JP2016225899A - クロストーク推定システム及びクロストーク推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】稼働中の光通信システムにおけるコア間のクロストークを推定すること。
【解決手段】複数のコアを有する被測定物を介して伝送される信号からコア間のクロストークを推定するクロストーク推定システムであって、トーン信号が重畳された変調信号光を生成する生成部と、生成された変調信号光を、コアを介して送信する送信部と、コアから出力された変調信号光に重畳されているトーン信号の強度に基づいてコア間のクロストークを推定するクロストーク推定部と、を備えるクロストーク推定システム。
【選択図】図２

Description

本発明は、クロストークの推定技術に関する。

近年の光ファイバ通信の普及に伴うブロードバンドサービスの急速な発展とともに、通信容量は年々増え続けている。通信容量の急増に対応する光ネットワークの大容量化は、これまで光ファイバの構造を変えずに光通信システム装置を大容量化することにより実現されてきた。現在の大容量光ネットワークの基盤となっている光ファイバは、１本の光ファイバに光信号の通路となる１つのコアを持つもの（シングルコアファイバ）で、毎秒１テラビットの容量を長距離にわたり伝送する光ネットワークが実現されている。
しかし、近年の通信容量の増加率から、さらなる通信容量の大容量化が課題となっていた。このような問題を回避するために、光ファイバ１本あたり複数のコアを持ち、それぞれのコアを通路として光信号を伝送させるマルチコアファイバを用いた空間多重光通信技術が注目されている。複数のコアを用いることで、従来のシングルコアファイバと比較して、１本の光ファイバで伝送できる容量はコア数分だけ増大する。

上述のように、近年では、マルチコアファイバを用いた空間多重光通信技術の研究開発が急速に進んでいる。また、空間多重伝送技術によるさらなる伝送容量の拡大や実用システムへの導入には、高性能なマルチコアファイバの実現が必須である。マルチコア伝送における性能の評価指標として、コア間の損失差、コア間のクロストークなどがあり、正確に評価することが重要である。

上記評価指標のうち、コア間のクロストークとは、あるコアを伝搬する光のパワーの一部が異なるコアへと漏れ出す強度の割合を示したものである。１本の光ファイバに多重するコアの数を増やせばそれに応じ伝送容量は増大するが、同時に、あるコアと別のコアの間隔も短くなり一般にコア間クロストークが増大しやすくなる。マルチコアファイバを用いた空間多重光通信では、コア毎に独立した光信号が伝搬するため、コア間クロストークの増大は光信号を劣化させる。その結果として、光信号が伝搬できる距離を縮小させる、ないしは伝送容量を小さくする必要がある。

コア間クロストークについては、伝送路で使用されるマルチコアファイバにおいても重要なパラメータとなっており、従来技術として図１５に示す評価系を用いて簡便に測定する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。図１５は、従来のマルチコアファイバのコア間クロストーク測定系を説明するための図である。
図１５の方法では、マルチコアファイバの入力側から１つのコアに光源からの光を入力し、マルチコアファイバの出力側で各コアにシングルコアファイバを調心して光パワーメータで光パワーを測定する。シングルコアファイバを、光を入力したコアに調心したときはそのコアの伝送損失分減衰した光パワー、それ以外のコアに入力したときはコア間クロストーク光パワーが測定できる。このような測定を全てのコアへ光を入力した場合について実施し、コアの伝送損失分減衰した光パワーとコア間クロストーク光パワーとから２コア間のコア間クロストーク値が求められる。

また、図１６に示すようにクロストークを測定する２コア（ＣｏｒｅＡ及びＣｏｒｅＢ）で、それぞれ別々の信号光源を用意してそれらの波長を互いに異なるものに設定する方法も提案されている（例えば、非特許文献２参照）。図１６は、従来のマルチコア光増幅器のコア間クロストーク測定系と測定結果を説明するための図である。図１６（ａ）は、従来のマルチコア光増幅器のコア間クロストーク測定系の構成を示す。図１６（ｂ）に光スペクトラムアナライザで測定された、コア間クロストーク評価における増幅器出力スペクトル結果を示す。被測定物（図１６ではマルチコアファイバ増幅器（ＭＣ−ＥＤＦＡ））の異なるＣｏｒｅＡ、ＣｏｒｅＢにそれぞれ波長１５５０ｎｍ、１５５１ｎｍの信号光を入力し、ＣｏｒｅＡの出力測定（図１６（ｂ）の実線のスペクトル）によりＣｏｒｅＢからＣｏｒｅＡのクロストークを、ＣｏｒｅＢの出力測定（図１６（ｂ）の点線のスペクトル）によりＣｏｒｅＡからＣｏｒｅＢのクロストークを測定できる。

また、図１７に示すように、強度トーンを用いたコア間クロストーク測定法が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。図１７は、従来のマルチコア光増幅器のコア間クロストーク測定系と測定結果を説明するための図である。図１７（ａ）は、従来のマルチコア光増幅器のコア間クロストーク測定系の構成を示す。コア毎に異なるトーン周波数で強度変調し、被測定物（ファンイン・ファンアウトデバイス、伝送用ファイバ、光増幅器等）に入射する。出射光を光電変換器で受光して電気信号へ変換した後に電気スペクトルアナライザにより各トーン周波数成分を求める。図１７（ｂ）のように、電気スペクトルから得られた各トーン周波数成分のレベル差より、コア間のクロストークを求めることができる。

K. Takenaga et al. "An Investigation on Crosstalk in Multi-Core Fibers by Introducing Random Fluctuation along Longitudinal Direction "IEICE Trans. Commun., vol.E94-B, no.2, pp.409-416, 2011. Y. Tsuchida et al., "Amplification Characteristics of a Multi-core Erbium-doped Fiber Amplifier," in Proc. OFC/NFOEC2012, paper OM3C.3. H. Ono 1 ; T. Mizuno 2 ; H. Takara 2 ; K. Ichii 3 ; K. Takenaga 3 ; S. Matsuo 3 : M. Yamada, "Inter-core crosstalk measurement in multi-core fibre amplifier using multiple intensity tones," Electronics Letters, Volume 50, Issue 14, pp. 1009-1010, 2014.

