JP5223438B2

JP5223438B2 - 光信号品質モニタ装置および光信号品質モニタ方法

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Publication number: JP5223438B2
Application number: JP2008110095A
Authority: JP
Inventors: 仁士竹下
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-04-21
Also published as: US8405511B2; US20090267778A1; JP2009260875A

Description

本発明は、光通信システムにおいて光信号品質をモニタする光信号品質モニタ方法および光信号品質モニタ装置に関し、特に、偏波状態から推定される値を用いて光信号品質をモニタする光信号品質モニタ装置および光信号品質モニタ方法に関する。

通信容量の拡大によって、光信号チャネルあたりの伝送速度が１０Ｇｂ／ｓを超える光通信が実用化され、１００Ｇｂ／ｓを超える伝送速度の光通信の研究開発も活発になってきている。このような超高速の光通信システムでは、光伝送によるわずかな波形劣化であっても、受信時に信号品質に大きな影響を及ぼす。波形劣化を発生させる物理現象には、波長分散、偏波分散、非線形現象等がある。このうち、波長分散と非線形現象については、伝送路設計技術や信号補償技術によってある程度回避することが可能になっている。しかし、現状では、偏波分散に関して、決め手になる回避策がない。そのため、偏波分散を精度よくモニタして、モニタ結果を、動的な波形歪み補償の制御信号に利用することや、障害回復のトリガ信号に利用することが重要視されている。

波形歪み補償等のために偏波分散をモニタする方式として、例えば、非特許文献１に記載されているような偏光度（ＤＯＰ：Degree of Polarization）を利用する方式、非特許文献２に記載されているようなアイ開口を利用する方式、特許文献１に記載されているような光信号のシンボルレートＢに対して、Ｂ／２またはその逓倍のＲＦクロック強度を利用する方式がある。また、偏波状態（ＳＯＰ：State of Polarization ）を利用する方式も提案されている（例えば、特許文献２参照））。これらの方式によって、偏波分散の一次成分である群遅延時間差（ＤＧＤ：Differential Group Delay）をモニタできることが知られている。

また、伝送される光信号の品質を評価する方法として、Ｑ値を評価指標にする方法がある。

なお、特許文献３には、測定されたＳＯＰにもとづいてＤＧＤを算出する方法が記載されている。しかし、特許文献３に記載された方法では、測定されたＳＯＰを用いて偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization Mode Dispersion）ベクトルを算出し、算出したＰＭＤベクトルからＤＧＤを求めている。従って、ＤＧＤを得る場合にＰＭＤベクトルを算出する必要があり、特許文献３に記載された方法を光信号品質モニタ装置に適用すると、光信号品質モニタ装置のＤＧＤモニタに関する部分の構成が簡便にならない。

特開２０００−３３００７９号公報特開２００４−１３８６１５号公報特表２００５−５３１９３７号公報 J.C.Rasmussen and et. al., "Automatic Compensation of Polarization-Mode Dispersion for 40Gb/s Transmission Systems" p.2101，no.12 ，vol.20，IEEE JLT，２００２年 Zhihong Li and et. al. "Chromatic Dispersion and Polarization-Mode Dispersion Monitoring for RZ-DPSK Signals Based on Asynchronous Amplitude-Histogram Evaluation ，p.2859，no.7，vol.24，IEEE JLT，２００６年

上記の文献に記載された技術では、偏波分散の高次成分が無視できない場合には、精度よくＱ値を推定することができない。なぜなら、偏波分散高次成分が無視できない場合はＤＯＰ、アイ開口度、ＲＦクロック強度では、Ｑ値との相関関係が成立しなくなるためである。従って、非特許文献１、非特許文献２および特許文献１に記載された方式を、Ｑ値にもとづく光信号品質評価（Ｑ値モニタ）に適用することは難しい。

特許文献２には、ＳＯＰのモニタ結果から偏波分散の一次成分を求め、一次偏波分散補償器を制御することによって偏波分散障害を除去する例が示されている。特許文献２には、偏波分散の一次成分とＱ値の関係については述べられていないが、一般的に偏波分散の一次成分とＱ値とは反比例することが知られている。

しかし、特許文献２に記載された方法でＱ値モニタを実施した場合には、モニタ精度が低下する。なぜなら、偏波分散の高次成分が考慮されていないからある。偏波分散の高次成分を無視できる場合には、ＳＯＰとＱ値との相関関係は一定である。しかし、偏波分散高次成分が無視できない場合には、ＳＯＰとＱ値との相関関係が偏波分散の一次成分の大きさによって変化するため、一定でなくなる。偏波分散の高次成分が無視できない場合に、ＳＯＰとＱ値との相関関係が一定であると仮定するとＳＯＰからＱ値を推定する際の推定誤差が大きくなってしまう。従って、偏波分散の高次成分が無視できない場合でもＳＯＰからＱ値を精度よく推定するには、偏波分散の一次成分の大きさによってＳＯＰとＱ値の相関関係を補正する必要がある。

推定誤差が大きいＱ値を利用すると、光信号品質情報が曖昧になる。その結果、光信号品質情報を基にした障害回復等のネットワーク制御が困難になり、光ネットワークの信頼性が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、偏波分散の高次成分が無視できない場合であっても、偏波分散に起因する光信号品質変動を精度よくモニタすることができる光信号品質モニタ装置および光信号品質モニタ方法を提供することを目的とする。

