JP4973476B2

JP4973476B2 - 光信号品質監視装置

Info

Publication number: JP4973476B2
Application number: JP2007318364A
Authority: JP
Inventors: 剛宏釣谷; 俊行李; 朋広大谷
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-12-10
Also published as: JP2009141854A; US20090148158A1; US8254782B2

Description

本発明は、光信号品質を監視する装置に関する。

光通信の変調方式として、光伝送路の分散の影響を受けにくい位相偏移（ＰＳＫ：ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調方式が、更には、復調の容易な差動位相偏移（ＤＰＳＫ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰＳＫ）変調方式が注目されている。また、多値変調も可能であり、例えば、四位相偏移（ＱＰＳＫ：ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰＳＫ）変調や、差動四位相偏移（ＤＱＰＳＫ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＱＰＳＫ）変調方式が提案されている（例えば、特許文献１、参照。）。

更に、光信号のシンボルレートによらず、受信光信号からクロック再生を行い、波形を計測するための構成が、例えば、非特許文献１に記載されている。
特表２００４−５１６７４３号公報 "ＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＦａｒ−ｅｎｄ１６０−Ｇｂ／ｓＷａｖｅｆｏｒｍＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｆｔｅｒ５０８−ｋｍＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎＦｉｅｌｄＴｒｉａｌｗｉｔｈｏｕｔＴｒａｄｉｔｉｏｎａｌＣｌｏｃｋＲｅｃｏｖｅｒｙ"、ＥＣＯＣ２００６、Ｗｅｂ．３、ｐｐ．１１４

波長多重ネットワークにおいては、様々な変調方式を使用した、様々なビットレートの光信号が多重されており、光信号の品質監視、特に、Ｑ値の監視についても、これら様々な光信号に対応することが必要である。

したがって、本発明は、様々な光信号の信号品質を監視できる光信号品質監視装置を提供することを目的とする。

本発明における光信号品質監視装置によれば、
監視対象光信号を２分岐し、第１の経路と第２の経路に出力する分岐手段と、第１の経路からの光信号と、第２の経路からの光信号を結合する結合手段と、結合手段が出力する光信号の品質を計測する計測手段と、第１の経路上にあり、通過する光信号に遅延を与える遅延手段と、第１の経路上又は第２の経路上にあり、通過する光信号に位相変化を与える位相シフト手段とを備えており、遅延手段は、結合手段において、第１の経路からの光信号が、第２の経路からの光信号より、監視対象光信号のシンボル間隔の整数倍だけ遅れることとなる遅延を与え、位相シフト手段は、少なくとも０からπの範囲で周期的に変化する位相変化を与えることを特徴とする。

本発明における光信号品質監視装置によれば、
監視対象光信号を２分岐し、第１の経路と第２の経路に出力する第１の分岐手段と、第１の経路からの光信号と、第２の経路からの光信号を結合する第１の結合手段と、第１の結合手段が出力する光信号の品質を計測する計測手段と、第１の経路上にあり、通過する光信号に遅延を与える遅延手段と、第１の経路上又は第２の経路上にある、第１の手段と、
を備えており、第１の手段は、入力する光信号を２分岐し、第３の経路と第４の経路に出力する第２の分岐手段と、第３の経路からの光信号と、第４の経路からの光信号を結合する第２の結合手段と、第３の経路上にあり、通過する光信号に位相変化を与える第１の位相シフト手段と、第４の経路上にあり、通過する光信号に位相変化を与える第２の位相シフト手段とを含み、遅延手段は、結合手段において、第１の経路からの光信号が、第２の経路からの光信号より、監視対象光信号のシンボル間隔の整数倍だけ遅れることとなる遅延を与え、第１の位相シフト手段は、少なくとも０からπの範囲で周期的に変化する位相変化を与え、第２の位相シフト手段は、第１の位相シフト手段と同相又は逆相の位相変化を与えることを特徴とする。

