JP4621374B2 - 時間応答測定方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル信号で強度変調された光信号の品質を評価する場合において、強度の時間応答を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光信号の品質を評価する場合においては、光信号を光検出器で電気信号に変換してサンプリングオシロスコープで電圧波形を測定する方法が用いられている。また、高速な変調信号の場合は光信号を直接サンプリングする光サンプリングオシロスコープが用いられる場合もある。両者は電気信号と光信号の違いや性能の差を除けば、基本的に被測定信号を一定時間間隔でサンプリングするという手法に基づいている。以下総称してサンプリングオシロと記す。
【０００３】
実際のランダムなデータで変調された信号をサンプリングオシロで測定すると、アイパターンが得られる。アイパターンは、変調信号の総合的な評価には適しているが、雑音が重畳され多数の波形が重なって表示されるため時間応答の裾引きなどの詳細を観測するのは困難である。
【０００４】
そこで、図10A)に示すように1 ビットだけ"1",他のn-1 ビットは"0" のデータを周期n ビットで繰り返す変調信号を使用すると、サンプリングオシロで波形の重なりの無い時間応答を測定することが出来る。理想的な波形は図10B)に示す矩形のパルスであるが、実際の伝送信号は図10C)のように変形した波形となる。ここで、パルスの裾が隣のパルスの裾に重なると区別できなくなるので、繰り返し周期nTは、時間応答の幅より長く設定する必要がある。
【０００５】
図9 にサンプリングオシロによる時間応答測定の構成の例を示す。クロック再生部1 は、被測定信号1aの繰り返し周波数(1/nT ) またはその整数分の1 の周波数のクロック1bを生成する。可変遅延器2 は、クロック1bに遅延を与えてサンプリングクロック2aを生成する。短パルス発生器3 は、サンプリングクロック2aに同期し被測定信号のパルス幅より短い幅の短パルス列3aを生成する。乗算手段6 は、被測定信号1aと短パルス列3aの乗算値に比例した乗算信号6aを出力する。検波手段7 は、乗算信号6aのピーク値またはそれに比例した検波信号7aを出力する。平均化手段8 は、検波信号7aを時間平均して時間応答8aを出力する。
【０００６】
上記構成のサンプリングオシロの動作を以下に示す。可変遅延器2 の遅延時間が0 のとき、短パルス列3aは図10D)のようになる。乗算信号6aは被測定信号1aのパルスの中央をサンプリングしたものとなり、検波信号7aは被測定信号1aのパルスの中央に相当する電圧となる（図10E)）。次に、可変遅延器2 の遅延時間がT /2のとき、短パルス列3aは図10F)のようになる。乗算信号6aは被測定信号1aのパルスの右端をサンプリングしたものとなり、検波信号7aは被測定信号1aのパルスの右端に相当する電圧となる（図10G)）。被測定信号に雑音が重畳している場合は検波信号にも雑音が重畳するが、平均化手段8 により時間平均をとると雑音が低減される。遅延時間を掃引しながら測定を行なうと、図10H)のように時間応答波形が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図9 に示したサンプリングオシロによる時間応答測定では次のような課題があった。すなわち、図10に示すように変調データのマーク率は1/n となる。実使用状態のマーク率は通常1/2 であるが、時間応答の裾引きなどを観測するためにはn を十分大きくする必要があり、実使用状態と比較してマーク率が小さくなる。マーク率が小さくなると、光の平均パワーが低くなり実使用状態の品質を正しく評価できない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、被測定信号として疑似ランダムパターンで変調された信号を用い、マーク率が1/2 に近く実使用に近い状態での時間応答の測定を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、請求項１に係る発明の時間応答測定方法は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定方法であって、前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックに同期した短パルス列、該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成する段階と、該積の信号を平均化して前記時間的位置関係に対応する相関値を求める段階とを含み、前記時間的位置関係の変化により得られる複数の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に係る発明の時間応答測定方法は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定方法であって、前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックと該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号との積であるパルス列を圧縮した短パルス列および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成する段階と、該積の信号を平均化して前記時間的位置関係に対応する相関値を求める段階とを含み、前記時間的位置関係の変化により得られる複数の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３に係る発明の時間応答測定方法は、請求項１および２のいずれかに記載の時間応答測定方法において、前記クロックの周波数の自然数分の１の周波数を有する前記サンプリングクロックを可変の所定時間遅延させて前記時間的位置関係を可変としたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に係る発明の時間応答測定方法は、請求項１および２のいずれかに記載の時間応答測定方法において、前記サンプリングクロックとして前記クロックの周波数の自然数分の１の周波数とわずかに周波数の異なるサンプリングクロックを用いて前記時間的位置関係を可変としたことを特徴とする。
【００１２】
そして、請求項５に係る発明の時間応答測定装置は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定装置であって、前記クロックを供給するクロック供給手段と、該クロック供給手段が供給するクロックを受けて該クロックの周波数の自然数分の１の周波数を有し該クロックとの時間的位置関係が可変のサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段と、前記サンプリングクロックを受けて該サンプリングクロックに同期した短パルス列と該サンプリングクロックに同期した、前記被測定信号と同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号とを発生し、かつ、前記被測定信号を受けて該被測定信号、前記短パルス列および前記疑似ランダムパターン信号の積の信号を生成する積信号生成手段と、該積の信号を受けて平均化し前記時間的位置関係に対応する相関信号を出力する平均化手段とを備え、変化する前記時間的位置関係の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に係る発明の時間応答測定装置は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定装置であって、前記クロックを供給するクロック供給手段と、該クロック供給手段が供給するクロックを受けて該クロックとの時間的位置関係が可変のサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段と、前記サンプリングクロックを受けて該サンプリングクロックに同期した光パルス列を発生し、該光パルス列を該サンプリングクロックに同期した、前記被測定信号と同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号で変調し、後圧縮して疑似ランダム光短パルス列を発生し、かつ、前記被測定信号を受けて該被測定信号および前記疑似ランダム光短パルス列の積の信号を生成する積信号生成手段と、該積の信号を受けて平均化し前記時間的位置関係に対応する相関信号を出力する平均化手段とを備え、変化する前記時間的位置関係の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図1 に本発明の時間応答測定装置の基本構成を示す。
被測定信号1aは、疑似ランダムパターン（PRBSパターン）で変調された信号である。クロック供給手段1 は、被測定信号1aのデータクロック周波数(1/T )またはその整数分の1 の周波数のクロック1bを生成する。サンプリングクロック発生手段2 は、クロック1bに遅延を与えてサンプリングクロック2aを生成する。短パルス発生器3 は、サンプリングクロック2aに同期し被測定信号1aのパルス幅より短い幅の短パルス列3aを生成する。PRBSパターン発生器4 は、サンプリングクロック2aに同期し被測定信号1aと同じまたはそれを整数分の1 に間引いたPRBSパターン4aを生成する。前記短パルス発生器3 とPRBSパターン発生器4 とで短パルス・PRBSパターン発生手段51を構成する。乗算手段5 は、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aとの乗算値に比例した積の信号としての乗算信号6bを出力する。前記短パルス・PRBSパターン発生手段51と乗算手段5 とで積信号生成手段50を構成する。平均化手段8 は、乗算信号6bを時間平均して相関信号8bを出力する。時間応答補正手段9 は、必要に応じて補正演算を行なって時間応答9aを出力する。
