JP5628957B2 - Optical receiver and optical transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、光伝送システムにおける光送信器、光受信器及び送受信モード切替方法に関する。 The present invention relates to an optical transmitter, an optical receiver, and a transmission / reception mode switching method in an optical transmission system.
従来の直接検波方式の光伝送では、波長分散や偏波モード分散などの伝送路の信号品質劣化要因に対しては、分散補償ファイバなどの光学的補償器やアナログ電気等化器を用いて、信号品質の劣化を低減してきた。近年盛んに研究されているのは、ディジタル信号処理を用いたコヒーレント伝送方式である。直接検波方式に比べ、受信感度を高感度化でき、さらに受信器内でディジタル信号処理を行うことにより、波長分散や偏波モード分散などの波形歪みを精度よく等化可能なため、特に光デバイスでは補償が困難で高速光信号の伝送距離を著しく制限していた偏波モード分散が補償可能になり100Gb/s/ch級の光信号の伝送距離が劇的に延伸した。非特許文献1〜3に代表されるディジタルコヒーレント方式は、準静的な波長分散を固定のディジタルフィルタ(28Gbaudの信号に対し20000ps/nmの分散でタップ数〜2048tap)で補償し、変動のある偏波モード分散をブラインドアルゴリズムを用いた小さいタップ数(50psの偏波モード分散で10〜12tap程度)の適応フィルタで補償する方法を採用している。 In conventional direct detection optical transmission, optical signal compensators such as dispersion compensation fibers and analog electrical equalizers are used for signal quality degradation factors in transmission lines such as chromatic dispersion and polarization mode dispersion. Signal quality degradation has been reduced. In recent years, a coherent transmission system using digital signal processing has been actively studied. Compared with the direct detection method, the receiver sensitivity can be increased, and digital signal processing in the receiver can accurately equalize waveform distortion such as chromatic dispersion and polarization mode dispersion. In this case, polarization mode dispersion, which is difficult to compensate and significantly limits the transmission distance of high-speed optical signals, can be compensated, and the transmission distance of 100 Gb / s / ch class optical signals has been dramatically extended. The digital coherent system represented by Non-Patent Documents 1 to 3 compensates for quasi-static chromatic dispersion with a fixed digital filter (with a dispersion of 20000 ps / nm and a tap number of 2048 tap for a 28 Gbaud signal), and there is fluctuation. A method is adopted in which the polarization mode dispersion is compensated with an adaptive filter having a small number of taps (about 10 to 12 taps with a polarization mode dispersion of 50 ps) using a blind algorithm.
しかしながら、前述の方法では、波長分散をあらかじめ別途測定し、波長分割多重(WDM)チャネルの受信器それぞれに、固定ディジタルフィルタに手動でタップ係数を入力しなければならないという問題がある。また、ブラインドアルゴリズムによる適応フィルタのタップ数を増やして、適応的に全波長分散を補償させようとすると、収束性が著しく劣化してしまう。また、非特許文献1〜3に代表されるコヒーレント伝送方式は、Baud rateを低減するために、偏波多重技術を用いており、受信器においてブラインドアルゴリズムに基づく適応フィルタで偏波分離を行っているが、ブラインドアルゴリズムによる偏波分離は、X,Y偏波の出力が、同一な偏波となってしまう問題がある。このように、従来のブラインドアルゴリズムを用いたディジタルコヒーレント方式では適応的な伝送路の状態推定の収束性が悪いという問題がある。 However, the above-described method has a problem that the chromatic dispersion is separately measured in advance, and the tap coefficient must be manually input to the fixed digital filter in each wavelength division multiplexing (WDM) channel receiver. Further, if the number of taps of the adaptive filter by the blind algorithm is increased to adaptively compensate for the total chromatic dispersion, the convergence is significantly deteriorated. The coherent transmission methods represented by Non-Patent Documents 1 to 3 use polarization multiplexing technology to reduce the Baud rate, and perform polarization separation with an adaptive filter based on a blind algorithm at the receiver. However, the polarization separation by the blind algorithm has a problem that the output of the X and Y polarizations becomes the same polarization. As described above, the conventional digital coherent system using the blind algorithm has a problem that the convergence property of adaptive channel state estimation is poor.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光伝送システムにおいて、既知信号を用いて光信号の状態を推定する送受信器の初期設定を行うモードとデータを転送するモードの切り替えを行い、伝送品質の向上を実現することができる光受信器及び光伝送システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in an optical transmission system, switching between a mode for initial setting of a transceiver that estimates a state of an optical signal using a known signal and a mode for transferring data is performed. An object of the present invention is to provide an optical receiver and an optical transmission system capable of improving transmission quality.
