JP2016143975A

JP2016143975A - 光信号品質モニタ装置、光信号品質モニタ方法、及び光中継器

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Publication number: JP2016143975A
Application number: JP2015017316A
Authority: JP
Inventors: 祥一朗小田; Shoichiro Oda; 泰彦青木; Yasuhiko Aoki
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-08
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: US9917639B2; US20160226580A1; JP6439467B2

Abstract

【課題】広い範囲にわたって光信号対雑音比を精度良く測定する。
【解決手段】光信号品質モニタ装置は、信号光強度とノイズ強度と光信号対雑音比との関係を表わす関係式と、前記関係式で用いられる校正係数を複数保持する保持部と、入力光の光電力と前記入力光中のノイズ電力を測定する測定部と、測定された前記光電力と前記ノイズ電力に基づき、前記関係式および前記複数の校正係数を用いて複数の光信号対雑音比を算出する演算部と、算出された前記複数の光信号対雑音比の大小関係に基づいて、前記複数の光信号対雑音比の中からひとつの光信号対雑音比を選択して出力する判断部と
を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光信号品質のモニタ技術に関する。

波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）信号を伝送する光伝送ネットワークでは、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio）を監視し、一定値以上のＯＳＮＲが得られるように光ネットワーク上に配置される光デバイスを制御している。また、ＯＳＮＲをモニタすることで、光伝送路や光伝送装置の異常や故障を検出することができる。次世代光ネットワークでは、光信号の波長や方路をよりダイナミックに変えることが予想され、光信号品質のモニタリングに対する要請はさらに高まると考えられる。

ＯＳＮＲのモニタ方法として、入力受信された信号光を２つのパスに分岐し、一方のパスで光電力を測定し、他方のパスでノイズ電力Ｎ_beatを測定し、信号光電力Ｐ_sigを求めて式（１）からＯＳＮＲを算出する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

ここで、Ｒは測定分解能、Ｂ_０は光信号の帯域幅、Ａは定数である。

米国特許第６４３３８６４号

発明者らは、信号電力とノイズ電力とＯＳＮＲの関係を表わす関係式で定数あるいは定数セットを固定的に用いてＯＳＮＲを算出すると、モニタ範囲によっては得られたＯＳＮＲと実際のＯＳＮＲとの間にエラーが生じることを見出した。

そこで、広いＯＳＮＲのモニタ範囲にわたって精度よくＯＳＮＲをモニタする技術を提供することを課題とする。

ひとつの態様では、光信号品質モニタ装置は、
信号光強度とノイズ強度と光信号対雑音比との関係を表わす関係式と、前記関係式で用いられる校正係数を複数保持する保持部と、
入力光の光電力と前記入力光中のノイズ電力を測定する測定部と、
測定された前記光電力と前記ノイズ電力に基づき、前記関係式および前記複数の校正係数を用いて、複数の光信号対雑音比を算出する演算部と、
算出された前記複数の光信号対雑音比の大小関係に基づいて、前記複数の光信号対雑音比の中からひとつの光信号対雑音比を選択して出力する判断部と、
を有する。

広いＯＳＮＲのモニタ範囲にわたって精度よくＯＳＮＲをモニタすることができる。

従来のＯＳＮＲモニタ方法で生じる課題を説明する図である。従来のＯＳＮＲモニタ方法で生じる課題を説明する図である。実施形態が適用されるＯＳＮＲモニタ装置の概略ブロック図である。図３の装置のＯＳＮＲモニタ制御部の概略ブロック図である。複数の校正係数セットと、各領域でのＯＳＮＲ大小関係を取得するフローチャートである。複数のＯＳＮＲ値の中で最も小さい値を最も適切なＯＳＮＲ値とする最適化の例を示す図である。複数のＯＳＮＲ値の中で最も大きい値を最も適切なＯＳＮＲ値とする最適化の例を示す図である。図６または図７の大小関係テーブルを取得するフローチャートである。大小関係テーブルに領域情報を付加する例を示す図である。図９の大小関係テーブルを取得するフローチャートである。実施形態のＯＳＮＲモニタ方法を示すフローチャートである。実施形態のＯＳＮＲモニタリングの効果を示す図である。実施形態のＯＳＮＲモニタ装置が適用される光中継装器の例を示す図である。ＯＳＮＲモニタ結果の利用例を示す図である。ＯＳＮＲモニタ装置の変形例１である。ＯＳＮＲモニタ装置の変形例２である。ＯＳＮＲモニタ装置の変形例３である。

実施形態を説明する前に、図１及び２を参照して、発明者らが見出した技術的課題を説明する。光信号電力（Ｐ_sig）とノイズ電力（Ｎ_beat）とＯＳＮＲの関係を表わす式、たとえば式（１）からＯＳＮＲを求める場合、定数Ａを適切に決めることが望まれる。ＯＳＮＲを広範囲にわたって精度よく測定するには、多様なＰ_sigとＮ_beatの組み合わせについて最適な定数Ａを取得することが望ましい。しかしながら、測定工程（コスト）が増大するという問題が生じるため、Ｐ_sigをある一定の範囲に絞ってひとつの定数Ａを決定して用いる。この場合に大きなモニタエラーが生じる。