しかしながら、従来のコア間クロストーク測定法では、ファイバ、デバイス及び装置を対象にした方法であったため、マルチコアファイバ光伝送システムが稼働中（インサービス中）にコア間クロストークを評価することが困難であった。図１８は、従来のマルチコアファイバ光伝送システムの構成図である。従来のマルチコアファイバ光伝送システムは、図１８に示した通り全てのコアに同じ波長配置の信号光を伝送している。したがって、図１５に示した、特定のコアに光を入力せずに、クロストーク光を発生させるコアだけに光を入力して直接コア間クロストークを測定する方法を用いることはできない。図１６に示した、コア毎に異なる波長の光を入射して光スペクトラムアナライザで測定する方法も適用できない。図１７に示した、強度トーンを用いたコア間クロストーク測定法についても、強度変調を信号光に行うと伝送特性が劣化する問題が発生してしまう。以上のように、従来のクロストーク測定法では、稼働中のマルチコアファイバ光伝送システムに適用することができないという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、稼働中の光通信システムにおけるコア間のクロストークを推定することができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、複数のコアを有する被測定物を介して伝送される信号からコア間のクロストークを推定するクロストーク推定システムであって、トーン信号が重畳された変調信号光を生成する生成部と、生成された前記変調信号光を、前記コアを介して送信する送信部と、前記コアから出力された前記変調信号光に重畳されている前記トーン信号の強度に基づいてコア間のクロストークを推定するクロストーク推定部と、を備えるクロストーク推定システムである。

本発明の一態様は、上記のクロストーク推定システムであって、前記コアから出力された前記変調信号光を電気信号に変換する光電気変換部と、変換された前記電気信号の強度を測定する電気信号測定部と、をさらに備え、前記クロストーク推定部は、測定結果で示される前記電気信号に重畳されている変調周波数の異なるトーン信号の強度間の差分から前記クロストークを推定する。

本発明の一態様は、上記のクロストーク推定システムであって、前記コアから出力された前記変調信号光の光パワーを測定する光信号測定部をさらに備え、前記クロストーク推定部は、測定結果で示される前記変調信号光に重畳されている変調周波数の異なるトーン信号の強度間の差分から前記クロストークを推定する。

本発明の一態様は、上記のクロストーク推定システムであって、前記コアから出力された前記変調信号光を電気信号に変換する光電気変換部と、変換された前記電気信号を複数のフレームに分割するフレーム分割部と、分割された各フレームの同期がなされた後に、前記複数のフレームを用いて前記クロストークの推定に用いられないパラメータのパワースペクトルを減少させる平均化処理を行うフレーム平均部と、をさらに備え、前記クロストーク推定部は、平均化処理がなされた後のフレームに重畳されている変調周波数の異なるトーン信号の強度を測定し、変調周波数の異なるトーン信号の強度間の差分から前記クロストークを推定する。

本発明の一態様は、上記のクロストーク推定システムであって、前記トーン信号を片側側波帯の信号に変換する片側側波帯変換部をさらに備え、前記生成部は、片側側波帯の信号に変換された前記トーン信号が重畳された変調信号光を生成する。

本発明の一態様は、上記のクロストーク推定システムであって、前記トーン信号の変調周波数の種類は、前記被測定物における前記変調信号光が伝搬するコアの隣接コア数より１つ分多い。

本発明の一態様は、複数のコアを有する被測定物を介して伝送される信号からコア間のクロストークを推定するクロストーク推定システムにおけるクロストーク推定方法であって、トーン信号が重畳された変調信号光を生成する生成ステップと、生成された前記変調信号光を、前記コアを介して送信する送信ステップと、前記コアから出力された前記変調信号光に重畳されている前記トーン信号の強度に基づいてコア間のクロストークを推定するクロストーク推定ステップと、を有するクロストーク推定方法である。

本発明により、稼働中の光通信システムにおけるコア間のクロストークを推定することが可能となる。

本発明におけるクロストーク推定システムのシステム構成を示す図である。 第１実施形態におけるクロストーク推定システム１００のシステム構成を示す図である。 第１実施形態における信号スペクトルを示す説明図である。 第１実施形態におけるデジタル信号スペクトルの具体例を示す図である。 第１実施形態におけるデジタル信号スペクトルの具体例を示す図である。 ２つのコア間のクロストーク推定方法の一例を示す説明図である。 ３つのコア間のクロストーク推定方法の一例を示す説明図である。 第１実施形態における２つのコア間のクロストーク推定方法の際のデジタル信号スペクトルの一例を示す説明図である。 第１実施形態における光受信装置２０の処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態におけるクロストーク推定システム１００ａのシステム構成を示す図である。 第３実施形態におけるクロストーク推定システム１００ｂのシステム構成を示す図である。 第４実施形態におけるクロストーク推定システム１００ｃのシステム構成を示す図である。 第１実施形態と第３実施形態におけるコア間のクロストーク推定の効果を説明するための図である。 第３実施形態のコア間クロストークの推定方法において、光信号対雑音比を変化させた場合のコア間クロストーク推定値と真値との差分を示す図である。 従来のマルチコアファイバのコア間クロストーク測定系を説明するための図である。 従来のマルチコア光増幅器のコア間クロストーク測定系と測定結果を説明するための図である。 従来のマルチコア光増幅器のコア間クロストーク測定系と測定結果を説明するための図である。 従来のマルチコアファイバ光伝送システムの構成図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（基本構成）
まず、図１を用いて、本発明におけるクロストーク推定システムの基本構成について説明する。
図１は、本発明におけるクロストーク推定システムのシステム構成を示す図である。クロストーク推定システムは、光送信装置１０及び光受信装置２０を備える。光送信装置１０と光受信装置２０との間には、被測定物３０が設けられる。なお、以下の説明では、説明の簡単化のため、評価の対象となる被測定物３０はＭ個（Ｍは２以上の整数）の入力ポートとＭ個の出力ポートを備え、光信号をｍ（１≦ｍ≦Ｍ）個目の入力ポートから入力すると、主にｍ個目の出力ポートから出力される性質を有すると仮定する。また、入力ポートｍと出力ポートｍをつなぐ伝送路（コア）を伝送路ｍと記載する。なお、被測定物３０を伝搬する光信号は、他の入力ポートから入力された他の光信号の漏れ出しを受け、被測定物３０の出力ポートから出力される。