本発明による光信号品質モニタ装置は、伝送光信号の品質を、伝送光信号から測定した測定値にもとづく計測値から推定した品質判定値を用いて評価する光信号品質モニタ装置であって、伝送光信号のストークスベクトルを光信号変調周波数帯域に亘って測定し、測定したストークスベクトルがポアンカレ球上に描く軌跡の光信号変調周波数帯域における長さを計測値として取得する軌跡長取得手段と、軌跡長取得手段によってストークスベクトルが測定される伝送光信号のＤＧＤ値を取得するＤＧＤ取得手段と、軌跡の長さと品質判定値との関係を表す関係式を用いて、軌跡長取得手段が取得した軌跡の長さを基に品質判定値を推定する品質判定値推定手段とを備え、品質判定値推定手段は、ＤＧＤ取得手段が取得したＤＧＤ値に応じた関係式を用いることを特徴とする。

本発明による光信号品質モニタ方法は、伝送光信号の品質を、伝送光信号から測定した測定値にもとづく計測値から推定した品質判定値を用いて評価する光信号品質モニタ方法であって、伝送光信号のストークスベクトルを光信号変調周波数帯域に亘って測定し、測定したストークスベクトルがポアンカレ球上に描く軌跡の光信号変調周波数帯域における長さを計測値として取得し、ストークスベクトルが測定される伝送光信号のＤＧＤ値を取得し、軌跡の長さと品質判定値との関係を表す関係式を用いて、取得した軌跡の長さを基に、品質判定値を推定し、品質判定値を推定する際に、取得したＤＧＤ値に応じた関係式を用いることを特徴とする。

本発明によれば、伝送光信号から測定した測定値にもとづく計測値から推定した品質判定値を精度よく推定できるので、偏波分散に起因する光信号品質変動を精度よくモニタすることができるようになる。

図１（Ａ）は、本発明による光信号品質モニタ装置の基本構成を示すブロック図である。図１（Ａ）に示す構成において、光信号品質モニタ装置は、伝送光信号のストークスベクトルを光信号変調周波数帯域に亘って測定し、測定したストークスベクトルがポアンカレ球上に描く軌跡の光信号変調周波数帯域における長さ（例えば、ＳＯＰ長）を計測値として取得する軌跡長取得手段１００（図３に示すＳＯＰ長モニタ装置１１０３で実現される。）と、軌跡長計測手段１００によってストークスベクトルが測定される光信号のＤＧＤを取得するＤＧＤ取得手段２００（図３に示すＣＰＵ１３０２で実現される。）と、軌跡長取得手段１００が取得した軌跡の長さと、ＤＧＤ取得手段２００が取得したＤＧＤとを用いて品質判定値（例えば、Ｑ値）を推定する品質判定値推定手段３００（図３に示すＣＰＵ１３０２で実現される。）とを備えている。なお、軌跡長取得手段１００が軌跡の長さを取得するための処理と、ＤＧＤ取得手段２００がＤＧＤを取得するための処理とは同時に実行される。

ＤＧＤ取得手段２００は、伝送光信号の中心波長におけるＤＯＰ値からＤＧＤ値を推定するように構成されていてもよい。また、図１（Ｂ）に示すように、あらかじめ外部から入力された軌跡の長さと品質判定値との関係を表す近似式であってＤＧＤの値に応じた近似式を関係式記憶手段４１０（図３に示すＣＰＵ１３０２におけるレジスタ等で実現される。）に記憶する関係式設定手段４００と、光信号変調周波数帯域におけるＤＯＰ値を計測するＤＯＰ計測手段３００とを備え、ＤＧＤ取得手段２００は、ＤＯＰ計測手段３００が計測したＤＯＰ値からＤＧＤ値を推定するＤＧＤ推定手段２１０を含み、品質判定値推定手段３００は、ＤＧＤ推定手段２１０が推定したＤＧＤ値に応じた近似式を、軌跡の長さと品質判定値との関係を示す関係式として関係式記憶手段４１０から選択する選択手段３１０（図３に示すＣＰＵ１３０２で実現される。）を含むように構成されていてもよい。そのような構成によれば、高次偏波分散成分による光信号品質劣化が無視できない場合において、高精度に光信号品質を推定することができる。

品質判定値推定手段３００は、ＤＧＤ推定手段２１０が推定したＤＧＤ値に対応する近似式が関係式記憶手段４１０に設定されていなかった場合には、対応する近似式が関係式記憶手段４１０に設定されているＤＧＤ値であってＤＧＤ推定手段２１０が推定したＤＧＤ値の近傍のＤＧＤ値に対応する近似式と、ＤＧＤ推定手段２１０が推定したＤＧＤ値とを用いて、軌跡の長さと品質判定値との関係を示す関係式を定めるように構成されていることが好ましい。

あらかじめポアンカレ球上におけるストークスベクトルの軌跡の長さのしきい値が定められ、軌跡長取得手段１００が取得したストークスベクトルの軌跡の長さが、しきい値を超えた場合に信号品質劣化が発生したとして、外部に警告を出力する警告出力手段５００（図３に示すＣＰＵ１３０２で実現される。）を備えていてもよい。

図２は、本発明による光信号品質モニタ方法の概要を示すフローチャートである。図２に示すように、光信号品質モニタ方法は、伝送光信号のストークスベクトルを光信号変調周波数帯域に亘って測定し、測定したストークスベクトルがポアンカレ球上に描く軌跡の光信号変調周波数帯域における長さを計測値として取得するステップ（ステップＳ１）と、ストークスベクトルが測定される光信号のＤＧＤを取得するステップ（ステップＳ２）と、取得した軌跡の長さと、取得したＤＧＤとを用いて品質判定値を推定するステップ（ステップＳ３）とを備えている。

