JP2004325249A

JP2004325249A - 波長分散測定方法及び装置

Info

Publication number: JP2004325249A
Application number: JP2003120186A
Authority: JP
Inventors: Ayako Murakami; 絢子村上; Michiaki Hayashi; 通秋林; Yukio Horiuchi; 幸夫堀内; Hideaki Tanaka; 英明田中
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】ビットレートに依存せずに、光ファイバ伝送路の残留波長分散を測定する。
【解決手段】光電変換器２０は、光ファイバ伝送路１２を伝搬したテスト信号光を電気信号に変換し、その出力は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２を介してデータ識別回路２４に入力する。回路２４は、閾値発生回路２６からの閾値Ｖｔｈに従いＬＰＦ２２の出力を識別する。閾値発生回路２６は、適当な一定時間間隔で、閾値Ｖｔｈを離散的に掃引する。平均化回路３０は、各閾値Ｖｔｈに対してデータ識別回路２４の識別結果を累積加算し、平均化し、結果をメモリ４０に格納する。微分回路４２は、メモリ４０のデータを閾値Ｖｔｈで微分し、結果をメモリ４４に格納する。ピーク検出回路４６は、メモリ４４の記憶データからピークを検出する。波長分散算出回路４８は、検出されたピークに対応する閾値から波長分散値を示す値を算出する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分散測定方法及び装置に関し、より具体的には、光ファイバ伝送路を伝搬した信号光に残留する波長分散を測定する方法及び装置関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送路を伝搬した信号光には、波長分散が残留する。受信端では、そのような残留波長分散を予め分散補償モジュールで相殺してから、光電変換及びデータ復調する。分散補償モジュールでの分散補償の程度が、後段でのデータ復調の性能、直接的にはビット誤り率（ＢＥＲ）に大きく影響する。従って、分散補償モジュールで付与する分散補償量、即ち、残留波長分散を正確に測定する必要がある。
【０００３】
必要な分散補償量を測定し、自動的に調節する方法として、従来、抽出クロックレベルを監視する方法が知られている（ＡｋｉｈｉｄｅＳａｎｏ，ｅｔａｌ，”Ａｕｔｏｍａｔｉｃｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｂｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｅｘｔｒａｃｔｅｄ−ｃｌｏｃｋｐｏｗｅｒｌｅｖｅｌｉｎａ４０−Ｇｂｉｔ／ｓ，２００ｋｍｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ”，２２ｎｄＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＥＣＯＣ’９６，Ｏｓｌｏ，Ｔｕｄ．３．５参照）。
【０００４】
上記論文に記載の方法では、光ファイバ伝送路から出力される信号光に分散補償モジュールで所望の波長分散を付与する。光電変換素子が、分散補償モジュールの出力信号光を電気信号に変換し、クロック強度検出回路が、光電変換器の出力信号からクロック成分の強度を検出する。検出されたクロック強度が最大になるように、分散補償モジュールにおける分散補償量を制御する。これは、残留波長分散が多いほど、信号光パルスが拡がり、これにより、受信信号に含まれるクロック成分の大きさ又は振幅が小さくなるという関係を利用している。
【０００５】
また、波長分散値とクロック信号成分の強度との間の関係を利用して、受信信号からベースバンド帯域の特定の周波数成分、特にクロック信号成分の強度を検出して、それが極大、極小または所定の値になるように分散補償量を制御する構成が、特開平１１−０６８６５７号公報、特開平１１−０８８２６０号公報及び特開平１１−０８８２６１号公報、並びにこれらの優先権を主張する米国特許第６５０１５８０号公報、米国特許第６４１１４１６号公報、米国特許第６３２０６８７号公報及び米国特許第６０８１３６０号公報に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では、抽出クロックの大きさを検出する回路が必要になる。この回路は、ビットレートに依存する。従って、従来の方法では、測定対象の信号光のビットレートに合わせて、波長分散測定の設定ビットレートを調節又は変更する必要があった。