光送信装置１０は、被測定物３０の入力ポート毎に変調周波数が異なるトーン信号を生成する。変調周波数が異なるトーン信号を生成する方法として、周期が異なるＭ種類（Ｍは２以上の整数）のトーン信号生成パタンを使用する。また、光送信装置１０は、変調周波数が異なるトーン信号が重畳された信号光（変調信号光）を生成する。光送信装置１０は、生成した複数の変調信号光（例えば、変調信号光１、変調信号光２、・・・、変調信号光ｍ（ｍは３以上の整数））を被測定物３０の各入力ポートに入力する。

光受信装置２０は、被測定物３０から出力された出力光を受信する。光受信装置２０は、受信した出力光に重畳されたトーン信号の強度に基づいてコア間のクロストークを推定する。
被測定物３０は、光送信装置１０と光受信装置２０との間で光信号を伝送する。被測定物３０は、例えばＺ個（Ｚは２以上の整数）のコアを有する非結合型のマルチコアファイバである。
以上が、本発明におけるクロストーク推定システムの基本構成である。以下、複数の実施形態（第１実施形態〜第４実施形態）を例に具体的な内容について説明する。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態におけるクロストーク推定システム１００のシステム構成を示す図である。クロストーク推定システム１００は、光送信装置１０及び光受信装置２０を備える。光送信装置１０と光受信装置２０との間には、被測定物３０が設けられる。
以下、光送信装置１０、光受信装置２０及び被測定物３０の構成について具体的に説明する。

まず、光送信装置１０について説明する。光送信装置１０は、複数の光源１０１−１〜１０１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）、複数の電気信号処理部１０２−１〜１０２−Ｎ及び複数の変調器１０３−１〜１０３−Ｎを備える。なお、以下の説明では、光源１０１−１〜１０１−Ｎ、電気信号処理部１０２−１〜１０２−Ｎ及び変調器１０３−１〜１０３−Ｎについて区別しない場合にはそれぞれ光源１０１、電気信号処理部１０２及び変調器１０３と記載する。

光源１０１は、同一の搬送波周波数の光を送出する。
電気信号処理部１０２は、ペイロード信号生成部１０２１、トーン信号生成部１０２２及びトーン信号挿入部１０２３を備える。
ペイロード信号生成部１０２１は、入力信号を所望の変調方式に応じて複素シンボルにマッピングすることによってペイロード信号部を生成する。本実施形態の入力信号は、０と１から成るビットパタンであり、光信号として転送される例えばイーサネット（登録商標）信号やＯＴＮ（Optical Transport Network）信号を表す。

トーン信号生成部１０２２は、周期Ｂのトーン信号を生成する。具体的には、トーン信号生成部１０２２は、トーン信号生成パタンに基づいて周期Ｂのトーン信号を生成する。なお、トーン信号生成部１０２２は、電気信号処理部１０２毎に、異なる周期（変調周波数）のトーン信号を生成する。電気信号処理部１０２毎に、どの周期のトーン信号生成パタンを用いるのかは、予め決定されていてもよいし、ユーザによって適宜決定されてもよい。

トーン信号挿入部１０２３は、ペイロード信号生成部１０２１によって生成されたペイロード信号部の先頭に、トーン信号生成部１０２２によって生成されたトーン信号を挿入することによってフレーム信号を生成する。なお、トーン信号挿入部１０２３は、ペイロード信号部の末尾に、トーン信号を挿入することによってフレーム信号を生成してもよい。各実施形態において、生成されるフレーム信号は、Ｌ個のタイムスロットを持ち、Ｌ個のタイムスロットの先頭からＰ個のトーン信号及び（Ｌ−Ｐ）個のペイロード信号部から構成される信号フレームを指す（Ｌ、Ｐはそれぞれ１以上の整数）。

変調器１０３は、電気信号処理部１０２によって生成されたフレーム信号に応じて、光源１０１から送出された光を変調することによって変調信号光を生成する。変調器１０３は、生成した変調信号光を被測定物３０を介して光受信装置２０に送信する。例えば、伝送路ｍに対応する変調器１０３は、伝送路ｍに対して変調信号光を出力し、伝送路ｍを介して光受信装置２０に変調信号光を送信する。

次に、被測定物３０について説明する。被測定物３０は、マルチコア入力部３０１、マルチコア出力部３０２及びマルチコアファイバ３０３で構成される。
マルチコア入力部３０１は、複数の変調信号光をマルチコアファイバ３０３に入力する。
マルチコア出力部３０２は、マルチコアファイバ３０３の複数の出力を分離する。
複数の変調信号光はマルチコア入力部３０１を介してマルチコアファイバ３０３へ入力され、それぞれ異なるコアを通り、マルチコア出力部３０２を介して光受信装置２０に出力される。