本発明の光信号品質監視装置における他の実施形態によれば、
監視対象光信号が差動位相偏移変調又は差動四位相偏移変調である場合、第２の位相シフト手段は、第１の位相シフト手段と同相の位相変化を与え、監視対象光信号が振幅偏移変調である場合、第２の位相シフト手段は、第１の位相シフト手段と逆相の位相変化を与えることも好ましい。

また、本発明の光信号品質監視装置における他の実施形態によれば、
計測手段は、結合手段が出力する光信号のアイ開口が最大になる時を基準とした前後所定の期間の信号を品質の監視に使用することも好ましい。

シンボル間隔が、整数倍の関係にある光信号については、変調方式が、振幅偏移変調であるか、差動位相偏移変調であるか、差動四位相偏移変調であるかに係わり無く、何ら、光信号品質監視装置に対する設定変更を行うことなく、品質の監視を行うことができる。本発明においては、位相シフトのための複雑な機構は必要ではなく、低コストで光信号品質を監視することができる。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明による光信号品質監視装置のブロック図である。図１によると、光信号品質監視装置は、光分岐部１と、遅延部２と、位相シフト部３と、光結合部４と、計測部５とを備えている。

光分岐部１は、監視対象である光信号品質監視装置への入力光信号を、２分岐し、それぞれ、光経路１１と光経路１２に出力する。光結合部４は、光経路１１を通過した光信号と、光経路１２を通過した光信号を結合、つまり、合波し、計測部５は、光結合部４が出力する合波後の光信号に基づき光信号品質を計測する。

遅延部２は、光結合部４における合波の際に、光経路１１を通過した光信号が、光経路１２を通過した光信号に対して、入力光信号のシンボル間隔、つまり、シンボルレートの逆数、の整数倍に相当する時間だけ遅延する様に、通過する光信号に遅延を与え、位相シフト部３は、通過する光信号に位相変化を与える。なお、本実施形態は、光経路１１上に、遅延部２及び位相シフト部３を設ける構成であるが、遅延部２と位相シフト部３を、互いに異なる光経路上に設ける構成であっても良い。また、遅延部２と位相シフト部３の順序は逆転していても良い。

なお、通常の復調においては１シンボル間隔の遅延を与えるが、本発明は、完全に復調することが目的ではなく波形品質を監視し、その品質を定量化することが目的であるため、遅延量は１シンボル間隔の整数倍とすることができる。つまり、シンボル間隔が互いに整数倍の関係にある光信号であれば、これら光信号のシンボル間隔の最小公倍数に、遅延量を設定することで、遅延部２における遅延量の切替え無しに光信号の監視が可能である。よって、遅延部２が与えるべき遅延量の数は、光ネットワークにおいて使用される光信号を、シンボル間隔が整数倍の関係にあるか否かでグループ化したときの、グループの数と同じで良く、遅延部２の構成を簡略化できる。

図２は、位相シフト部３が、通過する光信号に与える位相シフトの時間的な変化を示す図である。位相シフト部３は、例えば、熱により光ファイバの屈折率に影響を与えるヒータであり、通過する光信号１１の位相を、少なくとも０〜πの範囲で、図２においては０〜２πの範囲で周期的に変化させる。ここで、１周期、つまり、本実施形態では位相変化量が０から２πとなるまでの時間は、対象とする光信号のシンボル間隔と比べて、大変大きな時間、例えば、現在光通信に用いられている１０Ｇより大きいシンボルレートに対して、１秒以上とする。なお、図２においては、鋸歯状に変化させているが、正弦波状や、三角波状に変化させる形態であっても良い。

続いて、入力光信号がＤＰＳＫ変調である場合における、本発明による光信号品質監視装置の動作について説明する。図３は、ＤＰＳＫ変調光信号に対する動作を説明する図である。図３（ａ）に示すデータに対するＤＰＳＫ変調光信号の各光位相は、図３（ｂ）に示す様になり、光結合部４においては、図３（ｂ）に示す光信号と、図３（ｃ）に示す遅延が与えられた光信号が合波されることになる。なお、図３（ｃ）は、１シンボル間隔の遅延を与えた場合を示している。位相シフト部３が無い場合、つまり、入力光信号を単に２分岐し、一方に遅延のみを与えた後に単に合波する場合であっても、両光信号は、遅延部２による遅延で生じた位相差を有することになり、したがって、光結合部４が出力する光信号は、最小振幅が０である振幅偏移（ＡＳＫ：ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調、つまり、オンオフキーイング（ＯＯＫ：ＯｎＯｆｆＫｅｙｉｎｇ）とはならない。