本発明は、光伝送路を介して、光受信器に向けて光信号を送信する光送信器と光送信器から送信された光信号を受信する光受信器とからなる光伝送システムであって、前記光送信器は既知パターンを有する既知信号を生成する既知信号発生部と、前記既知信号のみを送信する既知信号送信モードと、ペイロードと既知パターンからなるフレームを送信するデータ送信モードを切り替える送信モード切り替えスイッチと、受信した送信モード制御信号に基づいて前記モード切り替えスイッチに切り替えを制御する送信モード制御部と、前記既知信号送信モードまたはデータ送信モードに応じて、既知信号またはデータ信号のいずれかを光信号に変換して送信する信号送信部とを備える、前記光受信器は前記光送信器から前記光信号を受信して電気信号に変換する信号受信部と、電気信号に変換された信号の既知信号から受信信号を復調し、前記受信信号の状態パラメータを推定して出力する信号復調部と、受信した既知信号の既知パターンと同じパターンを有する既知信号を生成する既知信号発生部と、前記信号復調部から出力された信号と前記既知信号発生部から出力された既知信号に基づいて、符号誤り率を算出する符号誤り率演算部と、前記符号誤り率演算部から出力される符号誤り率により前記信号復調部の処理状態を判定し、この処理状態を示す信号を出力するモード判定部とを備え、前記光受信器の状態パラメータの変化が収束した場合にデータ送信モードに切替えることを特徴とする。 The present invention is an optical transmission system comprising an optical transmitter that transmits an optical signal toward an optical receiver via an optical transmission line, and an optical receiver that receives an optical signal transmitted from the optical transmitter. The optical transmitter transmits a known signal generator for generating a known signal having a known pattern, a known signal transmission mode for transmitting only the known signal, and a data transmission mode for transmitting a frame composed of a payload and a known pattern. A mode switching switch, a transmission mode control unit for controlling switching to the mode switching switch based on the received transmission mode control signal, and either a known signal or a data signal according to the known signal transmission mode or the data transmission mode. The optical receiver includes a signal transmitter that converts the optical signal into an optical signal and transmits the optical signal. A signal receiving unit that converts the signal into a signal; a signal demodulating unit that demodulates the received signal from a known signal converted into an electrical signal; and estimates and outputs a state parameter of the received signal; and a known pattern of the received known signal A known signal generator for generating a known signal having the same pattern as the above, a code error rate for calculating a code error rate based on the signal output from the signal demodulator and the known signal output from the known signal generator A calculation unit; and a mode determination unit that determines a processing state of the signal demodulation unit based on a code error rate output from the code error rate calculation unit and outputs a signal indicating the processing state. When the change of the state parameter converges, the mode is switched to the data transmission mode.
本発明は、前記送信モード制御信号は、光信号を送信する前記光伝送路と異なる光伝送路を介して受信することを特徴とする。 The present invention is characterized in that the transmission mode control signal is received via an optical transmission line different from the optical transmission line for transmitting an optical signal.
本発明は、前記送信モード制御信号は、光監視チャネルを介して受信することを特徴とする。 The present invention is characterized in that the transmission mode control signal is received via an optical monitoring channel.
本発明は、光伝送路を介して、光送信器から送信された光信号を受信する光受信器であって、前記光送信器から前記光信号を受信して電気信号に変換する信号受信部と、電気信号に変換された信号の既知信号から受信信号を復調し、前記受信信号の状態パラメータを推定して出力する信号復調部と、受信した既知信号の既知パターンと同じパターンを有する既知信号を生成する既知信号発生部と、前記信号復調部から出力された信号と前記既知信号発生部から出力された既知信号に基づいて、符号誤り率を算出する符号誤り率演算部と、前記符号誤り率演算部から出力される符号誤り率により前記信号復調部の処理状態を判定し、この処理状態を示す信号を出力するモード判定部とを備えることを特徴とする。 The present invention is an optical receiver that receives an optical signal transmitted from an optical transmitter via an optical transmission line, and that receives the optical signal from the optical transmitter and converts it into an electrical signal. A signal demodulator that demodulates a received signal from a known signal converted into an electrical signal, estimates and outputs a state parameter of the received signal, and a known signal having the same pattern as the known pattern of the received known signal A known signal generator for generating a code error rate based on the signal output from the signal demodulator and the known signal output from the known signal generator, and the code error And a mode determining unit that determines a processing state of the signal demodulating unit based on a code error rate output from the rate calculating unit and outputs a signal indicating the processing state.
本発明は、前記信号復調部は、周波数オフセット量、平均二乗誤差、残留波長分散及び残留周波数オフセット量からなる状態パラメータを出力し、前記モード判定部は、前記信号復調部から出力される状態パラメータにより前記信号復調部の処理状態を判定することを特徴とする。 In the present invention, the signal demodulation unit outputs a state parameter including a frequency offset amount, a mean square error, a residual chromatic dispersion, and a residual frequency offset amount, and the mode determination unit outputs a state parameter output from the signal demodulation unit. To determine the processing state of the signal demodulator.
本発明は、前記モード判定部から出力される前記信号復調部の処理状態を示す信号は、状態パラメータ推定中を示す信号、状態パラメータ推定完了を示す信号、状態パラメータの推定失敗を示す信号のいずれかであることを特徴とする。 According to the present invention, the signal indicating the processing state of the signal demodulator output from the mode determination unit is any of a signal indicating that the state parameter is being estimated, a signal indicating that the state parameter is being estimated, and a signal indicating that the state parameter is being estimated It is characterized by.
本発明は、前記モード判定部は、前記符号誤り率が一定の値以下になったときに状態推定が完了したと判断することを特徴とする。 The present invention is characterized in that the mode determination unit determines that the state estimation is completed when the code error rate becomes a certain value or less.
本発明は、前記モード判定部は、信号復調部から出力される状態パラメータが収束したときに状態推定が完了したと判断することを特徴とする。 The present invention is characterized in that the mode determination unit determines that the state estimation is completed when the state parameters output from the signal demodulation unit converge.
