JP2014068072A - 光信号品質評価装置及び光信号品質評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直交位相振幅変調された光信号など、搬送波の位相に情報を含む光信号の品質を、簡易に評価する。
【解決手段】遅延干渉光信号生成部と、光電変換部と、サンプリング部とを備える。遅延干渉光信号生成部は、評価光信号に対して、１［ｂａｕｄ］時間の遅延干渉を行うことにより、遅延干渉光信号を生成する。光電変換部は、評価光信号及び遅延干渉光信号を、電気信号に変換することにより、評価電気信号及び遅延干渉電気信号を生成する。サンプリング部は、評価電気信号及び遅延干渉電気信号を、１［ｂａｕｄ］時間間隔でサンプリングすることにより、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号を生成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、搬送波の位相に情報を含む光信号、特に、直交位相振幅変調された光信号の品質を評価するのに用いて好適な、光信号品質評価装置及び光信号品質評価方法に関するものである。

近年、光通信でも周波数利用効率の向上を図るため、直交位相振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）や、直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）された光信号を、コヒーレント検波する技術が用いられつつある。これらの光信号は、従来の強度変調された光信号のように包絡線強度だけでなく、搬送波の位相にも情報を含んでいる。

一方、光ネットワークの信頼性を向上させるためには、光ネットワークを構成する各ノードで、光信号の状態を評価し、劣化を検出する必要がある。このために、例えば、光信号を電気信号に変換した後、信号の誤り率を測定することなどが行われている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、ＱＡＭ信号など、搬送波の位相と包絡線強度の両者に情報を含んでいる光信号については、位相と強度の情報を、光信号の状態で同時に検出することが難しい。また、多値数が大きくなると、光ファイバ中の非線形光学効果の影響が大きくなるので、非線形光学効果の影響を調べる必要がある。

このため、光信号をコヒーレント検波した後、得られた同相成分を横軸（Ｉ軸）、直交成分を縦軸（Ｑ軸）として信号空間配置図（コンステレーション）を作成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。送信前後の信号空間配置図における、信号の位置を比較することで、伝送の際の劣化など、光信号の品質を評価することができる。光信号の強度が大きいと、非線形光学効果の影響を受けやすいが、非線形光学効果の影響は、位相の回転として現れる。このため、信号空間配置図における、信号点の移動角から非線形光学効果の影響を判断できる。

欧州特許第２２３０７８２号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示されている技術は、コヒーレント検波をする技術、すなわち、局所発振光を用いる技術であるので、受信器と同じ構成が必要となる。このため、光信号の評価に用いるには、評価装置が高価になってしまう。

そこで、この出願に係る発明者が鋭意研究したところ、長さが１［ｂａｕｄ］時間の、隣接する第１期間及び第２期間について、第１期間と第２期間の評価光信号の強度の和と、第１期間及び第２期間の評価光信号の干渉強度との相関を用いることにより、簡易に、光信号の品質を評価できることを見出した。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、直交位相振幅変調された光信号など、搬送波の位相に情報を含む光信号の品質を、簡易に評価できる、光信号品質評価装置及び光信号品質評価方法を提供することである。

上述した目的を達成するために、この発明の光信号品質評価装置は、遅延干渉光信号生成部と、光電変換部と、サンプリング部とを備える。遅延干渉光信号生成部は、評価光信号に対して、１［ｂａｕｄ］時間の遅延干渉を行うことにより、遅延干渉光信号を生成する。光電変換部は、評価光信号及び遅延干渉光信号を、電気信号に変換することにより、評価電気信号及び遅延干渉電気信号を生成する。サンプリング部は、評価電気信号及び遅延干渉電気信号を、１［ｂａｕｄ］時間間隔でサンプリングすることにより、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号を生成する。

また、この発明の光信号品質検査方法は、以下の過程を備える。先ず、評価光信号に対して、１［ｂａｕｄ］時間の遅延干渉を行うことにより、遅延干渉光信号を生成する。次に、評価光信号及び遅延干渉光信号を、電気信号に変換することにより、評価電気信号及び遅延干渉電気信号を生成する。次に、評価電気信号及び遅延干渉電気信号を、１［ｂａｕｄ］時間間隔でサンプリングすることにより、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号を生成する。

また、光信号品質評価装置及び光信号品質評価方法の実施に当たり、長さが１［ｂａｕｄ］時間の、隣接する第１期間及び第２期間について、評価サンプリング信号から得られる、第１期間の評価光信号の第１強度、及び、第２期間の評価光信号の第２強度の和と、遅延干渉サンプリング信号から得られる、第１期間及び第２期間の評価光信号の干渉強度との相関を取得するのが好適である。

この発明の光信号品質評価装置及び光信号品質評価方法によれば、長さが１［ｂａｕｄ］時間の、隣接する第１期間及び第２期間について、第１期間と第２期間の評価光信号の強度の和と、第１期間及び第２期間の評価光信号の干渉強度との相関を用いる。この相関を用いると、信号空間配置図を用いることなく、容易に非線形光学効果の影響等、光信号の品質を評価できる。