【００１５】
図2 に本発明の時間応答測定装置の各信号の波形例を示す。図2 A)は、周期15ビットの疑似ランダムパターンで変調された信号である。図2 B)は、被測定信号1aのデータクロックと同じ周波数のクロック1bである。図2 C)は、クロック1bに対するサンプリングクロック2aの遅延時間が0 のときの短パルス列3aである。図2 D)は、クロック1bに対するサンプリングクロック2aの遅延時間が0 の時のPRBSパターン4aである。短パルス列3aの各短パルスがPRBSパターン4aの各ビットの中央付近に位置するようにしておけば、PRBSパターン4aの波形の立ち上がり/ 立ち下がり部分が変形しても測定への影響は無い。遅延時間が0 の場合、被測定信号1aとPRBSパターン4aのデータパターンが一致しているので、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aとの積は図2 E)のようになる。乗算信号6bを平均化すると、図2 F)の相関信号8bが得られる。
【００１６】
遅延時間がT /2のときは、図2 G), H), I), J)に示すようになり、被測定信号1aのデータが変化する時刻の値を反映したものとなる。遅延時間がT のときは、図2 K), L), M), N)に示すようになり、被測定信号1aのデータとPRBSパターン4aのデータがずれているため相関信号8bは小さな値となる。遅延時間を掃引しながら測定を行なうと、図2 O)のような相関信号8bが得られ、時間応答は図2 P)のようになる。
【００１７】
図3 は、クロック1bの周波数を1/2 にした場合を示す。図3 A)は、周期15ビットの疑似ランダムパターンで変調された信号である。図3 B)は、被測定信号1aのデータクロックの1/2 の周波数のクロック1bである。図3 C)は、被測定信号1aのデータクロックの1/2 の繰り返し周期の短パルス列3aである。図3 D)は、被測定信号の疑似ランダムパターンを1/2 に間引いたPRBSパターン4aである。短パルスが存在する所では被測定信号1aとPRBSパターン4aのデータパターンが一致しているので、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aとの積は図3 E)のようになる。乗算信号6bをPRBS周期の2 倍の時間平均化すると、図3 F)の相関信号8bが得られる。クロック1bに対するサンプリングクロック2aの遅延時間がT のときは、図3 G), H), I), J)に示すようになり、図2 の場合と同様の相関信号8bが得られる。
【００１８】
以上のように、被測定信号1aのデータクロックの整数分の1 の周波数のクロック1bを用いた場合においても、整数分の1 に間引いた疑似ランダムパターンが一巡するような条件にすれば、同一の周波数のクロックを用いた場合と同じ結果が得られる。平均化時間が長くなるが、クロック周波数が低くなるためハードウェアが容易になる。なお、上述の説明では、クロック1bの周波数を1/2 にした場合としたが、クロック1bの周波数が被測定信号1aのデータクロックと同じでもサンプリングクロック2aの周波数を1/2 とすれば、図3 C)以下は同様である。
【００１９】
本発明では、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aとの乗算を行なっている。短パルス列3aと乗算することによる被測定信号1aの1 ビット周期T 内の特定の部分をサンプリングする効果と、PRBSパターン4aと乗算することによるPRBSパターンの周期内の1 ビットのみ相関が大きくなる効果を併せ持ち、送信端で1 ビットのみ"1" を送信したときの受信波形をサンプリングするのと同様の効果が得られる。PRBSパターンの自己相関関数がインパスル状になることは従来から知られているが、被測定信号1aとPRBSパターン4aとの相関をとるだけでは1 ビット周期以下の分解能での時間応答は得られない。
PRBSパターンの相関と短パルスによるサンプリング効果を組み合わせて初めて時間応答波形の測定が可能となる。そして、平均化によって被測定信号1aに重畳する雑音の影響を低減する効果も有している。平均化を行なう時間を長くするほど雑音を低減する効果が大きくなる。
【００２０】
以下、数式を用いて動作を説明する。時間応答をg(t), PRBSデータをPi＝｛０，１｝ (i : 整数),クロック周期をT , PRBSパターンの周期( 時間) をTp, PRBSパターンの周期(bit数) をBpとする。PRBSデータで変調された被測定信号x(t), 周期T の短パルス列s(t), PRBSパターンp(t)は以下のようになる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
【数２】
【００２３】
【数３】
【００２４】
クロック1bに対するサンプリングクロック2aの遅延時間をtoとすると、乗算信号6bは
【００２５】
【数４】
【００２６】
となる。Tpの間時間平均をとると相関信号r(to) が得られる。
【００２７】
【数５】
【００２８】
ここで、時間応答g(t)の幅はTpより短いと仮定し、g(t)が周期Tpで繰り返す関数をg'(t) と定義する。そして、
【００２９】
【数６】
【００３０】
【数７】
【００３１】
とおくと、相関値r(to) は
【００３２】
【数８】
【００３３】
となる。
ここでは被測定信号1a, PRBSパターン4a共に｛０，１｝のデータを使用して1 現象での乗算を行なったため、時間応答が零になる部分でも相関信号8bは零にならない。(8) 式第2 項を消去するために、以下に示す補正演算を行なう。
【００３４】
【数９】
【００３５】
これを定数倍すると、時間応答g'(to)が得られる。
【００３６】
【数１０】
【００３７】
一方、被測定信号1aの疑似ランダムパターンを｛０，１｝, PRBSパターン4aの疑似ランダムパターンを｛−１，１｝とし、2 現象の乗算を行なうと相関値r(to) は
【００３８】
【数１１】
【００３９】
となり、直接時間応答が得られるため補正演算は必要ない。
【００４０】
以上、本発明の時間応答測定装置について、その基本構成とその作用とを説明した。
次に、本発明の時間応答測定方法の実施の形態について説明する。
本発明の時間応答測定方法では、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号としている。そして、前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックに同期した短パルス列、該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成する。次に、該積の信号を平均化して前記時間的位置関係に対応する相関値を求める。前記相関値は前記時間的位置関係の異なる各時間的位置関係に対応する相関値をそれぞれ求める。それらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得る。
【００４１】
前記サンプリングクロックは、前記クロックと同じ周波数でも、前記クロックの周波数の１／２、１／３、等でも良く、前記クロックの周波数の自然数分の１の周波数を有したものであれば良い。
前記クロックと前記サンプリングクロックとの時間的位置関係は、前記サンプリングクロックを前記クロックに対して可変の所定時間遅延させて変化させる。
遅延させる時間を変えることで必要な数の時間的位置関係を得る。
前記サンプリングクロックの周波数を前記クロックの周波数の自然数分の１の周波数とわずかに異なる周波数として、前記時間的位置関係を時間の経過に従ってわずかずつ変わっていくようにしても良い。
【００４２】
また、積の信号を生成するには、前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックと該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号とからそれらの積であるパルス列を生成し、そのパルス列を圧縮した短パルス列および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成するようにしても良い。このようにしても、結果として、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aとの乗算が行なわれる。後述する装置の第3 および第5 の実施の形態はこの方法によっている。
【００４３】
図4 に本発明の時間応答測定装置の第1 の実施の形態を示す。
第1 の実施の形態は図1 に示した基本構成におけるクロック供給手段1 としてクロック再生部1 、サンプリングクロック発生手段2 として可変遅延器2 を用い、短パルス・PRBSパターン発生手段51を短パルス発生器3 、PRBSパターン発生器4 および乗算器10で構成し、短パルス列3aとPRBSパターン4aとを乗算したPRBS短パルス列10a を乗算手段5 に送るようにした例である。
【００４４】
クロック供給手段としてのクロック再生部1,サンプリングクロック発生手段としての可変遅延器2,短パルス発生器3,PRBSパターン発生器4,平均化部8,時間応答補正部9 は、図1 と同じ符号を付けている。