上記のように構成された光信号品質モニタ装置および光信号品質モニタ方法では、受信した伝送光信号の変調帯域内におけるストークスベクトルが求める。ストークスベクトルをポアンカレ球上にプロットすると一本の軌跡が描かれるので、その軌跡の長さをモニタする。偏波分散量が大きいほどポアンカレ球上におけるストークスベクトルの移動量が大きくなるので、ストークスベクトルの移動量、すなわち軌跡の長さ（ＳＯＰ長）をモニタすることによって偏波分散量をモニタすることができる。ストークスベクトルは、高次成分を含む偏波分散を表現する物理量であるから、ＳＯＰ長をモニタすることによって、高次成分を含む偏波分散量をモニタすることができる。軌跡の長さと、光信号品質の尺度の一つであるＱ値とは所定の相関関係を有する。

偏波分散に高次成分がある場合の偏波一次成分は波長依存になり、ＤＧＤは、中心波長における偏波分散一の次成分の値と定義される。波長依存性がある場合には、上記の背景技術を用いてＤＯＰ値からＤＧＤ値を求めることはできない。しかし、光バンドパスフィルタを用いて、モニタする光信号の中心波長付近のみを切り出した後にＤＯＰ値を測定すれば、ＤＧＤ値を求めることができる。また、ストークスベクトルの測定とＤＯＰ測定とを別々に行わずに、ＤＯＰ値を中心波長付近のストークスベクトルのみから算出することによっても、ＤＧＤ値を求めることができる。

以上のことから、ＳＯＰ長とＤＧＤ値とを同時に求めることが可能になる。偏波分散の高次成分が無視できない場合には、ＳＯＰ長とＱ値との相関関係はＤＧＤ量によって変化する。図１０には、ＤＧＤ量をパラメータとして、縦軸にＱ値、横軸にＳＯＰ長（ＳＯＰ_ｔ）をとって、Ｑ値とＳＯＰ長との関係を計算によって求めた結果が示されている。ＳＯＰ長が１πｒａｄ付近である場合におけるＱ値推定精度（推定値と実際の値との誤差）は１ｄＢ程度であるが、ＳＯＰ長が２πｒａｄ付近である場合おける精度は２ｄＢ程度である。従って、ＳＯＰ長が長くなるほど推定精度が劣化する傾向にあるといえる。Ｑ値とＳＯＰ長の相関関係を一次近似したとすると、ＤＧＤ量によって、その近似式が変化するためである。ＤＧＤ量が増加するに従って、その近似式の一次近似直線の傾きが増加するので、ＤＧＤ量を考慮せずにＱ値とＳＯＰ長との関係を一次近似した場合に比べて、ＤＧＤ値対応に一次近似式を変化させた場合の方がＳＯＰ長からＱ値を推定する精度を向上させることができる。

次に、本発明の実施形態を、図３を参照して説明する。図３は、本発明による光信号品質モニタ装置および光信号品質モニタ方法が光通信システムに適用された場合の光通信システムの構成例を示すブロック図である。

図３に示す光通信システムおいて、光送信器（Ｔｘ）１００１から出力された光信号は、光伝送路１００２で伝送され、光受信器（Ｒｘ）１００３で受信される。伝送光信号の一部は、光受信器１００３の直前で、光分波器１００４で光信号品質モニタ用に分岐される。光分波器１００４でモニタ用に分岐された光信号は、光信号品質モニタ装置１３００に導かれる。

光信号品質モニタ装置１３００において、光信号は、光分波器１００５で２分岐される。分岐された光信号の一方は、ＳＯＰ長モニタ装置１１０３に入力される。分岐された光信号の他方は、光バンドパスフィルタ（以下、光ＢＰＦ（Band Pass Filter）という。）１２０１を通過した後、ＤＯＰモニタ装置１２０２に入力される。ＳＯＰ長モニタ装置１１０３でモニタされたＳＯＰ長、およびＤＯＰモニタ装置１２０２でモニタされたＤＯＰ値は、ＣＰＵ１３０２に通知される。ＣＰＵ１３０２は、ＳＯＰ長とＤＯＰ値とにもとづいて、外部に対して光信号品質障害アラームを出力することができる。

次に、光信号品質モニタ装置１３００の動作を説明する。図３に示す光通信しシステムにおいて、光送信器１００１から変調速度Ｂｂｐｓの光信号が出力されて光伝送路１００２を通過し、光受信器１００３で受信されるとする。光伝送路１００２の通過中に、偏波分散によって光信号に波形歪みが発生する。波形歪みが大きくなると、すなわち偏波分散が大きくなると、光受信器１００３における符号誤り率が増大する。

光伝送路１００２で伝送された後の光信号の一部が、光分岐器１００４で光信号品質モニタ装置１３００に導かれる。光信号品質モニタ装置１３００において、光信号は、光分岐器１００５で２分岐され、分岐された光信号の一方は、ＳＯＰ長モニタ装置１１０３に入力され、分岐された光信号の他方は、光ＢＰＦ１２０１を介してＤＯＰモニタ装置１２０２に入力される。

ＳＯＰ長モニタ装置１１０３は、図４に示すような光信号の中心光周波数の±ＢＨｚにわたって光周波数毎に、偏波分散の表現であるストークスベクトルを測定する。図５は、ＳＯＰ長モニタ装置１１０３で測定されたストークスベクトルの一例を示す説明図である。光周波数毎にストークスベクトル（ストークスパラメータＳ１、Ｓ２、Ｓ３）を測定する。測定されたストークスベクトルをポアンカレ球上に光周波数毎にプロットすると、図７の説明図に示すようになり、一本の軌跡（図７において太い実線で示されている。）が描かれる。偏波分散が増大すると、光信号帯域内におけるストークスベクトルの変化量が増大するため、ポアンカレ球上にプロットされた軌跡の長さ（ＳＯＰ長）が長くなる。