ＱＡＭ信号の信号空間配置図を示す模式図である。 光信号品質評価装置の第１実施形態を説明するための模式図である。 評価光信号の強度、位相及び干渉強度を示す模式図である。 第１期間と第２期間の評価光信号の強度の和と、第１期間及び第２期間の評価光信号の干渉強度との相関を示す図である。 信号空間配置図における相互位相変調の影響を示す模式図である。 相関図における相互位相変調の影響を示す模式図である。 第１期間と第２期間の評価光信号の強度の和が所定の範囲にあるときの、干渉強度の度数分布を示す図である。 信号空間配置図におけるＯＳＮＲの影響を示す模式図である。 相関図におけるＯＳＮＲの影響を示す模式図である。 信号空間配置図における自己位相変調の影響を説明するための模式図である。 信号空間配置図における自己位相変調の影響を示す模式図である。 相関図における自己位相変調の影響を示す模式図である。 光信号品質評価装置の第２実施形態を説明するための模式図である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各図は、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

（発明の概略）
図１を参照して、この発明の光信号品質評価装置及び光信号品質評価方法の概略を説明する。図１は、ＱＡＭ信号の信号空間配置図を示す模式図である。ここでは、品質を評価する対象の評価光信号が、１６値のＱＡＭ信号である場合について説明する。

ＱＡＭ信号は、それぞれ４値の振幅変調がなされた、位相が直交する２つの搬送波が加算された信号である。ＱＡＭ信号の場合、信号空間配置図では、互いに直交するＩ軸及びＱ軸に平行に設けられた等間隔の１６個のマス目上に信号点が並ぶ。この信号点は、それぞれ１回に変調される４ビットのデータに対応して配置される。

ＱＡＭ信号は、以下の式（１）で表される。

ｓ（ｔ）＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）＋Ｂ・ｃｏｓ（ωｔ） （１）
１６値のＱＡＭ信号の場合、Ａ及びＢは、例えば、
Ａ＝−３、−１、１、３
Ｂ＝−３、−１、１、３
で与えられる。この場合、ＱＡＭ信号の振幅Ｅ＝（Ａ^２＋Ｂ^２）^１／２は、Ｌ＝（１^２＋１^２）^１／２＝２^１／２、Ｍ＝（１^２＋３^２）^１／２＝１０^１／２及びＨ＝（３^２＋３^２）^１／２＝１８^１／２の３値となる。

位相については、振幅ＥがＬ又はＨの場合は、信号空間配置図のＩ軸に対する角度が、それぞれ、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°である位置に、信号点が配置される。また、振幅ＥがＭの場合は、信号空間配置図のＩ軸に対する角度が、それぞれ、０°±θ、９０°±θ、１８０°±θ及び２７０°±θである位置に、信号点が配置される。ここで、θはａｒｃｔａｎ（１／３）で与えられる。

以下の説明において、Ｉ軸に対する座標と、Ｑ軸に対する座標により区別する。また、ＱＡＭ信号の振幅Ｅが、Ｌ、Ｍ及びＨのいずれであるかも合わせて表記する。例えば、Ｉ軸の座標が１、Ｑ軸の座標が２、及び、振幅ＥがＭの信号点は、Ｍ１２と表記される。

ここで、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ：Ｑuadrature Ｐhase Ｓhift Ｋeying）など評価光信号の包絡線強度が一定である場合は、評価光信号を遅延干渉させて得られる遅延干渉光信号の強度から、その位相がわかる。しかし、ＱＡＭ信号の場合は、包絡線強度が一定でないため、遅延干渉光信号の強度だけでは、その位相を把握できない。

そこで、この発明の光信号品質評価装置及び光信号品質評価方法では、長さが１［ｂａｕｄ］時間の、隣接する第１期間及び第２期間について、第１期間と第２期間の評価光信号の強度の和と、第１期間及び第２期間の評価光信号を干渉させて得られる干渉強度との相関を用いる。

１６値のＱＡＭ信号では、４ビットを単位として変調される。ここで、ｂａｕｄは、１秒間あたりの変調回数を示す、変調レートの単位である。ここでの１［ｂａｕｄ］時間は、変調回数の逆数で与えられる時間である。ＱＡＭ信号は、１［ｂａｕｄ］時間に４ビットのデータを含む。

（第１の実施形態）
図２を参照して、光信号品質評価装置の第１実施形態を説明する。図２は、光信号品質評価装置の第１実施形態を説明するための模式図である。

光信号品質評価装置（以下、単に評価装置とも称する。）１０は、波長フィルタ２０、遅延干渉光信号生成部３０、光電変換部５０、サンプリング部６０及び信号処理部７０を備えて構成される。評価装置１０は、光信号の品質を評価する箇所として、例えば、ＱＡＭ信号が波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）された、ＷＤＭ信号が伝送する光ネットワーク１００に接続される。

波長フィルタ２０は、評価装置１０に入力されたＷＤＭ信号の所定の波長の光を、評価光信号として通過させる。この評価光信号は、ＱＡＭ信号である。なお、ＷＤＭ信号の複数のチャネルに対応可能にするために、波長フィルタ２０は、通過帯域が可変なものを用いるのが良い。また、評価装置１０が接続される箇所において、単一の波長の光が伝送している場合や、他に波長フィルタが設けられている場合は、評価装置１０が波長フィルタ２０を備えない構成にしても良い。

