JP5303406B2 - 光設備識別方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は光ファイバを用いた光線路の建設・保守に用いられる光設備識別方法及びシステムに関するものである。

光ファイバ通信網の保守・運用において、光ファイバケーブルの管理または補修を行う上でその光ファイバケーブルがどのようなルートを通り、または設備を経由するかという光設備識別を行うことは非常に重要である。これを詳細に把握することで、設備の追加変更設計や、また、光線路に故障が発生したときにはその故障点の特定が短時間で可能となり、保守運用にかかる稼働を削減することができる。

図５は従来の光設備識別システムを示す構成説明図である。図５に示すように、光線路設備ビル１７に設置された光加入者線終端装置（Ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｎｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ：以下ＯＬＴという）１とユーザ宅１３に設置された光加入者線ネットワーク装置（Ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｕｎｉｔ：以下ＯＮＵという）２は光ファイバ線路によって接続されている。

光ファイバ線路の構成は、光線路設備ビル１７から地下配線設備を経由して配線される地下光ケーブル３、光ファイバを伝送する信号を複数ユーザへ分岐する所外光スプリッタ４、コネクタや融着等の接続部９、ユーザ宅１３近傍で架空配線を構成する架空光ケーブル５、架空から各ユーザ宅へ配線するドロップケーブル１５、宅内での配線を行う宅内ケーブル１６から成り、ＯＬＴ１とＯＮＵ２を接続する。

光ファイバ線路は光スプリッタ４等のモジュールや光ファイバケーブルの接続部９においてコネクタや融着等の手段により接続されているが、接続点は浸水等の環境条件や引っ張り等から保護するため、光クロージャ６やキャビネット８により覆われている。

光設備を識別する為には、予め光線路設備データベースに格納した光ケーブル長情報や接続点、そしてこれらが収容される光設備情報と計測した光ファイバ長手方向の損失・反射分布との対照を行う。光ファイバ状態の計測は、光線路設備ビル１７に予め設置された光試験装置１０を遠隔で操作する。光試験装置１０に設置した光パルス試験器（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ：以下ＯＴＤＲという）から送出された試験光は、光カプラ１１を介して光ファイバ線路に入射され、光ファイバ中で後方レイリー散乱光を生じ、この散乱光の戻る時間と強度変化を測定する光パルス試験を実施することで、光ファイバ長手方向の損失、反射分布が得られる。

例えば、ＯＴＤＲ測定により光ファイバケーブル長手方向の位置Ｌ［ｍ］に大きな損失が発生している故障が発生していることを計測検出した場合には、光線路設備データベースより設備ビルからＬ［ｍ］の距離にある設備情報を抽出して、故障している光設備を特定できる。

しかし、ＯＴＤＲ計測と設備データベース照合による光設備識別は、光スプリッタ４より設備ビル側の上部（非分岐部）においては有効であるが、近年の主流である、１つのＯＬＴに対して複数のＯＮＵを接続する光アクセスシステム（Ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ：ＰＯＮ）構成では、光スプリッタ４より下部（分岐部）のユーザ側で信号光だけでなく試験光も分割され、後方散乱光も重畳して計測されるため１心毎に光ファイバ長手方向の損失、反射分布をモニタすることが極めて困難であり、光スプリッタ４より下部では光ファイバの収容設備識別を実施できない。

万が一、光スプリッタ４より下部で故障が発生した場合にその故障点を検出する為には、ユーザ宅１３側に作業者が可搬型のＯＴＤＲ１２を携帯して駆けつけ、ＯＮＵ２の光線路接続ポートを外してＯＴＤＲ１２を接続してパルス試験を行い、ＯＴＤＲ結果からおおよその位置を検出して目視から推測した距離情報によって故障位置・故障設備を特定している。このとき架空設備における故障と特定した場合には、改めて架空工事用車両を手配して補修作業を行っている。

また、その他先行技術文献として、光ファイバコアのブリルアン周波数シフトを制御する技術について非特許文献１がある。

Ｙ． Ｋｏｙａｍａｄａ， Ｓ． Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｈ． Ｓｏｔｏｂａｙａｓｈｉ， ａｎｄ Ｗ． Ｃｈｕｊｏ， "Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｇａｉｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒｓ，" Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗ． Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ． ２２， ｎｏ． ２， ｐ． ６３１， Ｆｅｂ． ２００４．

従来の光設備識別方法では光スプリッタより下部の光設備識別が困難であるため、例えば故障発生時に、直接作業員が駆けつけるまたは作業用装備の手配等に時間がかかるという問題があった。