次に、光受信装置２０について説明する。光受信装置２０は、光電気変換器２０１、電気信号測定部２０２、クロストーク推定部２０３を備える。
光電気変換器２０１は、被測定物３０から変調信号光（光信号）を受信する。光電気変換器２０１は、受信した光信号を電気信号に変換する。光電気変換器２０１が、例えばホモダイン検波に基づく光電気変換を行う場合、伝送路ｍを伝搬したトーン信号は周波数軸上で±Ｂｍの位置に観測され、伝送路ｎを伝搬したトーン信号は周波数軸上で±Ｂｎの位置に観測される。

電気信号測定部２０２は、光電気変換器２０１によって変換された電気信号のスペクトルを測定する。電気信号測定部２０２は、例えば電気スペクトラム測定器である。
クロストーク推定部２０３は、測定された電気信号のスペクトルに基づいてコア間のクロストークを推定する。具体的には、クロストーク推定部２０３は、スペクトルによって観測された異なる変調周波数のトーン信号の強度の差分から、あるコアに対する他のコアからのクロストークを推定する。

図３は、第１実施形態における信号スペクトルを示す説明図である。
図３において、横軸は周波数を表し、縦軸は光パワーを表す。光信号に重畳するトーン信号は、上述したようにトーン信号生成パタンを用いて生成することができる。光信号の変調速度をＢ０、光信号の搬送波周波数をｆ０とすると、トーン信号はｆ０−Ｂ０以上ｆ０＋Ｂ０以下の任意の周波数の位置に生成することができる。トーン信号をｆ０±Ｂ（Ｂ＜Ｂ０）の位置に生成する場合には、Ｂの周期を持つトーン信号生成パタンを与え、光信号を生成すればよい。

図４及び図５は、第１実施形態におけるデジタル信号スペクトルの具体例を示す図である。
図４及び図５において、横軸は周波数を表し、縦軸は強度を表す。図４及び図５におけるデジタル信号は、ベースバンド信号のため、ｆ０＝０［Ｈｚ］となる。図４及び５に示す通り、デジタル信号スペクトルにおいてトーン信号４０及びトーン信号４１が生成されていることが確認できる。ここでは、Ｌ＝３２７６８、P＝１０２４０、変調速度Ｂ０＝３２Ｇｂａｕｄと設定し、さらに周期Ｂの値として、図４ではＢ＝８ＧＨｚ、図５ではＢ＝４ＧＨｚと設定している。

次に、図６及び図７を用いて、クロストーク推定部２０３によるコア間のクロストーク推定方法について説明する。
図６は、２つのコア間のクロストーク推定方法の一例を示す説明図である。
図６において、横軸は周波数を表し、縦軸は光パワーを表す。図６において、入力ポートｍに入力される光信号にはＢｍの周期を持つトーン信号が重畳され、入力ポートｎに入力される光信号にはＢｎの周期を持つトーン信号が重畳されているとする。図６では、出力ポートｍから出力された変調信号光のスペクトルを示している。ここで、図６には、変調信号光のスペクトルとして、複数のスペクトルｆ０±Ｂｍ及びｆ０±Ｂｎが示されている。上述したように、入力ポートｍから入力された光信号は、主に出力ポートｍから出力され、上述の過程によりその出力信号には変調周波数ｆ０±Ｂｍのトーン信号が重畳される。

しかし、図６に示すスペクトルには、ｆ０±Ｂｍのスペクトルの他にｆ０±Ｂｎのスペクトルが確認される。つまり、出力信号には変調周波数ｆ０±Ｂｍのトーン信号の他に変調周波数ｆ０±Ｂｎのトーン信号が重畳している。変調信号光に変調周波数ｆ０±Ｂｎのトーン信号が重畳している理由は、伝送路ｎから伝送路ｍへ光信号が漏れ出しているためである。この変調周波数ｆ０±Ｂｍのトーン信号と変調周波数ｆ０±Ｂｎのトーン信号との光パワーの差Ａ１が、推定される伝送路ｎから伝送路ｍへのコア間のクロストークである。変調周波数ｆ０±Ｂｍのトーン信号の絶対強度をＩｍ［Ｗ］、変調周波数ｆ０±Ｂｎのトーン信号の絶対強度をＩｎ［Ｗ］とすると、クロストーク推定部２０３は伝送路ｎから伝送路ｍへのコア間のクロストークαｎｍをデシベル表記で以下の式（１）を用いて推定する。

なお、伝送路ｎから伝送路ｍへのコア間のクロストークは、受信した光の絶対強度を用いて推定してもよいし、入力に対する相対強度を用いてもよい。

図７は、３つのコア間のクロストーク推定方法の一例を示す説明図である。
図７において、横軸は周波数を表し、縦軸は光パワーを表す。図７において、入力ポートｍに入力される光信号にはＢｍの周期を持つトーン信号が重畳され、入力ポートｎ１に入力される光信号にはＢｎ１の周期を持つトーン信号が重畳され、入力ポートｎ２に入力される光信号にはＢｎ２の周期を持つトーン信号が重畳されているとする。図７では、出力ポートｍから出力された変調信号光のスペクトルを示している。ここで、図７には、変調信号光のスペクトルとして、複数のスペクトルｆ０±Ｂｍ、ｆ０±Ｂｎ１及びｆ０±Ｂｎ２が示されている。上述したように、入力ポートｍから入力された光信号は、主に出力ポートｍから出力され、上述の過程によりその出力信号には変調周波数ｆ０±Ｂｍのトーン信号が重畳される。