評価光信号は、遅延干渉光信号生成部３０に送られる。遅延干渉光信号生成部３０は、光分岐部３２と、遅延干渉計４０を備えている。光分岐部３２は、評価光信号を２分岐して、一方を光電変換部５０に送り、他方を遅延干渉計４０に送る。

遅延干渉計４０は、２分岐された他方の評価光信号に対して、遅延干渉を行う。この遅延干渉計４０は、光分岐器４２と、遅延器４４と、光結合器４６を備えている。光分岐器４２は、評価光信号を２分岐して、一方を光結合器４６に送り、他方を、遅延器４４を経て光結合器４６に送る。遅延器４４は、評価光信号を、遅延器４４を経ずに光結合器４６に送られる信号に対して、１［ｂａｕｄ］時間遅延させて、遅延信号を生成する。光結合器４６は、遅延信号と評価光信号を結合して、遅延干渉光信号を生成する。遅延干渉光信号生成部３０は、生成された遅延干渉光信号を光電変換部５０に送る。

光電変換部５０は、第１光電変換器（Ｏ／Ｅ）５２と、第２光電変換器（Ｏ／Ｅ）５４を備えている。第１Ｏ／Ｅ５２は、評価光信号を電気信号に変換することにより、評価電気信号を生成する。また、第２Ｏ／Ｅ５４は、遅延干渉光信号を電気信号に変換することにより、遅延干渉電気信号を生成する。

評価電気信号及び遅延干渉電気信号は、サンプリング部６０に送られる。サンプリング部６０は、サンプリングパルス生成回路６２と、第１サンプルホールド回路６４と、第２サンプルホールド回路６６とを備えている。

サンプリングパルス生成回路６２は、評価電気信号から、クロックを抽出し、周期が１［ｂａｕｄ］時間のサンプリングパルス列を生成する。サンプリングパルス生成回路６２は、サンプリングパルス列を、第１サンプルホールド回路６４及び第２サンプルホールド回路６６に送る。

第１サンプルホールド回路６４は、サンプリングパルス列に同期して、評価電気信号の強度を、１［ｂａｕｄ］時間保持して、評価サンプリング信号を生成する。また、第２サンプルホールド回路６６は、サンプリングパルス列に同期して、遅延干渉電気信号の強度を、１［ｂａｕｄ］時間保持して、遅延干渉サンプリング信号を生成する。第１サンプルホールド回路６４及び第２サンプルホールド回路６６は、それぞれ評価電気信号及び遅延干渉電気信号の最大強度を保持するのが良い。このため、サンプリングパルス列は、任意好適な手段により、タイミング調整がなされている。サンプリング部６０は、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号を、信号処理部７０に送る。

この評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号の強度は、それぞれ、評価光信号及び遅延干渉光信号の光強度に対応する。従って、以下の説明では、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号の強度を、評価光信号及び遅延干渉光信号の光強度と表現することもある。

信号処理部７０は、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号を用いて、光信号の品質評価を行う。なお、信号処理部が、ディジタル信号を処理する構成である場合は、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号は、信号処理部に入力される前あるいは、入力されるときに、Ａ／Ｄ変換される。ここでは、信号処理部７０内に、Ａ／Ｄ変換器７２及び７４が設けられる構成例を示している。

信号処理部７０は、例えば、ＣＰＵ８２、ＲＡＭ８４及びＲＯＭ８６と、出力手段９０とを備えて構成される。ＣＰＵ８２がＲＯＭ８６に格納されているプログラムを読出して、実行することにより、各機能手段が実現される。機能手段として、例えば、相関取得手段と、ＳＰＭ評価手段、ＯＳＮＲ評価手段及びＸＰＭ評価手段などの評価手段がある。これら各機能手段の詳細については後述する。

また、ＲＡＭ８４には、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号の強度や、各機能手段の処理結果を読出及び書換自在に格納される。また、各機能手段による処理結果は、出力手段９０により出力される。この出力手段９０は、液晶ディスプレイなどの表示手段、プリンタなどの印刷手段、及び、ネットワークインタフェースなどの送信手段とすることができる。

この評価装置１０の各構成要素については、当業者であれば、任意好適な従来周知の技術を用いて実現できるので、ここでは各構成要素の詳細な説明を省略する。また、ここでは、信号処理部７０が、相関取得手段、ＳＰＭ評価手段、ＯＳＮＲ評価手段及びＸＰＭ評価手段などの評価手段を備える例を説明したが、これに限定されない。光信号の品質評価を、相関図を用いてオペレータが行う場合は、相関取得手段を具えていればよく、各評価手段を具えなくても良い。