被測定信号1aは、疑似ランダムパターン（PRBSパターン）で変調された光信号である。乗算器10は、短パルス列3aとPRBSパターン4aの積としてPRBS短パルス列10a を出力する。PRBS短パルス列10a は、PRBSデータが"1" の所に短パルスが存在し、PRBSデータが"0" の所には存在しない信号となる。乗算手段5 は光変調器11と光検出器12で構成される。光変調器11は、光信号である被測定信号1aをPRBS短パルス列10a で変調し、乗算光信号11a を出力する。乗算光信号11a は、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aの積に比例した光信号である。これを光検出器12で電気信号に変換すると、図1 の乗算信号6bに相当する乗算電気信号12a が得られる。以降、図1 と同様に平均化と時間応答の補正を施すことにより、時間応答9aが得られる。
本実施の形態では、短パルス列3a, PRBSパターン4a共に｛０，１｝の信号であるため、乗算器10はディジタルのスイッチで実現することが出来る。
【００４５】
図5 に第2 の実施の形態を示す。
第2 の実施の形態は図1 に示した基本構成におけるクロック供給手段1 としてクロック再生部1 、サンプリングクロック発生手段2 として周波数合成部2 を用い、短パルス・PRBSパターン発生手段51のPRBSパターン発生器4 を両極性PRBSパターン発生器4 とし、乗算手段5 を光変調器13と光検出器14と乗算器15とで構成した例である。平均化手段8 として帯域制限部8 を用いている。
【００４６】
クロック再生部1,短パルス発生器3 は、第1 の実施の形態（図4 ）と同じものであり、同じ符号を付けている。被測定信号1aは、疑似ランダムパターンで変調された光信号である。周波数合成部2 は、クロック1bの周波数とわずかに異なる周波数のサンプリングクロック2bを生成する。これは、第1 の実施の形態の可変遅延器2 の遅延量を連続的に増加または減少するのと同じ効果となり、連続的に時間応答を得ることが出来る。光変調器13は、光信号1aを短パルス列3aで変調しサンプリング光信号13a を出力する。光検出器14は、サンプリング光信号13a を電気信号に変換しサンプリング信号14a を出力する。このサンプリング信号14a は、被測定信号1aを短パルス列3aでサンプリングした信号であり従来のサンプリングオシロの場合と同様である。両極性PRBSパターン発生器4 は｛−１，１｝の両極性のPRBSパターン4bを生成する。乗算器15は、サンプリング信号14a と両極性のPRBSパターン4bの積を出力する。サンプリング信号14a は単極性, PRBSパターン4bは両極性であるので、2 現象の乗算が必要である。帯域制限部8 は、短パルス列3aの繰り返し周波数よりも低いカットオフ周波数を持つローパスフィルタであり、連続的に乗算信号15a の平均化を行なう効果を持つ。
【００４７】
本実施の形態では、両極性のPRBSパターンを用い乗算器15で2 現象の乗算を行なうため、帯域制限部8 の出力が時間応答9aとなり補正演算は必要ない。乗算器15はサンプリング後の信号が入力されるので、クロック1bの周波数で動作すれば良く短パルス列の高調波成分を通す必要がない。図3 に示したようにクロック1bの周波数を被測定信号1aのデータクロックの整数分の1 にすることも可能であるので、第1 の実施の形態と比較して低速の乗算器を使用することが出来る。また、サンプリング信号14a は従来のサンプリングオシロの測定結果と同じものである。疑似ランダムパターンで変調された被測定信号をサンプリングオシロで測定するとアイパターンが得られるので、アイパターンと時間応答を同時に測定することが可能である。
【００４８】
図6 に第3 の実施の形態を示す。
第3 の実施の形態は図1 に示した基本構成におけるクロック供給手段1 としてクロック再生部1 、サンプリングクロック発生手段2 として可変遅延器2 を用い、短パルス・PRBSパターン発生手段51をサンプリングクロック2aに同期した光パルス列21a を出力する光源21とPRBSパターン発生器4 と前記光パルス列21a をPRBSパターン4aで変調する光変調器22と光変調器22から出射されたPRBS光パルス列22a を受けて圧縮しPRBS光短パルス列23a を出力する光パルス圧縮部23とで構成し、該PRBS光短パルス列23a を受ける乗算手段5 を非線形光学結晶26と光検出器27とで構成した例である。
【００４９】
クロック再生部1,可変遅延器2, PRBS パターン発生器4,平均化部8,時間応答補正部9 は、第1 の実施の形態と同じものであり、同じ符号を付けている。光源21は、サンプリングクロック2aで強度変調された光パルス列21a を出力する。光変調器22は、光パルス列21a をPRBSパターン4aで変調し、PRBS光パルス列22a を出力する。光パルス圧縮部23は、分散減少ファイバなどの非線形現象を利用して光のパルス幅の圧縮を行ない、PRBS光短パルス列23a を出力する。光増幅器24, 25は、それぞれPRBS光短パルス列23a,被測定信号1aを増幅し、非線形光学結晶26にて非線形現象が発生する程度に光パワーを設定する。非線形光学結晶26は、非線形現象により両入力光の光周波数の和の周波数を有する和周波光26a を発生する。ここで、和周波光26a の強度は両入力光の強度の積に比例する。光検出器27は、和周波光26a の光波長にのみ応答する光電変換器であり、被測定信号1aとPRBS光短パルス列23a の積に比例する電気信号である乗算信号27a を出力する。乗算信号27a は図1 の乗算信号6bに相当し、以降図1 と同様に平均化と時間応答の補正を施すことにより、時間応答9aが得られる。
【００５０】
本実施の形態では光サンプリングオシロの技術を利用している。分散減少ファイバによる光パルス幅の圧縮を行なうと一般的な電気信号の短パルスよりも短いパルス幅が得られ、非線形光学結晶による乗算は光変調器の帯域制限が存在しない。このため、第1 の実施の形態よりも時間分解能を高く出来るという特徴を持つ。
【００５１】
図7 に第4 の実施の形態を示す。
第4 の実施の形態は図1 に示した基本構成におけるクロック供給手段1 としてクロック再生部1 、サンプリングクロック発生手段2 として周波数合成部2 を用い、短パルス・PRBSパターン発生手段51の短パルス発生器3 をCW光30a を出射する光源30、該CW光30a とサンプリングクロック2bとを受けて該サンプリングクロック2bに同期した光パルス列31a を出力する光変調器31および該光変調器31から出射された光パルス列31a を受けて圧縮し光短パルス列32a を出力する光パルス圧縮部32を有する光短パルス発生器3 とし、PRBSパターン発生器4 を両極性PRBSパターン発生器4 とし、乗算手段5 を非線形光学結晶34と光検出器35と乗算器15とで構成した例である。平均化手段8 として帯域制限部8 を用いている。
【００５２】
クロック再生部1,周波数合成部2 , 両極性PRBSパターン発生器4 , 乗算器15, 帯域制限部8 は第2 の実施の形態（図5 ）と同じものであり、同じ符号を付けている。光源30は、強度が一定のCW光30a を出力する。光変調器31は、CW光30a をサンプリングクロック2bで変調し、サンプリングクロック2bに同期した光パルス列31a を生成する。光パルス圧縮部32は、分散減少ファイバなどの非線形現象を利用して光のパルス幅の圧縮を行ない、光短パルス列32a を出力する。光増幅器33, 25は、それぞれ光短パルス列32a,被測定信号1aを増幅し、非線形光学結晶34にて非線形現象が発生する程度に光パワーを設定する。非線形光学結晶34は、非線形現象により両入力光の光周波数の和の周波数である和周波光34a を発生する。ここで、和周波光34a の強度は両入力光の強度の積に比例する。光検出器35は、和周波光34a の光波長にのみ応答する光電変換器であり、被測定信号1aと光短パルス列32a の積に比例する電気信号であるサンプリング信号35a を出力する。このサンプリング信号35a は、被測定信号1aを光短パルス列32a でサンプリングした信号であり従来の光サンプリングオシロの場合と同様である。以降第2 の実施の形態と同様に、両極性PRBSパターン発生器4 は｛−１，１｝の両極性のPRBSパターン4bを生成し、乗算器15は、サンプリング信号35a とPRBSパターン4bの積である乗算信号15a を出力する。帯域制限部8 は、光短パルス列32a の繰り返し周波数よりも低いカットオフ周波数を持つローパスフィルタであり、連続的に乗算信号15a の平均化を行なう効果を持つ。本実施の形態では2 現象の乗算を行なうため、帯域制限部8 の出力が時間応答9aとなる。
【００５３】
本実施の形態は、第2 の実施の形態の構成を光サンプリングオシロの技術を利用して実現したものである。このため、補正演算が不要, 低速の乗算器を使用可能, アイパターンと時間応答を同時に測定可能という第2 の実施の形態の特徴と光サンプリングによる高い時間分解能を併せ持っている。
【００５４】
図8 に第5 の実施の形態を示す。
第5 の実施の形態は第3 の実施の形態の短パルス・PRBSパターン発生手段51に直流発生器41およびPRBSパターン発生器4 と光変調器22との間に介挿されて前記直流発生器41の出力信号41a と前記PRBSパターン発生器4 からのPRBSパターン4aのいずれか一方を変調信号として前記光変調器22へ出力するための第１のスイッチ42を追加した光短パルス/PRBS 光短パルス発生部40を設け、さらに時間応答補正部9 の後に乗算手段5 の出力と前記平均化部8 および時間応答補正部9 を経由した出力のいずれか一方を出力する第２のスイッチ43を追加して構成した例である。
【００５５】