本発明は、光伝送路を介して、光受信器に向けて光信号を送信する光送信器と光送信器から送信された光信号を受信する光受信器とからなる光伝送システムであって、前記光送信器は既知パターンを有する既知信号を生成する既知信号発生部と、前記既知信号のみを送信する既知信号送信モードと、ペイロードと既知パターンからなるフレームを送信するデータ送信モードを切り替える送信モード切り替えスイッチと、既知信号のみを送信する既知信号送信モードを一定時間経過した後に前記送信モード切り替えスイッチを前記データ送信モードに切り替える時限式送信モード制御部と、前記既知信号送信モードまたはデータ送信モードに応じて、既知信号またはデータ信号のいずれかを光信号に変換して送信する信号送信部とを備え、前記光受信器は収束時間が予め決まっており、前記既知信号送信モードを継続する一定時間が収束時間に基づき決まることを特徴とする。 The present invention is an optical transmission system comprising an optical transmitter that transmits an optical signal toward an optical receiver via an optical transmission line, and an optical receiver that receives an optical signal transmitted from the optical transmitter. The optical transmitter transmits a known signal generator for generating a known signal having a known pattern, a known signal transmission mode for transmitting only the known signal, and a data transmission mode for transmitting a frame composed of a payload and a known pattern. A mode switching switch, a timed transmission mode control unit that switches the transmission mode switching switch to the data transmission mode after a predetermined time has passed in a known signal transmission mode for transmitting only known signals, and the known signal transmission mode or data transmission mode And a signal transmission unit that converts either a known signal or a data signal into an optical signal and transmits the optical signal, The receiver is fixed convergence time in advance, a predetermined time to continue the known signal transmission mode, characterized in that the determined based on convergence time.
本発明によれば、既知信号を用いて光信号の状態を推定する送受信器の初期設定を行うモードとデータを転送するモードの切り替えを行うことにより、伝送品質の向上を実現することができるという効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to improve transmission quality by switching between a mode for initial setting of a transceiver for estimating the state of an optical signal using a known signal and a mode for transferring data. An effect is obtained.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による光送信器及び光受信器を備える光伝送システムを説明する。
<第1の実施形態>
図1は第1の実施形態の構成を示すブロック図である。初期状態において、送信器1は、既知信号発生部11から既知信号を送信する初期設定モードに設定されている。また受信器2についても、既知信号の検出をして、チャネルの推定を行う初期設定モードに設定されている。後述するように、初期設定モードにおいては、既知信号の送受により光伝送路3、4、送信器1及び受信器2の状態推定や受信器2内の等化重みの最適化を行う。ここでは、既知信号として図2に示す既知信号パターンが、BPSK変調を用いて、送信器1によって送信されるものとして説明する。例えば、図2に示す既知信号(a)は伝送路の波長分散などの状態推定に用いるもので、既知信号(b)は偏波モード分散など時間的に変動する要因を推定するのに用いるものである。なお、既知信号(a)、(b)のパターンは、図2に示すパターンに限るものではない。このBPSK変調は送信器1のE/O変換(電気−光変換)器13内で、光変調器としてIQ変調器を用いる場合、IchとQchの両方に同系列の信号を入力すれば発生可能である。E/O変換器13によって光に変調された既知信号は、光伝送路3を介して受信器2のO/E変換(光−電気変換)器21に入力して電気信号に変換され、電気信号に変換された受信既知信号は復調器22に入力する。
Hereinafter, an optical transmission system including an optical transmitter and an optical receiver according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment. In the initial state, the transmitter 1 is set to an initial setting mode in which a known signal is transmitted from the
ここで、図1に示す復調器22の構成を図3を参照して説明する。まず、受信された信号は自動周波数制御回路221を介して入力され、第1等化重み演算回路227においては、既知信号系列(a)から初期の伝搬路の状態を推定して等化重みを算出し、第1等化回路222にその演算結果を出力し、波長分散などの時間的広がりの大きな信号の歪みを補償する。その後、偏波モード分散や、周波数オフセットなどといった時間的に変動する伝送路の状態に関しては、周期的に挿入された既知信号系列(b)を用いて第2等化重み演算回路225にて等化重みを算出し、周期的に重みを更新して、信号を第2等化回路223において等化・補償を行い、判定回路224で信号を判定する。
Here, the configuration of the
ここで、例えば、シンボルレート28Gbaud,波長分散量D=20000ps/nm,中心波長λ=1550nm,偏波モード分散Tpmd=50psの伝送路状態を推定する場合、BPSK信号である既知信号(a)は4.534ns以上、BPSK信号である既知信号(b)は50ps以上に設定すればよい。そのため、初期設定モードにおいては長めのBPSK信号である既知信号(a)を挿入しておき、ペイロードデータを送信するデータ転送モードにおいては周期的に系列長の短いBPSK信号である既知信号(b)をデータフレームに挿入しておけば受信側で光伝送路の状態の推定に十分な系列長になるので、既知信号挿入による伝送効率の低下を抑えることができる。なお、短時間ではないが、温度変化などによる長時間単位での伝搬路の状態の変化は、第2等化重み演算回路225における等化重みの演算結果を平均化フィルタ226に入力値として入力し、平均したものを第1等化重み演算回路227に出力し、もとの第1等化重み演算回路227で算出した等化重みの値を更新することもできる。平均化フィルタ226は、過去の既知信号(b)の系列を用いて算出された等化重みの平均値や、忘却係数を用いて平均化するなど、従来技術の平均化フィルタを用いて平均化すればよい。