図１と図２は、ＯＳＮＲモニタエラーを示す図である。通常のＯＳＮＲモニタ装置で得られるモニタ値が実際のＯＳＮＲと一致するかを調べるために、図１（Ａ）の試験装置を組み立てる。送信器から出力された光信号を雑音負荷部に入力して所望のＯＳＮＲに調節した後、光信号をＯＳＮＲモニタと光スペクトルアナライザに入力する。光スペクトルアナライザから得られるＯＳＮＲは実際のＯＳＮＲである。このＯＳＮＲを「参照（reference）ＯＳＮＲ」と称する。他方、ＯＳＮＲモニタから出力されるのは、ノイズ電力と光電力の測定値を用いて式（１）から計算されたＯＳＮＲである。この計算されたＯＳＮＲを「モニタＯＳＮＲ」と称する。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の試験装置で得られた参照ＯＳＮＲとモニタＯＳＮＲから、モニタエラーをプロットした図である。モニタエラーは、参照ＯＳＮＲと計算されたモニタＯＳＮＲの差で表される。たとえば、±０．５ｄＢを許容エラーとすると、参照ＯＳＮＲが１０〜１５ｄＢの領域と、２５〜３０ｄＢの領域で、大きなモニタエラーが生じていることがわかる。

図２は、定数Ａの決定を説明する図である。たとえば、図２（Ａ）のようなＯＳＮＲモニタ制御部１２０を構成して、式（１）で用いる定数Ａを取得し保持する。具体的には、ノイズ電力比較判定部１２１で、ノイズ電力の測定値Ｎ_beat[dBm]と、ノイズ電力計算部１２２で式（１）から計算されるＮ_beatが一致する定数Ａを決定し、出力する。別の言い方をすれば、モニタＯＳＮＲと参照ＯＳＮＲが一致する定数Ａを出力する。モニタＯＳＮＲと参照ＯＳＮＲを一致させるという点で、定数Ａを「校正係数Ａ」と呼んでもよい。校正係数Ａを校正係数／関係式保持部１２３に保持し、実際のＯＳＮＲモニタ時に読み出して用いることで、ＯＳＮＲモニタの精度向上を試みる。

図２（Ｂ）は、式（１）による校正係数Ａのフィッティングを示す。丸印は、ノイズ電力の測定値、三角印は参照ＯＳＮＲとフィッテングで得られた校正係数Ａを用いて計算されたノイズ計算値である。この例では、ＯＳＮＲが１０〜２０ｄＢの範囲で非常によくフィットしているが、２０ｄＢを超える範囲では、測定されるノイズ電力と、式（１）から計算されるノイズ電力がかい離することがわかる。ノイズ電力とＯＳＮＲの間には相関関係があることから、２０ｄＢを超える領域で別の校正係数Ａを設定して保持することでＯＳＮＲを精度よく算出できるという着想にいたる。

通常の光伝送装置では、光スペクトルアナライザを用いずに、ＯＳＮＲモニタによるＯＳＮＲ測定を行っている。光信号に含まれる光ノイズレベルを正確に測定できる光スペクトルアナライザはコストが高く装置が大型化するからである。ＯＳＮＲモニタの場合、すべての信号光電力Ｐ_sigとノイズ電力Ｎ_beatの組み合わせについてＯＳＮＲを測定し、Ｐ_sigとＮ_beatとＯＳＮＲの関係を表わす式と校正係数Ａを算出すると、測定工数(コスト)が増大する。これに対し、図２（Ｂ）の見地から、ＯＳＮＲのモニタ範囲を複数の領域に分け、領域ごとに最適な校正係数を用いることで、簡易な方法で広いＯＳＮＲモニタ範囲にわたって精度よくＯＳＮＲを算出することができる。これが実施形態の原理である。

図３は、実施形態のＯＳＮＲモニタ装置１０の概略ブロック図である。ＯＳＮＲモニタ装置１０は、フォトディテクタ１１と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２と、光電力モニタ１３と、ＯＳＮＲモニタ制御部２０を有する。フォトディテクタ１１は、受信した信号光を電流に変換する。出力された電流は２つのパスに分岐され、ＢＰＦ１２と光電力モニタ１３に入力される。ＢＰＦ１２は、詳細な構成は図示しないが、たとえば入力された電気信号にローパスフィルタ（ＬＰＦ）で帯域制限をかけ、直流成分を除去して交流成分（ノイズ電力）を出力する。ＢＰＦ１２の出力を「ＢＰＦ通過電力」または「Ｐ_BPF」とする。光電力モニタ１３は、フォトディテクタ１１で検出された信号の電力を出力する。この電力値を「Ｐ_TOTAL」とする。説明を簡便にするため、Ｐ_TOTALから交流成分を差し引いた信号を所望信号電力「Ｐ_DC」とする。