クロック再生部1,可変遅延器2,光増幅器24,25,非線形光学結晶26, 光検出器27, 平均化部8,時間応答補正部9 は第3 の実施の形態と同じものであり、同じ符号を付けている。光短パルス/PRBS 光短パルス発生部40は、サンプリングクロック2aに同期した光短パルス列と第3 の実施の形態の23a と同様のPRBS光短パルス列とを切替えて出力する。そして、光検出器27の出力27a と時間応答補正部9 の出力9aを切替えるスイッチ43を有する。光短パルス/PRBS 光短パルス発生部40においてPRBS光短パルス列を出力しスイッチ43を時間応答9a側に設定すると、出力43a は第3 の実施の形態と同様の時間応答が得られる。光短パルス/PRBS 光短パルス発生部40において光短パルス列を出力しスイッチ43を乗算信号27a 側に設定すると、従来の光サンプリングオシロと同様の構成となり、被測定信号1aがPRBSパターンで変調された信号の場合はアイパターンが観測できる。
【００５６】
光短パルス/PRBS 光短パルス発生部40は、例えば以下のように構成される。
PRBSパターン発生器4,光源21, 光変調器22, 光パルス圧縮部23は第3 の実施の形態と同じものであり、同じ符号を付けている。PRBSパターン発生器4 の"1" のレベルに相当する直流電圧を発生する直流発生器41と、PRBSパターン4aと直流電圧 41aを切替えるスイッチ42とを有し、スイッチ42の出力42a が光変調器22に入力される。スイッチ42をPRBSパターン4a側に設定すると、第3 の実施の形態と同じ構成になりPRBS光短パルス列が出力される。スイッチ42を直流電圧41a 側に設定すると、光変調器22の入力42a は直流となり光変調器22では変調がかからないので、一定間隔の光パルス列21a がそのまま出力される。光パルス圧縮部23では光パルス列のパルス幅の圧縮を行なうため、一定間隔の光短パルス列が出力される。
以上のように、第3 の実施の形態に若干追加するだけで時間応答測定装置と光サンプリングオシロを切替えることが出来る。
【００５７】
以上、実施の形態ではクロック供給手段として、クロック再生手段を用いているが、被測定信号からクロックを再生するのではなく、外部からのクロック信号を端子で受けて供給するようにしても良い。また、サンプリングパルス発生手段2 としては、可変遅延器も周波数合成部もいずれの実施の形態にも適用できる。
【００５８】
サンプリングクロック発生手段2 として周波数合成部を用いた場合、可変遅延器の遅延量を連続的に増加または減少するのと同じ効果となるため平均化手段として帯域制限部を用いて連続的に平均化を行い連続的に時間応答を得る方式が自然であり、前述の周波数合成部を用いた実施の形態では帯域制限部を用いている。しかし、平均化手段としては、平均化部も帯域制限部もそれぞれいずれの実施の形態にも適用できる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の時間応答測定方法は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受けることとし、前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックに同期した短パルス列、該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成し、該積の信号を平均化して前記時間的位置関係に対応する相関値を求めるようにし、前記時間的位置関係の変化により得られる複数の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることとした。
【００６０】
また、本発明の時間応答測定装置は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定することとし、前記クロックを供給するクロック供給手段と、該クロック供給手段が供給するクロックを受けて該クロックの周波数の自然数分の１の周波数を有し該クロックとの時間的位置関係が可変のサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段と、前記サンプリングクロックを受けて該サンプリングクロックに同期した短パルス列と該サンプリングクロックに同期した、前記被測定信号と同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号とを発生し、かつ、前記被測定信号を受けて該被測定信号、前記短パルス列および前記疑似ランダムパターン信号の積の信号を生成する積信号生成手段と、該積の信号を受けて平均化し前記時間的位置関係に対応する相関信号を出力する平均化手段とを備えることとした。
上述のようにしたから、マーク率が1/2 に近く実使用に近い状態での時間応答の測定を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の各部の波形を示す図である。
【図３】本発明においてクロック1bの周波数が被測定信号のクロック周波数の1/2 の場合の波形を示す図である。
【図４】本発明の第1 の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の第2 の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】本発明の第3 の実施の形態を示すブロック図である。
【図７】本発明の第4 の実施の形態を示すブロック図である。
【図８】本発明の第5 の実施の形態を示すブロック図である。
【図９】従来のサンプリングオシロによる時間応答測定を示すブロック図である。
【図１０】従来のサンプリングオシロによる時間応答測定における各部の波形を示す図である。
【符号の説明】
1 クロック供給手段（クロック再生部）
1a 被測定信号
1b クロック
2 サンプリングクロック発生手段（可変遅延器，周波数合成部）
2a サンプリングクロック
2b サンプリングクロック
3 短パルス発生器（光短パルス発生器）
3a 短パルス列
4 PRBSパターン発生器（両極性PRBSパターン発生器）
4a PRBSパターン（疑似ランダムパターン信号）
4b 両極性のPRBSパターン
5 乗算手段
6 乗算手段
6a 乗算信号
6b 乗算信号（積の信号）
7 検波手段
7a 検波信号
8 平均化手段（平均化部，帯域制限部）
8a 時間応答
8b 相関信号
9 時間応答補正手段（時間応答補正部）
9a 時間応答
10 乗算器
10a PRBS短パルス列
11 光変調器
11a 乗算光信号
12 光検出器
12a 乗算電気信号（積の信号）
13 光変調器
13a サンプリング光信号
14 光検出器
14a サンプリング信号
15 乗算器
15a 乗算信号（積の信号）
21 光源
21a 光パルス列
22 光変調器
22a PRBS RZ 光信号
23 光パルス圧縮部
23a PRBS光短パルス列
24 光増幅器
25 光増幅器
26 非線形光学結晶
26a 和周波光
27 光検出器
27a 乗算信号（積の信号）
30 光源
30a CW光
31 光変調器
31a 光パルス列
32 光パルス圧縮部
32a 光短パルス列
33 光増幅器
34 非線形光学結晶
34a 和周波光
35 光検出器
35a サンプリング信号
40 光短パルス／PRBS光短パルス発生部
40a 光短パルス列またはPRBS光短パルス列
41 直流発生器
41a 直流電圧
42 スイッチ
42a PRBSパターンまたは直流電圧
43 スイッチ
43a 時間応答またはサンプリング信号
50 積信号生成手段
51 短パルス・PRBSパターン発生手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル信号で強度変調された光信号の品質を評価する場合において、強度の時間応答を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光信号の品質を評価する場合においては、光信号を光検出器で電気信号に変換してサンプリングオシロスコープで電圧波形を測定する方法が用いられている。また、高速な変調信号の場合は光信号を直接サンプリングする光サンプリングオシロスコープが用いられる場合もある。両者は電気信号と光信号の違いや性能の差を除けば、基本的に被測定信号を一定時間間隔でサンプリングするという手法に基づいている。以下総称してサンプリングオシロと記す。
【０００３】
実際のランダムなデータで変調された信号をサンプリングオシロで測定すると、アイパターンが得られる。アイパターンは、変調信号の総合的な評価には適しているが、雑音が重畳され多数の波形が重なって表示されるため時間応答の裾引きなどの詳細を観測するのは困難である。
【０００４】
そこで、図10A)に示すように1 ビットだけ"1",他のn-1 ビットは"0" のデータを周期n ビットで繰り返す変調信号を使用すると、サンプリングオシロで波形の重なりの無い時間応答を測定することが出来る。理想的な波形は図10B)に示す矩形のパルスであるが、実際の伝送信号は図10C)のように変形した波形となる。ここで、パルスの裾が隣のパルスの裾に重なると区別できなくなるので、繰り返し周期nTは、時間応答の幅より長く設定する必要がある。
【０００５】
図9 にサンプリングオシロによる時間応答測定の構成の例を示す。クロック再生部1 は、被測定信号1aの繰り返し周波数(1/nT ) またはその整数分の1 の周波数のクロック1bを生成する。可変遅延器2 は、クロック1bに遅延を与えてサンプリングクロック2aを生成する。短パルス発生器3 は、サンプリングクロック2aに同期し被測定信号のパルス幅より短い幅の短パルス列3aを生成する。乗算手段6 は、被測定信号1aと短パルス列3aの乗算値に比例した乗算信号6aを出力する。検波手段7 は、乗算信号6aのピーク値またはそれに比例した検波信号7aを出力する。平均化手段8 は、検波信号7aを時間平均して時間応答8aを出力する。