Here, for example, when estimating a transmission path state with a symbol rate of 28 Gbaud, a chromatic dispersion amount D = 20000 ps / nm, a center wavelength λ = 1550 nm, and a polarization mode dispersion Tpmd = 50 ps, the known signal (a) which is a BPSK signal is The known signal (b) which is 4.534 ns or more and is a BPSK signal may be set to 50 ps or more. Therefore, a known signal (a) which is a longer BPSK signal is inserted in the initial setting mode, and a known signal (b) which is a BPSK signal having a shorter sequence length periodically in the data transfer mode in which payload data is transmitted. Is inserted into the data frame, the receiving side has a sequence length sufficient for estimating the state of the optical transmission line, so that a decrease in transmission efficiency due to insertion of a known signal can be suppressed. Note that the change in the state of the propagation path in units of long time due to a temperature change or the like is not a short time, but the equalization weight calculation result in the second equalization
図1に戻り、復調器22から出力された信号は、BER(符号誤り率)演算部23へと入力され、既知信号発生部25から出力された既知パターンと同期がとられ、符号誤り率が演算される。演算された符号誤り率は、モード判定部24に出力される。モード判定部24は、符号誤り率が、例えば図4の規定の範囲基準に従って、受信器2における等化器の等化重みの収束などの状態推定のフェーズを判断し、光伝送路4を介して送信器1に向けて状態推定のフェーズを送信する。このフェーズの情報の送信は、光監視チャネル(OSC:Optical Supervisory Channel)を介して行ってもよい。
Returning to FIG. 1, the signal output from the
次に、送信器1内の送信モード制御部14は、受信器2から受け取った状態推定のフェーズ情報から送信器1内の送信モード切り替えスイッチ12を制御し、受信器2の状態推定が収束した場合にペイロードの送信を開始する。
Next, the transmission
ここで、図4を参照して、符号誤り率の判定基準について説明する。受信器2の推定状態がどのようなフェーズにあるかは、既知信号の送信開始から一定時間経過後から、定期的に符号誤り率と閾値を比較し、図4(A)の(a)の領域であれば、状態推定失敗、(b)の領域であれば状態推定中、(c)の領域であれば状態推定完了とみなすことができる。符号誤り率(BER)が規定の時間内に(b)の領域にあるときは、状態推定を継続する。規定の時間を超えるか、(b)の領域に符号誤り率(BER)が収束してしまった場合は、状態推定失敗とみなす。
Here, with reference to FIG. 4, the criterion for determining the code error rate will be described. The phase of the estimation state of the
また、図4(B)のように判定時刻に受信器2のフェーズが状態推定失敗であれば、受信器2は等化器重みをリセットし、適応等化器のステップサイズなどの収束パラメータを変更するなどして、再度状態推定を開始する。このとき送信器1の送信モード制御部14は収束失敗のフェーズ情報を受け取っており既知信号を送信し続ける。さらに、データ転送モードに切り替わった後で、図2に示す短い既知信号(b)を一定の間隔でペイロードのヘッダーとして挿入すれば、外乱により光伝送路の状態が急激に変動した場合でも、受信器2の等化器の等化重みを修正することが可能である。
Also, as shown in FIG. 4B, if the phase of the
また、符号誤り率は、エラー数が少なくなった場合、精度の高い誤り率を測定をするために長い時間観測しなければならない。観測時間を短く保つためには、現在の符号誤り率を受信器2のフェーズ情報とともに光監視チャネル等を介して送信器1に送り、送信器1側でエラー数が多くなるように光変調時の多値数を上げてもよい。
In addition, when the number of errors decreases, the code error rate must be observed for a long time in order to measure a highly accurate error rate. In order to keep the observation time short, the current code error rate is sent to the transmitter 1 via the optical monitoring channel together with the phase information of the
本実施形態では、送信器1、受信器2が状態推定のフェーズ情報を交換することで、既知信号を送信する初期設定モードからデータを送信するデータ転送モードへ切り替える場合を説明したが、受信器2の状態推定のフェーズ情報をネットワーク制御・監視装置などの送信器1、受信器2以外の装置が受け取り、送信器1、受信器2のモードを外部装置が切り換えてもよい。
In this embodiment, the case where the transmitter 1 and the
<第2の実施形態>
次に、図5を参照して本発明の第2の実施形態における復調器22の構成を説明する。
図5は、図1に示す受信器2に備える復調器22の構成を示す図である。図5に示す復調器22の構成が、図3に示す構成と異なる点は、自動周波数制御回路221aからモード判定部24に対して補正した周波数オフセット量が出力される点と、第2等化重み演算回路225aからモード判定部24に対して、適応フィルタの誤差関数や残留波長分散・残留周波数オフセット量が出力される点である。また、第2の実施形態では、モード判定部24は、復調器22からのパラメータを状態推定のフェーズを判定する基準として用いる点が第1の実施形態と異なる。
<Second Embodiment>
Next, the configuration of the
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the
符号誤り率は、信号の状態を現す有用なパラメータであるが、誤り率が小さくなってくると、測定時間を長くする必要があるため、他のパラメータと併用するのが望ましい。そこで本実施形態では、等化器の重み演算回路の収束アルゴリズムにLMS(Least Mean Square)アルゴリズムを用いた場合、既知信号と等化された受信信号の二乗誤差ε2を状態推定のフェーズの判定パラメータのひとつとして用いる。二乗誤差ε2の値によって、モード判定部24は、第2等化回路223の等化重みの推定状態を検知する。また第2等化回路223の重み更新の差分から、自動周波数制御回路221aで補正しきれなかった残留周波数オフセットが分かるため、これもモード判定のパラメータとして用いる。また文献(Ling Liu, et. al, OFC2009, JWA36, 2009)によれば、信号に残留した波長分散を第2の等化器の等化重みの更新差分から求めることができ、これもモード判定のパラメータとして用いることもできる。
