JP2004289820A - 光学システムの性能を評価する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビット誤り率試験を使用する性能評価を促進する方法及び装置の提供
【解決手段】本発明方法は、性能評価を促進するために、レーザートランスミッタの光出力を変調する試験データを生成し、前記試験データによって変調された光を前記レーザートランスミッタから出力し、光学伝送システムを介して前記変調光を受信し、前記受信した光のＢＥＲを計測し、前記レーザートランスミッタの消光比を調節し、相対的に大きな計測ＢＥＲ値を生成し、前記計測されたＢＥＲ値から少なくとも２つの異なる消光比の値におけるＱファクタを算出し、その結果から通常動作時の前記レーザートランスミッタの消光比におけるＱファクタを推定によって取得し、前記レーザートランスミッタの通常動作時のＢＥＲを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学システムの性能を評価する方法及び装置に関し、更に詳しくは（但し、これに限定されるものではないが）、ビット誤り率（ＢＥＲ：Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）試験を使用する性能評価を促進する方法及び装置に関するものである。

光学伝送システムの性能評価においては、通常、ビット誤り率（ＢＥＲ）試験が使用されている。ＢＥＲは、一定の期間に受信された合計ビット数に対する誤って受信されたビット数の比率として定義されるものである。しかしながら、最近の光学伝送システムの場合には、通常、ＢＥＲ試験の実行に長時間を要しており、例えば、２．５Ｇｂ／ｓのビットレートで伝送されるデータの１０^−１４のＢＥＲを評価するには、計測時間として１２時間が必要とされる。一方、光学システムの性能は、Ｑファクタと呼ばれるパラメータによっても定義することができる。Ｑファクタとは、信号の信号対雑音比を示すものであり、次のように定義される。

ここで、μ_１は「１」の平均値であって、μ_０は「０」の平均値であり、σ_１は「１」のレベルの標準偏差であって、σ_０は「０」のレベルの標準偏差である。このＱファクタの計測により、試験を大幅に促進することができる。そして、この試験時間の削減により、光学伝送システムの設計、製造、設置、保守、及び監視における費用及び時間面での効率と利益を享受することができる。

既に、Ｑファクタの算出によってＢＥＲを推定するいくつかの方法が提案されている。例えば、非特許文献１に開示されている方法によれば、試験装置のレシーバの「判定閾値」レベルを最小のＢＥＲが得られる最適値から離隔したものに調節する。この判定閾値レベルのシフトにより、計測ＢＥＲが、短時間で計測可能なハイレベルなものに上昇する。次いで、この計測した大きなＢＥＲ値を使用し、最適な判定閾値におけるＢＥＲを数学的に推定する。

別の周知の方法としては、「光干渉（Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）」法があり、これは、非特許文献２に記述されているものである。この方法によれば、正弦波の干渉光源を伝送データ信号に結合してレシーバにおける計測ＢＥＲを上昇させ、大きなＢＥＲを短時間で計測できるようにする。この結果得られるＱファクタの計測値から、干渉信号が存在しない場合のＢＥＲを推定可能である。

ニールＳ．バーガノ（Ｎｅａｌ Ｓ． Ｂｅｒｇａｎｏ）、Ｆ．Ｗ．カーフット（Ｆ． Ｗ． Ｋｅｒｆｏｏｔ）、及びＣ．Ｒ．ダビッドソン（Ｃ． Ｒ． Ｄａｖｉｄｓｏｎ）著、「光学増幅器システムにおけるマージン計測（Ｍａｒｇｉｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」、「ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ」、第５巻第３号、１９９３年３月 Ｐ．パラチャーラ（Ｐ． Ｐａｌａｃｈａｒｌａ）、Ｊ．クロストロウスキー（Ｊ． Ｃｈｒｏｓｔｏｗｓｋｉ）、及びＲ．ニューマン（Ｒ． Ｎｅｕｍａｎｎ）著、「コンピュータデータリンクにおける低ビット誤り率の計測を促進する技法（Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｏｗ Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅｓ ｉｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｄａｔａ Ｌｉｎｋｓ）」、１９９５年３月２８日〜３１日のアリゾナ州スコッツデール（Ｓｃｏｔｔｓｄａｌｅ， ＡＺ）において開催された「ＩＥＥＥ Ｆｏｕｒｔｅｅｎｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｈｏｅｎｉｘ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」の議事録、１８４〜１９０頁

