JP2012124755A - Osnr算出方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】自己相関関数取得部11で、入力された信号光Lから、信号光に関する時間波形の自己相関関数を取得し、OSNR算出部12で、その自己相関関数のピーク値を信号強度Sと雑音強度Nの強度和S+Nとするとともに、その自己相関関数のうち信号に関する強度値に基づいて信号強度Sを推定し、強度和S+Nから信号強度Sを減算することにより雑音強度Nを求め、信号強度Sおよび雑音強度Nから信号光LのOSNRを算出する。
【選択図】 図1
Description
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかるOSNR算出装置について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかるOSNR算出装置の構成を示すブロック図である。
OSNR算出部12は、自己相関関数取得部11で取得された時間波形の自己相関関数から信号強度および雑音強度を推定し、これら信号強度および雑音強度から信号光LのOSNRを算出する機能を有している。
図2〜図4を参照して、本発明の原理について説明する。図2は、信号時間波形の自己相関関数例である。図3は、雑音時間波形の自己相関関数例である。図4は、信号と雑音を含む信号光から得られた時間波形の自己相関関数例である。
ここで、図4の自己相関関数のピーク値は、信号と雑音に関する自己相関関数のピーク値の和、すなわち信号強度Sと雑音強度Nの強度和S+Nに相当している。したがって、信号に関する自己相関関数のうち信号強度Sに相当する時間T0には、雑音に関する自己相関関数のうち雑音強度Nが合成されるため、信号強度Sあるいは雑音強度Nだけを取得することはできない。
なお、本発明では、QPSK変調信号を例にとって説明するが、一般的に理想的な信号と雑音の時間波形の自己相関関数は形状が異なるため、他の変調フォーマットでも同様の効果が期待できる。
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかるOSNR算出装置10の構成について詳細に説明する。
このOSNR算出装置10は、全体としてサーバ装置などの演算処理装置からなり、主な機能部として、自己相関関数取得部11およびOSNR算出部12が設けられている。なお、OSNR算出装置10には、この他、データ通信機能、操作入力機能、画面表示機能、データ記憶機能など、一般的なサーバ装置などの演算処理装置に設けられている機能が設けられている。
OSNR算出部12は、自己相関関数取得部11で得られた自己相関関数のピーク値を信号強度と雑音強度の強度和S+Nとする機能と、自己相関関数取得部11で得られた自己相関関数のうち信号に関する強度値に基づいて信号強度とを推定する機能と、強度和S+Nから信号強度Sを減算することにより雑音強度Nを求める機能と、信号強度Sおよび雑音強度Nから信号光LのOSNRを算出する機能とを有している。
次に、図5を参照して、本実施の形態にかかるOSNR算出装置10の動作について説明する。図5は、第1の実施の形態にかかるOSNR算出処理を示すフローチャートである。
OSNR算出装置10は、オペレータからの処理開始指示や信号光Lの入力に応じて、図5のOSNR算出処理を実行する。
次に、OSNR算出部12は、自己相関関数取得部11で得られた自己相関関数のピーク値を信号強度と雑音強度の強度和S+Nとして算出し(ステップ101)、自己相関関数取得部11で得られた自己相関関数のうち信号に関する強度値に基づいて信号強度とを推定する(ステップ102)。
このように、本実施の形態は、自己相関関数取得部11で、入力された信号光Lから、信号光に関する時間波形の自己相関関数を取得し、OSNR算出部12で、その自己相関関数のピーク値を信号強度Sと雑音強度Nの強度和S+Nとするとともに、その自己相関関数のうち信号に関する強度値に基づいて信号強度Sを推定し、強度和S+Nから信号強度Sを減算することにより雑音強度Nを求め、信号強度Sおよび雑音強度Nから信号光LのOSNRを算出するようにしたものである。
