、図6と同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【0064】
まず、モニタ系が発生する雑音を補償する方法の原理を式を用いて説明する。以下の説明では、モニタ系の雑音と入力信号のマークレベル及びスペースレベルの確率密度関数がガウシアンであるものとする。
【0065】
入力信号の識別タイミングにおける確率密度関数f(x)は次式で表せる。
【0066】
【数10】
【0067】
ここで、Mはマーク率、μ1 、μ0 はそれぞれマークレベル及びスペースレベルの平均値、σ1 2、σ0 2はそれぞれマークレベル及びスペースレベルの分散値である。
【0068】
一方、本発明を適用して得られる確率密度関数f'(x)は、モニタ系の雑音を含んだものとなっている。モニタ系が発生する雑音の影響により、マーク及びスペースそれぞれの平均値は変化せず、分散が元の信号の分散とモニタ系の雑音の分散の和になるから、f'(x)は次式で表わされる。
【0069】
【数11】
【0070】
ここで、σn 2はモニタ系の雑音の分散値である。
【0071】
上式より、予め無入力の状態でモニタ系の雑音の分散を求めておき、信号入力時に得られた確率密度関数より求めた分散と雑音の分散の差をとることにより、元の信号の分散を求めることができる。
【0072】
次に本実施形態について図8を用いて詳細に説明する。図8において、22は入力ポートP1 、P2 に入力されるいずれか一方の信号を切り替えて出力ポートP3 に出力する光スイッチ(SW)であり、P1 には被モニタ信号である光信号が入力されているが、P2 は無入力となっている。この光スイッチ22は光SW駆動回路23によって駆動される。制御回路24は、図6の第3の実施形態に示した識別点制御回路18と同様に、可変移相器16及び識別電位発生回路17に対してそれぞれ位相、識別電位を走査制御するものであるが、さらに光SW駆動回路23を通じて光スイッチ22を切替制御し、光スイッチ切替情報や識別点の情報をデータ処理回路25に通知する。
【0073】
次に、制御回路24における制御手順と、各制御ステップにおけるデータ処理内容について説明する。
【0074】
まず、光スイッチ22をP2 側に切り替えておき、識別電圧を走査する。データ処理回路25においては、マーク及びスペースレベル平均値から分布関数及び確率密度関数を求める。この時、モニタ系の雑音は識別タイミングに依存しないことから、可変移相器17の走査は行わない。データ処理回路25では、得られた確率密度関数からモニタ系が発生する雑音の分散を算出して記録しておく。
【0075】
次に、光スイッチ22をP1 側に切り替え、識別電位及び識別位相の双方を走査する。このとき、データ処理回路25では、入力信号の所定のタイミングにおける分布関数及び確率密度関数を求め、得られた確率密度関数から入力信号のマーク及びスペースそれぞれの平均と分散を求める。そして、得られた分散値と先に求めておいたモニタ系の雑音の分散値との差を算出することにより、入力信号の真の分散を算出する。このようにして得られた平均値と分散値により、Q値やアイ開口度などの品質パラメータを算出する。
【0076】
したがって、本実施形態の構成によれば、モニタ系の雑音を補償することができるので、入力信号の品質をさらに高精度にモニタすることが可能になる。
【0077】
(第6の実施形態)
図9は、本発明を適用した品質モニタ回路の第6の実施形態を説明するブロック図である。本実施形態は、第4の実施形態にさらに第5の実施形態と同じ改良を加え、モニタ系が発生する雑音を補償するための構成を付加したものである。図9において、図7及び図8と同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【0078】
図9において、制御回路24における制御手順と、各制御ステップにおけるデータ処理内容は以下の通りである。
【0079】
まず、光スイッチ22をP2 側に切り替えておき、識別電圧を走査する。データ処理回路26においては、マーク及びスペースレベル平均値の時間微分結果から分布関数及び確率密度関数を求める。この時、モニタ系の雑音は識別タイミングに依存しないことから、可変移相器17の走査は行わない。データ処理回路26では、得られた確率密度関数からモニタ系が発生する雑音の分散を算出して記録しておく。
【0080】
次に、光スイッチ22をP1 側に切り替え、識別電位及び識別位相の双方を走査する。このとき、データ処理回路26では、入力信号の所定のタイミングにおける分布関数及び確率密度関数を求め、得られた確率密度関数から入力信号のマーク及びスペースそれぞれの平均と分散を求める。そして、得られた分散値と先に求めておいたモニタ系の雑音の分散値との差を算出することにより、入力信号の真の分散を算出する。このようにして得られた平均値と分散値により、Q値やアイ開口度などの品質パラメータを算出する。
【0081】
したがって、本実施形態の構成によれば、モニタ系の雑音を補償することができるので、入力信号の品質をさらに高精度にモニタすることが可能になる。
【0082】
(応用例)
上記の各実施形態に基づく本発明のモニタ回路は、構成簡易にして高精度なモニタが可能であることから、以下のような装置に利用すると、その効果を発揮することができる。
【0083】