（光信号品質評価方法）
図３及び図４を参照して、光信号品質評価方法を説明する。図３（Ａ）は、評価光信号の強度及び位相を示し、図３（Ｂ）は干渉強度Ｐｉを示す、いずれも模式図である。また、図４は、第１期間Ｔ_ｋと第２期間Ｔ_ｋ＋１の評価光信号の強度の和と、第１期間及び第２期間の評価光信号の干渉強度との相関を示す図である。図４では、横軸に干渉強度Ｐｉを取り、縦軸に第１強度Ｐ_ｋ及び第２強度Ｐ_ｋ＋１の和をそれぞれ任意単位（ａ．ｕ．）で取って示している。以下の説明では、第１強度Ｐ_ｋ及び第２強度Ｐ_ｋ＋１の和と、干渉強度Ｐｉで定まる相関図における点を相関点と称することもある。

信号処理部７０は、長さが１［ｂａｕｄ］時間の、隣接する第１期間Ｔ_ｋ及び第２期間Ｔ_ｋ＋１の光強度を用いて、評価を行う。

このために、信号処理部７０の相関取得手段は、第１期間Ｔ_ｋの評価光信号の光強度として第１強度Ｐ_ｋ、第２期間Ｔ_ｋ＋１の評価光信号の光強度として第２強度Ｐ_ｋ＋１を得る。また、第１期間Ｔ_ｋ及び第２期間Ｔ_ｋ＋１の評価光信号が干渉して得られる、遅延干渉光信号の光強度として干渉強度Ｐｉを得る。

相関取得手段は、この干渉強度Ｐｉと、第１強度Ｐ_ｋ及び第２強度Ｐ_ｋ＋１の和との相関図を、出力手段９０を経て、オペレータ等に通知する。

第１期間Ｔ_ｋ及び第２期間Ｔ_ｋ＋１の評価光信号の振幅である第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がともにＬの場合、評価光信号の信号空間配置図のＩ軸に対する角度（位相）は、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°のいずれかとなる。これらの位相は、それぞれ信号空間配置図でのＬ２２、Ｌ３２、Ｌ３３及びＬ２３に対応する（図１参照）。この場合、第１期間Ｔ_ｋ及び第２期間Ｔ_ｋ＋１の評価光信号の位相差は、Ｌ２２−Ｌ２２の場合に０°、Ｌ２２−Ｌ２３又はＬ２２−Ｌ３２の場合に９０°、及び、Ｌ２２−Ｌ３３の場合に１８０°となる。すなわち、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がともにＬの場合（Ｌ−Ｌ）、干渉強度Ｐｉは、３値のいずれかとなる。同様に、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がともにＨの場合（Ｈ−Ｈ）、干渉強度Ｐｉは、３値のいずれかとなる。

なお、第１期間Ｔ_ｋ及び第２期間Ｔ_ｋ＋１の信号点がそれぞれＬ２２及びＬ３３のとき、Ｌ２２−Ｌ３３と表現している。ここでは、第１期間Ｔ_ｋの信号点がＬ２２、Ｈ１１及びＭ１２の場合を一例として説明するが、第１期間Ｔ_ｋの信号点を他の点としても同様である。

第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１の一方がＬで、他方がＭの場合（Ｍ−Ｌ）、両者の位相差は、Ｌ２２−Ｍ１２又はＬ２２−Ｍ２１の場合に４５°−θ、Ｌ２２−Ｍ３１又はＬ２２−Ｍ１３の場合に４５°＋θ、Ｌ２２−Ｍ４２又はＬ２２−Ｍ２４の場合に１３５°−θ、及び、Ｌ２２−Ｍ４３又はＬ２２−Ｍ３４の場合に１３５°＋θとなる。従って、干渉強度Ｐｉは４値のいずれかとなる。同様に、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１の一方がＨで、他方がＭの場合（Ｈ−Ｍ）、干渉強度は４値のいずれかとなる。

第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がともにＭの場合（Ｍ−Ｍ）と、一方がＬ，他方がＨの場合（Ｈ−Ｌ）、第１強度及び第２強度の和Ｐ_ｋ＋Ｐ_ｋ＋１は等しい。

第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がともにＭの場合、両者の位相差は、Ｍ１２−Ｍ１２の場合に０°、Ｍ１２−Ｍ１３の場合に２×θ、Ｍ１２−Ｍ２１の場合に９０°−２×θ、Ｍ１２−Ｍ３１又はＭ１２−Ｍ２４の場合に９０°、Ｍ１２−Ｍ３４の場合に９０°＋２×θ、Ｍ１２−Ｍ４２の場合に１８０°−２×θ、及び、Ｍ１２−Ｍ４３の場合に１８０°となる。また、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１の光強度の一方がＬで、他方がＨの場合は、Ｌ２２−Ｈ１１の場合に０°、Ｌ２２−Ｈ１４又はＬ２２−Ｈ４１の場合に９０°、及び、Ｌ２２−Ｈ４４の場合に１８０°となる。すなわち、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がともにＭの場合と、一方がＬ、他方がＨの場合は、干渉強度Ｐｉは７値のいずれかとなる。