次に、図6を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかるOSNR算出装置10について説明する。図6は、第2の実施の形態にかかる信号強度の推定例を示す説明図である。
本実施の形態において、OSNR算出部12は、自己相関関数取得部11で得られた信号光に関する時間波形の自己相関関数のうち、ピーク値とは異なる設定時間位置の相関値を、OSNRが既知である基準光の自己相関関数から予め求めておいた、設定時間位置における自己相関値と基準光の信号強度との比を示す定数αで除算することにより、信号強度を算出する機能を有している。
このように、本実施の形態では、OSNR算出部12において、自己相関関数取得部11で得られた信号光に関する時間波形の自己相関関数のうち、ピーク値とは異なる設定時間位置T1の相関値C1を、OSNRが既知である基準光の自己相関関数から予め求めておいた定数αで除算することにより、信号強度Sを算出するようにしたものである。
これにより、OSNRの算出する演算が非常に簡潔になり、例えば本演算を計測器などのハードウェアに実装する場合、メモリなどのハードウェアリソースを節約することができる。また演算時間の短縮化が可能になり高速にOSNRを算出することができるといった効果が得られる。
次に、図7を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかるOSNR算出装置10について説明する。図7は、第3の実施の形態にかかる信号強度の推定例を示す説明図である。
このように、本実施の形態では、OSNR算出部12において、自己相関関数取得部11で得られた信号光に関する時間波形の自己相関関数のうちから、ピーク値とは異なり、かつそのピーク値を間に挟まない複数の自己相関値を抽出し、これら自己相関値から、自己相関関数の近似線FRを特定し、この近似線FRのうちピーク値の時間位置T0における値を信号強度Sとして推定するようにしたものである。
これにより、第2の実施の形態のように、基準光を用いて事前に定数αを取得しておく必要がなくなり、OSNR算出に要する前処理負担を回避することができる。
次に、図8を参照して、本発明の第4の実施の形態にかかるOSNR算出装置10について説明する。図8は、第4の実施の形態にかかるOSNR算出装置の構成を示すブロック図であり、前述した図1と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態において、自己相関関数取得部11には、主な機能部として、スペクトラム測定部11Aと自己相関関数算出部11Bが設けられている。
このようにして逆フーリエ変換で自己相関関数を求める場合、部分スペクトラムの帯域幅をBとしたとき、逆フーリエ変換して求められる時間波形の自己相関関数における自己相関値の間隔は1/Bとなる。
このように、本実施の形態では、自己相関関数取得部11の周波数スペクトラム測定部11Aで、入力された信号光Lの周波数スペクトラムを測定し、自己相関関数算出部11Bで、この周波数スペクトラムのうちから、いずれか1つの通過帯域の一部またはすべてを有限区間とする部分スペクトラムを切り出して、その有限区間の外側に仮の強度値を追加した修正スペクトラムを生成し、この修正スペクトラムを逆フーリエ変換することにより、自己相関関数を算出するようにしたものである。
これにより、疑似的に部分スペクトラムの帯域幅をBからB’に広げることができるため、1/B>1/fsの場合である帯域幅が狭い周波数スペクトラムから、高精度でOSNRを算出することができる。
次に、本発明の第5の実施の形態にかかるOSNR算出装置10について説明する。
第4の実施の形態では、信号光の周波数スペクトラムを逆フーリエ変換して時間波形の自己相関関数を算出する場合を例として説明した。本実施の形態では、周波数スペクトラムを逆フーリエ変換して自己相関関数を算出する場合における、自己相関関数の歪み補償について説明する。
スペクトラム測定部11Aは、入力された信号光Lの周波数スペクトラムを測定する機能を有している。