図10は、本発明に係る品質モニタ回路を常用系/予備系切替装置に適用した場合の構成を示すブロック図である。図10において、常用系光ファイバ101、予備系光ファイバ102によって伝送される信号光は、光スイッチ103によって選択的に出力光ファイバ104へ送出される。この出力ファイバ104には光カプラ105が装着されており、伝送光は分岐されて本発明に係る品質モニタ回路106に入力される。この品質モニタ回路106は、先に述べた各実施形態の構成が適用可能であり、Q値等の品質パラメータを求める。切替制御回路107は、光スイッチ103を駆動制御するもので、通常、常用系を選択させ、品質モニタ回路106で得られた品質パラメータが規定値を下回るとき、光スイッチ103を予備系に切り替える。
【0084】
この構成によれば、品質モニタ回路106において、信号光を復調する必要がないので、例えば中継装置に本切替装置を組み込む場合に全段光デバイスで構成することができるようになる。
【0085】
図11は、本発明に係る品質モニタ回路をWDMネットワークにおける伝送品質監視装置に適用した場合の構成を示すブロック図である。図11において、本線の光ファイバ111には各波長チャンネル毎に伝送速度や伝送フレーム形式、変調方式の異なった多波長信号光(波長チャンネル数をnとする)が伝送されている。
【0086】
この光ファイバ111に対し、伝送品質監視装置は以下のように構成される。すなわち、光ファイバ111の所定箇所に光カプラ112を装着して伝送されている多波長信号光を分岐し、光分波器113によって波長チャンネル別に分波する。各分波出力は対応的に設けられた本発明に係る品質モニタ回路1141〜114nに送られ、個々に品質パラメータが求められる。異常検出回路115は各品質モニタ回路1141〜114nで得られる品質パラメータを規定値と比較して監視し、その規定値を下回る波長チャンネルがある場合には異常検出信号を発して、管理者に品質異常があることを報知する、あるいは予備系がある場合には予備系に切り替えるように指示する。
【0087】
上記構成によれば、品質モニタ回路の構成が従来のものに比して非常に簡易であり、小型化が可能であるため、多数の波長チャンネルに対応して多大な数の品質モニタ回路が必要であっても、全体として装置規模を小さくすることが可能である。また、各品質モニタ回路は、伝送速度や伝送フレーム形式、変調方式に影響されないので、全て同一構成でよく、量産化によるコスト低減も期待できる。
【0088】
図12は、本発明に係る品質モニタ回路を光受信装置に適用した場合の構成を示すブロック図である。図12において、入力光信号は2値デジタル光信号であり、この光信号は光/電気変換回路(O/E)121により電気信号に変換されて識別回路122に供給され、同時にクロック抽出回路123に供給されてクロック信号が抽出される。このクロック信号は移相器124によって位相調整されて識別回路122に供給される。この識別回路122はクロック信号のタイミングで入力デジタル信号の値を識別することでデータ信号を復調するもので、その識別には識別電圧発生回路125からの識別電圧が用いられる。
【0089】
また、上記O/E121の出力は、品質モニタ回路12Aの識別回路A1にも供給される。この識別回路A1は、O/E出力を識別電圧発生回路A2で発生される識別電圧を識別レベルとしてマークレベル、スペースレベルに識別するもので、そのマークレベル、スペースレベル識別結果は平均値検出回路A3でそれぞれ平均化され、A/D変換回路A4でデジタル化されてデータ処理回路A5に供給される。
【0090】
このデータ処理回路A5は、平均値検出回路A3の出力を入力し、識別電圧値に対する平均値の特性を求めて、Q値などの信号品質パラメータを算出する。制御部A6は識別電圧発生回路A2の発生電圧をステップ状に可変制御して、それぞれの識別電圧に対する品質パラメータをデータ処理回路A5から受け取り、最良の品質パラメータが得られる識別電圧値を求め、その電圧値に復調系の識別電圧発生回路125の発生電圧をセットする。
【0091】
上記構成によれば、データ識別のための電圧値をその入力信号の品質に応じて自動的に最適レベルにセットすることができるようになる。
【0092】
図13は、本発明に係る品質モニタ回路を光受信装置に適用した場合の他の構成を示すブロック図である。尚、図13において、図12と同一部分には同一符号を付して示す。図13において、入力光信号は2値デジタル光信号であり、この光信号は光/電気変換回路(O/E)121により電気信号に変換されて識別回路122に供給され、同時にクロック抽出回路123に供給されてクロック信号が抽出される。このクロック信号は可変移相器126によって位相調整されて識別回路122に供給される。この識別回路122はクロック信号のタイミングで入力デジタル信号の値を識別することでデータ信号を復調するもので、その識別には識別電圧発生回路125からの識別電圧が用いられる。
【0093】
また、上記O/E121の出力は、品質モニタ回路12Bの識別回路B1にも供給される。また、クロック抽出回路123で抽出されたクロック信号は、品質モニタ回路12Bの可変移相器B3に供給される。この可変移相器B3は、入力したクロック信号の位相を制御部B7からの指定量だけシフトするもので、その出力は識別回路B1に供給される。また、B2は識別電圧発生回路であり、制御部B7の制御によってステップ状に変化する識別電圧を発生する。
【0094】