また、測定結果と設備データの対照による光設備の特定においては、設備データの未登録や誤投入が発生すると、光設備の特定が困難になるという問題も発生する。

上記の課題を解決するために本発明は、光分岐部を含む光線路を構成する光ファイバ線路において、光分岐部より分岐部側に接続された各光ファイバにそれぞれ異なる固有のブリルアン周波数シフトを持つ光ファイバを用い、前記光分岐部より分岐部側の光線路を構成する光ファイバの収容設備状況を識別する光設備識別方法であって、前記光ファイバの収容設備で生じるブリルアン周波数シフトの変動を、ブリルアン散乱光測定器により検出して、前記光ファイバの収容設備状況を識別することを特徴とする。

また本発明は、前記光設備識別方法において、光ファイバ接続部にかかる押圧歪みが起因して生じるブリルアン周波数シフトの変動を検出することを特徴とする。

また本発明は、前記光設備識別方法において、光ファイバの中途に付与された規定の径を持つ曲げ部の複屈折が起因して生じるブリルアン散乱光強度の変動周期を検出することを特徴とする。

また本発明は、前記光設備識別方法において、光ファイバ線路に光パルスを入射し、発生するブリルアン散乱光の一偏光成分を分離し、その強度変化周期を検出することを特徴とする。

また本発明の光設備識別システムは、光分岐部を含む光線路を構成する光ファイバ線路と、前記光分岐部より分岐部側に接続されたそれぞれ異なる固有のブリルアン周波数シフトを持つ各光ファイバと、前記光分岐部より分岐部側の光線路を構成する光ファイバの収容設備で生じるブリルアン周波数シフトの変動を検出するブリルアン散乱光測定器とを具備し、前記ブリルアン散乱光測定器により、前記光ファイバの収容設備で生じるブリルアン周波数シフトの変動を検出して、前記光ファイバの収容設備状況を識別することを特徴とするものである。

本発明は、光スプリッタより下部の光ファイバ線路において、光ファイバの収容設備を光学測定によって識別することが可能となるものである。これにより故障設備の特定時間を短縮し、光線路設備保守を効率化し、運用コストを削減する効果がある。

本発明の第１の実施形態に係る光設備識別システムを示す構成説明図である。 図１で用いるブリルアン光パルス試験器（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ：以下ＢＯＴＤＲという）の一例を示す構成説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る光設備識別システムを示す構成説明図である。 図３で用いるＢＯＴＤＲの一例を示す構成説明図である。 従来の光設備識別システムを示す構成説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図中、同一部分は同一符号を付して説明する。

［実施形態１］
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光設備識別システムを示す構成説明図、図１（ｂ）はブリルアン後方散乱光及びレイリー後方散乱光の周波数に対する散乱光強度を示す特性図、図１（ｃ）は距離に対するブリルアン周波数シフト（以下ＢＦＳという）を示す特性図である。

図１（ａ）に示すように、光線路設備ビル１７内のＯＬＴ１及びブリルアン散乱光測定器１０′は光カプラ１１を介して地下光ケーブル３の一端に接続され、地下光ケーブル３の他端は光分岐部である光スプリッタ４の非分岐端に接続されると共に、光スプリッタ４の分岐端にはそれぞれ接続部９を介して架空光ファイバケーブル５_１，５_２，５_３，………５_ｍが接続される。

架空光ファイバケーブル５_３は接続部９を介してドロップケーブル１５に接続され、ドロップケーブル１５はユーザ宅１３内で接続部９を介して宅内ケーブル１６に接続されると共に、宅内ケーブル１６にはＯＮＵ２が接続される。架空光ファイバケーブル５_ｍはドロップケーブル１５に接続され、ドロップケーブル１５はユーザ宅１３内で接続部９を介して宅内ケーブル１６に接続されると共に、宅内ケーブル１６にはＯＮＵ２が接続される。前記接続部９はそれぞれ光クロージャ６又はキャビネット８で覆われている。

前記ブリルアン散乱光測定器１０′は光スプリッタ４より分岐部側の光線路を構成する例えば接続部９を覆う光クロージャ６又はキャビネット８等の光ファイバの収容設備で生じるブリルアン周波数シフト（以下ＢＦＳという）の変動を検出して、前記光ファイバの収容設備状況を識別する。例えば、光ファイバの接続部９にかかる押圧歪みが起因して生じるＢＦＳの変動を検出して、前記光ファイバの収容設備状況を識別する。