自己相関関数算出部11Bは、スペクトラム測定部11Aで得られた周波数スペクトラムに凸型の窓関数を掛けることにより、その周波数スペクトラムのうちから、いずれか1つの通過帯域の一部またはすべてを有限区間として切り出す機能と、得られた部分スペクトラムを逆フーリエ変換することにより自己相関関数を算出する機能とを有している。
この凸型の窓関数としては、いくつか存在するが、ハン、ハミング、ブラックマン等の窓関数を用いることにより、自己相関関数の歪みによるOSNRの誤差低減が確認された。
このように、本実施の形態では、自己相関関数算出部11Bにおいて、スペクトラム測定部11Aで得られた周波数スペクトラムに凸型の窓関数を掛けることにより、その周波数スペクトラムのうちから、いずれか1つの通過帯域の一部またはすべてを有限区間として切り出し、得られた部分スペクトラムを逆フーリエ変換することにより自己相関関数を算出するようにしたものである。
これにより、窓関数による切り出し処理の影響で、逆フーリエ変換により得られた自己相関関数に発生する歪みを抑制でき、OSNRの誤差を低減することが可能となる。
次に、本発明の第6の実施の形態にかかるOSNR算出装置10について説明する。
周波数スペクトラムを逆フーリエ変換して自己相関関数を算出する場合、凸型の窓関数を用いて部分スペクトラムを切り出すことにより、自己相関関数の歪みを補償する場合を例として説明した。本実施の形態では、逆フーリエ変換して得られた自己相関関数に窓関数で逆畳み込み演算を行うことにより、自己相関関数の歪みを補償する場合について説明する。
スペクトラム測定部11Aは、入力された信号光Lの周波数スペクトラムを測定する機能を有している。
自己相関関数算出部11Bは、スペクトラム測定部11Aで得られた周波数スペクトラムに窓関数を掛けることにより、その周波数スペクトラムのうちから、いずれか1つの通過帯域の一部またはすべてを有限区間として切り出す機能と、得られた部分スペクトラムを逆フーリエ変換することにより自己相関関数を算出する機能と、得られた自己相関関数に対して窓関数で逆畳み込み演算を行う機能とを有している。
このように、本実施の形態では、自己相関関数算出部11Bにおいて、スペクトラム測定部11Aで得られた周波数スペクトラムに窓関数を掛けることにより、その周波数スペクトラムのうちから、いずれか1つの通過帯域の一部またはすべてを有限区間として切り出し、得られた部分スペクトラムを逆フーリエ変換することにより自己相関関数を算出し、得られた自己相関関数に対して窓関数で逆畳み込み演算を行うようにしたものである。
これにより、窓関数を用いたことによる歪みに起因するOSNRの誤差が低減でき、OSNR算出精度が向上することができる。また、矩形窓を用いても精度向上が可能になり、より簡単な演算でOSNRを算出することが可能になる。
次に、図11〜図13を参照して、本発明の第7の実施の形態にかかるOSNR算出装置10について説明する。図11は、周波数スペクトラムの傾きによるOSNRの変化を示す説明図である。図12は、一次関数を用いた逆フーリエ変換の例を示す説明図である。図13は、周波数スペクトラムが傾きを持つ場合における時間波形の自己相関関数を示す説明図である。
スペクトラム測定部11Aは、入力された信号光Lの周波数スペクトラムを測定する機能を有している。
自己相関関数算出部11Bは、スペクトラム測定部11Aで得られた周波数スペクトラムに対して、探査範囲から選択した傾きごとに、当該傾きを持つ一次関数を乗算または除算して周波数スペクトラムの傾きを補正する機能と、これら補正後の周波数スペクトラムをそれぞれ逆フーリエ変換することにより、傾きごとに自己相関関数を算出する機能とを有している。
このとき、OSNRは、次の式(5)で求められる。
このことから、周波数スペクトラムの傾きを探査範囲で変化させ、これら傾きごとに得られたOSNRのうち極値を示すOSNRが、傾きのない周波数スペクトラムから求めたOSNRと見なすことができる。
次に、図14を参照して、本実施の形態にかかるOSNR算出装置10の動作について説明する。図14は、第7の実施の形態にかかるOSNR算出処理を示すフローチャートである。
