JP2008218705A - 光通信システムにおける光信号対雑音比測定方法及び該測定方法を使用した光信号対雑音比測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光中継器毎にチャネルパワーモニターを必要とせず、さらに光中継器毎のノイズパワーを測定する必要もない光ＳＮＲを測定する方法及び装置を提供する。
【解決手段】光信号対雑音比の測定方法は、光伝送路の送信端と受信端で各チャネルの光パワーを計測する第１ステップと、光伝送路の光中継器で総光パワーを計測する第２ステップと、各チャネルの光パワーから、光中継器の各チャネルのゲインチルトを求める第３ステップと、ゲインチルトと光中継器の総光パワーから、光中継器の各チャネルの光パワーを求める第４ステップと、光中継器の各チャネルの光パワーから、光中継器の各チャネルの光信号対雑音比を求める第５ステップと、各チャネルの光信号対雑音比の逆数和を求め、さらに該逆数和の逆数である受信端における各チャネルの光信号対雑音比を求める第６ステップと、を含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信システム、より詳細には波長分割多重（wavelength-division multiplexing、以下、ＷＤＭと略記する。）方式光通信システムの光信号対雑音比（以下、光ＳＮＲと略記する。）を測定する方法及び該測定方法を使用した光信号対雑音比測定装置に関する。

高密度に多重化されたＷＤＭ信号では、光増幅器で増幅される際に光増幅器で発生する自然放出光（ＡＳＥ、amplified spontaneous emission）が重畳され、ＡＳＥの光レベルを測定できないため光ＳＮＲを測定することが不可能であった。そこで、ＡＳＥを直接測定することなく光ＳＮＲを測定する方法が、特許文献１により提案された。

図１は、上記文献の方法により光ＳＮＲを測定するＷＤＭ光通信システムの概要を示す。上記文献による方法は、光増幅器（図示せず）を有する光中継器３毎に、チャネルパワーモニター５を設置して光スペクトラムの波長毎の強度を測定し、事前に求めておいた光中継器３のノイズパワーを基にして、計算することにより、各チャネルの光ＳＮＲを測定するという方法であった。

特開２００１−２０３４１４号公報

しかしながら、上記方法では、光中継器毎に高価なチャネルパワーモニターが必要となり、経済的にシステムを構築できないという問題があった。さらに、光中継器毎の特性であるノイズパワーを事前に測定しておく必要があるという問題もあった。

そこで、本発明は、光中継器毎にチャネルパワーモニターを必要とせず、さらに光中継器毎のノイズパワーを測定する必要もない光ＳＮＲを測定する方法及び装置を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため本発明による方法は、光伝送路の間に光信号を増幅する光増幅器を有する複数の光中継器を備える該光伝送路の受信端における光信号の光信号対雑音比の測定方法において、前記光伝送路の送信端と受信端で各チャネルの光パワーを計測する第１ステップと、前記光伝送路の前記光中継器で総光パワーを計測する第２ステップと、前記各チャネルの光パワーから、前記光中継器の各チャネルのゲインチルトを求める第３ステップと、前記ゲインチルトと前記光中継器の総光パワーから、前記光中継器の各チャネルの光パワーを求める第４ステップと、前記光中継器の各チャネルの光パワーから、前記光中継器の各チャネルの光信号対雑音比を求める第５ステップと、前記各チャネルの光信号対雑音比の逆数和を求め、さらに該逆数和の逆数である受信端における各チャネルの光信号対雑音比を求める第６ステップと、を含んでいる。

また、前記第１ステップが、前記光伝送路の受信端で各チャネルの光パワーを測定するステップであり、前記第２ステップが、前記光伝送路の送信端及び前記光中継器で総光パワーを測定するステップであることも好ましい。

また、前記第３ステップは、受信端での各波長のピークパワーから送信端での各波長のピークパワーを減算し、各波長のパワー差を求めるステップと、前記パワー差の平均を求めるステップと、前記波長のパワー差から前記パワー差の平均を減算し、光中継器数で除算することにより、前記光中継器の各チャネルのゲインチルトを求めるステップと、を含んでいることも好ましい。