ＯＳＮＲモニタ制御部２０は、入力されたＰ_BPFとＰ_DCから、式（２）によりＯＳＮＲを算出する。

ここで、Ｃ_noiseはＡＳＥ以外の一定のバックグラウンドノイズ、Ｃ_BPFはＢＰＦ通過電力を算出する際の校正係数、Ｃ_LPFは光電力モニタ１３における校正係数、γは定数である。式（２）には４つの校正係数（Ｃ_noise，Ｃ_BPF，Ｃ_LPF，γ）が含まれている。ＯＳＮＲモニタ制御部２０はこの校正係数セットを複数セット保持している。校正係数セットの取得については、後述する。

図４は、ＯＳＮＲモニタ制御部２０の構成例を示す。ＯＳＮＲモニタ制御部２０は、ＯＳＮＲ決定部２１と、校正係数／関係式保持部２４と、モニタＯＳＮＲ大小関係テーブル２５（以下、「大小関係テーブル２５」と略称する）を有する。ＯＳＮＲ決定部２１は、ＯＳＮＲ演算部２２と、校正係数決定部２３を有する。ＯＳＮＲ演算部２２は、光電力Ｐ_TOTALとノイズ電力Ｐ_BPFに基づき、校正係数／関係式保持部２４に保持されている関係式と複数の校正係数セットを用いて、複数のＯＳＮＲを計算する。ＯＳＮＲ値校正係数判定部２３は、モニタＯＳＮＲ大小関係テーブル２５を参照して、複数のＯＳＮＲの大きさを比較して、最適な校正係数セットで計算されたＯＳＮＲを出力する。

最適な校正係数セットとは、実際のＯＳＮＲ（参照ＯＳＮＲ）と算出されたモニタＯＳＮＲの差を最小にする校正係数セットである。換言すると、ＢＰＦ１２を通過したＰ_BPFの測定値と、既知のＯＳＮＲを用いて式（２）から計算されるＢＰＦ１２の通過電力の計算値Ｐ_{BPF_cal}の差を最小にする校正係数セットである。

大小関係テーブル２５には、ＯＳＮＲモニタ範囲を複数の領域に区分して、領域ごとに複数の校正係数で算出されたＯＳＮＲの大小関係と、そこで選択すべきＯＳＮＲとが記述されている。

図５は、複数の校正係数セットと、大小関係テーブル２５の設定を示すフローチャートである。ＯＳＮＲのモニタ範囲を複数の領域に区分し、各領域でＰ_BPFとＰ_{BPF_cal}の差分（あるいは参照ＯＳＮＲとモニタＯＳＮＲの差分）を最小にする校正係数セットを取得する（Ｓ１０１）。次に、各領域で、複数の校正係数セットを用いて算出された複数のＯＳＮＲ値（たとえばＯＳＮＲ_Ａ，ＯＳＮＲ_Ｂ，ＯＳＮＲ_Ｃ）の大小関係を取得して、大小関係テーブル２５を設定する（Ｓ１０２）。各ステップの詳細については後述する。

図６及び図７は、大小関係テーブル２５の例を示す。図６の大小関係テーブルは、複数の校正係数セットＡ，Ｂ，Ｃを用いて計算されたＯＳＮＲ値（ＯＳＮＲ_Ａ，ＯＳＮＲ_Ｂ，ＯＳＮＲ_Ｃ）の中から最も小さいＯＳＮＲが選択され出力されるように最適化されている。図７の大小関係テーブルは、複数の校正係数セットＡ，Ｂ，Ｃを用いて計算されたＯＳＮＲ値（ＯＳＮＲ_Ａ，ＯＳＮＲ_Ｂ，ＯＳＮＲ_Ｃ）の中から最も大きいＯＳＮＲが選択され出力されるように最適化されている。

図６（Ａ）は、複数の領域I、II、IIIに区分されたＯＳＮＲのモニタ範囲と、複数の校正係数セットで式（２）から計算されるＢＰＦ通過電力値（Ｐ_BPF）の関係を示す。破線はＢＰＦ通過電力の測定値である。領域Iでは、校正係数セットＡを用いて計算されたＢＰＦ通過電力値が最も測定値とフィットする。領域IIでは、校正係数セットＢを用いて計算されたＢＰＦ通過電力値が最も測定値とフィットする。領域IIIでは、校正係数セットＣを用いて計算されたＢＰＦ通過電力値が最も測定値とフィットする。

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の関係を参照ＯＳＮＲとモニタＯＳＮＲの関係に置き換えた図である。図中の破線は、参照ＯＳＮＲとモニタＯＳＮＲが一致する線である。図６（Ａ）と同様に、領域Iでは、校正係数セットＡを用いて計算されたモニタＯＳＮＲ_Ａが最も参照ＯＳＮＲと近似し、領域IIでは、校正係数セットＢを用いて計算されたＯＳＮＲ_Ｂが最も参照ＯＳＮＲと近似し、領域IIIでは、校正係数セットＣを用いて計算されたＯＳＮＲ_Ｃが最も参照ＯＳＮＲと近似する。