【０００７】
本発明は、ビットレートに関わらず残留波長分散を測定できる波長分散測定方法及び装置を提示することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る波長分散測定方法では、光ファイバ伝送路を伝搬したテスト信号光を光電変換器により電気信号に変換して電気テスト信号を形成する。段階的に変化する各閾値に従い、当該電気テスト信号を識別する。当該識別の結果を所定時間で平均化する。当該平均化の結果を閾値により微分する。当該微分結果から得られるマーク側及びスペース側のピーク、並びに、当該マーク側及びスペース側のピークの間の１以上のピークを検出する。検出された各ピークに対応する閾値から、当該光ファイバ伝送路の残留波長分散値を示す値を算出する。
【０００９】
本発明に係る波長分散測定装置は、光ファイバ伝送路を伝搬したテスト信号光を電気信号に変換して電気テスト信号を出力する光電変換器と、段階的に変化する閾値を発生する閾値発生器と、当該閾値発生器の発生する各閾値に従い、当該電気テスト信号を識別するデータ識別回路と、当該データ識別回路の識別結果を所定時間で平均化する平均化回路と、当該平均化回路の結果を閾値により微分する微分回路と、当該微分回路による微分結果上で、マーク側及びスペース側のピーク、並びに、当該マーク側及びスペース側のピークの間の１以上のピークを検出するピーク検出回路と、当該ピーク検出回路による検出された各ピークに対応する閾値から、当該光ファイバ伝送路の残留波長分散値を示す値を算出する算出回路とを具備することを特徴とする。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００１２】
光送信装置１０は、測定対象の光ファイバ伝送路１２に信号波長と同じ波長のテスト信号光を出力する。テスト信号光は、ビットパターンは異なるものの、実際の信号光と同様の２値のパルス信号光からなる。光ファイバ伝送路１２は、光増幅器を有しない無中継光伝送路である場合と、１又は複数の光増幅器を有する中継光伝送路である場合とがあり、本実施例では、そのどちらでもよい。
【００１３】
光ファイバ伝送路１２を伝搬したテスト信号光は、可変減衰器１４、光アンプ１６及び可変減衰器１８を介して光電変換器２０に入力する。可変減衰器１４、光アンプ１６及び可変減衰器１８は、光電変換器２０に入力するテスト光の光パワーを一定に保つためであり、光ファイバ伝送路１２の損失等により、可変減衰器１４、光アンプ１６及び可変減衰器１８の何れかは、省略可能である。
【００１４】
光電変換器２０は、可変減衰器１８の出力光を電気信号に変換する。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２は、光電変換器２０の出力から高周波数成分、即ち、テスト信号のベースバンド周波数より高い周波数成分を除去する。例えば、光送信装置１０から出力されるテスト信号光がビットレート１０Ｇｂ／ｓのＲＺ信号である場合、ＬＰＦ２２の遮断周波数は、例えば、７．５ＧＨｚである。
【００１５】
データ識別回路２４は、閾値発生回路２６からの閾値Ｖｔｈに従い、ＬＰＦ２２の出力信号が２値信号の’０’であるか’１’であるかを識別する。データ識別回路２４は、例えば、ＬＰＦ２２の出力電圧と閾値発生回路２６からの閾値Ｖｔｈを比較し、その比較結果に応じて’０’又は’１’を出力する回路、例えば、比較回路又はＤフリップフロップからなる。ＬＰＦ２２の出力信号の電圧レンジが一定でないと、データ識別結果が不安定になる。後述する測定期間内でＬＰＦ２２の出力信号の電圧レンジが安定しない場合には、データ識別前に、ＡＧＣ（自動利得制御）のアンプにより電圧レンジを安定化しておけばよい。データ識別回路２４におけるデータ識別は、テスト信号に同期しても、非同期でもどちらでもよい。
【００１６】
本実施例は、テスト信号のビットエラー率を測定するものではなく、光ファイバ伝送路１２の残留波長分散によるテスト信号の波形乱れを定量化することで、光ファイバ伝送路１２の残留波長分散を定量的に測定しようとするものである。
従って、データ識別回路２４は、テスト信号の各ビットを識別するものである必要は無く、テスト信号の波形を適切な間隔でサンプリングし、そのサンプル値を閾値Ｖｔｈに従い識別するものでよい。
【００１７】