OSNR算出装置10は、オペレータからの処理開始指示や信号光Lの入力に応じて、図5のOSNR算出処理を実行する。
続いて、自己相関関数取得部11の自己相関関数算出部11Bは、予め設定されている傾きの探査範囲から複数の傾きslを選択し(ステップ201)、スペクトラム測定部11Aで得られた周波数スペクトラムに対して、傾きslごとに、当該傾きslを持つ一次関数を乗算または除算して周波数スペクトラムの傾きを補正する(ステップ202)。
この後、OSNR算出部12は、自己相関関数取得部11で得られた傾きslごとの自己相関関数についてOSNRをそれぞれ試算し(ステップ204)、これらOSNRのうち極値を示すOSNRを信号光LのOSNRとして算出する(ステップ205)。
このように、本実施の形態は、自己相関関数取得部11の自己相関関数算出部11Bにおいて、スペクトラム測定部11Aで測定された周波数スペクトラムに対して、探査範囲から選択した傾きslごとに、当該傾きslを持つ一次関数を乗算または除算して周波数スペクトラムの傾きを補正し、得られた補正スペクトラムをそれぞれ逆フーリエ変換することにより、傾きslごとに自己相関関数を算出し、OSNR算出部12において、自己相関関数取得部11で得られた傾きごとの自己相関関数についてOSNRをそれぞれ試算し、これらOSNRのうち極値を示すOSNRを信号光LのOSNRとして算出するようにしたものである。
次に、図15および図16を参照して、本発明の第8の実施の形態にかかるOSNR算出装置10について説明する。図15は、第8の実施の形態にかかるOSNR算出装置10の構成を示すブロック図である。図16は、自己相関関数測定部の構成を示すブロック図である。
ハーフミラー21は、入射光を所定の割合で反射光と透過光にスプリットするミラーからなり、入力された信号光Lの一部を反射してミラー22を導く機能と、入力された信号光Lの一部を透過させてミラー23へ導く機能と、ミラー22からの反射光を受光部24へ透過させる機能と、ミラー23からの反射光を受光部24へ反射させる機能とを有している。
ミラー23は、ハーフミラー21との距離が調節可能な可動式のミラーからなり、ハーフミラー21からの透過光をハーフミラー21へ反射する機能を有している。
受光部24は、入射光を受光してその強度を検出する受光センサからなり、ハーフミラー21から届いた、ミラー22からの反射光およびミラー22からの反射光により生じる干渉の強度を検出する機能を有している。
次に、図16を参照して、本実施の形態にかかる自己相関関数測定部20の動作について説明する。
入力された信号光Lは、ハーフミラー21で反射光と透過光にスプリットされる。このうち反射光はミラー22で反射された後、その一部がハーフミラー21を透過して受光部24に入射する。一方、ハーフミラー21からの透過光はミラー23で反射された後、その一部がハーフミラー21で反射されて、受光部24に入射する。
このように、本実施の形態では、自己相関関数取得部11を、入力された信号光Lから時間波形の自己相関関数を、直接測定する自己相関関数測定部20で構成したので、周波数スペクトラムから時間波形の自己相関関数を算出するための逆フーリエ変換を実行する必要がなくなる。このため、OSNR算出装置10での演算処理負担を大幅に軽減できる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
Claims (10)
- 入力された信号光から、前記信号光に関する時間波形の自己相関関数を取得する自己相関関数取得ステップと、
前記自己相関関数のピーク値を信号強度と雑音強度の強度和とするとともに、前記自己相関関数のうち信号に関する強度値に基づいて前記信号強度を推定し、前記強度和から前記信号強度を減算することにより前記雑音強度を求め、前記信号強度および前記雑音強度から前記信号光のOSNRを算出するOSNR算出ステップと
を備えることを特徴とするOSNR算出方法。 - 請求項1に記載のOSNR算出方法において、