領域ごとに複数のＯＳＮＲ値を比較すると、領域Iでは、校正係数セットＡで計算されたＯＳＮＲ_Ａが最も小さく、次に、校正係数セットＢで計算されたＯＳＮＲ_Ｂが小さい。領域IIの前半（ＯＳＮＲ値が小さい方の領域）では、ＯＳＮＲ_Ｂが最も小さく、次にＯＳＮＲ_Ａが小さい。領域IIの後半（ＯＳＮＲ値が大きい方の領域）では、ＯＳＮＲ_Ｂが最も小さく、次に校正係数セットＣで計算されたＯＳＮＲ_Ｃが小さい。すべての領域で、最も小さいＯＳＮＲ値が最も良く測定値にフィットしている。

図６（Ｃ）は、上述したモニタＯＳＮＲ値の大小関係を記述した大小関係テーブル２５である。この大小関係テーブル２５は、区分された領域に関係なく、複数のモニタＯＳＮＲの中で、常に一番小さいＯＳＮＲ（太字で標記）が適切なＯＳＮＲ値として選択されるように最適化されている。この場合、モニタ制御部２０の校正係数判定部２３は、ＯＳＮＲ演算部２２によって計算された複数（たとえば３つ）のＯＳＮＲ値の大小関係を判断して大小関係テーブル２５から一致する大小関係を見つけ、選択ＯＳＮＲとして指定されているＯＳＮＲを出力する。また、選択されたＯＳＮＲ値を与える校正係数セットを選択する。

図７（Ａ）では、領域Iで、校正係数セットＡを用いて計算されたＢＰＦ通過電力値が最も破線の測定値とフィットし、領域IIで、校正係数セットＢを用いて計算されたＢＰＦ通過電力値が最も測定値とフィットし、領域IIIで、校正係数セットＣを用いて計算されたＢＰＦ通過電力値が最も測定値とフィットする。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の関係を参照ＯＳＮＲとモニタＯＳＮＲの関係に置き換えた図である。図中の破線は、参照ＯＳＮＲの実際の測定値である。図７（Ａ）と同様に、領域Iでは、校正係数セットＡを用いて計算されたモニタＯＳＮＲ_Ａが最も参照ＯＳＮＲとフィットし、領域IIでは、校正係数セットＢを用いて計算されたＯＳＮＲ_Ｂが最も参照ＯＳＮＲとフィットし、領域IIIでは、校正係数セットＣを用いて計算されたＯＳＮＲ_Ｃが最も参照ＯＳＮＲとフィットする。図６（Ｂ）と異なり、各領域で一番大きいＯＳＮＲ値が最も良く測定値にフィットしている。

図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）のモニタＯＳＮＲ値の大小関係を記述した大小関係テーブル２５である。この例では、区分された領域に関係なく、複数のモニタＯＳＮＲの中で、常に最も大きいＯＳＮＲが選択されるように最適化されている。この場合、モニタ制御部２０の校正係数判定部２３は、算出された複数（たとえば３つ）のＯＳＮＲ値の大小関係を判断し、大小関係テーブル２５から一致する大小関係を特定して、選択すべきと指定されているＯＳＮＲ値を決定する。決定されたＯＳＮＲをモニタ結果として出力し、そのＯＳＮＲを与える校正係数セットを選択する。

図６または図７の大小関係テーブル２５を有するモニタ制御部２０は、複数のモニタＯＳＮＲの計算と最適ＯＳＮＲの選択を毎回行う代わりに、所定のタイミングで行ってもよい。その場合、ＯＳＮＲ演算部２２は次の校正係数判定のタイミングまで、選択された校正係数セットを用いて、式（２）からひとつのＯＳＮＲを計算してモニタＯＳＮＲを出力するように構成されてもよい。所定のタイミングは、一定の時間間隔でもよいし、Ｐ_DCとＰ_BPFの少なくとも一方が所定値を超えて変動した場合であってもよい。

Ｐ_DCとＰ_BPFの関係が変わるとＯＳＮＲは変化するが、複数の校正係数セットを用いて計算されたＯＳＮＲ間の大小関係は変わらない。実施形態では、Ｐ_DCとＰ_BPFの変化にかかわらず、計算されたＯＳＮＲ値の大小関係だけから正しいＯＳＮＲ値と、そのときの校正係数を判断することができる。

図８は、ＯＳＮＲモニタ装置１０の運用に先立って行われる領域設定および大小関係設定を説明するフローチャートである。このうち、Ｓ２０１〜Ｓ２０４は、図５のステップＳ１０１の詳細、Ｓ２０５とＳ２０６が図５のステップＳ１０２の詳細である。まず、事前に決められたＯＳＮＲ測定範囲にわたって参照ＯＳＮＲを変化させ、入力信号の光電力Ｐ_TOTALとＢＰＦ通過電力Ｐ_BPFを測定する（Ｓ２０１）。次に、最も小さい、または最も大きいＯＳＮＲから連続して、ＢＰＦ通過電力の測定値と式（２）によるＰ_BPFの計算値の差分が所定値以内である領域を特定し、そのときの校正係数セットを算出する（Ｓ２０２）。

