JP4164606B2 - 光伝送線路品質測定システム及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送線路の品質を評価する光伝送線路品質評価装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅伝送システムの伝送路の回線品質は、長期間の使用においても定めれられた品質規格を満足するように、経年劣化による品質低下を考慮した所定の余裕度を持たして設計されている。
【０００３】
品質劣化を模擬してその余裕度を評価又は測定するシステムとして、光伝送線路の受信端局で意図的に雑音光を付加して信号光対雑音光比（以下、ＳＮＲと記す。）を段階的に低下させ、各ＳＮＲに対して符号誤り率（以下、ＢＥＲと記す。）を測定し、所定のＢＥＲに対するＳＮＲの余裕度を算定する方法が知られている（例えば、Ｖ．Ｊ．Ｍａｚｕｒｃｚｙｋ他、「Ｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌｎｏｉｓｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｍａｒｇｉｎ ｉｎｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｓｙｓｔｅｍ」、ＯＦＣ’９７ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ，Ｔｕｅｓｄａｙ Ａｆｔｅｒｎｏｏｎ，ｐｐ．８５−８６）。この方法では、品質規格におけるＳＮＲと伝送線路稼働時のＳＮＲとの差が、その光伝送線路の余裕度ということになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法は、低信号パワーで非線形効果の無い光伝送線路に対しては有効であるが、非線形効果を無視できない光伝送線路ではあまり有効ではなかった。というのは、光ファイバ伝送線路では、高ＳＮＲを得るために信号光パワーを大きくしていくと、光ファイバ内で信号光パワーに依存する非線形効果が生じ、その結果、信号が劣化する。非線形効果のある伝送路で経年変化が生じると、光増幅器の出力減少及び光ファイバの損失増加により非線形効果が緩和されるが、従来の方法では、光ファイバ内で生じる非線形効果による信号劣化の後に雑音を付加しているので、非線形効果の緩和を全く考慮しないことになり、余裕度が低めにでてしまう。
【０００５】
試みに、光増幅中継伝送路で使用している全光増幅中継器の出力を低下させて、経年劣化を模擬した結果と、従来例での測定結果とを比較してみた。図６は、光増幅中継器の出力を低下させた方法と、受信端局でノイズ光を付加する方法におけるＳＮＲ対ＢＥＲの変化の模式図を示す。横軸はＳＮＲ、縦軸はＢＥＲをそれぞれ示す。Ａが、敷設直後でのＳＮＲとＢＥＲ、Ｂが光増幅中継器の出力レベルを低下させた方法での測定結果を示し、Ｃが受信端局でノイズ光を付加する方法の測定結果を示す。実線は、実験により得られた結果を反映しており、測定結果Ｂの破線部分は推測である。
【０００６】
現実の伝送線路では、劣化が伝送線路上で分布して生じるので、中継器出力低下による劣化模擬はほぼ現実を反映していると考えられる。中継器出力低下による劣化模擬では、曲線Ｂとして図示したように、ＳＮＲが低下すると、最初、ＢＥＲが減少する。これは、当初、非線形な伝送であったものが中継器出力の低下による信号光パワーの低下により線形伝送に移行するためであると推測される。その後は、線形な伝送システムとして、ＳＮＲの低下に対応してＢＥＲが増加する。
【０００７】
他方、受信端局でノイズ光を追加する従来例では、伝送線路中の信号光のパワーはノイズ光の付加前後で変わらないので非線形伝送の影響も一定であり、曲線Ｃに示すように、ＳＮＲの低下に伴いＢＥＲも単調に増加する。換言すると、従来例の方法では、余分に符号誤りを起こす非線形伝送の影響がＳＮＲに関わらず同じに維持される。従って、従来例では、同じＳＮＲでも、中継器出力低下による劣化模擬に比べ符号誤り率が大きくなる。これがそのまま、どのＳＮＲでも同じに作用するので、全体として、余裕度が小さくなってしまう。