図６は、図５に示された場合比べて偏波分散量を増大させた場合のストークスベクトルの測定例を示す説明図である。図８は、図６に例示されたストークスベクトルをポアンカレ球上にプロットした結果を示す説明図である。図７に示された軌跡の長さに比べて、図８に示す軌跡（図８において太い実線で示されている。）の長さは長くなっている。つまり、ＳＯＰ長と偏波分散量との間には一定の相関関係があることになる。一般的に、偏波分散量が増大するに従って光信号品質は劣化していくことが知られている。よって、ＳＯＰ長をモニタすることによって、光信号品質の劣化量を推定することができることがわかる。

図９は、偏波分散の一次成分であるＤＧＤと二次成分であるＳＯＰＭＤ（二次偏波モード分散：Second Order Polarization Mode Dispersion ）とを変化させた場合の、ＳＯＰ長（ＳＯＰ_ｔ）と光信号品質の一般的な指標の一つであるＱ値との関係を示す説明図である。図９から、高次成分が含まれる場合であっても誤差があるものの、ＳＯＰ長とＱ値とは一定の相関関係を持っていることがわかる。図９には、相関関係を一次近似した結果、Ｑ値は、ＳＯＰ長から、Ｑ＝−５×ＳＯＰ＋２２の近似式で与えられることが示されている。なお、図９に示されている数式における「ｘ」はＳＯＰを示し、「ｙ」はＱ値を示し、「＊」は乗算記号である。

図１０は、図９に例示されたＳＯＰ長とＱ値との関係の一次近似（図９に示す直線に相当）の実際のＳＯＰ長（データ）からの誤差を、図９において黒丸で示されている各データ点について示す説明図である。図１０に示すように、誤差の±側の各々の最大値（絶対値）は１ｄＢに近い値である。すなわち、±１ｄＢに近い誤差がある。従って、ＳＯＰ長からＱ値を推定すると最大で２ｄＢ近い誤差が生ずることになってしまう。そこで、比較的大きな誤差が発生することを防止するために、Ｑ値を推定する際に、ＤＯＰを併用する。

光ＢＰＦ１２０１の通過帯域は、光信号の中心光周波数付近に設定されている。従って、光ＢＰＦ１２０１に入力された光信号における中心光周波数付近の成分の光信号のみがＤＯＰモニタ装置１２０２に導かれる。すなわち、ＤＯＰモニタ装置１２０２がＤＯＰ値を計測する帯域は、光ＢＰＦ１２０１で制限される。よって、ＤＯＰモニタ装置１２０２は、光ＢＰＦ１２０１に入力される光信号に偏波分散の高次成分が含まれている場合でも、ＤＯＰ値から偏波分散の一次成分であるＤＧＤ値を推定することができるようになる。なお、ＤＯＰ値からＤＧＤ値を求められることは広く知られている（例えば、非特許文献１参照）。

図１１〜図１３は、図９に例示されたＳＯＰ長（ＳＯＰ_ｔ）とＱ値との関係の一次近似をＤＧＤ値に応じて区別して行った結果を示す説明図である。図１４〜図１６は、近似値と実測値に対する誤差を示す説明図である。図１４に示す誤差は、図１１に示すＳＯＰ長とＱ値との関係に対応し、図１５に示す誤差は、図１２に示すＳＯＰ長とＱ値との関係に対応し、図１６に示す誤差は、図１３に示すＳＯＰ長とＱ値との関係に対応する。

図１１には、図９に示す各データからＤＧＤ値＝０に対応するデータのみを抽出した場合のＳＯＰ長とＱ値との関係が例示されている。この場合、Ｑ値とＳＯＰ長との関係の一次近似式（以下、近似式という。）は、Ｑ＝−４．４８６５×ＳＯＰ＋２１．０９８８である。図１２には、ＤＧＤ値＝４に対応するデータのみを抽出した場合のＳＯＰ長とＱ値との関係が例示されている。この場合、近似式は、Ｑ＝−４．４７２×ＳＯＰ＋２１．４８１２である。図１３には、ＤＧＤ値＝８に対応するデータのみを抽出した場合のＳＯＰ長とＱ値との関係が例示されている。この場合、近似式は、Ｑ＝−６．２５１１×ＳＯＰ＋２４．３０３４である。

図１４〜図１６から、ＤＧＤ値に応じてＱ値とＳＯＰ長との関係を近似した場合には、実測値と近似値との間の誤差は±０．５ｄＢ未満（絶対値で０．５ｄＢ未満）であり、ＤＧＤ値に応じた区別をしないで近似した場合に比べて約２倍の精度が実現される。また、Ｑ値推定許容誤差を±０．５ｄＢと定めた場合、ＤＧＤ値に応じた区別せずに近似した場合には、モニタ可能範囲はＳＯＰ長の０〜１．７５πｒａｄの範囲であるが、ＤＧＤ値に応じて近似した場合には、モニタ可能範囲がＳＯＰ長の０〜２．５πｒａｄの範囲になり、モニタ可能範囲を５０％ほど拡大することができる。

なお、ＤＧＤ値に応じて定められた近似式（Ｑ値とＳＯＰとの関係の近似式）を、計算によって求めてもよいし、実測によって求めてもよい。ＤＧＤ値に応じた近似式は、ＣＰＵ１３０２におけるレジスタ等の記憶手段にあらかじめ外部から設定される。