【０００６】
上記構成のサンプリングオシロの動作を以下に示す。可変遅延器2 の遅延時間が0 のとき、短パルス列3aは図10D)のようになる。乗算信号6aは被測定信号1aのパルスの中央をサンプリングしたものとなり、検波信号7aは被測定信号1aのパルスの中央に相当する電圧となる（図10E)）。次に、可変遅延器2 の遅延時間がT /2のとき、短パルス列3aは図10F)のようになる。乗算信号6aは被測定信号1aのパルスの右端をサンプリングしたものとなり、検波信号7aは被測定信号1aのパルスの右端に相当する電圧となる（図10G)）。被測定信号に雑音が重畳している場合は検波信号にも雑音が重畳するが、平均化手段8 により時間平均をとると雑音が低減される。遅延時間を掃引しながら測定を行なうと、図10H)のように時間応答波形が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図9 に示したサンプリングオシロによる時間応答測定では次のような課題があった。すなわち、図10に示すように変調データのマーク率は1/n となる。実使用状態のマーク率は通常1/2 であるが、時間応答の裾引きなどを観測するためにはn を十分大きくする必要があり、実使用状態と比較してマーク率が小さくなる。マーク率が小さくなると、光の平均パワーが低くなり実使用状態の品質を正しく評価できない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、被測定信号として疑似ランダムパターンで変調された信号を用い、マーク率が1/2 に近く実使用に近い状態での時間応答の測定を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、請求項１に係る発明の時間応答測定方法は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定方法であって、前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックに同期した短パルス列、該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成する段階と、該積の信号を平均化して前記時間的位置関係に対応する相関値を求める段階とを含み、前記時間的位置関係の変化により得られる複数の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に係る発明の時間応答測定方法は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定方法であって、前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックと該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号との積であるパルス列を圧縮した短パルス列および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成する段階と、該積の信号を平均化して前記時間的位置関係に対応する相関値を求める段階とを含み、前記時間的位置関係の変化により得られる複数の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３に係る発明の時間応答測定方法は、請求項１および２のいずれかに記載の時間応答測定方法において、前記クロックの周波数の自然数分の１の周波数を有する前記サンプリングクロックを可変の所定時間遅延させて前記時間的位置関係を可変としたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に係る発明の時間応答測定方法は、請求項１および２のいずれかに記載の時間応答測定方法において、前記サンプリングクロックとして前記クロックの周波数の自然数分の１の周波数とわずかに周波数の異なるサンプリングクロックを用いて前記時間的位置関係を可変としたことを特徴とする。
【００１２】
そして、請求項５に係る発明の時間応答測定装置は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定装置であって、前記クロックを供給するクロック供給手段と、該クロック供給手段が供給するクロックを受けて該クロックの周波数の自然数分の１の周波数を有し該クロックとの時間的位置関係が可変のサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段と、前記サンプリングクロックを受けて該サンプリングクロックに同期した短パルス列と該サンプリングクロックに同期した、前記被測定信号と同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号とを発生し、かつ、前記被測定信号を受けて該被測定信号、前記短パルス列および前記疑似ランダムパターン信号の積の信号を生成する積信号生成手段と、該積の信号を受けて平均化し前記時間的位置関係に対応する相関信号を出力する平均化手段とを備え、変化する前記時間的位置関係の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に係る発明の時間応答測定装置は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定装置であって、前記クロックを供給するクロック供給手段と、該クロック供給手段が供給するクロックを受けて該クロックとの時間的位置関係が可変のサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段と、前記サンプリングクロックを受けて該サンプリングクロックに同期した光パルス列を発生し、該光パルス列を該サンプリングクロックに同期した、前記被測定信号と同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号で変調し、後圧縮して疑似ランダム光短パルス列を発生し、かつ、前記被測定信号を受けて該被測定信号および前記疑似ランダム光短パルス列の積の信号を生成する積信号生成手段と、該積の信号を受けて平均化し前記時間的位置関係に対応する相関信号を出力する平均化手段とを備え、変化する前記時間的位置関係の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図1 に本発明の時間応答測定装置の基本構成を示す。
被測定信号1aは、疑似ランダムパターン（PRBSパターン）で変調された信号である。クロック供給手段1 は、被測定信号1aのデータクロック周波数(1/T )またはその整数分の1 の周波数のクロック1bを生成する。サンプリングクロック発生手段2 は、クロック1bに遅延を与えてサンプリングクロック2aを生成する。短パルス発生器3 は、サンプリングクロック2aに同期し被測定信号1aのパルス幅より短い幅の短パルス列3aを生成する。PRBSパターン発生器4 は、サンプリングクロック2aに同期し被測定信号1aと同じまたはそれを整数分の1 に間引いたPRBSパターン4aを生成する。前記短パルス発生器3 とPRBSパターン発生器4 とで短パルス・PRBSパターン発生手段51を構成する。乗算手段5 は、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aとの乗算値に比例した積の信号としての乗算信号6bを出力する。前記短パルス・PRBSパターン発生手段51と乗算手段5 とで積信号生成手段50を構成する。平均化手段8 は、乗算信号6bを時間平均して相関信号8bを出力する。時間応答補正手段9 は、必要に応じて補正演算を行なって時間応答9aを出力する。
【００１５】
図2 に本発明の時間応答測定装置の各信号の波形例を示す。図2 A)は、周期15ビットの疑似ランダムパターンで変調された信号である。図2 B)は、被測定信号1aのデータクロックと同じ周波数のクロック1bである。図2 C)は、クロック1bに対するサンプリングクロック2aの遅延時間が0 のときの短パルス列3aである。図2 D)は、クロック1bに対するサンプリングクロック2aの遅延時間が0 の時のPRBSパターン4aである。短パルス列3aの各短パルスがPRBSパターン4aの各ビットの中央付近に位置するようにしておけば、PRBSパターン4aの波形の立ち上がり/ 立ち下がり部分が変形しても測定への影響は無い。遅延時間が0 の場合、被測定信号1aとPRBSパターン4aのデータパターンが一致しているので、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aとの積は図2 E)のようになる。乗算信号6bを平均化すると、図2 F)の相関信号8bが得られる。
【００１６】
遅延時間がT /2のときは、図2 G), H), I), J)に示すようになり、被測定信号1aのデータが変化する時刻の値を反映したものとなる。遅延時間がT のときは、図2 K), L), M), N)に示すようになり、被測定信号1aのデータとPRBSパターン4aのデータがずれているため相関信号8bは小さな値となる。遅延時間を掃引しながら測定を行なうと、図2 O)のような相関信号8bが得られ、時間応答は図2 P)のようになる。
【００１７】