【０００８】
このように、従来例では、ＳＮＲ余裕度が小さく測定されてしまうので、従来の方法に基づき設備を設計した場合、必要以上のＳＮＲ余裕度を確保することによる過剰設計（余裕度を持たせ過ぎた設計）となり、コスト増を招く。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決し、回線品質の余裕度をより高い精度で測定又は評価できる光伝送線路品質測定システム及び方法を提示することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、光送信側に、信号光発生手段から出力される誤り率測定用データを搬送する信号光の光強度を調整する光強度調整手段を設け、光受信側で、ＳＮＲと光伝送線路の品質指標、例えば、誤り率を測定する。これにより、光伝送線路の非線形効果の影響を加味して、回線品質、従って余裕度をより高い精度で測定又は評価できる。光強度の調整により、信号ラインに影響するが、本来の劣化に近い状況を模擬できる。
【００１２】
送信側でのＳＮＲ調整は、例えば、雑音光の加算、又は、誤り率測定用信号光の光強度の調整により実現できる。前者は、少数の光素子で簡単に実現でき、本来の信号ラインへの悪影響が無い又は少ない。後者は、信号ラインに影響するが、本来の劣化に近い状況を模擬できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。１０は光送信局、１２は光送信局１０から出力される信号光のＳＮＲを調整するＳＮＲ調整装置、１４は、ＳＮＲ調整装置１２から出力される信号光を伝搬する光ファイバ伝送線路、１６は光受信局である。光送信局１０から出力される信号光は、ＳＮＲ調整装置１２及び光ファイバ伝送線路１４を介して光受信局１６に入力する。光ファイバ伝送線路１４は、基本的に、多数の伝送用光ファイバ１４ａを光中継増幅器１４ｂで中継接続した光増幅伝送路である。
【００１５】
光送信局１０では、レーザ素子２０が規定の信号波長λｓでＣＷレーザ光を発生する。そのスペクトル分布を図２（ａ）に示す。図２（ａ）で、横軸は波長、縦軸は光強度である。光変調器２２が、そのＣＷレーザ光を入力データ（品質劣化模擬の場合には、パターン・ジェネレータから発生された誤り測定用データ）に従い強度変調する。光変調器２２から出力される信号光は、光増幅器２４により光増幅されて、ＳＮＲ調整装置１２に出力される。
【００１６】
ＳＮＲ調整装置１２は、図２（ｂ）に示すように信号光波長λｓを含む広い波長帯の雑音光を発生する雑音光源２６、雑音光源２６の出力光を指定の減衰量だけ減衰させる可変減衰器２８、及び、可変減衰器２８の出力光を光送信局１０（の光増幅器２４）の出力光に合波して、光ファイバ伝送線路１４に送出する光カップラ３０を具備する。図２（ｂ）で、横軸は波長、縦軸は光強度である。雑音光源２６は、例えば、入力光の無い光増幅器からなる。可変減衰器２８の減衰量は手動又は電動で変更自在であり、可変減衰器２８の減衰量を調整することにより、光カップラ３０で付加する雑音光の強度、即ち、光ファイバ伝送線路１４に入力する信号光のＳＮＲを自在に調整できる。
【００１７】
雑音光源２６が発生し可変減衰器２８により減衰された雑音光は、光カップラ３０により、光アンプ２４から出力される信号光と合波され、光ファイバ伝送線路１４に送出される。光ファイバ伝送線路１４に入力する光のスペクトルを図２（ｃ）に示す。図２（ｃ）で、横軸は波長、縦軸は光強度である。これにより、光ファイバ伝送線路１４に入力する信号光のＳＮＲを自在に調整変更できる。
【００１８】
信号光と雑音光は光ファイバ伝送路線路１４を伝搬し、光受信局１６に入力する。光ファイバ伝送線路１４を伝搬する間に、信号光と雑音光は、伝送用光ファイバ１４ａで減衰し、光増幅中継器１４ｂで増幅される。
【００１９】
光受信局１６では、光ファイバ伝送線路１４から入力した光の一部は、光カップラ３２により分岐されてスペクトラム分析装置３４に入力し、残りは、光受信装置３６に入力してデータを復調される。光受信装置３６で復調されたデータは誤り率測定装置３８に入力される。スペクトラム分析装置３４により、光ファイバ伝送線路１４を伝搬した光のスペクトル分布が解析され、その解析結果から光受信局１６の入力信号光のＳＮＲが分かる。また、誤り率測定装置３８により、光ファイバ伝送線路１４を伝搬した信号光の誤り率が測定される。