本発明は、従来技術と比べ、ビット誤り率（ＢＥＲ）試験を使用する性能評価を促進する代替方法及び装置を提供しようとするものである。

従って、第１の態様において、本発明は、ビット誤り率（ＢＥＲ）試験を使用する光学伝送システムの評価を促進する装置を提供し、この装置は、制御可能なレーザートランスミッタと、このレーザートランスミッタを伝送データによって変調するべく制御可能なレーザートランスミッタに結合されたデータジェネレータと（制御可能なレーザートランスミッタは、評価対象である光学伝送システムに結合された出力を備えている）；光学伝送システムの出力に結合されたＢＥＲ計測ユニットと；制御可能なレーザートランスミッタの消光比を調節してＢＥＲ計測ユニットに相対的に大きな試験ＢＥＲ値を提供するべく、ＢＥＲ計測ユニットと制御可能なレーザートランスミッタに結合されたレーザーコントローラとに結合された処理ユニットと；を有しており、この処理ユニットは、相対的に大きな計測試験ＢＥＲ値から、少なくとも２つの異なる消光比値におけるＱファクタを算出し、その結果から通常動作時の制御可能なレーザートランスミッタの消光比におけるＱファクタを推定によって取得し、これにより制御可能なレーザートランスミッタの通常動作時のＢＥＲを算出可能な計算機を含んでいる。

制御可能なレーザートランスミッタは、デジタル光信号を出力する電気的及び直接的に変調可能なレーザーダイオードであってよく、このレーザーダイオードの光出力は、伝送データによって変調される。

一実施例において、データジェネレータは、擬似ランダムビットシーケンス（ＰＲＢＳ：Ｐｓｅｕｄｏ Ｒａｎｄｏｍ Ｂｉｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）ジェネレータであってよい。

光学伝送システムには、前進型誤信号訂正（ＦＥＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔ）要素を含むことができる。

第２の態様によれば、本発明は、ビット誤り率（ＢＥＲ）試験を使用する光学伝送システムの評価を促進する方法を提供し、この方法は、レーザートランスミッタを変調するための試験データを生成する段階と；試験データによって変調された光をレーザートランスミッタから出力する段階と；光学伝送システムを介して変調光を受信する段階と；受信した光のＢＥＲを計測する段階と；レーザートランスミッタの消光比を調節して相対的に大きな計測ＢＥＲ値を生成する段階と；これらの計測ＢＥＲ値から、少なくとも２つの異なる消光比の値におけるＱファクタを算出する段階と；この結果から、通常動作時のレーザートランスミッタの消光比におけるＱファクタを推定によって取得する段階と；レーザートランスミッタの通常動作時のＢＥＲを算出する段階と；を有している。

データを生成する段階は、擬似ランダムビットシーケンス（ＰＲＢＳ）データを生成する段階を有することができる。一実施例において、この方法は、ＢＥＲ値の計測の前に、光学伝送システムにおける前進型誤信号訂正（ＦＥＣ）の段階を更に有することができる。

レーザートランスミッタから光を出力する段階は、レーザートランスミッタのレーザーダイオードの光出力を変調し、デジタル出力光信号を提供する段階を有することができる。

本明細書においては、一例として、以下の添付の図面を参照し、本発明の２つの実施例について詳細に説明している。
図３には、一例として、レーザートランスミッタの２つの異なる消光比における光学伝送システムの２値信号のガウス確率分布が示されている。実線は、高消光比における平均「０」レベルと平均「１」レベルの分布を示しており、破線は、低消光比における分布を示している。この図からわかるように、「０」と「１」の分布の間隔は、低消光比の場合に変化し大幅に近接してはいるものの、伝送データ信号の平均パワーは、消光比の違いによって変化してはいない。即ち、レーザートランスミッタの消光比の減少と共に、光学伝送データ信号の平均パワー又はレシーバの判定閾値は変化することなく、「１」と「０」の確率分布間のオーバーラップ領域が増大しているのである。従って、消光比の減少と共に、ビット誤り率（ＢＥＲ）が上昇し、結果的に高いＢＥＲが計測されることになる。

図１は、光学伝送システム３の評価を促進する装置１０を示している。この装置には、レーザートランスミッタ２に結合したデータパターンジェネレータ１が含まれている。このデータパターンジェネレータ１は、レーザートランスミッタ２の光出力の変調に使用される試験データの擬似ランダムビットシーケンス（ＰＲＢＳ）を出力する。レーザートランスミッタには、この試験データによって変調されるレーザーダイオードを含むことができる。このレーザートランスミッタ（レーザーダイオード）２の変調出力は、試験対象である光学伝送システム３内に入力される。光学伝送システム３からの出力データ信号は、ＢＥＲ計測ユニット４によって検出される。そして、計測されたＢＥＲが制御及び処理モジュール６に伝達される。この制御及び処理モジュール６は、試験セット全体の動作を制御すると共に、ＢＥＲの計測及びＱファクタの算出のために受信データを処理するべく使用される。即ち、ＢＥＲ計測の実行に所用する時間を削減するべく、レーザーコントローラ５を使用し、レーザートランスミッタ２からの光出力の消光比を調節する。このようにして、制御及び処理モジュール６は、レーザートランスミッタ２の消光比を制御し、ＢＥＲ計測ユニット４から受信したＢＥＲ値、並びに関連する消光比から、最適な状態におけるシステムのＢＥＲ値を判定するのである。