しかし、図７に示すスペクトルには、ｆ０±Ｂｍのスペクトルの他にｆ０±Ｂｎ１及びｆ０±Ｂｎ２のスペクトルが確認される。つまり、出力信号には変調周波数ｆ０±Ｂｍのトーン信号の他に変調周波数ｆ０±Ｂｎ１及びｆ０±Ｂｎ２のトーン信号が重畳している。変調信号光に変調周波数ｆ０±Ｂｎ１及びｆ０±Ｂｎ２のトーン信号が重畳している理由は、伝送路ｎ１から伝送路ｍへ、及び、伝送路ｎ２から伝送路ｍへ光信号が漏れ出しているためである。この変調周波数ｆ０±Ｂｍのトーン信号と変調周波数ｆ０±Ｂｎ１のトーン信号との光パワーの差Ａ２が、推定される伝送路ｎ１から伝送路ｍへのコア間のクロストークである。また、変調周波数ｆ０±Ｂｍのトーン信号と変調周波数ｆ０±Ｂｎ２のトーン信号との光パワーの差Ａ３が、推定される伝送路ｎ２から伝送路ｍへのコア間のクロストークである。

変調周波数ｆ０±Ｂｍのトーン信号の絶対強度をＩｍ［Ｗ］、変調周波数ｆ０±Ｂｎ１のトーン信号の絶対強度をＩｎ１［Ｗ］とすると、クロストーク推定部２０３は伝送路ｎ１から伝送路ｍへのコア間のクロストークαｎ１ｍをデシベル表記で以下の式（２）を用いて推定する。また、変調周波数ｆ０±Ｂｍのトーン信号の絶対強度をＩｍ［Ｗ］、変調周波数ｆ０±Ｂｎ２のトーン信号の絶対強度をＩｎ２［Ｗ］とすると、クロストーク推定部２０３は伝送路ｎ２から伝送路ｍへのコア間のクロストークαｎ２ｍをデシベル表記で以下の式（３）を用いて推定する。

図８は、第１実施形態における２つのコア間のクロストーク推定方法の際のデジタル信号スペクトルの一例を示す説明図である。
光電気変換器２０１が、ホモダイン検波に基づく光電気変換を行う場合を仮定して取得したベースバンド信号のため、ｆ０＝０［Ｈｚ］となる。図８に示すように、デジタル信号スペクトルにおいて±Ｂｍの周波数にトーン信号４２が生成されていること、及び伝送路ｎから伝送路ｍへのコア間のクロストークにより、±Ｂｎの周波数にトーン信号４３が重畳されていることが確認できる。なお、ここでは、Ｌ＝３２７６８、Ｐ＝１０２４０、変調速度Ｂ０＝３２Ｇｂａｕｄ、Ｂｍ＝８ＧＨｚ、Ｂｎ＝４ＧＨｚと設定している。

図９は、第１実施形態における光受信装置２０の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図９の処理は、１つのコアから出力された変調信号光に対して行われる。
光電気変換器２０１は、被測定物３０を介して光信号（変調信号光）を受信する（ステップＳ１０１）。光電気変換器２０１は、受信した光信号を電気信号に変換する（ステップＳ１０２）。光電気変換器２０１は、変換した電気信号を電気信号測定部２０２に出力する。電気信号測定部２０２は、出力された電気信号のスペクトルを測定する（ステップＳ１０３）。電気信号測定部２０２は、測定結果をクロストーク推定部２０３に出力する。クロストーク推定部２０３は、測定結果で示されるスペクトルで観測される異なる変調周波数のトーン信号の強度に基づいてコア間のクロストークを推定する（ステップＳ１０４）。

クロストーク推定部２０３は、クロストークの推定結果を出力装置に出力する。ここで、出力装置は、例えば画像や文字を画面に出力する装置を用いて構成されてもよい。例えば、出力装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescent）ディスプレイ等を用いて構成できる。また、出力装置は、画像や文字をシートに印刷（印字）する装置を用いて構成されてもよい。例えば、出力装置は、インクジェットプリンタやレーザープリンタ等を用いて構成できる。また、出力装置は、文字を音声に変換して出力する装置を用いて構成されてもよい。この場合、出力装置は、音声合成装置及び音声出力装置（スピーカー）を用いて構成できる。
その後、光受信装置２０は、他のコアから出力された変調信号光１つ１つに対して図９の処理を行う。

以上のように構成されたクロストーク推定システム１００によれば、稼働中の光通信システムにおけるコア間のクロストークを推定することが可能になる。以下、効果について詳細に説明する。
光送信装置１０は、コア毎に異なる変調周波数のトーン信号が重畳された変調信号光を生成し、生成した変調信号光を被測定物３０のコア毎に送信する。光受信装置２０は、被測定物３０から出力された変調信号光を電気信号に変換し、電気信号に重畳されている変調周波数が異なるトーン信号の強度を測定する。この処理によって、他のコアを伝搬している光信号が漏れ出している場合には、複数の周波数帯にトーン信号が検出される。そして、光受信装置２０は、複数の周波数帯に検出されたトーン信号の強度の差分からクロストークを推定する。そのため、稼働中の光通信システムにおけるコア間のクロストークを推定することが可能になる。

＜変形例＞
本実施形態では、光送信装置１０が、コア毎に変調周波数が異なる変調信号光を生成する構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、光送信装置１０は、４種類の変調周波数で４種類の変調信号光を生成するように構成されてもよい。また、光送信装置１０は、被測定物３０における変調信号光が伝搬するコアの隣接コア数より１つ分多い数分の変調周波数で変調信号光を生成するように構成されてもよい。
光受信装置２０は、どのコアから光信号が漏れ出しているのか推定するように構成されてもよい。このように構成される場合、光受信装置２０は、ポート毎に、どの周期（周波数）のトーン信号が重畳されるのかを示すトーン信号情報を記憶する記憶部を備える。トーン信号情報は、光送信装置１０から通知されてもよいし、光送信装置１０を操作するユーザが設定してもよい。そして、クロストーク推定部２０３は、変調信号光を受信すると、変調信号光を受信した出力ポートに対応付けられている周波数以外で観測されたトーン信号の周波数から、記憶部を参照して出力ポートを特定する。光受信装置２０は、クロストークの推定結果と、特定した出力ポートの情報とを出力装置に出力する。