本実施例では、適当な一定時間間隔、例えば１００ｍｓ間隔で、閾値Ｖｔｈを離散的に掃引する。例えば、ＬＰＦ２２の最小出力電圧をＶ０、ＬＰＦ２２の最大出力電圧をＶ１とすると、閾値発生回路２６は、同期信号発生回路２８からの同期信号に従い、Ｖ０からＶ１までの範囲で離散的に変化するＶｔｈを出力する。図２は、閾値Ｖｔｈの変化例を示す。横軸は時間、縦軸は電圧を示す。
【００１８】
平均化回路３０は、Ｖ０からＶ１までの間の各閾値Ｖｔｈに対してデータ識別回路２４の識別結果を累積加算し、平均化する。そのために、同期信号発生回路２８の出力する同期信号が、平均化回路３０にも印加されている。平均化回路３０での平均化時間は、データ識別回路２４によるデータ識別結果が、テスト信号光で搬送されるテスト信号のビットパターンに依存しない程度に長い時間に設定される。同時に、テスト信号のビットパターンをランダムにしておくか、テスト信号のビットパターンを、平均化時間を周期として同じパターンの繰り返しになるようにしておけば、各閾値Ｖｔｈでの平均化回路３０の出力値の比較において、テスト信号のビットパターンの影響を無視できる。データ識別回路２４でのサンプリングレートを、テスト信号光のビットレートよりも高く設定しておくことも有効である。これにより、これにより、テスト信号のビットレートに依存せずに、光ファイバ伝送路１２の波長分散を測定できる。
【００１９】
閾値発生回路２６の発生する閾値Ｖｔｈと、その閾値Ｖｔｈでの平均化回路３０で得られる平均値（又は、平均化時間内の累積値）は、パーソナルコンピュータ３２のメモリ４０に格納される。メモリ４０は、コンピュータ３２の主メモリでも、補助記憶装置であるハードディスク装置でも良い。
【００２０】
図３は、閾値Ｖｔｈと平均化回路３０の出力値（平均値）との関係の一測定例を示す。横軸は閾値Ｖｔｈを示し、縦軸は、平均化回路３０の出力値（平均値）を任意目盛りで示す。閾値ＶｔｈがＶ０に近い低い値である場合、データ識別回路２４が、ほとんどのサンプル点を２進値’１’と評価するので、平均化回路３０の出力値は大きくなる。逆に、閾値ＶｔｈがＶ１に近い高い値である場合、データ識別回路２４がほとんどのサンプル点を２進値’０’と評価すると、平均化回路３０の出力値は小さくなる。中間の閾値Ｖｔｈに対しては、平均化回路３０の出力値は、両値の間でほぼ連続的に変化する。
【００２１】
但し、テスト信号光が２値パルス信号光からなることから、図３に示すカーブは、２つの変曲点、マーク側での変曲点Ａとスペース側の変曲点Ｂを有する。更に、光ファイバ伝送路１２における波長分散の影響が加わり、これが、図３に示すカーブにおける第３及び第４の変曲点Ｃ，Ｄ等となって現れる。これらの変曲点Ａ〜Ｄは、光パルス波形又はそのアイパターン上で電力が集中するレベルを示す。
【００２２】
図３に示す変曲点Ａ−Ｄは、図３に示すカーブを閾値電圧Ｖｔｈで微分することで、より明瞭となる。図４は、図３に示す関係を閾値Ｖｔｈで微分した結果を示す。横軸は、閾値Ｖｔｈを示し、縦軸は、微分値を任意目盛りで示す。変曲点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに相当する閾値Ｖｔｈでピークが出現する。縦軸は、また、テスト信号をデータ識別回路２４で識別した結果の、’０’と’１’の存在確率を示す。
【００２３】
光ファイバ伝送路１２における波長分散の影響は、波形の乱れ、典型的には、マーク側では、光パルス幅の拡張及び／又は光パルスピークの低下につながる。
波形の劣化が進むと、光パルスの立ち上がり部分と立ち下がり部分に対して隣接するパルスからの漏れ込み又は重なりが生じ、スペース部分での光強度の増加につながる。このような波形劣化により、マーク側の変曲点Ａの内側に、波長分散に起因して１又は複数の変曲点が出現する。残留波長分散は光パルス波形を変形させるので、マーク側には、多くの場合、図４に示すように、マーク側の変曲点Ａの近辺に２つの変曲点Ｃ，Ｄが出現する。他方、スペース区間での雑音光レベルの増加は、多くの場合、スペース側の変曲点Ｂの近傍に単一の変曲点を発生させる。
【００２４】
本実施例では、図４に示す特性を得るために、メモリ４０に格納される閾値Ｖｔｈ対平均値（平均化回路３０の出力値）との関係を閾値Ｖｔｈで微分する微分回路４２を設けた。微分回路４２は、微分結果をメモリ４４に格納する。メモリ４４も、メモリ４０と同様に、コンピュータ３２の主メモリでも、補助記憶装置であるハードディスクのどちらでもよい。
【００２５】