次に、ＱファクタとＢＥＲ間の関係について説明する。まず、ＢＥＲは次のように定義される。

ここで、ｐ（１）、ｐ（０）、及びｐ（１／０）、ｐ（０／１）は、それぞれ、「１」レベル及び「０」レベル信号の確率と条件付（ガウス）確率を表している。

ガウス雑音システムの場合には、条件付確率は、次のように表現される。

ここで、μ_１とμ_０は、「１」レベル及び「０」レベル信号の平均パワーを表し、μ_ｔｈは、受信判定回路の閾値レベルを表し、σ_１及びσ_０は、それぞれ「１」レベル及び「０」レベル信号の二乗平均（ｒｍｓ）雑音レベルを表し、ｅｒｆｃは、誤差関数である。

従って、ＢＥＲは、次のように表現することができる。

最小ビット誤り率（ＢＥＲ）は、等式（４）の２つの項が等しい場合に、最適な閾値μ_{ｔｈ−ｏｐｔｉｍａｌ}において生じ、これは、即ち、次の場合である。

従って、ＢＥＲは、次のように表現することができる。

ここで、Ｑファクタは、Ｑ＝（μ_１−μ_０）／（σ_１＋σ_０）として定義され、平均信号パワーは、μ_ａｖｇ＝（μ_１＋μ_０）／２として定義され、信号の消光比は、γ_ＥＲ＝μ_１／μ_０として定義される。この等式（６）から、ＢＥＲは、信号の消光比の観点から数学的に表現可能であることがわかる。

従って、システムを試験し、動作時におけるシステムのＢＥＲを提供するべく、レーザートランスミッタ２の消光比をレーザーコントローラ５によって低い第１の値に調節し、これにより、ＢＥＲ計測モジュールによって計測されるＢＥＲが大きくなるようにする。この結果、計測を相対的に短時間で実行することができる。次いで、処理モジュール６は、等式（６）を使用し、この第１の消光比値におけるＱファクタを算出する。次いで、レーザーコントローラは、消光比を低い第２の値に設定し、再度、ＢＥＲを計測した後に、この第２の消光比値におけるＱファクタを算出する。この結果、これらの低消光比におけるＱファクタ値から、格段に大きな消光比値におけるＱファクタを推定することができる。処理モジュール６は、この推定を実行し、動作時の消光比値におけるＱファクタを判定した後に、ＢＥＲを算出する。このようにして、最小のＢＥＲを提供する最適な消光比を判定可能である。

次に、図２を参照し、本発明の第２の実施例について説明するが、この図２においては、図１と同一の要素には同一の参照符号が付加されている。この場合にも、１ＢＥＲパターンジェネレータ１が、擬似ランダムビットシーケンス（ＰＲＢＳ）伝送データ信号をレーザートランスミッタ２に出力し、このレーザーダイオードが、ＰＲＢＳ伝送データによって変調された光を光学伝送システム７に出力するが、この場合には、この光学伝送システムに前進型誤信号訂正（ＦＥＣ）要素が含まれている。そして、この光学伝送システム７からの出力データ信号が、ＢＥＲ計測ユニット４によって検出される。レーザートランスミッタ２の光出力の消光比を調節することにより、試験対象のシステムに大きなＢＥＲ値を生成することができる。即ち、制御及び処理モジュール６を使用し、この作業と試験セット全体の動作を制御すると共に、受信データをＢＥＲの計測とＱファクタの算出のために処理し、推定によって最適なＢＥＲを判定する。このＱファクタの計測によるＢＥＲ試験の促進により、ＦＥＣ要素による伝送データ信号の品質の訂正及び改善方法を評価できるようになる。