ＣＰＵ１３０２は、ＤＯＰモニタ装置１２０２からＤＯＰ値を得ると、あらかじめ設定されているＤＯＰ値とＤＧＤ値との対応関係を用いてＤＧＤ値の推定を行う。なお、ＤＯＰ値とＤＧＤ値との対応関係を求める方法は、広く知られている。そして、ＣＰＵ１３０２は、ＤＯＰ値から推定したＤＧＤ値に応じた近似式を記憶手段から選択する。

また、ＣＰＵ１３０２は、必要であれば、ＤＯＰ値から推定したＤＧＤ値によって、ＳＯＰ長からＱ値を推定するための近似式の補正を行う。例えば、ＣＰＵ１３０２は、ＤＯＰモニタ装置１２０２から得られたＤＯＰ値を基に推定したＤＧＤ値Ｄ０が、記憶手段に存在しなかった場合には、設定されているＤＧＤ値の中からＤ０より大きく、Ｄ０に最も近い値Ｄ１と、Ｄ０より小さくＤ０に最も近い値Ｄ２を検索する。一例として、Ｄ１に対応する近似式がＱ＝Ａ１×ＳＯＰ＋Ｂ１、Ｄ２に対応する近似式がＱ＝Ａ２×ＳＯＰ＋Ｂ２であったとする。Ｄ０に対応するＱ値とＳＯＰ長との関係式は、Ｄ１とＤ２における近似式の中間値と考えてＱ＝（Ａ１＋Ａ２）／２×ＳＯＰ＋（Ｂ１＋Ｂ２）／２と表される。

なお、記憶手段に設定されていないＤＧＤ値における近似式を求める方法は、上記のような単純に近傍２点の平均によって求める方法に限られず、他の方法を用いてもよい。このような補正操作によって、ＳＯＰ長からＱ値を推定する精度を２倍程度上げ、かつ、モニタ可能範囲を５０％程度拡大することができるようになる。

以上のように、ＳＯＰからＱ値を推定する際に、ＤＯＰ値（具体的には、ＤＧＤ値）に応じて、Ｑ値とＳＯＰとの関係式の係数を変化させることによって高い推定精度を実現することができ、偏波分散の高次成分が含まれる場合であっても、高精度に光信号品質を推定可能なモニタ装置を実現することができる。

なお、本実施形態では、ＤＯＰモニタ装置１２０２は、光分波器１００５からの他方の光信号からＤＯＰ値を計測したが、ＳＯＰ長モニタ装置１１０３がモニタしたストークスベクトルからＤＯＰ値を算出するようにしてもよい。すなわち、ＳＯＰ長モニタ装置１１０３がモニタしたストークスベクトルを基にＤＯＰ値を算出することによって、ポアンカレ球上におけるストークスベクトルの軌跡の長さを測定する手段とＤＯＰ値を測定する手段とを共通化してもよい。

図１７は、図３に示された光信号品質モニタ装置１３００の具体例である光信号品質モニタ装置２３００が光通信システムに適用された場合の光通信システムの構成例を示すブロック図である。図１７に示す光通信システムにおいて、光送信器（Ｔｘ）２００１、光伝送路２００２、光分波器２００４および光受信器（Ｒｘ）２００３は、図３に示された光送信器（Ｔｘ）１００１、光伝送路１００２、光分波器１００４および光受信器（Ｒｘ）１００３に相当する。

光信号品質モニタ装置２３００において、光分波器２００５、ＳＯＰ長モニタ装置２１００およびＣＰＵ２３０２は、図３に示された光分波器１００５、ＳＯＰ長モニタ装置１１０３およびＣＰＵ１３０２に相当する。光ＢＰＦ２２０１とＤＯＰメータ２２０２とを含むＤＯＰモニタ装置２２００は、図３に示された光ＢＰＦ１２０１とＤＯＰモニタ装置１２０２とを含むものに相当する。

そして、本実施例では、ＳＯＰ長モニタ装置２１００は、可変波長フィルタ２１０１、ストークスベクトルを測定するポラリメータ２１０２およびＳＯＰ長演算器２１０３を含む。ＳＯＰ長演算器２１０３は、ポラリメータ２１０２から出力されるストークスベクトルからＳＯＰ長を算出する。

光信号品質モニタ装置２３００に入力された伝送光信号は、光分岐器２００５で２分岐される。分岐された光信号のうちの一方がＳＯＰ長モニタ装置２１００に入力され、分岐された光信号のうちの他方がＤＯＰモニタ装置２２００に入力される。

ＳＯＰ長モニタ装置２１００おいて、可変波長フィルタ２１０１は、ＳＯＰ長モニタ装置２１００側に導かれた光信号における特定の波長（光周波数）成分の光信号だけをポラリメータ２１０２に出力する。ポラリメータ２１０２に導かれる光周波数成分がｆｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｆ１は光信号中心光周波数からＢＨｚ低い光周波数、ｆｎはＢＨｚ高い光周波数）であるとする。よって、ポラリメータ２１０２は、ＳＯＰ長モニタ装置２１００への入力光信号のうち、光周波数成分がｆｉの成分だけについてストークスベクトルを測定する。ポラリメータ２１０２によって光周波数成分ｆｉ（ｉ＝１〜ｎ）だけについてストークスベクトルが測定されることによって、光周波数成分ｆｉ毎のストークスベクトルＳｉを求めることができる。