The code error rate is a useful parameter that represents the signal state. However, when the error rate decreases, it is necessary to increase the measurement time. Therefore, it is desirable to use it together with other parameters. Therefore, in this embodiment, when the LMS (Least Mean Square) algorithm is used as the convergence algorithm of the equalizer weight calculation circuit, the square error ε 2 of the received signal equalized with the known signal is determined as the state estimation phase. Used as one of the parameters. Based on the value of the square error ε 2 , the
以上の複数のパラメータを組み合わせて、モード判定部24におけるモード判定の基準とすれば、信号の状態推定の精度を向上することができる。本実施形態の場合も、第1の実施形態と同様、これらの判定パラメータは外部に出力されるのみで、ネットワーク制御・監視装置等の外部装置が送受信モードを切り替えるようにしてもよい。また、図示はしないが、送信する光信号が偏波多重信号の場合は、既知信号として生成多項式の異なる擬似ランダム信号を各偏波で用いれば同様の手順でモードの判定が可能である。生成多項式の異なるPN系列は相関が非常に小さいので、偏波成分ごとに符号誤り率を測定することで、第2等化回路223の等化重みが、誤った値に収束していないかを確認することができる。
If the above-described plurality of parameters are combined and used as a mode determination reference in the
<第3の実施形態>
次に、図6を参照して、本発明の第3の実施形態による光伝送システムを説明する。この図において、図1に示す光伝送システムと同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図6に示す光伝送システムが、図1に示す光伝送システムと異なる点は、時限式のモード切り替えを用いている点である。本実施形態では、受信器2内の復調器22は、図3に示す構成を備える。例えば、復調器22内の等化重みをLMSアルゴリズムにより更新するとき、ステップサイズμが文献(”カルマンフィルタと適応信号処理”谷萩
著,コロナ社,pp.155−pp.160)に記載されるような範囲にあることが、アルゴリズムの収束条件である。さらに、LMSアルゴリズムでは、ステップサイズμの大きさで等化重みの収束時間が決まる。すなわち、受信器2側から既知信号による等化重みの収束を送信器1側に通知しなくても、収束条件を満たした既知のμを光伝送システムで用いれば、時限式送信モード制御部15が、時限的に送信器1の送信モード切り替えスイッチ12をデータ転送モードに変更することができる。
<Third Embodiment>
Next, an optical transmission system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this figure, the same parts as those in the optical transmission system shown in FIG. The optical transmission system shown in FIG. 6 is different from the optical transmission system shown in FIG. 1 in that timed mode switching is used. In the present embodiment, the
なお、図示はしないが、第1〜3の実施形態において、送信される既知信号をOTN(Optical Transport Network)のフレームフォーマットに準拠した信号にしてもよい。たとえばOTNで規定されるフレームの予約ビットに現在の転送モードの状態を挿入し、OTNのペイロード部に既知信号を挿入する構成を取ると、受信器2のパラメータによる状態推定判断とOTNのフレーム処理による転送モードの把握が可能になる。
Although not shown, in the first to third embodiments, a known signal to be transmitted may be a signal that conforms to an OTN (Optical Transport Network) frame format. For example, when the current transfer mode state is inserted into the reserved bits of the frame defined by OTN and a known signal is inserted into the payload portion of OTN, state estimation determination based on the parameters of
<第4の実施形態>
次に、図7〜図10を参照して、本発明の第4の実施形態による光伝送システムを説明する。図7は、ノードPとノードQの間に新規にリンクを確立する場合における送信器1、受信器2の構成を示す図である。ノードPは、送信器1A、受信器2Bから構成し、ノードQは、受信器2Aと送信機1Bから構成する。図7において、図1に示す光伝送システムと同一の部分には、添字AまたはBを付与した同一の符号を付し、その説明を省略する。
<Fourth Embodiment>
Next, an optical transmission system according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the transmitter 1 and the
装置間で用いる既知信号のフォーマットを、図8(A)に示す初期設定用フォーマットと、図8(B)に示すデータ転送用フォーマットと規定する。ノードPとノードQでは、双方向の通信が可能なように、2本の光伝送路3、4が割り当てられている。さらに、ノードP、ノードQ内の復調器22B、22Aは、図5に示す構成を備えている。
The format of a known signal used between apparatuses is defined as an initial setting format shown in FIG. 8A and a data transfer format shown in FIG. 8B. In the node P and the node Q, two optical transmission lines 3 and 4 are allocated so that bidirectional communication is possible. Furthermore, the
次に、図9、図10を参照して、図7に示す光伝送システムが接続開始をしたときにノードP、Q間においてリンクを確立する動作を説明する。図9は、図7に示す受信器2A、2Bの動作を示すフローチャートである。図10は、図7に示す送信器1A、1Bの動作を示すフローチャートである。 Next, an operation for establishing a link between the nodes P and Q when the optical transmission system shown in FIG. 7 starts connection will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a flowchart showing operations of the receivers 2A and 2B shown in FIG. FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the transmitters 1A and 1B shown in FIG.