この場合にも、レーザートランスミッタ２の消光比値は、光学伝送システム７を通過した後に高ＢＥＲが生成されるように設定する。しかしながら、ＦＥＣ要素を有する光学伝送システムの場合には、ＦＥＣ要素により、第２の消光比値についても、ＢＥＲ計測が第１の消光比値と同様なものになるように伝送データ信号の品質が訂正及び改善されるため、第１の消光比値と異なる値に第２の消光比を設定したとしても、異なるＢＥＲ計測値を提供することはできない。従って、この実施例においては、処理モジュール６が第１の消光比値において計測されるＢＥＲと実質的に異なる計測ＢＥＲを受信する時点まで、レーザートランスミッタの第２の消光比をレーザーコントローラ５によって連続的に調節する。このようにして、消光比値とＱファクタ間の関係を適切に判定することにより、動作時の消光比値におけるＢＥＲを推定することができる。

以上のことから、本発明を使用すれば、相対的に低い動作時のＢＥＲを備える光学伝送システムを相対的に迅速に評価可能であることが明らかであろう。

以上、本発明の２つの特定の実施例についてのみ詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更及び改善を実施可能であることが理解されよう。例えば、ＢＥＲパターンジェネレータからのＰＲＢＳデータは、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨなどの様々なタイプの光学伝送システムを評価するためのデータ信号を生成することができる。念のため、以下に、本発明の実施形態を列挙する。

（実施態様１）
ビット誤り率（ＢＥＲ）試験を使用する光学伝送システム（３）の評価を促進する装置（１０）であって、
評価対象の光学伝送システム（３）に接続された出力を備える制御可能なレーザートランスミッタ（２）と、
試験伝送データによって前記レーザートランスミッタ（２）の光出力を変調するべく前記制御可能なレーザートランスミッタ（２）に接続されたデータジェネレータ（１）と、
前記光学伝送システム（３）の出力に結合されたＢＥＲ計測ユニット（４）と、
前記制御可能なレーザートランスミッタ（２）の消光比を調節し、前記ＢＥＲ計測ユニット（４）に相対的に大きな試験ＢＥＲを提供するべく、前記ＢＥＲ計測ユニット（４）と前記制御可能なレーザートランスミッタ（２）に結合されたレーザーコントローラ（５）とに結合された処理ユニット（６）と、
を有し、
前記処理ユニット（６）は、前記相対的に大きな計測試験ＢＥＲ値から、少なくとも２つの異なる消光比の値におけるＱファクタを算出し、この結果から通常動作時の前記制御可能なレーザートランスミッタ（２）の消光比におけるＱファクタ値を推定によって取得し、これにより、前記制御可能なレーザートランスミッタ（２）の通常動作時のＢＥＲを算出可能な計算機を備えていることを特徴とする装置。

（実施態様２）
前記データジェネレータ（１）は、擬似ランダムビットシーケンス（ＰＲＢＳ）ジェネレータであることを特徴とする実施態様１に記載の装置。

（実施態様３）
前記制御可能なレーザートランスミッタ（２）は、デジタル光信号を出力する電気的及び直接的に変調可能なレーザーダイオードを有し、前記レーザーダイオードの前記光出力は、前記試験伝送データによって変調されることを特徴とする実施態様１または実施態様２に記載の装置。

（実施態様４）
前記光学伝送システム（７）は、前進型誤信号訂正（ＦＥＣ）要素を具備することを特徴とする実施態様１乃至実施態様３のいずれかに記載の装置。

（実施態様５）
前記レーザーコントローラ（５）は、前記制御可能なレーザートランスミッタの消光比を連続的に調節し、前記ＢＥＲ計測ユニットに第１の相対的に大きな試験ＢＥＲ値と実質的に異なる第２の相対的に大きな試験ＢＥＲ値を提供する連続的なコントローラを有することを特徴とする実施態様４に記載の装置。

（実施態様６）
ビット誤り率（ＢＥＲ）試験を使用する光学伝送システムの評価を促進する方法であって、
レーザートランスミッタの光出力を変調する試験データを生成する段階と、
前記試験データによって変調された光を前記レーザートランスミッタから出力する段階と、
光学伝送システムを介して前記変調光を受信する段階と、
前記受信した光のＢＥＲを計測する段階と、
前記レーザートランスミッタの消光比を調節し、相対的に大きな計測ＢＥＲ値を生成する段階と、
前記計測されたＢＥＲ値から少なくとも２つの異なる消光比の値におけるＱファクタを算出する段階と、
この結果から、通常動作時の前記レーザートランスミッタの消光比におけるＱファクタを推定によって取得する段階と、
前記レーザートランスミッタの通常動作時のＢＥＲを算出する段階と、
を有することを特徴とする方法。

（実施態様７）
前記データを生成する段階は、擬似ランダムビットシーケンス（ＰＲＢＳ）データを生成する段階を有することを特徴とする実施態様６に記載の方法。

（実施態様８）
前記レーザートランスミッタから光を出力する段階は、前記レーザートランスミッタのレーザーダイオードの光出力を変調し、デジタル出力光信号を提供する段階を有することを特徴とする実施態様６または実施態様７に記載の方法。