評価光信号の、強度や位相に劣化が生じると、この相関図において、相関点が所定の位置からずれ、その分布が広がっていく。

（ＸＰＭについての評価）
先ず、図５〜７を参照して、相互位相変調（ＸＰＭ：ｃｒｏｓｓ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）による影響を説明する。図５に信号空間配置図を示し、図６に相関図を示し、図７に度数分布を示す。ＸＰＭは、他の光信号による屈折率変化により位相がシフトする現象である。例えば、ＷＤＭ信号における隣接波長チャネルにより影響を受ける。隣接波長チャネルの強度により影響が異なり、信号空間配置図では、同心円状に各信号点の分布が広がる。図５では、図５（Ａ）〜（Ｄ）の順に、ＸＰＭの影響が強い場合を示している。また、図６（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、図５（Ａ）〜（Ｄ）の信号空間配置図に対応する相関図である。ＸＰＭは、主に位相に影響を与え、強度に与える影響は小さい。このため、第１強度Ｐ_ｋ及び第２強度Ｐ_ｋ＋１の和には影響が見られず、相関点の分布の縦方向の広がりは小さい。しかし、遅延干渉の際には、位相シフトの影響を受けるため、干渉強度Ｐｉが大きくばらつく。この結果、相関点の分布は水平方向に広がる。

なお、干渉強度Ｐｉの変動は、位相差に対して余弦状に変動する。このため、干渉させる２つの光信号の位相差が０°や１８０°の時は位相シフトの影響が小さく、位相差が９０°のときに位相シフトの影響が最も大きくなる。従って、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がともにＨの場合の中央の点に注目すると、横方向の広がりが大きければ、ＸＰＭの影響を大きく受けていることが容易にわかる。

この影響を定量的に評価するためには、例えば、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がともにＨの場合の相関点の度数分布を用いることができる。この場合、信号処理部７０が、評価手段としてＸＰＭ評価手段を備えるのが良い。

図６（Ａ）〜（Ｃ）のそれぞれについて、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がともにＨの相関点として、Ｐ_ｋ＋Ｐ_ｋ＋１が０．９〜１．１である範囲で抽出した相関点の度数分布を図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図７（Ａ）〜（Ｃ）は横軸に干渉強度Ｐｉを任意単位（ａ．ｕ．）で取って示し、縦軸には、相関点の密度を任意単位（ａ．ｕ．）で取って示している。ＸＰＭ評価手段は、例えば、位相シフトの影響が最も大きい干渉強度Ｐｉが０．５付近の度数分布の標準偏差σを演算する。この標準偏差σから、ＸＰＭの影響が定量的に評価される。

（ＯＳＮＲについての評価）
次に、図８及び図９を参照して、光信号の強度が揺らぐなどしてＯＳＮＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が劣化した場合について説明する。図８に信号空間配置図を示し、図９に相関図を示す。図８では、図８（Ａ）〜（Ｃ）の順に、ＯＳＮＲの劣化の度合いが大きい場合を示している。また、図９（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、図８（Ａ）〜（Ｃ）の信号空間配置図に対応する相関図である。図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ＯＳＮＲが劣化した場合、信号空間配置図では、各点が等方向に広がる。この場合、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、相関図では、原点を通る直線に沿って点が広がる。このため、この原点を通る直線に沿った点の広がりが大きければ、ＯＳＮＲの劣化の程度が大きいことがわかる。

この評価を定量的に行うには、ＸＰＭの時と同様に、度数分布を用いることができる。この場合、信号処理部７０が、評価手段としてＯＳＮＲ評価手段を備えるのが良い。ＯＳＮＲ評価手段は、例えば、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１が共にＨの場合の評価点を抽出し、位相差が０°、９０°、１８０°のそれぞれに対して、Ｐｉ＝０、Ｐ_ｋ＋Ｐ_ｋ＋１＝２×Ｐｉ、Ｐ_ｋ＋Ｐ_ｋ＋１＝Ｐｉの直線に沿って度数分布を作成し、その標準偏差σを演算する。この標準偏差σから、ＯＳＮＲの影響が定量的に評価される。

（ＳＰＭについての評価）
次に、図１０〜１２を参照して、自己位相変調（ＳＰＭ：Ｓｅｌｆ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により劣化した場合について説明する。

図１０は、信号空間配置図におけるＳＰＭの影響を説明するための模式図である。図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、信号空間配置図であり、図１０（Ｃ）及び（Ｄ）は、それぞれ、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に対応する相関図である。また、図１１は、信号空間配置図におけるＳＰＭの影響を示す模式図である。また、図１２は、相関図におけるＳＰＭの影響を示す模式図である。図１１では、図１１（Ａ）〜（Ｅ）の順に、ＳＰＭの劣化の度合いが大きい場合を示している。また、図１２（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ、図１１（Ａ）〜（Ｅ）の信号空間配置図に対応する相関図である。

ＳＰＭは、自己のパルス強度により影響を受ける。このため、信号強度の大きい光信号ほど、その影響を大きく受ける。すなわち、信号空間配置図における外側の点が回転することになる。

この場合、振幅の等しい光信号同士を干渉させた場合は、位相関係を保つため、干渉強度Ｐｉは変化せず、相関点の位置は変動しない。これに対し、振幅が異なる場合は、位相関係が変化するため、干渉強度Ｐｉは変化する。この結果、相関点の位置が変動する。