上記制御部B7は、可変移相器16及び識別電位発生回路17を制御することによって識別点を制御すると共に、データ処理回路B6に識別点の情報を通知する。また、識別回路B1は、入力デジタル信号を入力クロック信号の立ち上がりタイミングで、識別電圧を基準にマークまたはスペースを識別する。ここで識別されたマークレベル及びスペースレベルはそれぞれ平均値検出回路B4で平均化され、A/D変換回路B5でデジタル信号に変換されてデータ処理回路B6に供給される。このデータ処理回路20は、デジタル化された識別結果平均値を識別点情報に基づいて演算処理することで、Q値などの信号品質パラメータを算出する。
【0095】
制御部B7は識別電圧発生回路B2の発生電圧をステップ状に可変制御し、可変移相器B3の移相量を走査して、それぞれの識別電圧に対する品質パラメータをデータ処理回路B6から受け取り、最良の品質パラメータが得られる識別電圧値、移相量を求め、その電圧値、移相量に復調系の識別電圧発生回路125の発生電圧、可変移相器126の移相量をセットする。
【0096】
上記構成によれば、データ識別のための電圧値、移相量をその入力信号の品質に応じて自動的に最適レベルにセットすることができるようになる。
【0097】
尚、上記実施形態、応用例では、光伝送路の場合について説明したが、メタル伝送路においても適用可能である。また、上記実施形態、応用例では、入力デジタル信号が2値の場合について説明したが、3値以上のn値デジタル信号の場合でも、しきい値の数を(n−1)として、各しいき値について同様の処理を行うことで、同様の効果が得られることは勿論である。
【0098】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、受信したデジタル信号の品質を容易にかつ精度よくモニタできるデジタル信号品質モニタ方法とこの方法を用いた通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る品質モニタ方法の原理を説明するための図。
【図2】 本発明に係る品質モニタ方法を具現化した構成を示すブロック図。
【図3】 本発明を適用した品質モニタ回路の第1の実施形態の構成を示すブロック図。
【図4】 本発明を適用した品質モニタ回路の第2の実施形態の構成を示すブロック図。
【図5】 第2の実施形態による各部の信号の例を示す図。
【図6】 本発明を適用した品質モニタ回路の第3の実施形態の構成を示すブロック図。
【図7】 本発明を適用した品質モニタ回路の第4の実施形態の構成を示すブロック図。
【図8】 本発明を適用した品質モニタ回路の第5の実施形態の構成を示すブロック図。
【図9】 本発明を適用した品質モニタ回路の第6の実施形態の構成を示すブロック図。
【図10】 本発明に係る品質モニタ回路を常用系/予備系切替装置に適用した場合の構成を示すブロック図。
【図11】 本発明に係る品質モニタ回路をWDMネットワークにおける伝送品質監視装置に適用した場合の構成を示すブロック図。
【図12】 本発明に係る品質モニタ回路を光受信装置に適用した場合の構成を示すブロック図。
【図13】 本発明に係る品質モニタ回路を光受信装置に適用した場合の他の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
1…識別部
2…平均値検出部
3…微分処理部
4…光/電気変換回路(O/E)
5…識別回路
6…識別電位発生回路
7…平均値検出回路
8、9…A/D変換回路
10…データ処理回路
11…三角波発生回路
12…微分回路
13…A/D変換回路
14…データ処理回路
15…クロック抽出回路
16…可変移相器
17…識別電位発生回路
18…識別点制御回路
19…識別回路
20、21…データ処理回路
22…光スイッチ(SW)
23…光SW駆動回路
24…制御回路
25、26…データ処理回路
101…常用系光ファイバ
102…予備系光ファイバ102
103…光スイッチ
104…出力光ファイバ
105…光カプラ
106…品質モニタ回路
107…切替制御回路
111…光ファイバ
112…光カプラ
113…光分波器
1141〜114n…品質モニタ回路
115…異常検出回路
121…光/電気変換回路
122…識別回路
123…クロック抽出回路
124…移相器
125…識別電圧発生回路
126…可変移相器
A1,B1…識別回路
A2,B2…識別電圧発生回路
A3,B4…平均値検出回路
A4,B5…A/D変換回路
A5,B6…データ処理回路
A6,B7…制御部
B3…可変移相器
Claims (15)
- 入力したn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出することを特徴とするデジタル信号品質モニタ方法。
- 入力したn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出することを特徴とするデジタル信号品質モニタ方法。
- 前記識別後の信号の平均値を前記識別レベルで微分することで、入力信号の振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする請求項1記載のデジタル信号モニタ方法。
- 前記識別後の信号の平均値を前記識別レベルで微分することで、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする請求項2記載のデジタル信号品質モニタ方法。
- 前記識別レベルを時間に比例するように走査し、前記識別後の信号の平均値を時間で微分することで、入力信号の振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする請求項1記載のデジタル信号品質モニタ方法。
