JP6122788B2 - 通信モニタ用受光装置とその漏洩光取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの側方からの光信号を入出射する技術に関する。

光ファイバケーブルを用いた通信システムでは、支障移転工事や光ファイバケーブルの収容替え工事が行われる。支障移転工事や光ファイバケーブルの収容替え工事では、一時的に光ファイバケーブル（物理的な）切断が伴うため、時としてユーザのサービス利用中に通信を中断してしまう場合が発生する。

ユーザに対しては、予め工事予告（時間帯を限定した通信中断予告）を行うものであるが、顧客満足度の低下に繋がらないよう、光ファイバを切断する際には、ユーザがサービスを利用中であるか否かを判別できる方法が望ましい。光回線単位でサービスの利用状態が把握できれば、利用中である光ファイバの切り替えを後回しにしたり、ユーザのサービス利用状況に応じた柔軟な切り替えを行うことで個々のユーザが感じる不便を最小限に抑えることができる。

このため、光アクセスネットワークのトラフィックを監視し、ユーザのサービス利用状況を判別する技術として、ユーザの宅内に設置したＯＮＵ（Optical Network Unit）から通信ビルの中に設置した光加入者線終端装置（ＯＬＴ(Optical Line Terminal)）への上り光信号の一部を受信して、そのデータフレームを分析することで光回線単位の利用状態を判別する方法などが提案されている。

なお、従来は通信ビル内に設置したモニタツールを用い検査を行っていた。このモニタツールとは、ユーザ宅に設置したＯＮＵからの上り信号（波長：1.31μm）を通信ビル内に設置してあるＩＤＭ(Integrated Distribution Module)カプラを介して監視する装置である。モニタツールは、ＯＮＵからの上り信号のフレームをモニタして、ＯＮＵとＯＬＴ間のリンク確立、インターネットや電話の利用状況を各ＯＮＵで判別できる（非特許文献１,２）。モニタツールの中にはアバランシェフォトダイオードが装置の中に内蔵しており、ＩＤＭカプラを介した光信号を、アバランシェフォトダイオードに受光させ、光信号を電気信号に変え、アバランシェフォトダイオードの後段の判定装置で、ＯＮＵとＯＬＴ間のリンク確立、インターネットや電話の利用状況を各ＯＮＵで判別する装置である。

蔵谷、「通信モニタ技術を用いた光線路切替工事の効率化」, 信学会技報, 光ファイバ応用技術 111(298), 37-42, 2011-11-10 磯村、「支障移転等の切替工事で通話中確認を実現するFTTH区間通信モニタ技術」, NTT技術ジャーナル, 2009.5, pp. 40

しかしながら、上記方法では、光回線をＩＤＭカプラにモニタツールを接続して、上り光信号の一部を取得する必要があり、そのために作業者が交換局に入局しなければならない。このため、今までは、作業者が工事現場に１名配置し、ＯＮＵからの上り信号を確認するために通信ビル内に作業者を１名配置してきた。よって、合計２名の作業者が必要である。

今後、保守作業の効率化、保守コストの削減が要求されるため、より効率的な保守方法が要求される。よって、今までは２名の作業者を１名に減らすことができる保守方法が要求されることになる。

このため、光ファイバから漏れ出した上り波長1.31μmをアバランシェフォトダイオードで受光させるためにプローブを介在させるが、プローブのコア直径で光学特性が大きく変わるため、現状の通信速度に合わせたプローブコア直径が明確化されていない。

本発明の目的は、交換所に入局することなく、所外線路の接続点にて、光ファイバの通信モニタが可能な通信モニタ用受光装置とその漏洩光取得方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る通信モニタ用受光装置は、光回線終端装置から出力される上り光信号を少なくとも通信継続を維持可能な状態で既設の光ファイバから漏洩させる曲げ部を形成する側方光入出力部と、前記曲げ部に対向配置され、前記上り光信号の通信速度に応じて前記上り光信号を受光可能な受光面積を有するアバランシェフォトダイオードと、前記曲げ部に一端が対向配置され、他端が前記アバランシェフォトダイオードに対向配置されるプローブであって、前記曲げ部及びアバランシェフォトダイオードとの結合効率が前記アバランシェフォトダイオードの最低受光感度以上になった時点のコア直径をｄ１とし、前記結合効率が前記最低受光感度以下になった時点のコア直径をｄ２とする場合、前記アバランシェフォトダイオードの受光面積に応じてコア直径ｄが前記ｄ１以上でかつ前記ｄ２以下であるプローブとを備えるようにしたものである。