ピーク検出回路４６が、メモリ４４を参照して、図４に示すカーブのピーク（変曲点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を検出し、各ピークの閾値を検出する。例えば、変曲点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの閾値がそれぞれ、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄであったとする。波長分散算出回路４８は、ピーク検出回路４６で検出された各ピーク（変曲点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の閾値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄから、
ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｄ）／（Ｖａ−Ｖｂ）（１）
で得られる規格化された比ｒを算出する。（Ｖａ−Ｖｂ）で規格化することにより、測定の間、光電変換器２０に入力するテスト信号光の強度が一定であれば良くなる。また、光電変換器２０の個体差及びデータ識別回路２４の入出力特性に影響されにくくなる。
【００２６】
この比ｒは、光ファイバ伝送路１２の残留波長分散量と相関があることを確認した。即ち、波長分散算出回路４８で得られた比ｒから、光ファイバ伝送路１２の残留波長分散量を測定できる。図５は、８０ｋｍ乃至９７ｋｍの単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）で実験した結果を示す。横軸は、実験に供した単一モード光ファイバの残留波長分散を示し、縦軸は、本実施例で得られた比ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｄ）／（Ｖａ−Ｖｂ）を示す。波長分散量が既知の光ファイバに対して比ｒを予め測定することで、図５に示す波長分散量と比ｒとの関係の係数ｋ（ｋ１，ｋ２，・・・）を決定できる。以後は、任意の長さの光ファイバに対して比ｒを測定し、その測定値ｒを図５に示す関係に適用することで、その光ファイバの波長分散量を定量的に決定できることになる。
【００２７】
先に説明したように、ピークＡとピークＢの間にあって、スペース側のピークＢの近傍に、スペース期間での雑音光レベルの増加に起因するピークが出現する。図６は、そのようなケースの微分回路４２の微分結果例を示す。図６では、マーク側に複数のピークが出現しているが、これは光パルスの頭部分の変形が著しかったからであると推測される。このような場合、最も高いピークをマーク側のピークＡと判定する。
【００２８】
ピークＥの閾値電圧をＶｅとすると、この場合、算出回路４８は、下記式に従って、
ｒ＝（Ｖｅ−Ｖｂ）／（Ｖａ−Ｖｂ）（２）
比ｒを算出する。この比ｒが、先の場合と同様に、光ファイバ伝送路１２の残留波長分散値との相関を有する。
【００２９】
図７は、波長分散が既知である単一モードファイバについて、ｒ＝（Ｖｅ−Ｖｂ）／（Ｖａ−Ｖｂ）と波長分散値を対比した結果を示す。横軸は既知の波長分散値を示し、縦軸は、ｒ＝（Ｖｅ−Ｖｂ）／（Ｖａ−Ｖｂ）を示す。図７では、３５ｋｍから８０ｋｍの間で、種々の波長分散値の単一モード光ファイバを組み合わせて、各波長分散値の光ファイバ伝送路を用意した。図７に示す相関関係の相関係数ｋ（ｋ１，ｋ２，・・・）を予め測定しておくことで、比ｒから光ファイバ伝送路１２の残留波長分散を測定できる。
【００３０】
また、
ｒ＝（Ｖａ−Ｖｅ）／（Ｖａ−Ｖｂ）（３）
により算出される比ｒもまた、光ファイバ伝送路１２の残留波長分散値との相関を有することは明らかである。従って、式（３）の比ｒを使っても、光ファイバ伝送路１２の残留波長分散を測定できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、テスト信号のビットレートに依存せずに、光ファイバ伝送路の残留波長分散を定量的に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】データ識別の閾値Ｖｔｈの変化を示す模式図である。
【図３】平均化回路３０の出力結果の一例を示すグラフである。
【図４】図３に示すグラフを閾値Ｖｔｈで微分した結果を示すグラフである。
【図５】ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｄ）／（Ｖａ−Ｖｂ）と残留波長分散との相関を示す図である。
【図６】微分回路４２による部分結果の別の実測例である。
【図７】ｒ＝（Ｖｅ−Ｖｂ）／（Ｖａ−Ｖｂ）と残留波長分散との相関を示す図である。
【符号の説明】
１０：光送信装置
１２：光ファイバ伝送路
１４：可変減衰器１４
１６：光アンプ