- 前記識別レベルを時間に比例するように走査し、前記識別後の信号の平均値を時間で微分することで、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする請求項2記載のデジタル信号品質モニタ方法。
- 予め無入力時の振幅方向の確率密度関数を求めておき、信号入力時に得られた確率密度関数を補正することを特徴とする請求項3乃至6のいずれか記載のデジタル信号品質モニタ方法。
- さらに、前記確率密度関数から前記識別後の信号の平均値及び分散値を求め、この平均値及び分散値から前記品質パラメータを算出することを特徴とする請求項3乃至6のいずれか記載のデジタル信号品質モニタ方法。
- さらに、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数からアイ開口度を算出することを特徴とする請求項4または6記載のデジタル信号品質モニタ方法。
- 常用系、予備系それぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号の品質をモニタして品質パラメータを求める品質モニタ回路と、
この品質モニタ回路で得られる品質パラメータに基づいて常用系のデジタル信号と予備系のデジタル信号とを選択的に導出する切替手段とを具備し、
前記品質モニタ回路は、前記常用系、予備系それぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記常用系、予備系それぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする常用系/予備系切替装置。 - 常用系、予備系それぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号の品質をモニタして品質パラメータを求める品質モニタ回路と、
この品質モニタ回路で得られる品質パラメータに基づいて常用系のデジタル信号と予備系のデジタル信号とを選択的に導出する切替手段とを具備し、
前記品質モニタ回路は、前記常用系、予備系それぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記常用系、予備系それぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする常用系/予備系切替装置。 - 波長分割多重ネットワークにおける各波長チャンネルにおけるn(nは2以上の自然数)値デジタル信号それぞれの伝送品質を監視する伝送品質監視装置において、
前記波長分割多重ネットワークの光伝送路から伝送光の一部を分岐する光分岐手段と、
この手段で分岐された伝送光から波長チャンネル別にデジタル信号を抽出するデジタル信号抽出手段と、
この手段で抽出された各デジタル信号を入力してそれぞれの品質パラメータを求める品質モニタ手段と、
この品質モニタ手段で得られる品質パラメータから前記波長チャンネル別に異常の有無を監視する監視手段と、
この手段で異常が検出されたとき異常検出信号を発する警報手段とを具備し、
前記品質モニタ手段は、前記波長チャンネルそれぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする伝送品質監視装置。 - 波長分割多重ネットワークにおける各波長チャンネルにおけるn(nは2以上の自然数)値デジタル信号それぞれの伝送品質を監視する伝送品質監視装置において、
前記波長分割多重ネットワークの光伝送路から伝送光の一部を分岐する光分岐手段と、
この手段で分岐された伝送光から波長チャンネル別にデジタル信号を抽出するデジタル信号抽出手段と、
この手段で抽出された各デジタル信号を入力してそれぞれの品質パラメータを求める品質モニタ手段と、
この品質モニタ手段で得られる品質パラメータから前記波長チャンネル別に異常の有無を監視する監視手段と、
この手段で異常が検出されたとき異常検出信号を発する警報手段とを具備し、
前記品質モニタ手段は、前記波長チャンネルそれぞれのn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする伝送品質監視装置。 - 入力したn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を(n−1)個のしきい値と比較してデータ信号を復調する受信装置において、
前記入力デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出する品質モニタ手段と、
この手段で得られる品質パラメータが最良となる(n−1)個の識別レベルを検出し、この(n−1)個の識別レベルの値を前記(n−1)個のしきい値として用いるしきい値制御手段とを具備することを特徴とする受信装置。 - 入力したn(nは2以上の自然数)値デジタル信号を(n−1)個のしきい値と比較してデータ信号を復調する受信装置において、
前記入力デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出する品質モニタ手段と、
この手段で得られる品質パラメータが最良となる(n−1)個の識別レベルを検出し、この(n−1)個の識別レベルの値を前記(n−1)個のしきい値として用いるしきい値制御手段とを具備することを特徴とする受信装置。
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