Ｓｉは３次元ベクトル量であり、Ｓｉ＝（ｓ１ｉ、ｓ２ｉ、ｓ３ｉ）で表すことができるものとする。ポアンカレ球上における座標Ｓ１からＳ２に至るまでの距離Ｚ２は、（ｓ１１−ｓ１２）×（ｓ１１−ｓ１２）＋（ｓ２１−ｓ２２）×（ｓ２１−ｓ２２）＋（ｓ３１−ｓ３２）×（ｓ３１−ｓ３２）の平方根で与えられ、座標Ｓ２からＳ３に至るまでの距離Ｚ３は、（ｓ１２−ｓ１３）×（ｓ１２−ｓ１３）＋（ｓ２２−ｓ２３）×（ｓ２２−ｓ２３）＋（ｓ３２−ｓ３３）×（ｓ３２−ｓ３３）の平方根で与えられる。従って、座標Ｓ１から座標Ｓｎに至るまでの距離Ｌ、すなわちＳＯＰ長は、Ｚ２＋Ｚ３＋．．．．＋Ｚｎであり、光周波数成分ｆｉのストークスベクトルＳｉの測定値から算出可能である。

ＣＰＵ２３０２は、ＳＯＰ長モニタ装置２１００からＳＯＰ長を入力する。また、ＤＯＰモニタ装置２２００からＤＯＰ値を入力する。そして、あらかじめ外部から設定されているＳＯＰ長とＱ値との関係式を、ＤＯＰ値（具体的には、ＤＧＤ値）に応じて調整することによって、ＳＯＰ長から高精度にＱ値推定を行う。調整とは、上記の実施形態で説明したように、ＤＯＰの値毎（具体的には、ＤＧＤ値毎）にＳＯＰ長とＱ値との関係式を選択したりすることである。

また、ＣＰＵ２３０２には、あらかじめ品質劣化しきい値が外部から設定されている。ＣＰＵ２３０２は、モニタされたＳＯＰ長が、そのしきい値を超えた場合に品質劣化アラーム信号を外部に出力する。モニタされたＳＯＰ長と推定されたＱ値とは、所定の相関関係を有するので、ＳＯＰ長についてのしきい値を設定することは、実質的に、Ｑ値についてのしきい値を設定することになる。

上記の実施形態または実施例の光信号品質モニタ方法および光信号品質モニタ装置は、以下の効果を奏する。

第１の効果は、高精度で光信号品質をモニタできることである。その理由は、ＳＯＰ長とＤＯＰ（具体例では、ＤＯＰから推定されるＤＧＤ）とを併用することによって、Ｑ値に対する近似精度を高めることができるためである。

第２の効果は、品質推定可能範囲が広いことである。その理由は、モニタ精度の向上によって、精度不足のために適用できなかった範囲の推定精度が向上し、モニタ適用範囲が広くなるためである。

第３の効果は、適用範囲が広いことである。その理由は、偏波分散の一次成分だけでなく二次成分が無視できない場合でも、適用可能な方法および装置であるためである。

第４の効果は、汎用性が高いことである。その理由は、信号光伝送速度や変調フォーマットに依存しない方法および装置であるため、どのような伝送速度や変調フォーマットの光信号に対しても適用可能なためである。

第５の効果は、リアルタイム性が高いことである。その理由は、インサービスで品質推定が可能なためである。

第６の効果は、柔軟性が高いことである。その理由は、ＤＯＰ（具体例では、ＤＧＤ）に応じたＳＯＰ長とＱ値との関係式を書き換えることによって、Ｑ値推定精度をさらに向上させたり、様々な種類の光ファイバ伝送路に適用したりすることができるためである。

図１８は、上記の実施形態または実施例の光信号品質モニタ装置が適用された、光ノードを含む光ネットワークを示すシステム構成図である。図１８に示すシステムでは、光信号品質モニタ装置が、光ノードの入出力信号から光パスの偏波分散をモニタし、光パス受信端で偏波分散が増大した場合に、光パス中のどの箇所で偏波分散が増大しているのかを特定し、光パスが、プロテクションパスに切り替えられる。

図１８に示す光ネットワークには、４つの光ノード３００１〜３００４がある。それぞれ光ノード３００１〜３００４は、光伝送路３０１０〜３０１６によって相互に接続されている。そして、光伝送路３０１０〜３０１６で光信号が伝送されている。図１８に示す光ネットワークにおいて、光ノード３００１を起点とし、光伝送路３０１０、光ノード３００２、光伝送路３０１１を光信号が順に通過し、光ノード３００３を終点とする光パス３０３０を例にして動作を説明する。

光ノード３００１から光ノード３００３に向けて、光パス３０３０の経路で光信号が送信される。上記の実施形態または実施例の光信号品質モニタ装置（ＭＯＮ）３０２０〜３０２３は、光パス３０３０の起点から終点までの間で、光ノード３００１〜３００３の入出力側に配備されている。具体的には、光ノード３００１の出力側に光信号品質モニタ装置３０２０が設けられ、光ノード３００２の入力側に光信号品質モニタ装置３０２１が設けられ、光ノード３００２の出力側に光信号品質モニタ装置３０２２が設けられ、光ノード３００３の入力側に光信号品質モニタ装置３０２３が設けられている。

一例として、光パス３０３０のいずれかの地点、一箇所において光信号品質劣化Ｘが発生したとする。簡単のため、他の箇所では光信号品質劣化は０であるとする。図１８に示すように光信号品質モニタ装置３０２０〜３０２３を配置しておくことによって、光信号品質劣化Ｘの発生箇所を絞り込むことが可能である。