１８：可変減衰器
２０：光電変換器
２２：ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２４：データ識別回路
２６：閾値発生回路
２８：同期信号発生回路
３０：平均化回路
３２：パーソナルコンピュータ
４０：メモリ
４２：微分回路
４４：メモリ
４６：ピーク検出回路
４８：波長分散算出回路

Claims

光ファイバ伝送路を伝搬したテスト信号光を光電変換器により電気信号に変換して電気テスト信号を形成し、
段階的に変化する各閾値に従い、当該電気テスト信号を識別し、
当該識別の結果を所定時間で平均化し、
当該平均化の結果を閾値により微分し、
当該微分結果から得られるマーク側及びスペース側のピーク、並びに、当該マーク側及びスペース側のピークの間の１以上のピークを検出し、
検出された各ピークに対応する閾値から、当該光ファイバ伝送路の残留波長分散値を示す値を算出する各ステップからなることを特徴とする波長分散測定方法。
当該算出ステップは、当該マーク側のピークに対応する閾値をＶａ，当該スペース側のピークに対応する閾値をＶｂ、当該マーク側及びスペース側のピークの間にあって、当該マーク側のピークに最も近接するピークに対応する閾値をＶｃ、当該マーク側のピークに２番目に近接するピークに対応する閾値をＶｄとするとき、
ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｄ）／（Ｖａ−Ｖｂ）
の比ｒを算出する請求項１に記載の方法。
当該算出ステップは、当該マーク側のピークに対応する閾値をＶａ、当該スペース側のピークに対応する閾値をＶｂ、当該マーク側及びスペース側のピークの間にあって、当該スペース側のピークに最も近接するピークに対応する閾値をＶｅとするとき、
ｒ＝（Ｖｅ−Ｖｂ）／（Ｖａ−Ｖｂ）
の比ｒを算出する請求項１に記載の方法。
当該算出ステップは、当該マーク側のピークに対応する閾値をＶａ、当該スペース側のピークに対応する閾値をＶｂ、当該マーク側及びスペース側のピークの間にあって、当該スペース側のピークに最も近接するピークに対応する閾値をＶｅとするとき、
ｒ＝（Ｖａ−Ｖｅ）／（Ｖａ−Ｖｂ）
の比ｒを算出する請求項１に記載の方法。
更に、当該光電変換器に入力する光の強度を一定に調節するステップを具備する請求項１に記載の方法。
光ファイバ伝送路（１２）を伝搬したテスト信号光を電気信号に変換して電気テスト信号を出力する光電変換器（２０）と、
段階的に変化する閾値を発生する閾値発生器（２６）と、
当該閾値発生器（２６）の発生する各閾値に従い、当該電気テスト信号を識別するデータ識別回路（２４）と、
当該データ識別回路（２４）の識別結果を所定時間で平均化する平均化回路（３０）と、
当該平均化回路（３０）の結果を閾値により微分する微分回路（４２）と、
当該微分回路（４２）による微分結果上で、マーク側及びスペース側のピーク、並びに、当該マーク側及びスペース側のピークの間の１以上のピークを検出するピーク検出回路（４６）と、
当該ピーク検出回路（４６）による検出された各ピークに対応する閾値から、当該光ファイバ伝送路の残留波長分散値を示す値を算出する算出回路（４８）
とを具備することを特徴とする波長分散測定装置。
当該算出回路（４８）は、当該マーク側のピークに対応する閾値をＶａ，当該スペース側のピークに対応する閾値をＶｂ、当該マーク側及びスペース側のピークの間にあって、当該マーク側のピークに最も近接するピークに対応する閾値をＶｃ、当該マーク側のピークに２番目に近接するピークに対応する閾値をＶｄとするとき、
ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｄ）／（Ｖａ−Ｖｂ）
の比ｒを算出する請求項６に記載の装置。
当該算出回路（４８）は、当該マーク側のピークに対応する閾値をＶａ，当該スペース側のピークに対応する閾値をＶｂ、当該マーク側及びスペース側のピークの間にあって、当該スペース側のピークに最も近接するピークに対応する閾値をＶｅとするとき、
ｒ＝（Ｖｅ−Ｖｂ）／（Ｖａ−Ｖｂ）
の比ｒを算出する請求６に記載の装置。
当該算出回路（４８）は、当該マーク側のピークに対応する閾値をＶａ，当該スペース側のピークに対応する閾値をＶｂ、当該マーク側及びスペース側のピークの間にあって、当該スペース側のピークに最も近接するピークに対応する閾値をＶｅとするとき、
ｒ＝（Ｖａ−Ｖｅ）／（Ｖａ−Ｖｂ）
の比ｒを算出する請求６に記載の装置。
更に、当該光電変換器に入力する光の強度を一定に調節する強度調節器（１４，１６，１８）を具備する請求項６に記載の装置。