（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態におけるクロストーク推定システム１００ａのシステム構成を示す図である。クロストーク推定システム１００ａは、光送信装置１０及び光受信装置２０ａを備える。光送信装置１０と光受信装置２０ａとの間には、被測定物３０が設けられる。
第２実施形態におけるクロストーク推定システム１００ａでは、光受信装置２０ａが測定する対象が第１実施形態と異なる。具体的には、クロストーク推定システム１００ａでは、被測定物３０から出力された変調信号光の光パワーを測定する。変調信号光として、変調周波数が異なるＭ個の変調信号光を使用する。そこで、第２実施形態では、光受信装置２０ａの構成についてのみ説明する。

光受信装置２０ａは、クロストーク推定部２０３ａ、光信号受信部２０４、光信号測定部２０５を備える。
光信号受信部２０４は、被測定物３０から変調信号光（光信号）を受信する。
光信号測定部２０５は、光信号受信部２０４によって受信された変調信号光の波長もしくは周波数に対する光パワーを測定する。光信号測定部２０５は、例えば光スペクトラム測定器である。そして、変調信号光の変調周波数が、波長もしくは周波数の測定分解能よりも大きくなるよう、光信号測定部２０５を用いて光パワーを測定する。
クロストーク推定部２０３ａは、測定された光スペクトラムに基づいてコア間のクロストークを推定する。具体的には、クロストーク推定部２０３は、光スペクトラムによって観測された異なる変調周波数のトーン信号の光パワーの強度間の差分から、あるコアに対する他のコアからのクロストークを推定する。

以上のように構成されたクロストーク推定システム１００ａによれば、稼働中の光通信システムにおけるコア間のクロストークを推定することが可能になる。以下、効果について詳細に説明する。
光送信装置１０は、コア毎に異なる変調周波数のトーン信号が重畳された変調信号光を生成し、生成した変調信号光を被測定物３０のコア毎に送信する。光受信装置２０ａは、被測定物３０から出力された変調信号光の光パワーを測定する。この処理によって、他のコアを伝搬している光信号が漏れ出している場合には、複数の周波数帯にトーン信号が検出される。そして、光受信装置２０ａは、複数の周波数帯に検出されたトーン信号の光パワーの強度の差分からクロストークを推定する。そのため、稼働中の光通信システムにおけるコア間のクロストークを推定することが可能になる。

＜変形例＞
第２実施形態は、第１実施形態と同様に変形されてもよい。

（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態におけるクロストーク推定システム１００ｂのシステム構成を示す図である。クロストーク推定システム１００ｂは、光送信装置１０及び光受信装置２０ｂを備える。光送信装置１０と光受信装置２０ｂとの間には、被測定物３０が設けられる。
第３実施形態におけるクロストーク推定システム１００ｂでは、光受信装置２０ａが被測定物３０のある出力ポートｍから出力された変調信号光を複数個の信号に分割し、分割された各信号間で同期がなされた後に、信号の平均化処理が行われる。そして、平均化処理がなされた信号に基づいてコア間のクロストークの推定が行われる。変調信号光として、変調周波数が異なるＭ個の変調信号光を使用する。
以下、光送信装置１０、光受信装置２０ｂ及び被測定物３０の構成について具体的に説明する。なお、光送信装置１０及び被測定物３０については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

光受信装置２０ｂは、光電気変換器２０１、クロストーク推定部２０３ｂ、フレーム分割部２０６、バッファ２０７（２０７−１〜２０７−ｋ−１（ｋは３以上の整数））、フレーム平均部２０８を備える。
光電気変換器２０１は、被測定物３０から変調信号光（光信号）を受信する。光電気変換器２０１は、受信した光信号を電気信号に変換する。
フレーム分割部２０６は、変換された電気信号をＫ個のフレーム信号（フレーム１〜フレームＫ）に分割する。フレーム分割部２０６は、フレーム１〜フレームＫ−１をそれぞれバッファ２０７に出力し、フレームＫをフレーム平均部２０８に出力する。
バッファ２０７は、フレーム分割部２０６から出力されたフレームを一時的に保存する。例えば、バッファ２０７は、分割されたＫ個のフレーム間で同期がなされるまでフレームを保存する。

フレーム平均部２０８は、フレーム間の同期がなされると、Ｋ個のフレームの平均化処理を行う。ここで、平均化処理とは、クロストークの推定に用いられないパラメータのパワースペクトルを減少させる処理である。クロストークの推定に用いられないパラメータとは、例えば変調信号光に含まれるペイロード信号部や雑音などである。より具体的には、フレーム平均部２０８は、ｋ番目のフレームの先頭からｉ番目のタイムスロットをＳｋｉと置くと、平均化処理がなされた後の先頭からｉ番目のタイムスロットＸｉは、以下の式（４）のように表される。

平均化前のＫ個のフレームのペイロード信号部は一般に統計的独立のため、平均化処理後のフレームのペイロード信号部にあたるＰ＋１番目からＬ番目のタイムスロットのパワースペクトルは統計的に１／Ｋの大きさになる。一方、平均化前のＫ個のフレームのトーン信号はフレーム間で同じパタンを持つため、平均化処理後のトーン信号にあたる１番目からＰ番目のタイムスロットのパワースペクトルは、統計的に平均前と同じ大きさを保つ。さらに、光信号が送受信器や光アンプ中などで雑音が重畳されていたとしても、雑音のパワースペクトルは統計的独立性のために平均化処理により、統計的に１／Ｋの大きさになる。フレーム平均部２０８は、平均処理後のフレームを統合し、統合したフレームを２０３ｂに出力する。

クロストーク推定部２０３ｂは、フレーム平均部２０８から出力されたフレームのスペクトルを測定する。そして、クロストーク推定部２０３ｂは、電気信号のスペクトルに基づいてコア間のクロストークを推定する。具体的には、クロストーク推定部２０３ｂは、スペクトルによって観測された異なる変調周波数のトーン信号の強度の差分から、あるコアに対する他のコアからのクロストークを推定する。