【００２０】
このような構成で、ＳＮＲ調整装置１２の可変減衰器２８により、雑音光のレベルを変更しながら、光受信局１６でＳＮＲとＢＥＲを測定し、測定結果を図面上にプロットする。実際に測定した結果を図３に示す。図３の横軸はＳＮＲ、縦軸はＢＥＲをそれぞれ示す。○は従来例による測定結果、△は本実施例による測定結果、□は中継器出力の低下による測定結果をそれぞれ示す。
【００２１】
通常、符号誤り率の基準は１０の−１１乗であり、これより誤り率（ＢＥＲ）が小さければ、伝送路として十分な信頼性を具備することになるので、ＳＮＲの余裕度としても、誤り率１０の−１１乗を基準誤り率として判定する。なお、現在利用可能な誤り率測定装置３８では、１０の−１１乗より小さい誤り率をそのまま測定するのは至難の技であり、本実施例では、受信パルス光の閾値をパルス高の１倍及び０倍から０．５倍に向けて逐次移行させながら誤り率を測定し、その測定結果を外挿して、光パルス高の中間値（０．５）を閾値とする場合の誤り率を測定した。従って、誤り率が小さくなるほど、測定誤差が極めて大きくなる点に留意されたい。
【００２２】
本実施例では、光ファイバ伝送線路１４の入力側でノイズ光を付加しているので、光ファイバ伝送線路１４の非線形効果の影響も加味して、品質劣化を模擬できる。この結果、より実際に即した余裕度を測定できる。本実施例では、少しＳＮＲを劣化させた状態では、光ファイバ伝送線路１４上での信号光パワーが相対的に低下するので、非線形効果の影響が低下し、その結果、従来例よりも、符号誤り率が小さくなる。中継器出力低下による劣化模擬に比べ符号誤り率が大きいのは、信号光の絶対値パワーが中継器出力低下の場合に比べ高いからであり、これも、ＳＮＲが小さくなると、その差が縮まると推定される。
【００２３】
図３で、Ｄは、敷設当初のＳＮＲ、Ｅは従来例の測定結果による誤り率１０の−１１乗でのＳＮＲ、Ｆは本実施例の測定結果による誤り率１０の−１１乗でのＳＮＲをそれぞれ示す。Ｄ−Ｅ間のＳＮＲの差が、従来の方法により測定される余裕度であり、Ｄ−Ｆ間のＳＮＲの差が、本実施例により測定される余裕度である。本実施例により測定したＳＮＲ余裕度は、従来例により測定したＳＮＲ余裕度よりも大きくなっている。この差は、そのまま中継間隔の損失、即ち、中継間隔長の差に置き換えることができる。即ち、本実施例により、中継区間長を従来例よりも長くできることになり、結果として、非常に高価な中継用光増幅器の台数を大幅に削減できる。中継用光増幅器の削減は更に、信頼性の向上につながる。
【００２４】
雑音光源２６として入力光の無い光増幅器を使用する場合、そのポンプ光強度を変更することでも、雑音光強度を変更できるので、可変減衰器２８を省略してもよい。ただし、ポンプ・レベルの変化に従い、雑音光のスペクトルが変化する。
【００２５】
上記実施例では、光送信側にＳＮＲ調整装置１２を設けて雑音光を積極的に付加するようにしたが、図４に示すように、 光送信局１０の光増幅器２４の出力光を減衰する可変減衰器４０からなるＳＮＲ調整装置１２ａを設けても良い。可変減衰器４０の減衰量を調整することで、光ファイバ伝送線路１４に入力する信号光強度を自在に変更できる。光ファイバ伝送線路１４に入力する信号光の強度が低下すると、相対的に光ファイバ伝送線路１４の光増幅器１４ｂで発生する雑音が多くなる。これは、通常の経時劣化に近似した動作となり、実際の劣化により近い状態を模擬できる。この構成では、可変減衰器４０を挿入するだけで済むので、安価に実現できるが、信号ライン上に品質劣化模擬用の素子を配置することになり、信号ラインの切断が必要になる。
【００２６】
更には、図５に示すように、可変減衰器４０の代わりに、雑音光を発生しやすい光増幅器４２を具備するＳＮＲ調整装置１２ｂを設けても良い。光増幅器の場合、そのポンプ光強度を調整することで、利得及び損失を調整できるので、光ファイバ伝送線路１４に入力光の信号光のＳＮＲを広いレンジで調整できる。非常に簡単な構成であり、より広い範囲で信号光のＳＮＲを調整できるが、可変減衰器４０の場合と同様に、信号ライン上に品質劣化模擬用の素子を配置することになり、信号ラインの切断が必要になる。更には、光増幅器が高価であることから、コスト高になる。