まず、送受信器間では、図8(A)に示す初期設定モード用の既知フレームが送信され続ける。ノードP、Q内の復調器22A、22Bでは、既知信号Aを検出し、フレーム同期を確立する(ステップS1、S2)。同期が確立されたのち、復調器22のトレーニングを開始する(ステップS3)。例えば、既知信号Aは「1010101・・・」のようなBPSK変調による交番信号(サイクル毎に0と1が切り替わる信号)を用いれば、送信された信号は特定の周波数成分を2つ以上含むため、クロック抽出や自動周波数制御回路221aでの周波数オフセットの補正が可能である。さらに、2つ以上の周波数成分をもつため、第1等化重み演算回路227によってそれらの群速度の差分を演算することにより波長分散を推定可能である。その推定情報により第1等化回路222で波長分散を補償する。
First, the known frame for the initial setting mode shown in FIG. 8A continues to be transmitted between the transceivers. The
次に、第2等化回路223では、たとえば生成多項式の異なるPN系列を偏波多重信号の各偏波の既知信号Bとして用いれば、それらを用いてPMDの補償、偏波多重信号の分離、残留波長分散・周波数オフセットの補償を行うことができる。それぞれのPN系列は相関が非常に小さいので、偏波成分ごとに符号誤り率を測定することで、第2等化回路223の等化重みが、誤った値に収束していないかを確認することができる。
Next, in the
次に、符号誤り率が測定可能になった時点で、X,Y偏波のそれぞれの符号誤り率(BER)が規定値以下になるまで、等化回路の重みの収束を待つ(ステップS4)。そして、符号誤り率が規定値以下になった時点で、第2等化重み演算回路225aにおいて算出可能な残留周波数オフセットと残留波長分散をモニタし、これらが規定値以下の値になるまで既知信号Bによる等化重みの演算を続ける(ステップS5、S6)。これら二つのパラメータが規定値以下になった時点で、例えばLMSアルゴリズムを第2等化回路223で用いる場合平均二乗誤差ε2をモニタし、既定の範囲に収束することを確認する(ステップS7)。
Next, when the code error rate becomes measurable, the convergence of the weight of the equalization circuit is waited until the code error rate (BER) of each of the X and Y polarizations is equal to or less than a specified value (step S4). . When the code error rate becomes equal to or lower than the specified value, the residual frequency offset and the residual chromatic dispersion that can be calculated by the second equalization
次に、復調器22A(または22B)内で、すべてのパラメータ(X,Y偏波の符号誤り率、残留周波数オフセット、残留波長分散及び平均二乗誤差ε2)が規定値以下になった時点で、受信器2A(または2B)内の情報ビット列検出回路25A(または25B)は、既知信号フォーマット(A)の推定情報用ビット列に受信器2A(または2B)の状態情報と、送信モード変更フラグを立てる(ステップS8)。受信器2A(または2B)内では、準静的な波長分散を補償する第1等化回路222の重み更新を停止し、第2等化回路223の重み更新を判定帰還形に切り替える(ステップS9)。
Next, in the
一方、送信器1A(または1B)では情報ビット列挿入回路15A(または15B)で読み取ったフラグを常に監視し、送信モード変更フラグを受け取った逆側の受信器は、ノード内の送信器の送信モード制御部にモードの切り替え要求を渡し、送信器は送信モードをデータ転送モードに切り替える。このときに、フレームフォーマットは図8の(B)のようなフォーマットを用いるとよい。定期的に、既知信号を挿入することで、受信器2の第2等化回路223の重みの正確性を向上することができる。また受信器2側で既知信号Cが送信されてきたことを検出することで、送信器1のモードが切り替わったことを知ることができ、既知信号Cを検出したときのみ判定帰還ではなく、既知信号Cを使って等化重みのトレーニングを行えばよい。双方向の光伝送路で、データ転送モードに切り替わったことをもってリンク確立とみなし、リンク確立後は、既知信号Cを元に定期的に等化回路をトレーニングし、伝送の品質の向上を図る。また、本実施形態では、情報ビット列にさまざまな受信器2のパラメータを挿入することができ、たとえば規定値以下に残留波長分散が収束しない時、既知信号Aの長さを変えるように送信器1に指示し、長い既知信号A’を用いて第1等化回路222による波長分散の補償精度を向上させることもできる。
On the other hand, the transmitter 1A (or 1B) constantly monitors the flag read by the information bit
本実施形態では、図8に示すフレーム構造や既知信号パターンA、B、Cをそれぞれ異なる信号として規定したが、これらは、想定する光伝送路や使用する変調フォーマットによって最適な系列が異なり、本実施形態で用いたフレーム構造、信号系列に限るものではない。 In this embodiment, the frame structure and the known signal patterns A, B, and C shown in FIG. 8 are defined as different signals. However, the optimum sequences differ depending on the assumed optical transmission path and the modulation format to be used. It is not limited to the frame structure and signal sequence used in the embodiment.
以上説明したように、送受信器間で既知であるBPSK信号を送信信号フレームの先頭もしくは末尾に時間多重して、送受信する場合に、リンクを確立するまでと、リンクを確立した後において送信信号フレームにおける既知信号の割合を変えることにより、リンク確立時には、送信時間の長い既知信号により、波長分散を推定することが可能となり、リンク確立後には、送信時間の短い既知信号を周期的に挿入することで、ビットレートを大きく上昇させることなく偏波モード分散等の時間的に変動する要因に対しても最適な等化回路とすることが可能になる。このため、波長分割多重(WDM)チャネルの受信機それぞれに、固定ディジタルフィルタに手動でタップ係数を入力する必要がなくなり、適応的に全波長分散を補償しようとすると収束性が著しく悪くなるという問題を解決することができる。 As described above, when a BPSK signal known between the transmitter and the receiver is time-multiplexed at the beginning or end of the transmission signal frame and transmitted and received, the transmission signal frame is established until the link is established and after the link is established. By changing the ratio of known signals in, it is possible to estimate chromatic dispersion from known signals with long transmission times when establishing a link, and periodically insert known signals with short transmission times after establishing the link. Thus, it is possible to obtain an optimum equalization circuit for a factor that varies with time, such as polarization mode dispersion, without significantly increasing the bit rate. For this reason, it is not necessary to manually input a tap coefficient to the fixed digital filter for each receiver of the wavelength division multiplexing (WDM) channel, and the convergence is significantly deteriorated if all wavelength dispersion is adaptively compensated. Can be solved.