以上のように構成されたクロストーク推定システム１００ｂによれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、クロストーク推定システム１００ｂでは、平均化処理を行うことによって雑音、ペイロードなどのクロストークの推定に用いられないパラメータのパワースペクトルを減少させる。この処理によって、電気信号に重畳されている変調周波数が異なるトーン信号の検出において、雑音などの影響を軽減させることができる。そのため、変調周波数が異なるトーン信号の検出をより精度よく行うことが可能になる。

＜変形例＞
第３実施形態は、第１実施形態と同様に変形されてもよい。

（第４実施形態）
図１２は、第４実施形態におけるクロストーク推定システム１００ｃのシステム構成を示す図である。クロストーク推定システム１００ｃは、光送信装置１０ｃ及び光受信装置２０を備える。光送信装置１０ｃと光受信装置２０との間には、被測定物３０が設けられる。
第４実施形態におけるクロストーク推定システム１００ｃでは、光送信装置１０ｃが変調信号光を生成する処理が第１実施形態から第３実施形態の構成と異なる。そこで、第４実施形態では、光送信装置１０ｃの構成についてのみ説明する。

光送信装置１０ｃは、複数の光源１０１、複数の電気信号処理部１０２ｃ及び複数の変調器１０３を備える。光源１０１及び変調器１０３については第１実施形態から第３実施形態と同様であるため説明を省略する。
電気信号処理部１０２ｃは、ペイロード信号生成部１０２１、トーン信号生成部１０２２、トーン信号挿入部１０２３ｃ及び片側側波帯変換部１０２４を備える。ペイロード信号生成部１０２１及びトーン信号生成部１０２２の処理は、第１実施形態から第３実施形態における同名の機能部と同様の処理を行うため説明を省略する。

片側側波帯変換部１０２４は、トーン信号生成部１０２２によって生成されたトーン信号を上側側波帯又は下側側波帯のどちらかの片側側波帯を持つトーン信号（以下、「片側トーン信号」という。）に変換する。片側側波帯へ変換するには、ヒルベルト変換を適用すればよい。また、正側のトーン周波数成分あるいは負側の周波数成分を透過させるバンドパスフィルタを適用してもよい。どちらの側波帯に変換させるかは、予め設定されていてもよいし、ユーザによって適宜変更されてもよい。
トーン信号挿入部１０２３ｃは、ペイロード信号生成部１０２１によって生成されたペイロード信号の先頭に、片側側波帯変換部１０２４によって変換された片側トーン信号を挿入することによってフレーム信号を生成する。なお、トーン信号挿入部１０２３ｃは、ペイロード信号の末尾に、片側トーン信号を挿入することによってフレーム信号を生成してもよい。

以上のように構成された第１実施形態から第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、クロストーク推定システム１００ｃでは、光送信装置１０ｃが、トーン信号を片側側波帯に変換する。この処理によって、光受信装置２０で受信される変調信号光のスペクトルが、片側のスペクトルのみ表される。第１実施形態から第３実施形態では、両側側波帯でスペクトルが表されるため、多くのコア（例えば、４つ以上など）から光信号が漏れ出して各トーン信号の周波数が近い場合にはコア間のクロストークを推定できない可能性があった。それに対して、クロストーク推定システム１００ｃでは、多くのコア（例えば、４つ以上など）から光信号が漏れ出して重畳している場合のコア間のクロストークの推定精度を向上させることが可能になる。

＜変形例＞
第４実施形態は、第１実施形態から第３実施形態と同様に変形されてもよい。

次に、図１３を用いて、上記第１実施形態と第３実施形態におけるコア間のクロストーク推定の効果について説明する。
図１３は、第１実施形態と第３実施形態におけるコア間のクロストーク推定の効果を説明するための図である。
図１３において、横軸はコア間クロストークの真値を表し、縦軸はコア間クロストーク推定値を表す。また、図１３の点線４４は、コア間クロストークの真値に対する理想のコア間クロストーク推定値を示す基準線である。また、実線４５は第１実施形態における光受信装置２０において推定されたコア間クロストークの推定値を表し、実線４６は第３実施形態における光受信装置２０ｂにおいて推定されたコア間クロストークの推定値を表す。なお、ここでは、Ｌ＝３２７６８、Ｐ＝１０２４０、変調速度Ｂ０＝３２Ｇｂａｕｄ、Ｂｍ＝８ＧＨｚ、Ｂｎ＝４ＧＨｚと設定し、伝送路ｎから伝送路ｍへのコア間クロストークの推定値を示している。

図１３に示すシミュレーションでは、第１実施形態の推定結果として、受信された信号から算出されるスペクトル上において、Ｂ０±Ｂｍの周波数位置に立つトーン信号の絶対強度とＢ０±Ｂｎの周波数位置に立つトーン信号の絶対強度との比を用いて得たコア間クロストーク推定値の結果が示されている。第３実施形態の推定結果として、１００フレーム間で平均化を行ったスペクトル上において、Ｂ０±Ｂｍの周波数位置に立つトーン信号の絶対強度とＢ０±Ｂｎの周波数位置に立つトーン信号の絶対強度との比を用いて得たコア間クロストーク推定値の結果が示されている。

図１３に示されるように、第１実施形態及び第３実施形態においてコア間クロストークの真値が３ｄＢ〜２０ｄＢの範囲では、どちらも精度よくクロストークの推定がなされていることが確認できる。しかし、コア間クロストークの真値が２０ｄＢ以上の範囲では、第１実施形態の推定結果の精度が劣化している。これは、コア間クロストークの真値が２０ｄＢ以上の範囲では伝搬路ｎを通る光信号に重畳されているトーン信号が仮に伝搬路ｍを通る光信号に漏れ出したとしても、光信号のペイロード部分のスペクトルに埋もれ、そのトーン信号が検出できないためである。一方、コア間クロストークの真値が２０ｄＢ以上の範囲においても第３実施形態の推定結果の精度が劣化することなく、１ｄＢ以下の誤差の範囲内で正しい値を推定できていることが確認できる。これはペイロード部のパタンがフレーム間で統計的独立のため、１００フレーム平均後は約１／１００の大きさ、すなわち２０ｄＢのパワー減少となり、相対的にトーン信号が検出しやすくなることに起因する。