たとえば、図６（Ａ）の場合、最も小さいＯＳＮＲから連続して、ＰＢＦ通過電力の測定値と計算値の差分が所定値以内に維持されるのは、領域Iである。ＰＢＦ通過電力測定値と計算値の差分が所定値を超えて大きくなる地点を領域Ｉの終点とし、領域Iで、最も測定値と計算値をフィットさせる校正係数セットを算出する。式（２）の場合、例えば最小二乗法を用いて校正係数セット（Ｃ_noise，Ｃ_BPF，Ｃ_LPF，γ）を決定することができる。ここで決定される校正係数セットが、図６の例では校正係数セットＡである。

次に、すべてのＯＳＮＲ範囲で校正係数を算出したかを判断する（Ｓ２０３）。構成係数セットが決定されていない領域がある場合は（Ｓ２０３でＮｏ）、Ｓ２０２に戻って、残りのＯＳＮＲ、すなわち領域Iの終点から、ＢＰＦ通過電力の測定値と計算値の差分が連続して所定値以内に維持される領域を特定する。そして、その領域での校正係数セットを決定する（Ｓ２０４）。図６の例では、ＢＰＦ通過電力の計算値と測定値の差分が所定値を超える地点が領域IIの終点となり、式（２）から領域IIの校正係数セットを算出する。ここで得られる校正係数セットが校正係数セットＢである。

ＯＳＮＲの全範囲にわたって、領域及び校正係数セットの決定がなされるまで、Ｓ２０３とＳ２０４を繰り返す。図６の例では、領域IIの終点からＯＳＮＲ範囲の最大値まで、ＢＰＦ通過電力の測定値と計算値の差分が連続して所定値以内におさまり、領域IIIが特定される。式（２）から、領域IIIの校正係数セットＣが算出される。

ＯＳＮＲの全範囲にわたって、領域が特定と校正係数の決定がされたなら（Ｓ２０３でＹｅｓ）、各領域のＯＳＮＲ大小関係を取得する（Ｓ２０５）。Ｓ２０３が終了した時点では、各領域について一つの最適な校正係数セットだけが算出されている。領域Iで算出された校正係数セットＡを用いて、他の領域についてもモニタＯＳＮＲを計算すると、図６（Ｂ）の実線のＯＳＮＲ_Ａ（校正係数セットＡを用いて計算したＯＳＮＲ）が得られる。領域IIで算出された校正係数セットＢを用いて他の領域についてもモニタＯＳＮＲを計算すると、図６（Ｂ）の二点鎖線のＯＳＮＲ_Ｂ（校正係数セットＢを用いて計算したＯＳＮＲ）が得られる。領域IIIで算出された校正係数セットＣを用いて他の領域についてもモニタＯＳＮＲを計算すると、図６（Ｂ）の一点鎖線のＯＳＮＲ_Ｃ（校正係数セットＣを用いて計算したＯＳＮＲ）が得られる。これにより、各領域I、II、IIIでＯＳＮＲ_Ａ、ＯＳＮＲ_Ｂ、ＯＳＮＲ_Ｃの大小関係が得られる。

次に、各領域で、最も小さいモニタＯＳＮＲ（図６の場合）、または最も大きいモニタＯＳＮＲ（図７の場合）が実際のＯＳＮＲに最も近いことを確認して（Ｓ２０６）、処理を終了する。

図６及び図７の例では、ＯＳＮＲ測定範囲は３つの領域に区分されているが、３以外の領域に区分されることもある。ＢＰＦ通過電力の測定値と計算値の差分が長い範囲にわたって連続して所定値以内にあれば、２つの領域に区分され得る。ＢＰＦ通過電力の測定値と計算値の差分が短い範囲で所定値を超える場合は、４つ（またはそれ以上）の領域に区分され得る。

図９は、大小関係テーブル２５に領域情報を付加する例を示す。図６及び図７では、各領域で最も小さい、または最も大きいモニタＯＳＮＲが最適なＯＳＮＲとなるように大小関係テーブル２５が設定されていた。この場合、運用中のＯＳＮＲモニタ装置１０は、複数の校正係数セットを用いて計算された複数のＯＳＮＲの中から、最も小さい（または最も大きい）ＯＳＮＲ値をＯＳＮＲモニタ値として出力し、そのＯＳＮＲ値にひもづけられている校正係数セットを選択する。

しかし、ＯＳＮＲの全範囲にわたって、常に最小または最大のモニタＯＳＮＲが実際のＯＳＮＲに最もフィットするとは限らない。そこで、図９のように、大小関係テーブルに領域情報を追加する。