第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１の一方がＨで、他方がＭの場合、ＳＰＭが生じていなければ、両者の位相差は、４５°−θ、４５°＋θ、１３５°−θ、及び、１３５°＋θのいずれかとなるので、干渉強度は４値のいずれかとなる。

Ｈ１１−Ｍ１２又はＨ１１−Ｍ２１の場合、相関図のＨ−Ｍの相関点のうち、一番右の点となり、Ｈ１１−Ｍ１３又はＨ１１−Ｍ３１の場合が右から２番目の点、Ｈ１１−Ｍ２４又はＨ１１−Ｍ４２の場合、右から３番目の点、Ｈ１１−Ｍ３４又はＨ１１−Ｍ４３の場合、右から４番目の点、すなわち一番左の点となる。

ＳＰＭにより、Ｈ１１の位置が同心円上で例えば、時計回りに移動すると、Ｈ１１−Ｍ１２の位相差は小さくなり、Ｈ１１−Ｍ２１の位相差は大きくなる。

Ｈ１１−Ｍ１２の位相差が小さくなると、干渉強度が大きくなる。この結果、相関点は右方向に移動する。一方、Ｈ１１−Ｍ２１の位相差が大きくなるので、干渉強度が小さくなる。この結果、相関点は左方向に移動する。このように、ＳＰＭにより、相関点の分布が２つに分離する。このため、ＳＰＭが無い場合に４つの分布であったものが、ＳＰＭにより８つの分布となる。従って、この相関点の分布により、ＳＰＭを評価することができる。なお、位相差と強度の関数は、余弦的に変化するため、位相差が０°付近、又は、１８０°付近ではその変動が小さくなる。このため、ここでは、位相差が９０°付近、すなわち、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がＨとＭであり、干渉強度が中央に近い点に注目する。なお、第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がともにＬの場合やＨの場合は、ＳＰＭの影響を同じように受けるため、位相差は変化しない。

Ｈ１１が時計回りに移動すると、Ｈ１１−Ｍ１３とＨ１１−Ｍ３１が２点に分離し、Ｈ１１−Ｍ３１が右方向に移動する。また、Ｈ１１−Ｍ２４とＨ１１−Ｍ４２が２点に分離し、Ｈ１１−Ｍ２４が左方向に移動する。

従って、Ｈ１１−Ｍ３１と、Ｈ１１−Ｍ２４の間隔が狭くなるほど、ＳＰＭの影響が大きいと評価できる。

この評価を定量的に行うには、ＸＰＭの時と同様に、度数分布を用いればよい。この場合、信号処理部７０が、評価手段としてＳＰＭ評価手段を備えるのが良い。

第１振幅Ｅ_ｋ及び第２振幅Ｅ_ｋ＋１がＨとＭの相関点として、Ｐ_ｋ＋Ｐ_ｋ＋１が０．７〜０．９の範囲で抽出した相関点の度数分布を作成し、ピークの数が５以上であれば、ＳＰＭの影響があることがわかり、中央付近の２つのピークの間隔により、ＳＰＭの影響を定量的に評価することができる。

（第２実施形態）
図１３を参照して、光信号品質評価装置の他の実施形態について説明する。図１３は、光信号品質評価装置の他の実施形態を説明するための模式図である。なお、図２を参照して説明した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、重複する説明を省略することもある。

遅延干渉光信号生成部３１は、第１〜３の光分岐器３３、４５及び４７、遅延器４４、及び、光結合器４９を備えて構成される。第１光分岐器３３は、評価光信号を２分岐し、一方を遅延器４４に送る、他方を第３光分岐器４７に送る。遅延器４４は、一方の評価光信号を、他方の評価光信号に対して、１［ｂａｕｄ］時間の遅延を与えて、遅延信号を生成する。この遅延信号は、第２光分岐器４５に送られる。

第２光分岐器４５は、遅延器４４から受け取った遅延信号を第１の評価光信号と第１サブ光信号とに２分岐する。第１の評価光信号は、光電変換部５１に送られ、第１サブ光信号は、光結合器４９に送られる。

第３光分岐器４７は、他方の評価光信号を第２の評価光信号と第２サブ光信号とに２分岐する。第２の評価光信号は、光電変換部５１に送られ、第２サブ光信号は光結合器４９に送られる。

光結合器４９は、第１サブ光信号と第２サブ光信号を結合して、遅延干渉光信号を生成する。この遅延干渉光信号は、光電変換部５１に送られる。

光電変換部５１は、第１〜第３のＯ／Ｅ５２、５４及び５６を備えて構成される。第１Ｏ／Ｅ５２は、第１評価光信号から第１評価電気信号を生成する。第２Ｏ／Ｅ５４は、遅延干渉光信号から遅延干渉電気信号を生成する。第３のＯ／Ｅ５６は第２評価光信号から第２評価電気信号を生成する。これら、第１評価電気信号、遅延干渉電気信号及び第２評価電気信号は、サンプリング部６１に送られる。