図１４では、第３実施形態のコア間クロストークの推定方法において、フレーム平均数を１００とし、光信号対雑音比を変化させた場合のコア間クロストーク推定値と真値との差分が示されている。図１４において、横軸は光信号対雑音比を表し、縦軸は推定コア間クロストーク量と真値の差分を表す。コア間クロストーク量は２０ｄＢと設定されている。第３実施形態のコア間クロストークの推定方法では、光信号対雑音比が小さな劣悪な環境下においてもコア間クロストークが０．５ｄＢ以下の推定誤差の範囲内で推定されていることが確認できる。これは、信号に重畳する雑音が統計的独立のため、１００フレーム平均後は約１／１００の大きさ、すなわち約２０ｄＢのパワー減少となり、相対的にトーン信号が検出しやすくなり推定精度に影響を与えないことに起因する。

上記各実施形態は、マルチモードファイバでのモード間クロストーク、又は結合型のマルチコアファイバでのコア間クロストーク、又はシングルモードファイバ伝送における同一波長クロストークなどを推定する際にも適用できる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

なお、本発明の光送信装置１０、光送信装置１０ａ、光送信装置１０ｂ、光送信装置１０ｃ、光受信装置２０、光受信装置２０ａ、光受信装置２０ｂ、光受信装置２０ｃの各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、光送信装置１０、光送信装置１０ａ、光送信装置１０ｂ、光送信装置１０ｃ、光受信装置２０、光受信装置２０ａ、光受信装置２０ｂ、光受信装置２０ｃの各処理に係る上述した種々の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１０、１０ｃ…光送信装置， ２０、２０ａ、２０ｂ…光受信装置， ３０…被測定物， １０１（１０１−１〜１０１−Ｎ）…光源， １０２（１０２−１〜１０２−Ｎ）…電気信号処理部， １０２１…ペイロード信号生成部， １０２２…トーン信号生成部， １０２３、１０２３ｃ…トーン信号挿入部， １０２４…片側側波帯変換部， １０３（１０３−１〜１０３−Ｎ）…変調器， ２０１…光電気変換器， ２０２…電気信号測定部， ２０３、２０３ａ、２０３ｂ…クロストーク推定部， ２０４…光信号受信部， ２０５…光信号測定部， ２０６…フレーム分割部， ２０７（２０７−１〜２０７−Ｋ−１）…バッファ， ２０８…フレーム平均部， ３０１…マルチコア入力部， ３０２…マルチコア出力部， ３０３…マルチコアファイバ

Claims (7)

1. 複数のコアを有する被測定物を介して伝送される信号からコア間のクロストークを推定するクロストーク推定システムであって、
   トーン信号が重畳された変調信号光を生成する生成部と、
   生成された前記変調信号光を、前記コアを介して送信する送信部と、
   前記コアから出力された前記変調信号光に重畳されている前記トーン信号の強度に基づいてコア間のクロストークを推定するクロストーク推定部と、
   を備えるクロストーク推定システム。
2. 前記コアから出力された前記変調信号光を電気信号に変換する光電気変換部と、
   変換された前記電気信号の強度を測定する電気信号測定部と、
   をさらに備え、
   前記クロストーク推定部は、測定結果で示される前記電気信号に重畳されている変調周波数の異なるトーン信号の強度間の差分から前記クロストークを推定する、請求項１に記載のクロストーク推定システム。
3. 前記コアから出力された前記変調信号光の光パワーを測定する光信号測定部をさらに備え、
   前記クロストーク推定部は、測定結果で示される前記変調信号光に重畳されている変調周波数の異なるトーン信号の強度間の差分から前記クロストークを推定する、請求項１に記載のクロストーク推定システム。
4. 前記コアから出力された前記変調信号光を電気信号に変換する光電気変換部と、
   変換された前記電気信号を複数のフレームに分割するフレーム分割部と、
   分割された各フレームの同期がなされた後に、前記複数のフレームを用いて前記クロストークの推定に用いられないパラメータのパワースペクトルを減少させる平均化処理を行うフレーム平均部と、
   をさらに備え、
   前記クロストーク推定部は、平均化処理がなされた後のフレームに重畳されている変調周波数の異なるトーン信号の強度を測定し、変調周波数の異なるトーン信号の強度間の差分から前記クロストークを推定する、請求項１に記載のクロストーク推定システム。
5. 前記トーン信号を片側側波帯の信号に変換する片側側波帯変換部をさらに備え、
   前記生成部は、片側側波帯の信号に変換された前記トーン信号が重畳された変調信号光を生成する、請求項１から４のいずれか一項に記載のクロストーク推定システム。
6. 前記トーン信号の変調周波数の種類は、前記被測定物における前記変調信号光が伝搬するコアの隣接コア数より１つ分多い、請求項１から５のいずれか一項に記載のクロストーク推定システム。
7. 複数のコアを有する被測定物を介して伝送される信号からコア間のクロストークを推定するクロストーク推定システムにおけるクロストーク推定方法であって、
   トーン信号が重畳された変調信号光を生成する生成ステップと、
   生成された前記変調信号光を、前記コアを介して送信する送信ステップと、
   前記コアから出力された前記変調信号光に重畳されている前記トーン信号の強度に基づいてコア間のクロストークを推定するクロストーク推定ステップと、
   を有するクロストーク推定方法。

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