図９（Ａ）に示すように、領域IでＢＰＦ通過電力の計算値と測定値が最もフィットするのは校正係数セットＡを用いたときである。図９（Ｂ）に示すように、校正係数セットＡで計算されるモニタＯＳＮＲは、領域Iで算出される３つのモニタＯＳＮＲの中で、中間の大きさである。領域IIでは、校正係数セットＢで計算されたモニタＯＳＮＲが最も参照ＯＳＮＲに近く、３つのモニタＯＳＮＲのなかで最も小さい値となる。領域IIIでは、校正係数セットＣで計算されたモニタＯＳＮＲが最も参照ＯＳＮＲに近いが、算出される３つのＯＳＮＲの中の中間の大きさである。領域IIとIIIでは、最も小さいモニタＯＳＮＲが最適なモニタ値となるが、領域Iではこれが当てはまらない。

このように、実際のＯＳＮＲに最もフィットするモニタＯＳＮＲの大きさの順位が領域によって異なる場合は、大小関係テーブル２５に領域情報を付加して、領域ごとに最適なモニタＯＳＮＲが選択されるように構成する。ＯＳＮＲモニタ装置１０自体は、現在算出したモニタＯＳＮＲがどの領域に区分されているかを知らないので、大小関係テーブル２５を参照して領域判断する。

図９（Ｃ）の例では、校正係数セットＢで計算されたＯＳＮＲ_Ｂを、第１閾値ＯＳＮＲ_ｘ及び第２閾値ＯＳＮＲ_ｙと比較することで領域を特定する。ＯＳＮＲ_Ｂを領域判断に用いる理由は、図９の例では、ＯＳＮＲ_Ｂが領域IとIIの境界、及び領域IIとIIIの境界の双方で参照ＯＳＮＲと一致または近似しているからである。もっとも、別のモニタＯＳＮＲを用いて閾値判断してもよい。

ＯＳＮＲモニタ装置１０の運用中は、ＯＳＮＲ決定部２１は、校正係数セットＢで算出されたモニタ値ＯＳＮＲ_Ｂを、第１閾値ＯＳＮＲ_ｘ及び第２閾値ＯＳＮＲ_ｙと比較し、大小関係テーブル２５を参照して、領域判断を行う。ＯＳＮＲ_Ｂが第１閾値ＯＳＮＲ_ｘよりも小さいときは、領域Iの大小関係に従うと判断して、３つの校正係数セットＡ、Ｂ、Ｃで算出された３つのモニタＯＳＮＲの中で中間の大きさのモニタＯＳＮＲを出力する。ＯＳＮＲ_Ｂが第１閾値ＯＳＮＲ_ｘ以上、第２閾値ＯＳＮＲ_ｙの以下である場合は、領域IIの大小関係に従うと判断して、３つのモニタＯＳＮＲの中で一番小さいモニタＯＳＮＲを出力する。ＯＳＮＲ_Ｂが第２閾値ＯＳＮＲ_ｙよりも大きいときは、領域IIIの大小関係に従うと判断して、３つのモニタＯＳＮＲの中で中間の値のモニタＯＳＮＲを出力する。

複数の校正係数セットを用いて計算されたＯＳＮＲの大小関係は、Ｐ_ＤＣ、Ｐ_ＢＰＦが変わっても不変であるため、安定して最適なＯＳＮＲを出力することができる。また、すべてのＰ_ＤＣとＰ_ＢＰＦの組み合わせにで最適な校正係数を用意する工程が削減される。

図１０は、図９の領域設定と大小関係設定のフローチャートである。図８と同じステップには同じ符号を付けて重複する説明を省略または簡素化する。図８と同様に、ＢＰＦ通過電力の測定値と計算値の差分が連続して所定値以内となる領域を順次特定し、各領域での最適な校正係数セットを取得する（Ｓ２０１〜Ｓ２０４）。取得された校正係数セットを用いて他の領域のＯＳＮＲを計算し、ＯＳＮＲの大小関係を取得する（Ｓ２０５）。ＯＳＮＲの全範囲にわたって最も小さい、または最も大きいモニタＯＳＮＲが最適ＯＳＮＲになっているかを確認する（Ｓ３０１）。計算された複数のＯＳＮＲの中で最も小さいＯＳＮＲが最適ＯＳＮＲになる場合は、図６のパターンである。複数のＯＳＮＲの中で最も大きいＯＳＮＲが最適ＯＳＮＲになる場合は図７のパターンである。

複数のモニタＯＳＮＲの中で最も小さい、または最も大きいモニタＯＳＮＲが選択されるように最適化がされていない場合は（Ｓ３０１でＮｏ）、領域情報を取得する（Ｓ３０２）。たとえば、実際のＯＳＮＲと最もフィットするモニタＯＳＮＲを与える校正係数セットが切り替わる地点を領域境界とし、図９（Ｃ）のように領域境界のＯＳＮＲ値を閾値とする領域情報を大小関係テーブル２５に記述する。