すなわち、架空光ファイバケーブル５_１，５_２，５_３，………５_ｍにはそれぞれ異なる固有のＢＦＳであるν１、ν２、………νｍが割り付けられる。ＢＦＳとは、図１（ｂ）に示すように、光ファイバにパルス光を入射すると発生する散乱光の一種であるブリルアン後方散乱光が、入射パルス光に対して約１０ＧＨｚの周波数シフトを生じる現象である。ＢＦＳは温度、歪みの印加でも可変であるが、より大きい変化を割り付ける方法として、光ファイバ中のＧｅＯ_２やＦ等のドーパント濃度の調整法があり、容易に１．５ＧＨｚのＢＦＳ変化を付与することが可能である（例えば、非特許文献１参照。）。

ブリルアン散乱光を各光ファイバ線路個別に識別するためのブリルアン散乱光測定器１０′としては、例えばＢＯＴＤＲを用いる。

図２は図１で用いるＢＯＴＤＲの一例を示す構成説明図である。ブリルアン散乱光は入力パルスピークパワーに対して−８０ｄＢ程度の極微少な光であるため、コヒーレント検波技術を用いる。

図２に示すように、試験光源３０から発光する周波数ν０の連続光を光カプラ３１_１により口元で分岐して、ローカル光ν０とプローブ光ν０とする。プローブ光ν０は光スイッチ３５でパルス化して後、光カプラ３１_２を介して被測定ファイバである光ファイバ線路に入射する。

光スプリッタより下部の光ファイバ線路で発生する周波数シフトνｎのブリルアン後方散乱光は、光カプラ３１_２を通り、前記ローカル光ν０と光カプラ３１_３で合波され、受光素子３４でビート信号ν０−νｎが受信され電気信号に変換される。

受光素子３４で変換された電気信号をアンプ３２で増幅し、さらにミキサ３７でν０−νｎに近い周波数信号を発生するローカルオシレータ３３の信号と混合し、ベースバンド信号に変換される。前記ミキサ３７で変換されたベースバンド信号をローパスフィルタ３６で不要の高周波信号を除去し、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器３８によりブリルアン散乱光信号の強度が得られる。

さらにローカルオシレータ３３を可変することによって、ＢＦＳスペクトルの任意周波数成分を取り出すことができる。予め割り付けたＢＦＳであるν１〜νｍ周波数を検出することで光スプリッタより下部の光ファイバ線路からのブリルアン散乱光を個別にモニタすることが可能である。またブリルアン散乱光が戻る時間ｔに対してブリルアン散乱光強度を計測することで、ＢＯＴＤＲからの距離ＬをＬ＝１／２（ｖ・ｔ）で求めることができる。ただしｖはファイバ中の光速である。

ＢＯＴＤＲを用いて光スプリッタより下部の光ファイバの収容設備を識別する方法を説明する。光スプリッタ４より下部の接続部９ではサービスの開通・廃止オーダにより高頻度で光設備の接続・切り離しが発生するため、単心光コネクタによって接続を行っている。

この光コネクタの接続点ではフェルール押圧がかかっており、例えばＪＩＳＣ５９７３では７．９〜１１．８Ｎと規定されている。生じている歪みεは、応力をδ、ヤング率をＥとすると、ε＝δ／Ｅより求めることができる。ガラスのヤング率を７．１×１０^１０、歪みによるブリルアン周波数シフトを５００ＭＨｚ／％とすると４５０〜６８０ＭＨｚ程度のＢＦＳ変動を生じさせる。この変動をＢＯＴＤＲで測定した波形を図１（ｃ）に示す。

図１（ｃ）において、横軸は距離、縦軸は光ファイバ５_１〜５_ｍに割り付けたＢＦＳであるν１〜νｍ近傍においてそれぞれ散乱光スペクトルを測定し、スペクトルピークが得られた周波数値を検出したものである。光コネクタの接続点でのフェルール押圧によるプラスシフトを検出することでコネクタ接続を検知し、この光コネクタを保護するクロージャ６やキャビネット８の光設備の存在を識別可能である。

本手法では、ブリルアン散乱光を周波数フィルタリングして検出しているため、従来のレイリー散乱光測定においてコネクタ接続点で発生するフレネル反射を抑制し、短デッドゾーンが実現できる為、架空光ファイバケーブル〜ドロップケーブル〜ユーザ宅区間のように近接した接続点であっても個々に識別することができる。