そのプロセスを以下に説明する。光パス３０３０のいずれかの一箇所の地点で光信号品質劣化Ｘが発生した場合には、光信号品質モニタ装置３０２３で光信号品質劣化Ｘが検出される。光信号品質モニタ装置３０２０における光信号品質劣化が設定しきい値Ｘ以下である場合には、光ノード３００１では光信号品質劣化Ｘが発生していないことがわかる。また、光信号品質モニタ装置３０２１における光信号品質劣化モニタ値が設定しきい値Ｘ以下の場合には、光ノード３００１と光伝送路３０１０との両方で光信号品質劣化が設定しきい値Ｘ以下であることがわかる。

光信号品質モニタ装置３０２２における光信号品質モニタ結果が設定しきい値Ｘ以上の場合、光信号品質モニタ装置３０２１の光信号品質劣化が設定しきい値Ｘ以下であることから、光信号品質モニタ装置３０２１と光信号品質モニタ装置３０２２との間で光信号品質劣化Ｘが発生していることになる。光信号品質モニタ装置３０２１と光信号品質モニタ装置３０２２との間には光ノード３００２が配備されているので、光信号品質劣化Ｘは光ノード３００２で発生していることが特定される。

そこで、光パス終点である光ノード３００３は、光パス起点である光ノード３００１に対して、信号を送信している光パス３０３０を、光伝送路３０１６による光パスに切り替えるリクエストを光伝送路３０１６を介して送出する。光ノード３００３からのリクエストを受けた光ノード３００１は、光パス３０３０で光ノード３００３に向けて送出している信号を、光伝送路３０１６に送出するように光パスを切り替えることによってプロテクションを行う。

本発明による光信号品質モニタ装置の基本構成を示すブロック図である。本発明による光信号品質モニタ方法の概要を示すフローチャートである。本発明の一実施形態の光信号品質モニタ装置および光信号品質モニタ方法が光通信システムに適用された場合の光通信システムの構成例を示すブロック図である。ストークスベクトルの測定範囲を示す説明図である。ストークスベクトルの測定例を示す説明図である。ストークスベクトルの測定例を示す説明図である。ストークスベクトルがプロットされたポアンカレ球を示す説明図である。ストークスベクトルがプロットされたポアンカレ球を示す説明図である。ＤＧＤとＳＯＰＭＤとを変化させた場合のＳＯＰ長とＱ値との関係を示す説明図である。図９に例示されたＳＯＰ長とＱ値との関係の一次近似の実際のＳＯＰ長からの誤差を示す説明図である。図９に例示されたＳＯＰ長とＱ値との関係の一次近似をＤＧＤの各々の値毎に区別して行った結果を示す説明図である。図９に例示されたＳＯＰ長とＱ値との関係の一次近似をＤＧＤの各々の値毎に区別して行った結果を示す説明図である。図９に例示されたＳＯＰ長とＱ値との関係の一次近似をＤＧＤの各々の値毎に区別して行った結果を示す説明図である。近似値と実測値に対する誤差を示す説明図である。近似値と実測値に対する誤差を示す説明図である。近似値と実測値に対する誤差を示す説明図である。本発明による光信号品質モニタ装置および光信号品質モニタ方法の一例が光通信システムに適用された場合の光通信システムの構成例を示すブロック図である。光信号品質モニタ装置が適用された、光ノードを含む光ネットワークを示すシステム構成図である。

符号の説明

１００１光送信器
１００２光伝送路
１００３光受信器
１００４，１００５光分波器
１１０３ＳＯＰ長モニタ装置
１２０１光バンドパスフィルタ
１２０２ＤＯＰメータ
１３００光信号品質モニタ装置
２００１光送信器
２００２光伝送路
２００３光受信器
２００４，２００５光分波器
２１００ＳＯＰ長モニタ装置
２１０１波長可変フィルタ
２１０２ポラリメータ
２１０３ＳＯＰ長演算器
２２００ＤＯＰモニタ装置
２２０１光バンドパスフィルタ
２２０２ＤＯＰメータ
２３００光信号品質モニタ装置
２３０２ＣＰＵ
３００１〜３００４光ノード
３０１０〜３０１６光伝送路
３０２０〜３０２３光信号品質モニタ装置
３０３０光パス