図１１は、実施形態のＯＳＮＲモニタ方法のフローチャートである。図１１のフローはＯＳＮＲモニタ装置１０の運用中に行われる処理である。ＯＳＮＲモニタ制御部２０で、入力される信号の光電力Ｐ_TOTALとノイズ電力Ｐ_BPF（ＢＰＦ通過電力）を測定する（Ｓ４０１）。測定されたＰ_TOTAL、Ｐ_BPF、及びあらかじめ保持している複数の校正係数セットを用いて、式（２）から複数のモニタＯＳＮＲを計算する（Ｓ４０２）。大小関係テーブル２５を参照して、複数のモニタＯＳＮＲの中から最適なＯＳＮＲを出力する（Ｓ４０３）。計算された複数のモニタＯＳＮＲの大小関係が、大小関係テーブル２５に記述されているどの大小関係と一致するかを判断することで、どのモニタＯＳＮＲを選択して出力するかが判断される。

図１２は、実施形態の効果を示す図である。複数の校正係数セットを最適に選択することで、モニタエラーを許容範囲内に抑えることができる。たとえば、ＯＳＮＲが１５ｄＢよりも小さい領域では、校正係数セットＡを用いて計算されたＯＳＮＲをモニタ結果として出力する。このときのモニタエラーを三角印で示す。ＯＳＮＲが１５ｄＢ以上、２０ｄＢ以下の領域では、校正係数セットＢを用いて計算されたＯＳＮＲをモニタ結果として出力する。このときのモニタエラーを丸印で示す。ＯＳＮＲが２０ｄＢを超えて３０ｄＢ以下の領域では、校正係数セットＣを用いて計算されたＯＳＮＲをモニタ結果として出力する。このときのモニタエラーを四角印で示す。いずれの場合も、エラーの許容範囲内にある。複数のＯＳＮＲ計算値の中から出力すべきＯＳＮＲは、大小関係テーブルを参照して大小関係を判断することで簡易に決定される。これにより、ＯＳＮＲモニタ結果を広い範囲にわたって精度よく出力することができる。

上述した実施形態では、式（２）で用いられる４つの定数を校正係数セットとしたが、式（１）を用いて、区分された領域ごとに複数の値の定数Ａを用意しておき、複数の値の定数Ａで計算されたＯＳＮＲの大小関係を判断して最適なＯＳＮＲを出力してもよい。

図１３は、実施形態のＯＳＮＲモニタ装置１０を用いた光中継器３と、光中継器３が適用される光ネットワーク１の概略図である。光中継器３は、光ネットワーク１のノード（Node 1〜Node 4）として用いられる。ノード１からノード４への通信を考える。たとえばノード２の光中継器３で、伝送路から受信される光信号は光増幅器（プリアンプ）４で増幅され、伝送路へ出力される光信号は光増幅器（ポストアンプ）５で増幅される。信号光が増幅される際に自然放出光が発生し、増幅された自然放出光（ＡＳＥ）がノイズとして光信号に重畳される。ＯＳＮＲモニタ装置１０は図３及び図４に示す構成を有して、ＯＳＮＲを測定し、取得したモニタ情報をネットワーク制御装置２に供給する。ネットワーク制御装置２では、各ノード１〜５からＯＳＮＲモニタ情報が集められる。

図１４は、ネットワーク制御装置２で収集されるＯＳＮＲモニタ情報の例を示す。白丸は正常時にノード（Node）１〜ノード（Node）４から収集されたモニタ結果である。光ネットワーク１にある障害が発生し、ノード２、３、４でＯＳＮＲの劣化が発生すると、黒丸で示すモニタ結果が得られ、アラームがネットワーク制御装置２に上げられる。ネットワーク制御装置２は、収集されたモニタ結果から、ノード２で障害が発生していることを特定し、障害復旧が行われる。

ＯＳＮＲモニタ装置１０を、光分岐／挿入装置で選択される各チャネルに配置して波長ごとのＯＳＮＲを測定してもよい。ＯＳＮＲモニタ装置１０は、複数の校正係数で算出された複数のＯＳＮＲの大小関係に基づいて最も適切なＯＳＮＲモニタ値を出力するので、各チャネルで光信号品質を精度よく測定することができる。

図１５は、実施形態のＯＳＮＲモニタ装置１０の変形例１として、ＯＳＮＲモニタ装置１０Ａを示す。ＯＳＮＲモニタ装置１０Ａでは、フォトディテクタ１１で検出されたアナログ電気信号をアナログ−ディジタルコンバータ５１でディジタル信号に変換し、Ｄ（Ｆ）ＦＴ５２で離散（高速）フーリエ変換を行う。Ｄ（Ｆ）ＦＴ５２の出力はＢＰＦ１２と光電力モニタ１３に供給され、ＯＳＮＲモニタ制御部２０は、ＢＰＦ１２からのノイズ電力と光電力モニタ１３からの光電力に基づいて、ＯＳＮＲを出力する。