上記目的を実現するため本発明による方法は、光伝送路の間に光信号を増幅する光増幅器を有する複数の光中継器、及び複数の光挿入分岐装置又は光クロスコネクト装置を備える該光伝送路の受信端における光信号の光信号対雑音比の測定方法において、送信端と、光挿入分岐装置又は光クロスコネクト装置間、光挿入分岐装置又は光クロスコネクト装置と、光挿入分岐装置又は光クロスコネクト装置間、光挿入分岐装置又は光クロスコネクト装置と、受信端間の光信号対雑音比を請求項１から３のいずれか１項に記載の方法で求めるステップと、前記光信号対雑音比の逆数和を求め、さらに該逆数和の逆数である受信端における各チャネルの光信号対雑音比を求めるステップと、を含んでいる。

上記目的を実現するため本発明による装置は、上記に記載の方法を使用した光信号対雑音比測定装置である。

本発明による方法では、光中継器で光パワーモニターを使用し、チャネルパワーモニターはＷＤＭ送信機及びＷＤＭ受信機の部分にのみ使用する。本発明の方法は、従来方法と比較して、チャネルパワーモニター数を大きく減らすことが可能であるため、安価に光ＳＮＲを測定するシステムを構築可能である。また、光中継器のノイズパワーを測定する必要もない。さらに、本発明のよる方法では、光中継器をいくつ設置したら、光ＳＮＲがどのような値になるかを推定することができる。

図２は、本発明の第１の実施形態による光ＳＮＲを測定するＷＤＭ光通信システムの概要を示す。チャネルパワーモニター５は、ノード部分、つまりＷＤＭ送信機１とＷＤＭ受信機２の部分にのみ接続し、光中継器３の部分では、光パワーモニター６を接続している。このため、各光中継器３では、総光パワーのみが得られるのみで、チャネル毎の光パワーを計測することはできず、このままではチャネル毎の光ＳＮＲを求めることができない。以下に本実施形態でのチャネル毎の光ＳＮＲを求める手段を説明する。

最初に、以下のデータを取得する。この（１）から（３）の測定はどのような順番で行っても問題はない。
（１）ＷＤＭ送信機１のチャネルパワーモニター５から、測定スペクトラムデータを取得する。ここで取得された伝送前光スペクトラムの例を図３（ａ）に示す。この図で一つ一つの山がチャネルのパワーを示している。
（２）各光中継器３の光パワーモニター６から、測定光パワーデータを取得する。
（３）ＷＤＭ受信機２のチャネルパワーモニター５から、測定スペクトラムデータを取得する。ここで取得された伝送後光スペクトラムの例を図３（ｂ）に示す。

次に測定されたデータから、以下のようにして、ＷＤＭ受信機２におけるチャネル毎の光ＳＮＲが求められる。
（４）ＷＤＭ送信機１及びＷＤＭ受信機２から得られた測定スペクトラムデータから、ゲインチルト（gain tilt）を算出する。この算出方法は、別途詳細に説明する。
（５）ＷＤＭ光通信システムで使用されている波長数、光パワーモニター６から得られた測定光パワーデータ及び上記のゲインチルトから、各チャネルパワーを算出する。この算出方法及び波長数の求め方も、別途詳細に説明する。
（６）光中継器３の特性より、各チャネルパワーから各チャネルの光ＳＮＲを求める。この求め方も、別途詳細に説明する。
（７）上記（６）のステップを全光中継器３について行う。これにより光中継器３毎の各チャネルの光ＳＮＲ（ＯＳＮＲ_{ＥＤＦＡ，ｉ}）が求まる。
（８）光中継器３毎の各チャネルの光ＳＮＲより、ＷＤＭ受信機２での各チャネルの光ＳＮＲ（ＯＳＮＲ_{ｔｏｔａｌ}）を求める。これは、