Claims

伝送光信号の品質を、伝送光信号から測定した測定値にもとづく計測値から推定した品質判定値を用いて評価する光信号品質モニタ装置であって、
伝送光信号のストークスベクトルを光信号変調周波数帯域に亘って測定し、測定したストークスベクトルがポアンカレ球上に描く軌跡の光信号変調周波数帯域における長さを前記計測値として取得する軌跡長取得手段と、
前記軌跡長取得手段によってストークスベクトルが測定される伝送光信号のＤＧＤ値を取得するＤＧＤ取得手段と、
軌跡の長さと品質判定値との関係を表す関係式を用いて、前記軌跡長取得手段が取得した軌跡の長さを基に品質判定値を推定する品質判定値推定手段とを備え、
前記品質判定値推定手段は、前記ＤＧＤ取得手段が取得したＤＧＤ値に応じた関係式を用いる
ことを特徴とする光信号品質モニタ装置。
ＤＧＤ取得手段は、伝送光信号の中心波長におけるＤＯＰ値からＤＧＤ値を推定する
請求項１記載の光信号品質モニタ装置。
あらかじめ外部から入力された軌跡の長さと品質判定値との関係を表す近似式であってＤＧＤの値に応じた近似式を関係式記憶手段に記憶する関係式設定手段と、
光信号変調周波数帯域におけるＤＯＰ値を計測するＤＯＰ計測手段とを備え、
ＤＧＤ取得手段は、前記ＤＯＰ計測手段が計測したＤＯＰ値からＤＧＤ値を推定するＤＧＤ推定手段を含み、
品質判定値推定手段は、前記ＤＧＤ推定手段が推定したＤＧＤ値に応じた近似式を、軌跡の長さと品質判定値との関係を示す関係式として前記関係式記憶手段から選択する選択手段を含む
請求項１または請求項２記載の光信号品質モニタ装置。
品質判定値推定手段は、ＤＧＤ推定手段が推定したＤＧＤ値に対応する近似式が関係式記憶手段に設定されていなかった場合には、対応する近似式が前記関係式記憶手段に設定されているＤＧＤ値であって前記ＤＧＤ推定手段が推定したＤＧＤ値の近傍のＤＧＤ値に対応する近似式と、前記ＤＧＤ推定手段が推定したＤＧＤ値とを用いて、軌跡の長さと品質判定値との関係を示す関係式を定める
請求項３記載の光信号品質モニタ装置。
伝送光信号を２分岐する光分岐器を備え、
軌跡長取得手段は、前記光分岐器で分岐された一方の伝送光信号を用いてストークスベクトルがポアンカレ球上に描く軌跡の長さを取得し、
前記光分岐器で分岐された他方の伝送光信号を入力する光バンドバスフィルタを備え、
ＤＯＰ計測手段は、前記光バンドパスフィルタを通過した後の伝送光信号のＤＯＰ値を計測することによって、ＤＯＰ値を計測する帯域を制限する
請求項３または請求項４記載の光信号品質モニタ装置。
推定手段は、ＤＧＤ値に応じて、ポアンカレ球上におけるストークスベクトルの軌跡の長さと品質判定値との対応関係を変化させる
請求項３から請求項５記載のうちのいずれか１項に記載の光信号品質モニタ装置。
あらかじめポアンカレ球上におけるストークスベクトルの軌跡の長さのしきい値が定められ、
軌跡長取得手段が取得したストークスベクトルの軌跡の長さが、前記しきい値を超えた場合に信号品質劣化が発生したとして、外部に警告を出力する警告出力手段を備えた
請求項３から請求項６記載のうちのいずれか１項に記載の光信号品質モニタ装置。
ＤＯＰ計測手段は、軌跡長取得手段が測定したストークスベクトルを基にＤＯＰ値を算出する
請求項３から請求項７記載のうちのいずれか１項に記載の光信号品質モニタ装置。
伝送光信号の品質を、伝送光信号から測定した測定値にもとづく計測値から推定した品質判定値を用いて評価する光信号品質モニタ方法であって、
伝送光信号のストークスベクトルを光信号変調周波数帯域に亘って測定し、測定したストークスベクトルがポアンカレ球上に描く軌跡の光信号変調周波数帯域における長さを前記計測値として取得し、
ストークスベクトルが測定される伝送光信号のＤＧＤ値を取得し、
軌跡の長さと品質判定値との関係を表す関係式を用いて、取得した軌跡の長さを基に、品質判定値を推定し、
品質判定値を推定する際に、取得したＤＧＤ値に応じた関係式を用いる
ことを特徴とする光信号品質モニタ方法。
伝送光信号の中心波長におけるＤＯＰ値からＤＧＤ値を推定する
請求項９記載の光信号品質モニタ方法。
あらかじめ外部から入力された軌跡の長さと品質判定値との関係を表す近似式であってＤＧＤの値に応じた近似式を関係式記憶手段に記憶し、
光信号変調周波数帯域におけるＤＯＰ値を計測し、
計測したＤＯＰ値からＤＧＤ値を推定し、
ＤＧＤ値に応じた近似式を、軌跡の長さと品質判定値との関係を示す関係式として前記関係式記憶手段から選択する
請求項９または請求項１０記載の光信号品質モニタ方法。
推定したＤＧＤ値に対応する近似式が関係式記憶手段に設定されていなかった場合には、対応する近似式が前記関係式記憶手段に設定されているＤＧＤ値であって推定したＤＧＤ値の近傍のＤＧＤ値に対応する近似式と、推定したＤＧＤ値とを用いて、軌跡の長さと品質判定値との関係を示す関係式を定める
請求項１１記載の光信号品質モニタ方法。
伝送光信号を光分岐器で２分岐させ、
前記光分岐器で分岐された一方の伝送光信号を用いてストークスベクトルがポアンカレ球上に描く軌跡の長さを取得し、
前記光分岐器で分岐された他方の伝送光信号が光バンドパスフィルタを通過した後の伝送光信号のＤＯＰ値を計測することによって、ＤＯＰ値を計測する帯域を制限する
請求項１１または請求項１２記載の光信号品質モニタ方法。
ＤＧＤ値に応じて、ポアンカレ球上におけるストークスベクトルの軌跡の長さと品質判定値との対応関係を変化させる
請求項１１から請求項１３記載のうちのいずれか１項に記載の光信号品質モニタ方法。
あらかじめポアンカレ球上におけるストークスベクトルの軌跡の長さのしきい値を定め、
取得したストークスベクトルの軌跡の長さが、前記しきい値を超えた場合に信号品質劣化が発生したとして、外部に警告を出力する
請求項１１から請求項１４記載のうちのいずれか１項に記載の光信号品質モニタ方法。
ポアンカレ球上に描く軌跡を得るために測定したストークスベクトルを基にＤＯＰ値を算出する
請求項１１から請求項１５記載のうちのいずれか１項に記載の光信号品質モニタ方法。