本発明は、コヒーレント光伝送システムにおいて、既知信号による伝送路の精度の高い推定による通信を行う送受信器および伝送システムに適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a transmitter / receiver and a transmission system that perform communication based on a highly accurate estimation of a transmission path using a known signal in a coherent optical transmission system.
1・・・送信器、11・・・既知信号発生部、12・・・送信モード切り替えスイッチ、13・・・E/O変換器、14・・・送信モード制御部、2・・・受信器、21・・・O/E変換器、22・・・復調器、23・・・BER演算部、24・・・モード判定部、25・・・既知信号発生部、3、4・・・光伝送路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmitter, 11 ... Known signal generation part, 12 ... Transmission mode changeover switch, 13 ... E / O converter, 14 ... Transmission mode control part, 2 ...
Claims (6)
前記光送信器は
既知パターンを有する既知信号を生成する既知信号発生部と、
前記既知信号のみを送信する既知信号送信モードと、ペイロードと既知パターンからなるフレームを送信するデータ送信モードを切り替える送信モード切り替えスイッチと、
受信した送信モード制御信号に基づいて前記モード切り替えスイッチに切り替えを制御する送信モード制御部と、
前記既知信号送信モードまたはデータ送信モードに応じて、既知信号またはデータ信号のいずれかを光信号に変換して送信する信号送信部と
を備え、
前記光受信器は
前記光送信器から前記光信号を受信して電気信号に変換する信号受信部と、
電気信号に変換された信号の既知信号から受信信号を復調し、前記受信信号の状態パラメータを推定して出力する信号復調部と、
受信した既知信号の既知パターンと同じパターンを有する既知信号を生成する既知信号発生部と、
前記信号復調部の処理状態を推定し、状態推定のフェーズを示す送信モード制御信号を前記光送信器に対して送信するモード判定部と
を備え、
前記送信モード制御部では、前記光受信器の状態推定が収束した場合に前記データ送信モードに切り替えて、前記信号送信部によって前記データ信号を送信し、
前記送信モード制御信号は、
周波数オフセット量、平均二乗誤差、残留波長分散及び残留周波数オフセット量の少なくともいずれか一つの値が所定の範囲に収束したときに状態推定が完了したことを示す信号であることを特徴とする光伝送システム。 An optical transmission system comprising an optical transmitter for transmitting an optical signal toward an optical receiver via an optical transmission path and an optical receiver for receiving an optical signal transmitted from the optical transmitter,
The optical transmitter includes a known signal generator that generates a known signal having a known pattern;
A known signal transmission mode for transmitting only the known signal, a transmission mode switching switch for switching a data transmission mode for transmitting a frame composed of a payload and a known pattern,
A transmission mode control unit that controls switching to the mode changeover switch based on the received transmission mode control signal;
In accordance with the known signal transmission mode or the data transmission mode, a signal transmission unit that converts either the known signal or the data signal into an optical signal and transmits the optical signal, and
The optical receiver receives the optical signal from the optical transmitter and converts it into an electrical signal; and
A signal demodulator that demodulates a received signal from a known signal of the signal converted into an electrical signal, and estimates and outputs a state parameter of the received signal;
A known signal generator for generating a known signal having the same pattern as the known pattern of the received known signal ;
A mode determination unit that estimates a processing state of the signal demodulation unit and transmits a transmission mode control signal indicating a phase of the state estimation to the optical transmitter ; and
In the transmission mode control unit, it switches the data transmission mode when the state estimation of the optical receiver has converged, and transmitting the data signal by the signal transmission unit,
The transmission mode control signal is:
An optical transmission characterized in that it is a signal indicating that state estimation is completed when at least one of a frequency offset amount, mean square error, residual chromatic dispersion, and residual frequency offset amount converges within a predetermined range. system.
前記光送信器から前記光信号を受信して電気信号に変換する信号受信部と、
電気信号に変換された信号の既知信号から受信信号を復調し、前記受信信号の状態パラメータを推定して出力する信号復調部と、
受信した既知信号の既知パターンと同じパターンを有する既知信号を生成する既知信号発生部と、
前記信号復調部の処理状態を推定し、状態推定のフェーズを示す送信モード制御信号を前記光送信器に対して送信するモード判定部と
を備え、
前記光送信器は、前記光受信器の状態推定が収束した場合にデータ送信モードに切り替えて、データ信号を送信し、
前記送信モード制御信号は、
周波数オフセット量、平均二乗誤差、残留波長分散及び残留周波数オフセット量の少なくともいずれか一つの値が所定の範囲に収束したときに状態推定が完了したことを示す信号であることを特徴とする光受信器。 An optical receiver that receives an optical signal transmitted from an optical transmitter via an optical transmission line,
A signal receiver that receives the optical signal from the optical transmitter and converts it into an electrical signal;
A signal demodulator that demodulates a received signal from a known signal of the signal converted into an electrical signal, and estimates and outputs a state parameter of the received signal;
A known signal generator for generating a known signal having the same pattern as the known pattern of the received known signal ;
A mode determination unit that estimates a processing state of the signal demodulation unit and transmits a transmission mode control signal indicating a phase of the state estimation to the optical transmitter ; and
The optical transmitter switches to a data transmission mode when the state estimation of the optical receiver has converged, and transmits a data signal,
The transmission mode control signal is:
An optical reception characterized in that it is a signal indicating that state estimation is completed when at least one of a frequency offset amount, mean square error, residual chromatic dispersion, and residual frequency offset amount converges within a predetermined range. vessel.