により、計算される。ここでのΣは全光中継器３について加算することを意味している。

このように、ゲインチルトを考慮することにより、光中継器３でスペクトラムデータを測定することなく、正確なチャネル毎の光ＳＮＲを測定することが可能である。

ここで、ゲインチルト算出方法の詳細、チャネルパワーの算出方法及び波長数の求め方、及び各チャネルの光ＳＮＲの求め方を説明する。

まず、ゲインチルト算出方法について説明する。ゲインチルトは、光増幅器の波長特性により発生する。入力パワー、波長に依存しており、ＷＤＭ送信機１及びＷＤＭ受信機２から得られた測定スペクトラムデータは、例えば図３（ａ），（ｂ）のようになっている。この例では、伝送後は波長が大きいチャネルのパワーが大きくなっている。このデータより、伝送前の各波長のピークパワー
Ｐｔ［１］、Ｐｔ［２］、・・・、Ｐｔ［ｉ］
及び伝送後の各波長のピークパワー
Ｐｒ［１］、Ｐｒ［２］、・・・、Ｐｒ［ｉ］
が求められる。ここでｉは波長数を表している。

これらより、各波長のパワー差Ｄ［ｊ］を
Ｄ［ｊ］＝Ｐｒ［ｊ］−Ｐｔ［ｊ］ （ｊ＝１、・・・、ｉ）
で求める。このパワー差Ｄ［ｊ］よりパワー差の平均を求める。ここで求めたパワー差の単位はｄＢであるため、単位をｄＢｍにして平均を求める。そのため、パワー差Ｄ［ｊ］をリニアパワーＤｌ［ｊ］に変換し、平均Ａｖｅを求める。

ここでのΣは、全波長についての加算を表している。ここで求められた平均Ａｖｅの常用対数を取ることによりｄＢ化（Ａｖｅｄ）する。
Ａｖｅｄ＝１０×ｌｏｇ（Ａｖｅ）
このＡｖｅｄより、各チャネルの総ゲインチルトＧＴ［ｊ］は、
ＧＴ［ｊ］＝Ｄ［ｊ］−Ａｖｅｄ （ｊ＝１、・・・、ｉ）
より求まる。ここで、各中継器のゲインチルトは、すべて等しいと仮定し、比例配分することにより、各中継器に割り当てるゲインチルトＧＴｅ［ｊ］が、各波長の総ゲインチルトＧＴ［ｊ］を伝送区間の光中継器数（Ｎ）で割ることによって求まる。

ＧＴｅ［ｊ］＝ＧＴ［ｊ］／Ｎ （ｊ＝１、・・・、ｉ）
この、ＧＴｅ［ｊ］が各チャネルのゲインチルトである。

なお、ここで説明したゲインチルトの計算方法は、図３のようなほぼ線形な場合だけでなく、いかなるゲインシェイプを持った伝送路にも適用可能である。

つぎに、チャネルパワーの算出方法及び波長数の求め方を説明する。

まず、波長数は、ＷＤＭ送信機１のチャネルパワーモニター５から求めることができる。また、ＷＤＭ送信機１の信号送信状態を読み込むことにより、波長数を求めることもできる。チャネル毎のチャネルパワーＰを求めるため、まず平均チャネルパワーＰ_ａｖｅを、
Ｐ_ａｖｅ＝総光パワー／ｉ
より求める。ここで総光パワーは、光パワーモニター６から得られた測定光パワーデータであり、ｉは波長数である。

チャネル毎のチャネルパワーは、この平均チャネルパワーと上記のゲインチルトＧＴｅ［ｊ］に基づいて求める。具体的には総光パワーが変わらないようにして、各チャネルのゲインチルトが、ＧＴｅ［ｊ］と等しくなるように求める。

最後に各チャネルの光ＳＮＲの求め方を説明する。

光中継器３は、入力パワー（Ｐ_ｉｎ）と光ＳＮＲの関係について、図４に示すような、
ＯＳＮＲ＝αＰ_ｉｎ＋Ｃｏｎｓｔ
の特性を持っていることが知られている。ここで、α、Ｃｏｎｓｔは、光中継器３毎の定数である。波長毎に特性があるため、少なくとも短波、中波、長波毎に事前に測定しておく必要がある。この式にチャネル毎のチャネルパワーを代入することにより、各チャネルの光ＳＮＲ（ＯＳＮＲ_{ＥＤＦＡ，ｉ}）が求まる。