図3 は、クロック1bの周波数を1/2 にした場合を示す。図3 A)は、周期15ビットの疑似ランダムパターンで変調された信号である。図3 B)は、被測定信号1aのデータクロックの1/2 の周波数のクロック1bである。図3 C)は、被測定信号1aのデータクロックの1/2 の繰り返し周期の短パルス列3aである。図3 D)は、被測定信号の疑似ランダムパターンを1/2 に間引いたPRBSパターン4aである。短パルスが存在する所では被測定信号1aとPRBSパターン4aのデータパターンが一致しているので、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aとの積は図3 E)のようになる。乗算信号6bをPRBS周期の2 倍の時間平均化すると、図3 F)の相関信号8bが得られる。クロック1bに対するサンプリングクロック2aの遅延時間がT のときは、図3 G), H), I), J)に示すようになり、図2 の場合と同様の相関信号8bが得られる。
【００１８】
以上のように、被測定信号1aのデータクロックの整数分の1 の周波数のクロック1bを用いた場合においても、整数分の1 に間引いた疑似ランダムパターンが一巡するような条件にすれば、同一の周波数のクロックを用いた場合と同じ結果が得られる。平均化時間が長くなるが、クロック周波数が低くなるためハードウェアが容易になる。なお、上述の説明では、クロック1bの周波数を1/2 にした場合としたが、クロック1bの周波数が被測定信号1aのデータクロックと同じでもサンプリングクロック2aの周波数を1/2 とすれば、図3 C)以下は同様である。
【００１９】
本発明では、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aとの乗算を行なっている。短パルス列3aと乗算することによる被測定信号1aの1 ビット周期T 内の特定の部分をサンプリングする効果と、PRBSパターン4aと乗算することによるPRBSパターンの周期内の1 ビットのみ相関が大きくなる効果を併せ持ち、送信端で1 ビットのみ"1" を送信したときの受信波形をサンプリングするのと同様の効果が得られる。PRBSパターンの自己相関関数がインパスル状になることは従来から知られているが、被測定信号1aとPRBSパターン4aとの相関をとるだけでは1 ビット周期以下の分解能での時間応答は得られない。
PRBSパターンの相関と短パルスによるサンプリング効果を組み合わせて初めて時間応答波形の測定が可能となる。そして、平均化によって被測定信号1aに重畳する雑音の影響を低減する効果も有している。平均化を行なう時間を長くするほど雑音を低減する効果が大きくなる。
【００２０】
以下、数式を用いて動作を説明する。時間応答をg(t), PRBSデータをPi＝｛０，１｝ (i : 整数),クロック周期をT , PRBSパターンの周期( 時間) をTp, PRBSパターンの周期(bit数) をBpとする。PRBSデータで変調された被測定信号x(t), 周期T の短パルス列s(t), PRBSパターンp(t)は以下のようになる。
【００２１】
【数１】
【数２】
【数３】
クロック1bに対するサンプリングクロック2aの遅延時間をtoとすると、乗算信号6bは
【００２５】
【数４】
となる。Tpの間時間平均をとると相関信号r(to) が得られる。
【００２７】
【数５】
ここで、時間応答g(t)の幅はTpより短いと仮定し、g(t)が周期Tpで繰り返す関数をg'(t) と定義する。そして、
【００２９】
【数６】
【数７】
とおくと、相関値r(to) は
【００３２】
【数８】
となる。
ここでは被測定信号1a, PRBSパターン4a共に｛０，１｝のデータを使用して1 現象での乗算を行なったため、時間応答が零になる部分でも相関信号8bは零にならない。(8) 式第2 項を消去するために、以下に示す補正演算を行なう。
【００３４】
【数９】
これを定数倍すると、時間応答g'(to)が得られる。
【００３６】
【数１０】
一方、被測定信号1aの疑似ランダムパターンを｛０，１｝, PRBSパターン4aの疑似ランダムパターンを｛−１，１｝とし、2 現象の乗算を行なうと相関値r(to) は
【００３８】
【数１１】
となり、直接時間応答が得られるため補正演算は必要ない。
【００４０】
以上、本発明の時間応答測定装置について、その基本構成とその作用とを説明した。
次に、本発明の時間応答測定方法の実施の形態について説明する。
本発明の時間応答測定方法では、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号としている。そして、前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックに同期した短パルス列、該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成する。次に、該積の信号を平均化して前記時間的位置関係に対応する相関値を求める。前記相関値は前記時間的位置関係の異なる各時間的位置関係に対応する相関値をそれぞれ求める。それらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得る。
【００４１】
前記サンプリングクロックは、前記クロックと同じ周波数でも、前記クロックの周波数の１／２、１／３、等でも良く、前記クロックの周波数の自然数分の１の周波数を有したものであれば良い。
前記クロックと前記サンプリングクロックとの時間的位置関係は、前記サンプリングクロックを前記クロックに対して可変の所定時間遅延させて変化させる。
遅延させる時間を変えることで必要な数の時間的位置関係を得る。
前記サンプリングクロックの周波数を前記クロックの周波数の自然数分の１の周波数とわずかに異なる周波数として、前記時間的位置関係を時間の経過に従ってわずかずつ変わっていくようにしても良い。
【００４２】
また、積の信号を生成するには、前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックと該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号とからそれらの積であるパルス列を生成し、そのパルス列を圧縮した短パルス列および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成するようにしても良い。このようにしても、結果として、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aとの乗算が行なわれる。後述する装置の第3 および第5 の実施の形態はこの方法によっている。
【００４３】
図4 に本発明の時間応答測定装置の第1 の実施の形態を示す。
第1 の実施の形態は図1 に示した基本構成におけるクロック供給手段1 としてクロック再生部1 、サンプリングクロック発生手段2 として可変遅延器2 を用い、短パルス・PRBSパターン発生手段51を短パルス発生器3 、PRBSパターン発生器4 および乗算器10で構成し、短パルス列3aとPRBSパターン4aとを乗算したPRBS短パルス列10a を乗算手段5 に送るようにした例である。
【００４４】
クロック供給手段としてのクロック再生部1,サンプリングクロック発生手段としての可変遅延器2,短パルス発生器3,PRBSパターン発生器4,平均化部8,時間応答補正部9 は、図1 と同じ符号を付けている。
被測定信号1aは、疑似ランダムパターン（PRBSパターン）で変調された光信号である。乗算器10は、短パルス列3aとPRBSパターン4aの積としてPRBS短パルス列10a を出力する。PRBS短パルス列10a は、PRBSデータが"1" の所に短パルスが存在し、PRBSデータが"0" の所には存在しない信号となる。乗算手段5 は光変調器11と光検出器12で構成される。光変調器11は、光信号である被測定信号1aをPRBS短パルス列10a で変調し、乗算光信号11a を出力する。乗算光信号11a は、被測定信号1aと短パルス列3aとPRBSパターン4aの積に比例した光信号である。これを光検出器12で電気信号に変換すると、図1 の乗算信号6bに相当する乗算電気信号12a が得られる。以降、図1 と同様に平均化と時間応答の補正を施すことにより、時間応答9aが得られる。
本実施の形態では、短パルス列3a, PRBSパターン4a共に｛０，１｝の信号であるため、乗算器10はディジタルのスイッチで実現することが出来る。
【００４５】
図5 に第2 の実施の形態を示す。
第2 の実施の形態は図1 に示した基本構成におけるクロック供給手段1 としてクロック再生部1 、サンプリングクロック発生手段2 として周波数合成部2 を用い、短パルス・PRBSパターン発生手段51のPRBSパターン発生器4 を両極性PRBSパターン発生器4 とし、乗算手段5 を光変調器13と光検出器14と乗算器15とで構成した例である。平均化手段8 として帯域制限部8 を用いている。
【００４６】
クロック再生部1,短パルス発生器3 は、第1 の実施の形態（図4 ）と同じものであり、同じ符号を付けている。被測定信号1aは、疑似ランダムパターンで変調された光信号である。周波数合成部2 は、クロック1bの周波数とわずかに異なる周波数のサンプリングクロック2bを生成する。これは、第1 の実施の形態の可変遅延器2 の遅延量を連続的に増加または減少するのと同じ効果となり、連続的に時間応答を得ることが出来る。光変調器13は、光信号1aを短パルス列3aで変調しサンプリング光信号13a を出力する。光検出器14は、サンプリング光信号13a を電気信号に変換しサンプリング信号14a を出力する。このサンプリング信号14a は、被測定信号1aを短パルス列3aでサンプリングした信号であり従来のサンプリングオシロの場合と同様である。両極性PRBSパターン発生器4 は｛−１，１｝の両極性のPRBSパターン4bを生成する。乗算器15は、サンプリング信号14a と両極性のPRBSパターン4bの積を出力する。サンプリング信号14a は単極性, PRBSパターン4bは両極性であるので、2 現象の乗算が必要である。帯域制限部8 は、短パルス列3aの繰り返し周波数よりも低いカットオフ周波数を持つローパスフィルタであり、連続的に乗算信号15a の平均化を行なう効果を持つ。