［実施形態２］
図３（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光設備識別システムを示す構成説明図、図３（ｂ）は距離に対するブリルアン散乱光パワーを示す特性図である。図３（ａ）中、図１（ａ）と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、光スプリッタ４より下部の光ファイバ接続点には、光ファイバをとりまわし、余分なケーブル長を処理する余長処理部１４が設けられる。余長処理部１４を設けることにより配線の自由度を上げ、敷設後に光ファイバケーブルの引っ張り等によって生じる接続コネクタ部への応力を軽減させる。

前記ブリルアン散乱光測定器１０′は光スプリッタ４より分岐部側の光線路を構成する例えば余長処理部１４を覆う光クロージャ６又はキャビネット８等の光ファイバの収容設備で生じるＢＦＳの変動を検出して、前記光ファイバの収容設備状況を識別する。

例えば、余長処理部１４等の光ファイバの中途に付与された規定の径を持つ曲げ部の複屈折が起因して生じるＢＦＳの変動を検出して、前記光ファイバの収容設備状況を識別する。この場合、光ファイバ線路に光パルスを入射し、発生するブリルアン散乱光の一偏光成分を分離し、その強度変化周期を検出することにより、ＢＦＳの変動を検出することができる。

前記余長処理部１４において規定の一定直径Ｄで曲げを付与すると、光ファイバの内部応力によって複屈折率βは
β＝Ｃ（ｄ／Ｄ）^２ ［ｒａｄ／ｍ］ 式（１）
が生じる。ただしＣは材料、屈折率差、波長で決定される定数、ｄは光ファイバクラッドの直径である。この複屈折率を検出すれば、光ファイバ線路に発生している光ファイバの曲げ収容の有無を検知することができる。

図４は図３で用いるＢＯＴＤＲの一例を示す構成説明図である。図４中、図２と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。図４のＢＯＴＤＲは光ファイバに生じた複屈折率を測定する。

すなわち、図４に示すように、光カプラ３１_１と光カプラ３１_３間のローカル光ν０の伝送路に偏波コントローラ３９を挿入し、光カプラ３１_３への入射光を直線偏波とする。光ファイバ線路に入射した信号光で、複屈折率が生じている曲げ付与部では、発生するブリルアン散乱光νｎに長手方向に対して偏光状態が変化する。このブリルアン散乱光νｎがブリルアン散乱光測定器１０′のＢＯＴＤＲに戻り受光器３４でローカル光ν０と合波して生じるビート信号ν０−νｎはローカル光ν０の直線偏光と一致する成分の比によって強度が変化する。互いに直交して振動する直線偏光間の位相差は、Ｌ［ｍ］を透過した光に対してβ・Ｌであり、強度の変化はｓｉｎ^２（β・Ｌ）によって表せられるからその変化周期はπ／βとなる。

以上を用いて光スプリッタ４より下部の光ファイバの収容設備を識別する方法を図３により説明する。図３（ａ）に示すように、光スプリッタ４と架空光ファイバケーブル５_１〜５_ｍとの接続点、架空光ファイバケーブル５_１〜５_ｍとドロップケーブル１５との接続点、ドロップケーブル１５と宅内ケーブル１６との接続点等では、曲げ径Ｄの余長処理（収納）を行う余長処理部１４が設けられる。ブリルアン散乱光測定器１０′のＢＯＴＤＲでＢＦＳであるν１〜νｍの各周波数近傍においてスペクトルピークの強度変化を測定した波形を図３（ｂ）にそれぞれ示す。

例えばクラッド径が１２５μｍの光ファイバを曲げ径Ｄを直径６０ｍｍにて設置し、定数Ｃが４．３９×１０^５［ｒａｄ／ｍ］とすると周期１．６５ｍの散乱光パワーレベル変動が生じる。このパワーレベル変動周期を検出することで、光ファイバ線路における曲げ収容状態を検出、つまり光ファイバ接続点を収容する光クロージャ６やキャビネット８等の光ファイバの収容設備が存在することを識別できる。

また、余長処理径Ｄを光クロージャ６、キャビネット８、ＯＮＵ２等の収容設備毎に異なるように設置することで、光ファイバの収容設備をより詳細に識別することが可能である。更には、光ファイバの収容設備種別にとらわれず、全余長処理径Ｄを異なるように設置することにより、個々の余長処理部１４を個別に識別することも可能となる。光ファイバは曲げにより導波損失が発生するが、モードフィールド径を小さく設計した光ファイバや、クラッドに空気層を設けたホールアシストファイバを用いれば、１ｃｍ以下の処理（収納）径の割り付けも実現可能である。