図５は、本発明の第２の実施形態による光ＳＮＲを測定するＷＤＭ光通信システムの概要を示す。チャネルパワーモニター５は、ＷＤＭ受信機２の部分にのみ接続し、ＷＤＭ送信機１、光中継器３の部分では、光パワーモニター６を接続している。つまり、チャネル毎のパワーを計測するのは、ＷＤＭ受信機２の部分のみであり、ＷＤＭ送信機１側では、総光パワーのみを測定している。

本実施形態は、ＷＤＭ送信機１側では、ゲインチルトがない、つまり送信端では光パワーはすべてのチャネルで等しいと仮定して、チャネル毎の光ＳＮＲを求める方法である。ゲインチルトがないと仮定しているため、伝送前の光スペクトラムで、各波長のピークパワー
Ｐｔ［１］、Ｐｔ［２］、・・・、Ｐｔ［ｉ］
がすべて同じと仮定される。そのため各Ｐｔ［ｊ］は、
Ｐｔ［ｊ］＝総光パワー／ｉ （ｊ＝１、・・・、ｉ）
で求まる。ここで総光パワーは、ＷＤＭ送信機１の部分で光パワーモニター６により測定された値であり、ｉは波長数を表している。

このようにして求めたＰｔ［ｊ］を使用して、第１の実施形態の場合と同様にゲインチルトを求めることができる。本実施形態でのチャネル毎の光ＳＮＲは、第１の実施形態の（１）を、
（１）ＷＤＭ送信機１の光パワーモニター６から、測定光パワーデータを取得する。
と変更することにより、上記の（１）から（８）の手順により求めることができる。

本実施形態では、チャネルパワーモニター５をＷＤＭ受信機２の部分にのみ使用しているため、第１の実施形態よりもさらに経済的であるという利点を有している。しかし、ＷＤＭ送信機１側のゲインチルトがないと仮定しているため、測定される光ＳＮＲの精度は第１の実施形態の方が高い。

図６は、本発明の第３の実施形態による光ＳＮＲを測定するＷＤＭ光通信システムの概要を示す。本実施形態では、ＷＤＭ送信機１とＷＤＭ受信機２の間に光挿入分岐装置７が、複数台（図６の例では２台）挿入されている。光挿入分岐装置７には、光信号を波長ごとに分離し、独立に光路を切り替えかつ光の強度なども制御できる機能をもつ波長選択スイッチ（ＷＳＳ、Wavelength Selective Switch）を内蔵している。チャネルパワーモニター５は、ノード部分、つまりＷＤＭ送信機１とＷＤＭ受信機２の部分、及び光挿入分岐装置７に接続され、光中継器３の部分では、光パワーモニター６を接続している。

本実施形態の場合、チャネル毎の光ＳＮＲは、以下のようにして求める。ＷＤＭ送信機１と光挿入分岐装置７間、光挿入分岐装置７と光挿入分岐装置７間、光挿入分岐装置７とＷＤＭ受信機２間の構成は第１の実施形態と同様の構成であるため、それぞれの間の光ＳＮＲ（ＯＳＮＲ_ｉ）は、第１の実施形態の（１）、（３）を構成に応じて
（１）光挿入分岐装置７のチャネルパワーモニター５から、測定スペクトラムデータを取得する。
（３）光挿入分岐装置７のチャネルパワーモニター５から、測定スペクトラムデータを取得する。
と変更することにより、上記の（１）から（８）の手順により求めることができる。

このようにして求めた光ＳＮＲ（ＯＳＮＲ_ｉ）を

と加算することにより、全体の光ＳＮＲ（ＯＳＮＲ_{ｔｏｔａｌ}）を求めることができる。ここでのΣは全区間分の光ＳＮＲを加算する。図６の例では、ＯＳＮＲ_１、ＯＳＮＲ_２、ＯＳＮＲ_３の３つを加算することになる。