図１６は、実施形態のＯＳＮＲモニタ装置１０の変形例２として、ＯＳＮＲモニタ装置１０Ｂを示す。ＯＳＮＲモニタ装置１０Ｂでは、ＷＤＭ信号から波長可変フィルタ５３で選択された波長の光をフォトディテクタ１１で検出する。フォトディテクタ１１から出力される電気信号はＢＰＦ１２と光電力モニタ１３に供給され、ＯＳＮＲ制御部２０はＢＰＦ１２と光電力モニタ１３の出力を用いて、選択された波長（チャネル）のＯＳＮＲを出力する。

図１７は、実施形態のＯＳＮＲモニタ装置１０の変形例３として、ＯＳＮＲモニタ装置１０Ｃを示す。ＯＳＮＲモニタ装置１０Ｃでは、信号光を光カプラ等の図示しない光分岐手段で２つの光パスに分岐して、フォトディテクタ１１ａと１１ｂに導く。フォトディテクタ１１ａから出力される電気信号のパワーは光電力モニタ１３で測定され、光電力測定値がＯＳＮＲモニタ制御部２０に入力される。フォトディテクタ１１ｂから出力される電気信号はＰＢＦ１２を通過し、帯域通過交流電力がＯＳＮＲモニタ制御部２０に入力される。ＯＳＮＲ制御部２０は、光電力測定値と、帯域通過交流電力に基づいてＯＳＮＲを算出し出力する。

図１５〜図１７のいずれの構成でも、ＯＳＮＲモニタ制御部２０は、信号光のパワーと信号光に含まれるノイズ成分のパワーから、複数の校正係数（または校正係数セット）を用いて複数のＯＳＮＲを計算し、複数のＯＳＮＲの大小関係に基づいてひとつの最適なＯＳＮＲを出力する。これにより、広範囲にわたってＯＳＮＲを精度良くモニタすることができる。また、複数の校正係数を用いて算出したＯＳＮＲの大小関係は、所望信号の強度やノイズ強度が変化しても変わらないので、簡易で安定した測定が可能になる。

１光ネットワーク
３光中継器
１０、１０Ａ〜１０ＣＯＳＮＲモニタ装置
２０ＯＳＮＲモニタ制御部
２１ＯＳＮＲ決定部
２２ＯＳＮＲ演算部
２３校正係数判定部
２４校正係数／関係式保持部
２５大小関係テーブル

Claims

信号光強度とノイズ強度と光信号対雑音比との関係を表わす関係式と、前記関係式で用いられる校正係数を複数保持する保持部と、
入力光の光電力と前記入力光中のノイズ電力を測定する測定部と、
測定された前記光電力と前記ノイズ電力に基づき、前記関係式および前記複数の校正係数を用いて、複数の光信号対雑音比を算出する演算部と、
算出された前記複数の光信号対雑音比の大小関係に基づいて、前記複数の光信号対雑音比の中からひとつの光信号対雑音比を選択して出力する判断部と、
を有する光信号品質モニタ装置。
光信号品質の測定範囲を複数の領域に区分し、領域ごとに前記複数の校正係数を用いたときに得られる複数のモニタ値の大小関係と、選択すべきモニタ値を関連付けて記述したテーブル、
をさらに有し、
前記判断部は、前記テーブルを参照して算出された前記複数の光信号対雑音比の中から前記ひとつの光信号対雑音比を選択することを特徴とする請求項１に記載の光信号品質モニタ装置。
前記複数の校正係数は、前記複数の領域に対応して最適化されていることを特徴とする
請求項２に記載の光信号品質モニタ装置。
前記テーブルは、前記複数のモニタ値の中で最も小さい、または最も大きいモニタ値が選択されるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の光信号品質モニタ装置。
前記テーブルは、前記領域を特定する領域情報を含み、
前記判断部は、算出された前記複数の光信号対雑音比の大小関係と、前記領域情報とに基づいて、前記ひとつの光信号対雑音比を選択することを特徴とする請求項２に記載の光信号品質モニタ装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の信号品質モニタ装置と、
伝送路から入力または伝送路に出力される主信号を増幅する光増幅器と、
を有することを特徴とする光中継器。
メモリに、信号光強度とノイズ強度と光信号対雑音比との関係を表わす関係式と、前記関係式で用いられる校正係数を複数記憶し、
入力光の光電力と前記入力光中のノイズ電力を測定し、
測定された前記光電力と前記ノイズ電力に基づき、前記関係式および前記複数の校正係数を用いて、複数の光信号対雑音比を算出し、
算出された前記複数の光信号対雑音比の大小関係に基づいて、前記複数の光信号対雑音比の中からひとつの光信号対雑音比を選択して出力する、
ことを特徴とする光信号品質モニタ方法。
光信号品質の測定範囲を複数の領域に区分し、領域ごとに最適な１の校正係数を決定して前記複数の校正係数を取得する工程、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の光信号品質モニタ方法。
前記領域ごとに、前記複数の校正係数を用いたときに得られる複数のモニタ値の大小関係と、前記最適な１の校正係数を用いて得られるモニタ値とを関連付けたテーブルを作成する工程、
を含み、
前記ひとつの光信号対雑音比は、前記テーブルに基づいて選択されることを特徴とする請求項８に記載の光信号品質モニタ方法。