尚、本複屈折率検出による設備識別は、光スプリッタより下部にブリルアン周波数を割り付けた光ファイバを用いる代わりに、光スプリッタ下部の線路への透過波長帯域がそれぞれ異なるように設計可能なアレイ導波路回折格子（ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ：ＡＷＧ）を用いて下部光ファイバに透過波長λ１〜λｎを割り付け、さらに光試験装置としてλ１〜λｎの波長が可変であるＯＴＤＲを用いて下部線路それぞれの散乱光を分離・検出し、且つ、波長可変ＯＴＤＲの受光部に偏光フィルタまたは受信部にコヒーレント検波方式を備えて散乱光の強度変化周期を検出することでも、同様に光設備識別が可能である。

また、複屈折率は、光ファイバに側圧または、捻りを付与することでも利用が可能である。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…光加入者線終端装置（ＯＬＴ）、２…光加入者線ネットワーク装置（ＯＮＵ）、３…地下光ケーブル、４…光スプリッタ、５_１〜５_ｍ…架空光ファイバケーブル、６…光クロージャ、８…キャビネット、９…接続部、１０′…ブリルアン散乱光測定器、１１…光カプラ、１３…ユーザ宅、１４…余長処理部、１５…ドロップケーブル、１６…宅内ケーブル、１７…光線路設備ビル、３０…試験光源、３１_１〜３１_３…光カプラ、３２…アンプ、３３…ローカルオシレータ、３４…受光素子、３５…光スイッチ、３６…ローパスフィルタ、３７…ミキサ、３８…Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器、３９…偏波コントローラ。

Claims (5)

1. ＯＬＴ（Optical Line Terminal：光加入者線終端装置）側から、光ファイバ線路を通じて、光分岐部より分岐部側の光線路を構成する光ファイバのＯＮＵ（Optical Network Unit：光加入者線ネットワーク装置）に至る収容設備状況を識別する光設備識別方法であって、
   前記光分岐部の分岐経路接続部に、それぞれ異なる固有のブリルアン周波数シフト特性が割り付けられる架空の光ファイバケーブルの一方端を接続し、
   前記架空の光ファイバケーブルの他方端を、前記ＯＮＵに接続されるドロップケーブル接続部に接続し、
   前記光分岐部の分岐経路接続部に、前記架空の光ファイバケーブルの余分なケーブル長を処理する余長処理部を設け、
   前記ＯＬＴ側で、前記収容設備で生じる任意のブリルアン周波数シフトの変動をブリルアン散乱光測定器のフィルタリング処理により検出して、検出されたブリルアン周波数シフトからその特性が割り当てられている架空の光ファイバケーブルの経路における収容設備状況を識別することを特徴とする光設備識別方法。
2. 請求項１記載の光設備識別方法において、前記分岐部より下部の光ファイバ接続部にかかる押圧歪みが起因して生じるブリルアン周波数シフトの変動を検出することを特徴とする光設備識別方法。
3. 請求項１記載の光設備識別方法において、前記分岐部より下部の光ファイバの中途に付与された規定の径を持つ曲げ部の複屈折が起因して生じるブリルアン周波数シフトの変動を検出することを特徴とする光設備識別方法。
4. 請求項３記載の光設備識別方法において、前記光ファイバ線路に光パルスを入射し、発生するブリルアン散乱光の一偏光成分を分離し、その強度変化周期を検出することを特徴とする光設備識別方法。
5. ＯＬＴ（Optical Line Terminal：光加入者線終端装置）側から、光ファイバ線路を通じて、光分岐部より分岐部側の光線路を構成する光ファイバのＯＮＵ（Optical Network Unit：光加入者線ネットワーク装置）に至る収容設備状況を識別する光設備識別システムであって、
   一方端が前記光分岐部の分岐経路接続部に接続され、他方端が前記ＯＮＵに接続されるドロップケーブル接続部に接続され、それぞれ異なる固有のブリルアン周波数シフト特性が割り付けられる架空の光ファイバケーブルと、
   前記光分岐部の分岐経路接続部に設けられ、前記架空の光ファイバケーブルの余分なケーブル長を処理する余長処理部と、
   前記ＯＬＴ側に配置され、前記収容設備で生じる任意のブリルアン周波数シフトの変動をフィルタリング処理によって検出するブリルアン散乱光測定器と、
   前記測定器によって検出されたブリルアン周波数シフトからその特性が割り当てられている架空の光ファイバケーブルの経路における収容設備状況を識別する識別手段と
   を具備することを特徴とする光設備識別システム。

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