【００４７】
本実施の形態では、両極性のPRBSパターンを用い乗算器15で2 現象の乗算を行なうため、帯域制限部8 の出力が時間応答9aとなり補正演算は必要ない。乗算器15はサンプリング後の信号が入力されるので、クロック1bの周波数で動作すれば良く短パルス列の高調波成分を通す必要がない。図3 に示したようにクロック1bの周波数を被測定信号1aのデータクロックの整数分の1 にすることも可能であるので、第1 の実施の形態と比較して低速の乗算器を使用することが出来る。また、サンプリング信号14a は従来のサンプリングオシロの測定結果と同じものである。疑似ランダムパターンで変調された被測定信号をサンプリングオシロで測定するとアイパターンが得られるので、アイパターンと時間応答を同時に測定することが可能である。
【００４８】
図6 に第3 の実施の形態を示す。
第3 の実施の形態は図1 に示した基本構成におけるクロック供給手段1 としてクロック再生部1 、サンプリングクロック発生手段2 として可変遅延器2 を用い、短パルス・PRBSパターン発生手段51をサンプリングクロック2aに同期した光パルス列21a を出力する光源21とPRBSパターン発生器4 と前記光パルス列21a をPRBSパターン4aで変調する光変調器22と光変調器22から出射されたPRBS光パルス列22a を受けて圧縮しPRBS光短パルス列23a を出力する光パルス圧縮部23とで構成し、該PRBS光短パルス列23a を受ける乗算手段5 を非線形光学結晶26と光検出器27とで構成した例である。
【００４９】
クロック再生部1,可変遅延器2, PRBS パターン発生器4,平均化部8,時間応答補正部9 は、第1 の実施の形態と同じものであり、同じ符号を付けている。光源21は、サンプリングクロック2aで強度変調された光パルス列21a を出力する。光変調器22は、光パルス列21a をPRBSパターン4aで変調し、PRBS光パルス列22a を出力する。光パルス圧縮部23は、分散減少ファイバなどの非線形現象を利用して光のパルス幅の圧縮を行ない、PRBS光短パルス列23a を出力する。光増幅器24, 25は、それぞれPRBS光短パルス列23a,被測定信号1aを増幅し、非線形光学結晶26にて非線形現象が発生する程度に光パワーを設定する。非線形光学結晶26は、非線形現象により両入力光の光周波数の和の周波数を有する和周波光26a を発生する。ここで、和周波光26a の強度は両入力光の強度の積に比例する。光検出器27は、和周波光26a の光波長にのみ応答する光電変換器であり、被測定信号1aとPRBS光短パルス列23a の積に比例する電気信号である乗算信号27a を出力する。乗算信号27a は図1 の乗算信号6bに相当し、以降図1 と同様に平均化と時間応答の補正を施すことにより、時間応答9aが得られる。
【００５０】
本実施の形態では光サンプリングオシロの技術を利用している。分散減少ファイバによる光パルス幅の圧縮を行なうと一般的な電気信号の短パルスよりも短いパルス幅が得られ、非線形光学結晶による乗算は光変調器の帯域制限が存在しない。このため、第1 の実施の形態よりも時間分解能を高く出来るという特徴を持つ。
【００５１】
図7 に第4 の実施の形態を示す。
第4 の実施の形態は図1 に示した基本構成におけるクロック供給手段1 としてクロック再生部1 、サンプリングクロック発生手段2 として周波数合成部2 を用い、短パルス・PRBSパターン発生手段51の短パルス発生器3 をCW光30a を出射する光源30、該CW光30a とサンプリングクロック2bとを受けて該サンプリングクロック2bに同期した光パルス列31a を出力する光変調器31および該光変調器31から出射された光パルス列31a を受けて圧縮し光短パルス列32a を出力する光パルス圧縮部32を有する光短パルス発生器3 とし、PRBSパターン発生器4 を両極性PRBSパターン発生器4 とし、乗算手段5 を非線形光学結晶34と光検出器35と乗算器15とで構成した例である。平均化手段8 として帯域制限部8 を用いている。
【００５２】
クロック再生部1,周波数合成部2 , 両極性PRBSパターン発生器4 , 乗算器15, 帯域制限部8 は第2 の実施の形態（図5 ）と同じものであり、同じ符号を付けている。光源30は、強度が一定のCW光30a を出力する。光変調器31は、CW光30a をサンプリングクロック2bで変調し、サンプリングクロック2bに同期した光パルス列31a を生成する。光パルス圧縮部32は、分散減少ファイバなどの非線形現象を利用して光のパルス幅の圧縮を行ない、光短パルス列32a を出力する。光増幅器33, 25は、それぞれ光短パルス列32a,被測定信号1aを増幅し、非線形光学結晶34にて非線形現象が発生する程度に光パワーを設定する。非線形光学結晶34は、非線形現象により両入力光の光周波数の和の周波数である和周波光34a を発生する。ここで、和周波光34a の強度は両入力光の強度の積に比例する。光検出器35は、和周波光34a の光波長にのみ応答する光電変換器であり、被測定信号1aと光短パルス列32a の積に比例する電気信号であるサンプリング信号35a を出力する。このサンプリング信号35a は、被測定信号1aを光短パルス列32a でサンプリングした信号であり従来の光サンプリングオシロの場合と同様である。以降第2 の実施の形態と同様に、両極性PRBSパターン発生器4 は｛−１，１｝の両極性のPRBSパターン4bを生成し、乗算器15は、サンプリング信号35a とPRBSパターン4bの積である乗算信号15a を出力する。帯域制限部8 は、光短パルス列32a の繰り返し周波数よりも低いカットオフ周波数を持つローパスフィルタであり、連続的に乗算信号15a の平均化を行なう効果を持つ。本実施の形態では2 現象の乗算を行なうため、帯域制限部8 の出力が時間応答9aとなる。
【００５３】
本実施の形態は、第2 の実施の形態の構成を光サンプリングオシロの技術を利用して実現したものである。このため、補正演算が不要, 低速の乗算器を使用可能, アイパターンと時間応答を同時に測定可能という第2 の実施の形態の特徴と光サンプリングによる高い時間分解能を併せ持っている。
【００５４】
図8 に第5 の実施の形態を示す。
第5 の実施の形態は第3 の実施の形態の短パルス・PRBSパターン発生手段51に直流発生器41およびPRBSパターン発生器4 と光変調器22との間に介挿されて前記直流発生器41の出力信号41a と前記PRBSパターン発生器4 からのPRBSパターン4aのいずれか一方を変調信号として前記光変調器22へ出力するための第１のスイッチ42を追加した光短パルス/PRBS 光短パルス発生部40を設け、さらに時間応答補正部9 の後に乗算手段5 の出力と前記平均化部8 および時間応答補正部9 を経由した出力のいずれか一方を出力する第２のスイッチ43を追加して構成した例である。
【００５５】
クロック再生部1,可変遅延器2,光増幅器24,25,非線形光学結晶26, 光検出器27, 平均化部8,時間応答補正部9 は第3 の実施の形態と同じものであり、同じ符号を付けている。光短パルス/PRBS 光短パルス発生部40は、サンプリングクロック2aに同期した光短パルス列と第3 の実施の形態の23a と同様のPRBS光短パルス列とを切替えて出力する。そして、光検出器27の出力27a と時間応答補正部9 の出力9aを切替えるスイッチ43を有する。光短パルス/PRBS 光短パルス発生部40においてPRBS光短パルス列を出力しスイッチ43を時間応答9a側に設定すると、出力43a は第3 の実施の形態と同様の時間応答が得られる。光短パルス/PRBS 光短パルス発生部40において光短パルス列を出力しスイッチ43を乗算信号27a 側に設定すると、従来の光サンプリングオシロと同様の構成となり、被測定信号1aがPRBSパターンで変調された信号の場合はアイパターンが観測できる。
【００５６】
光短パルス/PRBS 光短パルス発生部40は、例えば以下のように構成される。
PRBSパターン発生器4,光源21, 光変調器22, 光パルス圧縮部23は第3 の実施の形態と同じものであり、同じ符号を付けている。PRBSパターン発生器4 の"1" のレベルに相当する直流電圧を発生する直流発生器41と、PRBSパターン4aと直流電圧 41aを切替えるスイッチ42とを有し、スイッチ42の出力42a が光変調器22に入力される。スイッチ42をPRBSパターン4a側に設定すると、第3 の実施の形態と同じ構成になりPRBS光短パルス列が出力される。スイッチ42を直流電圧41a 側に設定すると、光変調器22の入力42a は直流となり光変調器22では変調がかからないので、一定間隔の光パルス列21a がそのまま出力される。光パルス圧縮部23では光パルス列のパルス幅の圧縮を行なうため、一定間隔の光短パルス列が出力される。
以上のように、第3 の実施の形態に若干追加するだけで時間応答測定装置と光サンプリングオシロを切替えることが出来る。
【００５７】
以上、実施の形態ではクロック供給手段として、クロック再生手段を用いているが、被測定信号からクロックを再生するのではなく、外部からのクロック信号を端子で受けて供給するようにしても良い。また、サンプリングパルス発生手段2 としては、可変遅延器も周波数合成部もいずれの実施の形態にも適用できる。
【００５８】