なお、本実施形態では、ＷＤＭ送信機１と光挿入分岐装置７間、光挿入分岐装置７と光挿入分岐装置７間、光挿入分岐装置７とＷＤＭ受信機２間の構成は第１の実施形態と同様の構成を取ったが、第２の実施形態と同様な構成を取ることもできる。この場合の光ＳＮＲ（ＯＳＮＲ_ｉ）は、第２の実施形態と同様にして求めることができる。また、第１の実施形態の構成、第２の実施形態の構成を混在させることも可能である。

また、本発明の方法は、高密度多重ＷＤＭ光通信システムにおいても、同じ方法で光ＳＮＲを測定することが可能である。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

既存方法により光ＳＮＲを測定するＷＤＭ光通信システムの概要を示す。 本発明の第１の実施形態による光ＳＮＲを測定するＷＤＭ光通信システムの概要を示す。 本発明の第１の実施形態での伝送前スペクトラムと伝送後スペクトラムの例を示す。 光中継器での入力パワーと光ＳＮＲの関係について示す。 本発明の第２の実施形態による光ＳＮＲを測定するＷＤＭ光通信システムの概要を示す。 本発明の第３の実施形態による光ＳＮＲを測定するＷＤＭ光通信システムの概要を示す。

符号の説明

１ ＷＤＭ送信機
２ ＷＤＭ受信機
３ 光中継器
５ チャネルパワーモニター
６ 光パワーモニター
７ 光挿入分岐装置

Claims (5)

1. 光伝送路の間に光信号を増幅する光増幅器を有する複数の光中継器を備える該光伝送路の受信端における光信号の光信号対雑音比の測定方法において、
   前記光伝送路の送信端と受信端で各チャネルの光パワーを計測する第１ステップと、
   前記光伝送路の前記光中継器で総光パワーを計測する第２ステップと、
   前記各チャネルの光パワーから、前記光中継器の各チャネルのゲインチルトを求める第３ステップと、
   前記ゲインチルトと前記光中継器の総光パワーから、前記光中継器の各チャネルの光パワーを求める第４ステップと、
   前記光中継器の各チャネルの光パワーから、前記光中継器の各チャネルの光信号対雑音比を求める第５ステップと、
   前記各チャネルの光信号対雑音比の逆数和を求め、さらに該逆数和の逆数である受信端における各チャネルの光信号対雑音比を求める第６ステップと、
   を含んでいることを特徴とする光信号対雑音比測定方法。
2. 前記第１ステップが、前記光伝送路の受信端で各チャネルの光パワーを測定するステップであり、前記第２ステップが、前記光伝送路の送信端及び前記光中継器で総光パワーを測定するステップであることを特徴とする請求項１に記載の光信号対雑音比測定方法。
3. 前記第３ステップは、
   受信端での各波長のピークパワーから送信端での各波長のピークパワーを減算し、各波長のパワー差を求めるステップと、
   前記パワー差の平均を求めるステップと、
   前記波長のパワー差から前記パワー差の平均を減算し、光中継器数で除算することにより、前記光中継器の各チャネルのゲインチルトを求めるステップと、
   を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の光信号対雑音比測定方法。
4. 光伝送路の間に光信号を増幅する光増幅器を有する複数の光中継器、及び複数の光挿入分岐装置又は光クロスコネクト装置を備える該光伝送路の受信端における光信号の光信号対雑音比の測定方法において、
   送信端と、光挿入分岐装置又は光クロスコネクト装置間、光挿入分岐装置又は光クロスコネクト装置と、光挿入分岐装置又は光クロスコネクト装置間、光挿入分岐装置又は光クロスコネクト装置と、受信端間の光信号対雑音比を請求項１から３のいずれか１項に記載の方法で求めるステップと、
   前記光信号対雑音比の逆数和を求め、さらに該逆数和の逆数である受信端における各チャネルの光信号対雑音比を求めるステップと、
   を含んでいることを特徴とする光信号対雑音比測定方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の方法を使用した光信号対雑音比測定装置。

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