サンプリング部６１は、サンプリングパルス生成回路６２と、第１〜３のサンプルホールド回路６４、６６及び６８を備える。

サンプリングパルス生成回路６２は、第１評価電気信号から１［ｂａｕｄ］時間間隔のサンプリングパルス列を生成する。第１サンプルホールド回路６４は、サンプリングパルス列に同期して、第１評価電気信号の強度を１［ｂａｕｄ］時間保持し、第１評価サンプリング信号を生成する。第２サンプルホールド回路６６は、サンプリングパルス列に同期して、遅延干渉電気信号の強度を１［ｂａｕｄ］時間保持し、遅延干渉サンプリング信号を生成する。第３サンプルホールド回路６８は、サンプリングパルス列に同期して、第２評価電気信号の強度を、１［ｂａｕｄ］時間保持して、第２評価サンプリング信号を生成する。第１評価サンプリング信号、遅延干渉サンプリング信号及び第２評価サンプリング信号は、信号処理部７１に送られる。

信号処理部７１は、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号を用いて、光信号の品質評価を行う。なお、信号処理部が、ディジタル信号を処理する構成である場合は、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号は、信号処理部７１に入力される前あるいは、入力されるときに、Ａ／Ｄ変換される。ここでは、信号処理部７１内に、Ａ／Ｄ変換器７２、７４及び７６が設けられる構成例を示している。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。

この構成によれば、第１評価光信号は、第２評価光信号に対して１［ｂａｕｄ］時間の遅延を受けている。このため、第１強度Ｐ_ｋ，第２強度Ｐ_ｋ＋１、及び干渉強度Ｐｉを同じサンプリングパルスにより取得することができる。すなわち、第１評価光信号から、第１強度Ｐ_ｋを取得し、同時に、第２評価光信号から第２強度Ｐ_ｋ＋１を取得することができる。

上述の第１実施形態では、時間的に連続する第１期間Ｔ_ｋと第２期間Ｔ_ｋ＋１の強度が必要になるため、評価サンプリング信号の強度を、複数の期間にわたって保持する必要がある。これに対し、この実施形態では、保持する必要がなくなる。

ここでは、１６値のＱＡＭ信号を評価する例を説明したが、これに限定されない。例えば、ＸＰＭ及びＯＳＮＲについては、ＱＰＳＫ信号など、搬送波の位相にのみ情報が含まれ、包絡線強度に情報を含まない信号に対しても評価することができる。

１０、１１ 光信号品質評価装置（評価装置）
２０ 波長フィルタ
３０、３１ 遅延干渉光信号生成部
３２ 光分岐部
４０ 遅延干渉計
３３、４２、４５、４７ 光分岐器
４４ 遅延器
４６、４９ 光結合器
５０、５１ 光電変換部
５２ 第１光電変換器（Ｏ／Ｅ）
５４ 第２光電変換器（Ｏ／Ｅ）
５６ 第３光電変換器（Ｏ／Ｅ）
６０、６１ サンプリング部
６２ サンプリングパルス生成回路
６４ 第１サンプルホールド回路
６６ 第２サンプルホールド回路
６８ 第３サンプルホールド回路
７０、７１ 信号処理部
７２、７４，７６ Ａ／Ｄ変換器
８２ ＣＰＵ
８４ ＲＡＭ
８６ ＲＯＭ
９０ 出力手段

Claims (9)