（実施態様９）
ＢＥＲ値の計測の前に、前記光学伝送システムにおいて前進型誤信号訂正（ＦＥＣ）の段階を更に有することを特徴とする実施態様６乃至実施態様８のいずれかに記載の方法。

（実施態様１０）
前記レーザートランスミッタの消光比を調節する段階は、前記レーザートランスミッタの消光比を連続的に調節し、第１の相対的に大きな試験ＢＥＲ値と実質的に異なる第２の相対的に大きな試験ＢＥＲ値を提供する段階を有することを特徴とする実施態様９に記載の方法。

光学伝送システムの評価を促進する本発明の第１実施例による装置を概略的に示している。 光学伝送システムの評価を促進する本発明の第２実施例による装置を概略的に示している。 ２つの異なる消光比における光学伝送システムの２値信号のガウス確率分布の一例を示している。

符号の説明

１ データジェネレータ
２ レーザートランスミッタ
３，７ 光学伝送システム
４ ＢＥＲ計測ユニット
５ レーザーコントローラ
６ 処理ユニット
１０ 装置

Claims (10)

1. ビット誤り率試験を使用する光学伝送システムの評価を促進する装置であって、
   評価対象の光学伝送システムに接続された出力を備える制御可能なレーザートランスミッタと、
   試験伝送データによって前記レーザートランスミッタの光出力を変調するべく前記制御可能なレーザートランスミッタに接続されたデータジェネレータと、
   前記光学伝送システムの出力に結合されたＢＥＲ計測ユニットと、
   前記制御可能なレーザートランスミッタの消光比を調節し、前記ＢＥＲ計測ユニットに相対的に大きな試験ＢＥＲを提供するべく、前記ＢＥＲ計測ユニットと前記制御可能なレーザートランスミッタに結合されたレーザーコントローラとに結合された処理ユニットと、
   を有し、
   前記処理ユニットは、前記相対的に大きな計測試験ＢＥＲ値から、少なくとも２つの異なる消光比の値におけるＱファクタを算出し、この結果から通常動作時の前記制御可能なレーザートランスミッタの消光比におけるＱファクタ値を推定によって取得し、これにより、前記制御可能なレーザートランスミッタの通常動作時のＢＥＲを算出可能な計算機を備えていることを特徴とする装置。
2. 前記データジェネレータは、擬似ランダムビットシーケンスジェネレータであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記制御可能なレーザートランスミッタは、デジタル光信号を出力する電気的及び直接的に変調可能なレーザーダイオードを有し、前記レーザーダイオードの前記光出力は、前記試験伝送データによって変調されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記光学伝送システムは、前進型誤信号訂正要素を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の装置。
5. 前記レーザーコントローラは、前記制御可能なレーザートランスミッタの消光比を連続的に調節し、前記ＢＥＲ計測ユニットに第１の相対的に大きな試験ＢＥＲ値と実質的に異なる第２の相対的に大きな試験ＢＥＲ値を提供する連続的なコントローラを有することを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. ビット誤り率試験を使用する光学伝送システムの評価を促進する方法であって、
   レーザートランスミッタの光出力を変調する試験データを生成する段階と、
   前記試験データによって変調された光を前記レーザートランスミッタから出力する段階と、
   光学伝送システムを介して前記変調光を受信する段階と、
   前記受信した光のＢＥＲを計測する段階と、
   前記レーザートランスミッタの消光比を調節し、相対的に大きな計測ＢＥＲ値を生成する段階と、
   前記計測されたＢＥＲ値から少なくとも２つの異なる消光比の値におけるＱファクタを算出する段階と、
   この結果から、通常動作時の前記レーザートランスミッタの消光比におけるＱファクタを推定によって取得する段階と、
   前記レーザートランスミッタの通常動作時のＢＥＲを算出する段階と、
   を有することを特徴とする方法。
7. 前記データを生成する段階は、擬似ランダムビットシーケンスデータを生成する段階を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記レーザートランスミッタから光を出力する段階は、前記レーザートランスミッタのレーザーダイオードの光出力を変調し、デジタル出力光信号を提供する段階を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の方法。
9. ＢＥＲ値の計測の前に、前記光学伝送システムにおいて前進型誤信号訂正の段階を更に有することを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の方法。
10. 前記レーザートランスミッタの消光比を調節する段階は、前記レーザートランスミッタの消光比を連続的に調節し、第１の相対的に大きな試験ＢＥＲ値と実質的に異なる第２の相対的に大きな試験ＢＥＲ値を提供する段階を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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