通常の復調装置であれば、複雑なフィードバック機構により位相調整を行うが、本発明による光信号品質モニタ装置は、複雑なフィードバック機構を省略する代わりに、図２に示す様に光位相を周期的に変化させる。この操作により、例えば、光結合部４における両光信号の位相差αが、つまり、遅延による位相シフトと、位相シフト部３による位相シフトの和が０である場合には、図３（ｄ）に示す、通常、復調にて使用するＡＳＫ変調光信号が出力されることになる。αが０より大きくなるに従い、図３（ｅ）のα＝π／４の場合に示す様に、ＡＳＫ変調光信号の最大振幅が減少し、かつ、最小振幅が増加し、図３（ｄ）に示す様にα＝π／２において、最大振幅と最小振幅が一致する。更にαが増加すると、図３（ｇ）に示す様に、最大振幅の位置と、最小振幅の位置が、α＝０のときとは逆転し、図示しないが、α＝πにおいて、図３（ｄ）のα＝０とは、最大振幅及び最小振幅が同じでその位置が反転したＡＳＫ変調光信号が出力されることになる。

計測部５は、例えば、光結合部４の出力信号を総て取り込み、アイ開口が最大、つまり、信号の最小振幅と最大振幅の差が一番大きい瞬間、例えば、図２に示す様に０〜２πの範囲で位相シフトを与えた場合には、上述した様に、α＝０とπである瞬間、を基準とした前後所定の期間のデータをＱ値の計測に使用する。具体的には、計測部５は、例えば、まず、非特許文献１に記載されている方法にて、光サンプリングされた光信号からクロックとトリガを生成すると共に、その入力光信号を電気信号に変換し波形観測を行う。続いて、この電気信号をサンプリングし、サンプリングした振幅の最大値（１レベル）と最小値（０レベル）の差、つまりアイ開口から、上記、計測に使用する期間を決定し、決定した期間における振幅の最大値の分布と、最小値の分布からＱ値を測定する。なお、この前後所定の期間は、振幅の最大値と最小値の差が最大となるときからの偏移が所定量内である期間とすることや、位相シフトの変化周期に基づき定めた固定的な期間とすることができる。

続いて、入力光信号がＤＱＰＳＫ変調である場合の、本発明による光信号品質監視装置の動作について説明する。図４は、ＤＱＰＳＫ光変調信号に対する動作を説明する図である。ＤＱＰＳＫ変調光信号は、通常、特許文献１に記載されている様に、入力信号を、第１の光信号及び第２の光信号に２分岐し、第１の光信号については、更に２分岐後、一方の光信号には、シンボル間隔の遅延、及び、他方の光信号に対する１／４πの位相変化を与えて、他方の光信号と合波し、第２の光信号については、更に２分岐後、一方の光信号には、シンボル間隔の遅延、及び、他方の光信号に対する−１／４πの位相変化を与えて、他方の光信号と合波することで復調を行う。

例えば、光信号の位相として０、π／２、π及び３π／２を使用している場合、±１／４πの、位相変化を与えられた光信号の位相は、π／４、３π／４、５π／４及び７π／４となる。図４（ａ）に示す様に、元の光信号の位相が座標５０で示す様に０であり、他方の光信号が、元の光信号に対して位相が正確に±１／４πだけシフトしている場合、光結合部４の出力光信号は、第１の振幅と第２の振幅を有するＡＳＫ変調光信号となる。ここで、第１の振幅は、他方の光信号の位相が座標５１又は５２である場合に生じ、第２の振幅は、他方の光信号の位相が座標５３又は５４である場合には生じる。しかしながら、ＤＰＳＫ変調の場合と同様に、位相シフト部３で、たとえ±１／４πの位相シフトを与えたとしても、遅延部２による位相シフトが存在するため、図４（ｂ）に示す様に、光結合部４おける一方の光信号に対する位相差にはβの誤差が生じることになる。この場合、座標５１、５２、５３、５４と、座標５０とのベクトル和の振幅は、それぞれ異なるため、光結合部４は、４つの振幅レベルを持つ光信号を出力することになる。つまりアイ開口が小さくなる。