1. 評価光信号に対して、１［ｂａｕｄ］時間の遅延干渉を行うことにより、遅延干渉光信号を生成する遅延干渉光信号生成部と、
   前記評価光信号及び前記遅延干渉光信号を、電気信号に変換することにより、評価電気信号及び遅延干渉電気信号を生成する光電変換部と、
   前記評価電気信号及び前記遅延干渉電気信号を、１［ｂａｕｄ］時間間隔でサンプリングすることにより、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号を生成するサンプリング部と
   を備えることを特徴とする光信号品質評価装置。
2. さらに、
   長さが１［ｂａｕｄ］時間の、隣接する第１期間及び第２期間について、前記評価サンプリング信号から得られる、前記第１期間の前記評価光信号の第１強度、及び、前記第２期間の前記評価光信号の第２強度の和と、前記遅延干渉サンプリング信号から得られる、前記第１期間及び前記第２期間の前記評価光信号の干渉強度との相関を取得する信号処理部
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号品質評価装置。
3. 前記遅延干渉光信号生成部は、光分岐器及び遅延干渉計を備え
   前記光分岐器は、前記評価光信号を２分岐し、一方を前記光電変換部に送り、他方を前記遅延干渉計に送り、
   前記遅延干渉計は、前記他方の評価光信号をさらに２分岐し、一方を１［ｂａｕｄ］時間遅延させた後干渉させて、前記遅延干渉光信号を生成し、
   前記光電変換部は、
   前記評価光信号から前記評価電気信号を生成する第１光電変換器と、
   前記遅延干渉光信号から前記遅延干渉電気信号を生成する第２光電変換器と、
   を備え、
   前記サンプリング部は、
   前記評価電気信号から１［ｂａｕｄ］時間間隔のサンプリングパルス列を生成するサンプリングパルス生成回路と、
   前記サンプリングパルス列に同期して、前記評価電気信号の強度を１［ｂａｕｄ］時間保持し、前記評価サンプリング信号を生成する第１サンプルホールド回路と、
   前記サンプリングパルス列に同期して、前記遅延干渉電気信号の強度を１［ｂａｕｄ］時間保持し、前記遅延干渉サンプリング信号を生成する第２サンプルホールド回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号品質評価装置。
4. さらに信号処理部を備え、
   前記遅延干渉光信号生成部は、第１〜３光分岐器、遅延器、及び、光結合器を備え、
   前記第１光分岐器は、前記評価光信号を２分岐し、一方を前記遅延器に送り、他方を前記第２光分岐器に送り、
   前記遅延器は、前記一方の評価光信号に、前記他方の評価光信号に対して、前記１［ｂａｕｄ］時間の遅延を与えて、遅延信号を生成して前記第２光分岐器に送り、
   前記第２光分岐器は、前記遅延信号を第１の評価光信号と第１サブ光信号とに２分岐して、前記第１の評価光信号を前記光電変換部に送り、前記第１サブ光信号を前記光結合器に送り、
   前記第３光分岐器は、前記他方の評価光信号を第２の評価光信号と第２サブ光信号とに２分岐して、前記第２の評価光信号を前記光電変換部に送り、前記第２サブ光信号を前記光結合器に送り、
   前記光結合器は、前記第１サブ光信号と前記第２サブ光信号を結合して、前記遅延干渉光信号を生成し、
   前記光電変換部は、
   前記第１評価光信号から第１評価電気信号を生成する第１光電変換器と、
   前記遅延干渉光信号から遅延干渉電気信号を生成する第２光電変換器と、
   前記第２評価光信号から第２評価電気信号を生成する第３光電変換器と、
   を備え、
   前記サンプリング部は、
   前記第１評価電気信号から１［ｂａｕｄ］時間間隔のサンプリングパルス列を生成するサンプリングパルス生成回路と、
   前記サンプリングパルス列に同期して、前記第１評価電気信号の強度を１［ｂａｕｄ］時間保持し、第１評価サンプリング信号を生成する第１サンプルホールド回路と、
   前記サンプリングパルス列に同期して、前記遅延干渉電気信号の強度を１［ｂａｕｄ］時間保持し、遅延干渉サンプリング信号を生成する第２サンプルホールド回路と、
   前記サンプリングパルス列に同期して、前記第２評価電気信号の強度を１［ｂａｕｄ］時間保持し、第２評価サンプリング信号を生成する第３サンプルホールド回路と、
   を備え、
   前記信号処理部は、長さが１［ｂａｕｄ］時間の、隣接する第１期間及び第２期間について、前記第１評価サンプリング信号から得られる前記第１期間の前記評価光信号の第１強度、及び、前記第２評価サンプリング信号から得られる前記第２期間の前記評価光信号の第２強度の和と、前記遅延干渉サンプリング信号から得られる、前記第１期間及び前記第２期間の前記評価光信号の干渉強度との相関を取得する信号処理部
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号品質評価装置。
5. 評価光信号に対して、１［ｂａｕｄ］時間の遅延干渉を行うことにより、遅延干渉光信号を生成する過程と、
   前記評価光信号及び前記遅延干渉光信号を、電気信号に変換することにより、評価電気信号及び遅延干渉電気信号を生成する過程と、
   前記評価電気信号及び前記遅延干渉電気信号を、１［ｂａｕｄ］時間間隔でサンプリングすることにより、評価サンプリング信号及び遅延干渉サンプリング信号を生成する過程と
   を備えることを特徴とする光信号品質評価方法。
6. さらに、
   長さが１［ｂａｕｄ］時間の、隣接する第１期間及び第２期間について、前記評価サンプリング信号から得られる、前記第１期間の前記評価光信号の第１強度、及び、前記第２期間の前記評価光信号の第２強度の和と、前記遅延干渉サンプリング信号から得られる、前記第１期間及び前記第２期間の前記評価光信号の干渉強度との相関を取得する過程
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の光信号品質評価方法。
7. 前記干渉強度を横軸とし、前記第１強度及び第２強度の和を縦軸とする相関図において、前記第１強度及び第２強度が所定の範囲内である場合の、前記干渉強度の分布を用いて、相互位相変調の評価を行う過程
   を備えることを特徴とする請求項６に記載の光信号品質評価方法。
8. 前記干渉強度を横軸とし、前記第１強度及び第２強度の和を縦軸とする相関図において、原点を通る直線に沿った、前記干渉強度と、前記第１強度及び第２強度の和とで定められる相関点の分布を用いて、光強度劣化の評価を行う過程
   を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の光信号品質評価方法。
9. 前記干渉強度を横軸とし、前記第１強度及び第２強度の和を縦軸とする相関図において、前記第１強度及び第２強度の和が所定の範囲内であり、前記第１強度及び第２強度が異なる場合の前記干渉強度の分布を用いて、自己位相変調の評価を行う過程
   を備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の光信号品質評価方法。

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