【００２７】
信号光強度を変更するという見地からは、光送信局１０に配備されている光増幅器２４の利得を調整しても、図４及び図５と同様の機能を実現できる。この場合、ＳＮＲ調整装置１２を省略できる。但し、この場合、光送信局１０を含めた伝送特性を評価できないし、実際の運用のために光増幅器２４の再調整が必要になる。
【００２８】
上記各実施例では、ＳＮＲ調整装置１２を光送信局１０の外側に配置するとしたが、勿論、光送信局１０の内部にＳＮＲ調整装置１２を配置しても実質的に異なることが無いことは明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、従来よりも高い精度でＳＮＲ余裕度を測定できる。これにより、過剰な仕様によるコスト高を避けて適切なシステム設計が可能になり、更には、稼働後の現状を正確に把握できるので、保守管理も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】 本実施例の各部のスペクトル分布図である。
【図３】 本実施例、従来例及び中継器出力低下法の実測値のグラフである。
【図４】 本発明の変更実施例の送信側の概略構成ブロック図である。
【図５】 本発明の別の変更実施例の送信側の概略構成ブロック図である。
【図６】 中継器出力低下法と従来の方法におけるＳＮＲ対ＢＥＲの変化の模式図である。
【符号の説明】
１０：光送信局
１２：ＳＮＲ調整装置
１４：光ファイバ伝送線路
１４ａ：伝送用光ファイバ
１４ｂ：光中継増幅器
１６：光受信局
２０：レーザ素子
２２：光変調器
２４：光増幅器
２６：雑音光源
２８：可変減衰器
３０：光カップラ
３２：光カップラ
３４：スペクトラム分析装置
３６：光受信装置
３８：誤り率測定装置
４０：可変減衰器
４２：光増幅器

Claims (6)

1. 誤り測定用データを搬送する信号光を発生する信号光発生手段と、
   当該信号光発生手段から出力される信号光の光強度を調整する光強度調整手段と、
   当該光強度調整手段の出力光を伝送する光伝送線路と、
   当該光伝送線路から出力される信号光のＳＮＲを測定するＳＮＲ測定手段と、
   当該光伝送線路から出力される当該信号光の品質指標を測定する品質指標測定手段
   とを具備し、
   当該光強度調整手段の複数の調整量に対する、当該ＳＮＲ測定手段及び当該品質指標測定手段の測定結果から当該光伝送線路の余裕度を判定する
   ことを特徴とする光伝送線路品質測定システム。
2. 当該光強度調整手段が減衰率を変更自在な可変減衰手段からなる請求項１に記載の光伝送線路品質測定システム。
3. 当該光強度調整手段が利得を変更自在な光増幅手段からなる請求項１に記載の光伝送線路品質測定システム。
4. 当該品質指標測定手段が、当該光伝送線路から出力される信号光の誤り率を測定する誤り率測定手段である請求項１に記載の光伝送線路品質測定システム。
5. 誤り測定用データを搬送する信号光の光強度を調整して、光伝送線路に入力する光強度調整ステップと、
   当該光伝送線路から出力される信号光のＳＮＲを、当該光強度調整ステップの各調整値に対して測定するＳＮＲ測定ステップと、
   当該光伝送線路から出力される当該信号光の品質指標を、当該光強度調整ステップの各調整値に対して測定する品質指標測定ステップと、
   当該光強度調整ステップの複数の光強度調整値に対して当該ＳＮＲ測定ステップで測定されたＳＮＲ及び当該品質指標測定ステップで測定された品質指標から当該光伝送線路の品質マージンを判定する判定ステップ
   を具備することを特徴とする光伝送線路品質測定方法。
6. 当該品質指標測定ステップが、当該光伝送線路から出力される信号光の誤り率を測定する誤り率測定ステップである請求項５に記載の光伝送線路品質測定方法。

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