サンプリングクロック発生手段2 として周波数合成部を用いた場合、可変遅延器の遅延量を連続的に増加または減少するのと同じ効果となるため平均化手段として帯域制限部を用いて連続的に平均化を行い連続的に時間応答を得る方式が自然であり、前述の周波数合成部を用いた実施の形態では帯域制限部を用いている。しかし、平均化手段としては、平均化部も帯域制限部もそれぞれいずれの実施の形態にも適用できる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の時間応答測定方法は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受けることとし、前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックに同期した短パルス列、該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成し、該積の信号を平均化して前記時間的位置関係に対応する相関値を求めるようにし、前記時間的位置関係の変化により得られる複数の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることとした。
【００６０】
また、本発明の時間応答測定装置は、クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定することとし、前記クロックを供給するクロック供給手段と、該クロック供給手段が供給するクロックを受けて該クロックの周波数の自然数分の１の周波数を有し該クロックとの時間的位置関係が可変のサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段と、前記サンプリングクロックを受けて該サンプリングクロックに同期した短パルス列と該サンプリングクロックに同期した、前記被測定信号と同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号とを発生し、かつ、前記被測定信号を受けて該被測定信号、前記短パルス列および前記疑似ランダムパターン信号の積の信号を生成する積信号生成手段と、該積の信号を受けて平均化し前記時間的位置関係に対応する相関信号を出力する平均化手段とを備えることとした。
上述のようにしたから、マーク率が1/2 に近く実使用に近い状態での時間応答の測定を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の各部の波形を示す図である。
【図３】本発明においてクロック1bの周波数が被測定信号のクロック周波数の1/2 の場合の波形を示す図である。
【図４】本発明の第1 の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の第2 の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】本発明の第3 の実施の形態を示すブロック図である。
【図７】本発明の第4 の実施の形態を示すブロック図である。
【図８】本発明の第5 の実施の形態を示すブロック図である。
【図９】従来のサンプリングオシロによる時間応答測定を示すブロック図である。
【図１０】従来のサンプリングオシロによる時間応答測定における各部の波形を示す図である。
【符号の説明】
1 クロック供給手段（クロック再生部）
1a 被測定信号
1b クロック
2 サンプリングクロック発生手段（可変遅延器，周波数合成部）
2a サンプリングクロック
2b サンプリングクロック
3 短パルス発生器（光短パルス発生器）
3a 短パルス列
4 PRBSパターン発生器（両極性PRBSパターン発生器）
4a PRBSパターン（疑似ランダムパターン信号）
4b 両極性のPRBSパターン
5 乗算手段
6 乗算手段
6a 乗算信号
6b 乗算信号（積の信号）
7 検波手段
7a 検波信号
8 平均化手段（平均化部，帯域制限部）
8a 時間応答
8b 相関信号
9 時間応答補正手段（時間応答補正部）
9a 時間応答
10 乗算器
10a PRBS短パルス列
11 光変調器
11a 乗算光信号
12 光検出器
12a 乗算電気信号（積の信号）
13 光変調器
13a サンプリング光信号
14 光検出器
14a サンプリング信号
15 乗算器
15a 乗算信号（積の信号）
21 光源
21a 光パルス列
22 光変調器
22a PRBS RZ 光信号
23 光パルス圧縮部
23a PRBS光短パルス列
24 光増幅器
25 光増幅器
26 非線形光学結晶
26a 和周波光
27 光検出器
27a 乗算信号（積の信号）
30 光源
30a CW光
31 光変調器
31a 光パルス列
32 光パルス圧縮部
32a 光短パルス列
33 光増幅器
34 非線形光学結晶
34a 和周波光
35 光検出器
35a サンプリング信号
40 光短パルス／PRBS光短パルス発生部
40a 光短パルス列またはPRBS光短パルス列
41 直流発生器
41a 直流電圧
42 スイッチ
42a PRBSパターンまたは直流電圧
43 スイッチ
43a 時間応答またはサンプリング信号
50 積信号生成手段
51 短パルス・PRBSパターン発生手段
Claims (6)
- クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定方法であって、
前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックに同期した短パルス列、該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成する段階と、
該積の信号を平均化して前記時間的位置関係に対応する相関値を求める段階とを含み、
前記時間的位置関係の変化により得られる複数の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする時間応答測定方法。 - クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定方法であって、
前記クロックとの時間的位置関係が可変であるサンプリングクロックと該サンプリングクロックに同期し前記疑似ランダムパターンと同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号との積であるパルス列を圧縮した短パルス列および前記被測定信号からそれらの信号の積の信号を生成する段階と、
該積の信号を平均化して前記時間的位置関係に対応する相関値を求める段階とを含み、
前記時間的位置関係の変化により得られる複数の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする時間応答測定方法。 - 前記クロックの周波数の自然数分の１の周波数を有する前記サンプリングクロックを可変の所定時間遅延させて前記時間的位置関係を可変としたことを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の時間応答測定方法。
- 前記サンプリングクロックとして前記クロックの周波数の自然数分の１の周波数とわずかに周波数の異なるサンプリングクロックを用いて前記時間的位置関係を可変としたことを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の時間応答測定方法。
- クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定装置であって、
前記クロックを供給するクロック供給手段（１）と、
該クロック供給手段が供給するクロック（１ｂ）を受けて該クロックの周波数の自然数分の１の周波数を有し該クロックとの時間的位置関係が可変のサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段（２）と、
前記サンプリングクロックを受けて該サンプリングクロックに同期した短パルス列と該サンプリングクロックに同期した、前記被測定信号と同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号とを発生し、かつ、前記被測定信号を受けて該被測定信号、前記短パルス列および前記疑似ランダムパターン信号の積の信号（６ｂ）を生成する積信号生成手段（５０）と、
該積の信号を受けて平均化し前記時間的位置関係に対応する相関信号（８ｂ）を出力する平均化手段（８）とを備え、
変化する前記時間的位置関係の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする時間応答測定装置。 - クロックに同期した疑似ランダムパターンを変調データとして強度変調された光信号を被測定信号として受光して該被測定信号の時間応答を測定する時間応答測定装置であって、
前記クロックを供給するクロック供給手段（１）と、
該クロック供給手段が供給するクロック（１ｂ）を受けて該クロックとの時間的位置関係が可変のサンプリングクロックを出力するサンプリングクロック発生手段（２）と、
前記サンプリングクロックを受けて該サンプリングクロックに同期した光パルス列を発生し、該光パルス列を該サンプリングクロックに同期した、前記被測定信号と同じパターンを有する疑似ランダムパターン信号で変調し、後圧縮して疑似ランダム光短パルス列を発生し、かつ、前記被測定信号を受けて該被測定信号および前記疑似ランダム光短パルス列の積の信号（２７ａ）を生成する積信号生成手段（５０）と、
該積の信号を受けて平均化し前記時間的位置関係に対応する相関信号（８ｂ）を出力する平均化手段（８）とを備え、
変化する前記時間的位置関係の各時間的位置関係に対応する相関値を求めそれらの相関値に基づいて前記被測定信号の時間応答を得ることを特徴とする時間応答測定装置。
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