本発明においては、図２に示す様に光位相を周期的に変化させる。この操作により、例えば、図４（ｂ）に示すβが０の場合、つまり、光結合部４における光信号１１の、光信号１２に対する位相差が、π／４、３π／４、５π／４及び７π／４で有る場合には、光結合部４は、２つの振幅レベルを有するＡＳＫ変調光信号を出力し、それ以外の場合には、４つの振幅レベルを持つ光信号を出力することになる。したがって、計測部５は、例えば、光結合部４の出力信号を、総て取り込み、振幅レベルが２つである時、つまりアイ開口が最大となる時を基準とした、前後所定の期間のデータをＱ値の計測に使用する。

以上、本発明による光信号品質監視装置によれば、シンボル間隔が、整数倍の関係にある光信号については、変調方式がＤＰＳＫであるか、ＤＱＰＳＫであるかに係わり無く、何ら、光信号品質監視装置に対する設定変更を行うことなく、品質の監視を行うことができる。本発明においては、位相シフトのための複雑な機構は必要ではなく、低コストで光信号品質を監視することができる。また、シンボル間隔が、整数倍の関係に無い光信号に対しては、遅延量の設定変更が必要であるが、シンボル間隔が整数倍の関係にある光信号のグループに対して１つの遅延量を使用するのみであり、遅延部２が与える遅延量の種類は少なく、よって、遅延部２も簡単な構成で実現できるという利点がある。

続いて、ＡＳＫ変調された光信号の監視も可能な他の実施形態について説明する。図５は、本発明による光信号品質監視装置の他の実施形態を示す図である。なお、図１と同じ構成要素には同じ参照符号を使用して説明は省略する。本実施形態において、光分岐部６は、光経路１１の光信号を、更に、光経路１１１と光経路１１２に２分岐する。位相シフト部３１は、光経路１１１を通過する光信号に対して位相変化を与え、位相シフト部３２は、光経路１１２を通過する光信号に対して位相変化を与え、光結合部７は、位相シフトされた光経路１１１からの光信号と、位相シフトされた光経路１１２からの光信号を結合、つまり、合波して、再度、光経路１１に出力する。

本実施形態において、位相シフト部３１は、少なくとも０〜π、図２に示す形態においては０〜２π、の範囲で周期的に変化する位相変化を与える。一方、位相シフト部３２は、入力光信号の変調方式に応じて、位相シフト部３１が与える位相変換と同相の位相変化又は逆相の位相変化を与えることができるように構成されている。

より具体的には、監視対象である入力光信号の変調方式がＤＰＳＫ又はＤＱＰＳＫである場合、位相シフト部３２は、位相シフト部３１が与える位相変化と同相、つまり、位相シフト部３１と同じ位相変化を与え、ＡＳＫである場合、位相シフト部３２は、位相シフト部３１が与える位相変化と逆相、つまり、位相シフト部３１が与える位相変化にπだけ加算した位相変化を与える。

したがって、監視対象がＤＰＳＫ又はＤＱＰＳＫ変調光信号である場合、光結合部７は光分岐部６への入力光信号と同じ光信号を出力、つまり、光分岐部６と、位相シフト部３１及び３２と、光結合部７の部分は、図１の位相シフト部３と等価であり、その動作は、既に説明した通りとなる。一方、ＡＳＫ変調光信号である場合、光結合部７は、光信号を出力せず、光結合部４は、光分岐部１にて光経路１２に出力された光信号を単に出力することになる。つまり、いずれの場合でも、光結合部４が出力する光信号はＡＳＫ変調光信号となる。