前記光送信器から前記光信号を受信して電気信号に変換する信号受信部と、A signal receiver that receives the optical signal from the optical transmitter and converts it into an electrical signal;
電気信号に変換された信号の既知信号から受信信号を復調し、前記受信信号の状態パラメータを推定して出力する信号復調部と、A signal demodulator that demodulates a received signal from a known signal of the signal converted into an electrical signal, and estimates and outputs a state parameter of the received signal;
受信した既知信号の既知パターンと同じパターンを有する既知信号を生成する既知信号発生部と、A known signal generator for generating a known signal having the same pattern as the known pattern of the received known signal;
前記信号復調部の処理状態を推定し、状態推定のフェーズを示す送信モード制御信号を前記光送信器に対して送信するモード判定部とA mode determination unit that estimates a processing state of the signal demodulation unit and transmits a transmission mode control signal indicating a phase of the state estimation to the optical transmitter;
を備え、With
前記光送信器は、前記光受信器の状態推定が収束した場合にデータ送信モードに切り替えて、データ信号を送信し、The optical transmitter switches to a data transmission mode when the state estimation of the optical receiver has converged, and transmits a data signal,
前記送信モード制御信号は、The transmission mode control signal is:
前記光受信器で受信した前記既知信号の既知パターンと同じパターンを有する既知信号とに基づいて算出した符号誤り率から判定した結果に基づく信号であり、前記符号誤り率が所定の範囲に収束したときに状態推定が完了したことを示す信号であることを特徴とする光受信器。The signal is based on a result determined from a code error rate calculated based on a known signal having the same pattern as the known pattern of the known signal received by the optical receiver, and the code error rate has converged to a predetermined range An optical receiver characterized in that the signal sometimes indicates that the state estimation has been completed.
前記光送信器から前記光信号を受信して電気信号に変換する信号受信部と、A signal receiver that receives the optical signal from the optical transmitter and converts it into an electrical signal;
電気信号に変換された信号の既知信号から受信信号を復調し、前記受信信号の状態パラメータを推定して出力する信号復調部と、A signal demodulator that demodulates a received signal from a known signal of the signal converted into an electrical signal, and estimates and outputs a state parameter of the received signal;
受信した既知信号の既知パターンと同じパターンを有する既知信号を生成する既知信号発生部と、A known signal generator for generating a known signal having the same pattern as the known pattern of the received known signal;
前記信号復調部の処理状態を推定し、状態推定のフェーズを示す送信モード制御信号を前記光送信器に対して送信するモード判定部とA mode determination unit that estimates a processing state of the signal demodulation unit and transmits a transmission mode control signal indicating a phase of the state estimation to the optical transmitter;
を備え、With
前記光送信器は、前記光受信器の状態推定が収束した場合にデータ送信モードに切り替えて、データ信号を送信し、The optical transmitter switches to a data transmission mode when the state estimation of the optical receiver has converged, and transmits a data signal,
前記送信モード制御信号は、The transmission mode control signal is:
前記光受信器で受信した前記既知信号の既知パターンと同じパターンを有する既知信号とに基づいて算出した符号誤り率、周波数オフセット量、平均二乗誤差、残留波長分散及び残留周波数オフセット量の少なくともいずれか一つの値が第1の所定の範囲外であれば状態パラメータの推定失敗を示す信号、前記符号誤り率、前記周波数オフセット量、前記平均二乗誤差、前記残留波長分散及び前記残留周波数オフセット量の少なくともいずれか一つの値が前記第1の所定の範囲であれば状態パラメータ推定中を示す信号、前記符号誤り率、前記周波数オフセット量、前記平均二乗誤差、前記残留波長分散及び前記残留周波数オフセット量の少なくともいずれか一つの値が第2の所定の範囲に収束した状態パラメータ推定完了を示す信号のいずれかであり、前記状態パラメータの変化が収束したときに状態パラメータ推定が完了したことを示す信号であることを特徴とする光受信器。At least one of a code error rate, a frequency offset amount, a mean square error, a residual chromatic dispersion, and a residual frequency offset amount calculated based on a known signal having the same pattern as the known pattern of the known signal received by the optical receiver If one value is outside the first predetermined range, at least one of a signal indicating a state parameter estimation failure, the code error rate, the frequency offset amount, the mean square error, the residual chromatic dispersion, and the residual frequency offset amount If any one value is in the first predetermined range, a signal indicating that the state parameter is being estimated, the code error rate, the frequency offset amount, the mean square error, the residual chromatic dispersion, and the residual frequency offset amount Any signal indicating completion of state parameter estimation when at least one value has converged to a second predetermined range And in either the optical receiver, characterized in that the change of the state parameter is a signal indicating that the state parameter estimation is completed when converged.
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