前記OSNR算出ステップは、前記自己相関関数のうち前記ピーク値とは異なる設定時間位置の相関値を、OSNRが既知である基準光の自己相関関数から予め求めておいた、前記設定時間位置における自己相関値と前記基準光の信号強度との比を示す定数で除算することにより、前記信号強度を算出することを特徴とするOSNR算出方法。 - 請求項1に記載のOSNR算出方法において、
前記OSNR算出ステップは、前記自己相関関数のうちから抽出した、前記ピーク値とは異なり、かつ前記ピーク値を間に挟まない複数の自己相関値から、前記自己相関関数の近似線を特定し、前記近似線のうち前記ピーク値の時間位置における値を前記信号強度とすることを特徴とするOSNR算出方法。 - 請求項2または請求項3に記載のOSNR算出方法において、
前記自己相関関数取得ステップは、
前記信号光の周波数スペクトラムを測定する周波数スペクトラム測定ステップと、
前記周波数スペクトラムのうちから、いずれか1つの通過帯域の一部またはすべてを有限区間として切り出して、前記有限区間の外側に仮の強度値を追加した修正スペクトラムを、逆フーリエ変換することにより、前記自己相関関数を算出する自己相関関数算出ステップと
を備えることを特徴とするOSNR算出方法。 - 請求項2または請求項3に記載のOSNR算出方法において、
前記自己相関関数取得ステップは、
前記信号光の周波数スペクトラムを測定する周波数スペクトラム測定ステップと、
前記周波数スペクトラムに対して、いずれか1つの通過帯域を有限区間とする窓関数を掛けた後、逆フーリエ変換して得られたデータに前記窓関数の逆畳み込み演算を行うことにより、前記自己相関関数を算出する自己相関関数算出ステップと
を備えることを特徴とするOSNR算出方法。 - 請求項2または請求項3に記載のOSNR算出方法において、
前記自己相関関数取得ステップは、
前記信号光の周波数スペクトラムを測定する周波数スペクトラム測定ステップと、
前記周波数スペクトラムに対して、探査範囲から選択した傾きごとに、当該傾きを持つ一次関数を乗算または除算して前記周波数スペクトラムの傾きを補正した後、逆フーリエ変換することにより、前記傾きごとに前記自己相関関数を算出する自己相関関数算出ステップと
を備え、
前記OSNR算出ステップは、前記傾きごとの前記自己相関関数について、前記OSNRをそれぞれ算出し、これらOSNRのうち極値を示すOSNRを前記信号光のOSNRとする
ことを特徴とするOSNR算出方法。 - 入力された信号光から、前記信号光に関する時間波形の自己相関関数を取得する自己相関関数取得部と、
前記自己相関関数のピーク値を信号強度と雑音強度の強度和とするとともに、前記自己相関関数のうち信号に関する強度値に基づいて前記信号強度を推定し、前記強度和から前記信号強度を減算することにより前記雑音強度を求め、前記信号強度および前記雑音強度から前記信号光のOSNRを算出するOSNR算出部と
を備えることを特徴とするOSNR算出装置。 - 請求項7に記載のOSNR算出装置において、
前記OSNR算出部は、前記自己相関関数のうち前記ピーク値とは異なる設定時間位置の相関値を、OSNRが既知である基準光の自己相関関数から予め求めておいた、前記設定時間位置における自己相関値と前記基準光の信号強度との比を示す定数で除算することにより、前記信号強度を算出することを特徴とするOSNR算出装置。 - 請求項7に記載のOSNR算出装置において、
前記OSNR算出部は、前記自己相関関数のうちから抽出した、前記ピーク値とは異なり、かつ前記ピーク値を間に挟まない複数の自己相関値から、前記自己相関関数の近似線を特定し、前記近似線のうち前記ピーク値の時間位置における値を前記信号強度とすることを特徴とするOSNR算出装置。 - 請求項8または請求項9に記載のOSNR算出装置において、
前記自己相関関数取得部は、
前記信号光の周波数スペクトラムを測定する周波数スペクトラム測定部と、
前記周波数スペクトラムのうちから、いずれか1つの通過帯域の一部またはすべてを有限区間として切り出して、前記有限区間の外側に仮の強度値を追加した修正スペクトラムを、逆フーリエ変換することにより、前記自己相関関数を算出する自己相関関数算出部と
を備えることを特徴とするOSNR算出装置。
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