この様に、本実施形態においては、位相シフト部３２が与える位相変化は、位相シフト部３１が与える位相変化と同相又は逆相で切替可能な様に構成されており、この切替は、図示しない制御部が、入力光信号の変調方式に応じて位相シフト部３１及び位相シフト部３２を制御することにより行う。この構成により、ＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫに加え、変調方式がＡＳＫであっても、シンボル間隔が整数倍の関係にある限り、光信号の品質監視を行うことができる。

なお、光分岐部６と、位相シフト部３１及び３２と、光結合部７の組が、光経路１１上に存在する形態にて説明を行ったが、光経路２上に設ける構成であっても良く、更に、遅延部２を、光結合部７の後、光結合部４の前に設ける構成であって良い。

本発明による光信号品質監視装置のブロック図である。位相シフト部による周期的な位相シフトを示す図である。ＤＰＳＫ変調信号に対する動作を説明する図である。ＤＱＰＳＫ変調信号に対する動作を説明する図である。本発明による光信号品質監視装置の他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１、６光分岐部
２遅延部
３、３１、３２位相シフト部
４、７光結合部
５計測部
１１、１２、１１１、１１２光経路
５０、５１、５２、５３、５４座標

Claims

監視対象光信号を２分岐し、第１の経路と第２の経路に出力する分岐手段と、
第１の経路からの光信号と、第２の経路からの光信号を結合する結合手段と、
結合手段が出力する光信号の品質を計測する計測手段と、
第１の経路上にあり、通過する光信号に遅延を与える遅延手段と、
第１の経路上又は第２の経路上にあり、通過する光信号に位相変化を与える位相シフト手段と、
を備えており、
遅延手段は、結合手段において、第１の経路からの光信号が、第２の経路からの光信号より、監視対象光信号のシンボル間隔の整数倍だけ遅れることとなる遅延を与え、
位相シフト手段は、少なくとも０からπの範囲で周期的に変化する位相変化を与え、
計測手段は、結合手段が出力する光信号のアイ開口が最大になる時を基準とした前後所定の期間の信号を品質の監視に使用する、
光信号品質監視装置。
監視対象光信号を２分岐し、第１の経路と第２の経路に出力する第１の分岐手段と、
第１の経路からの光信号と、第２の経路からの光信号を結合する第１の結合手段と、
第１の結合手段が出力する光信号の品質を計測する計測手段と、
第１の経路上にあり、通過する光信号に遅延を与える遅延手段と、
第１の経路上又は第２の経路上にある、第１の手段と、
を備えており、
第１の手段は、
入力する光信号を２分岐し、第３の経路と第４の経路に出力する第２の分岐手段と、
第３の経路からの光信号と、第４の経路からの光信号を結合する第２の結合手段と、
第３の経路上にあり、通過する光信号に位相変化を与える第１の位相シフト手段と、
第４の経路上にあり、通過する光信号に位相変化を与える第２の位相シフト手段と、
を含み、
遅延手段は、結合手段において、第１の経路からの光信号が、第２の経路からの光信号より、監視対象光信号のシンボル間隔の整数倍だけ遅れることとなる遅延を与え、
第１の位相シフト手段は、少なくとも０からπの範囲で周期的に変化する位相変化を与え、
第２の位相シフト手段は、第１の位相シフト手段と同相又は逆相の位相変化を与え、
計測手段は、結合手段が出力する光信号のアイ開口が最大になる時を基準とした前後所定の期間の信号を品質の監視に使用する、
光信号品質監視装置。
監視対象光信号が差動位相偏移変調又は差動四位相偏移変調である場合、第２の位相シフト手段は、第１の位相シフト手段と同相の位相変化を与え、
監視対象光信号が振幅偏移変調である場合、第２の位相シフト手段は、第１の位相シフト手段と逆相の位相変化を与える、
請求項２に記載の光信号品質監視装置。