このように構成すると、上り光信号を少なくとも通信継続を維持可能な状態で既設の光ファイバから漏洩させる曲げ部を形成する側方光入出力部と、上り光信号の通信速度に応じて上り光信号を受光可能な受光面積を有するアバランシェフォトダイオードとを用い、プローブのコア直径範囲を限定することで、既設の光ファイバとアバランシェフォトダイオードとの間の光結合効率を向上し、所外線路の接続点等において、上り光信号のモニタ、つまり光回線単位の利用状態の判別を可能としたものである。従って、交換所に入局することなく、所外線路の接続点にて、光ファイバの通信モニタが可能となり、これにより今まで２名必要であった作業員を１名に減らすことができため、効率的な保守運用が実現できる。

また、本発明に係る通信モニタ用受光装置の一観点は以下のような態様を備える。
第１の態様は、前記曲げ部は、曲げ半径が４ｍｍ以上であり、曲げ中心角度が３０度以下である。
第１の態様によれば、曲げ損失を低く抑えることができ、ＯＬＴとＯＮＵとの通信断が生じない。

第２の態様は、前記曲げ部は、曲げ半径が４ｍｍ以上であり、曲げ中心角度が３０度以下である。
第２の態様によれば、曲げ損失を低く抑えることができ、ＯＬＴとＯＮＵとの通信断が生じない。

第３の態様は、前記上り光信号の波長が１．３１μｍであり、前記上り光信号の通信速度が１Ｇｐｂｓであるとき、前記プローブに、コア直径ｄが３０μｍ以上でかつ３００μｍ以下のプローブを用いる。
第３の態様によれば、通信速度１Ｇｐｂｓに適したコア直径ｄが３０μｍ以上でかつ３００μｍ以下のプローブを選択して用いることができる。

第４の態様は、前記上り光信号の波長が１．３１μｍであり、前記上り光信号の通信速度が１０Ｇｐｂｓであるとき、前記プローブに、コア直径ｄが３５μｍ以上でかつ１２０μｍ以下のプローブを用いる。
第４の態様によれば、通信速度１０Ｇｐｂｓに適したコア直径ｄが３５μｍ以上でかつ１２０μｍ以下のプローブを選択して用いることができる。

上記目的を達成するために本発明に係る漏洩光取得方法は、光回線終端装置から出力される上り光信号を少なくとも通信継続を維持可能な状態で既設の光ファイバから漏洩させる曲げ部を形成する第１の工程と、前記曲げ部から漏洩される漏洩光をプローブで受光する第２の工程と、前記プローブの後段に、前記漏洩光を解析するアバランシェフォトダイオードを取り付ける第３の工程とを備えるようにし、前記アバランシェフォトダイオードは、前記上り光信号の通信速度に応じて前記上り光信号を受光可能な受光面積を有するアバランシェフォトダイオードを用い、前記プローブは、前記曲げ部及びアバランシェフォトダイオードとの結合効率が前記アバランシェフォトダイオードの最低受光感度以上になった時点のコア直径をｄ１とし、前記結合効率が前記最低受光感度以下になった時点のコア直径をｄ２とする場合、前記アバランシェフォトダイオードの受光面積に応じてコア直径ｄが前記ｄ１以上でかつ前記ｄ２以下であるプローブを用いる。

本発明により、今まで２名必要であった作業員を１名に減らすことができため、効率的な保守運用が実現できる。

本発明の実施形態に適用されるシステムの構成を示す図。 本発明の第１の実施形態における光側方出力技術を示す図。 本発明の第２の実施形態における現用光を遮断しない光ファイバ曲げを示す図。 本発明の第３の実施形態におけるプローブの断面構造を示す図。 本発明の第３の実施形態における曲げファイバとプローブの漏洩光の結合効率の一例を示す図。 本発明の第３の実施形態におけるプローブとアバランシェフォトダイオードの結合効率の一例を示す図。 本発明の第３の実施形態において、図５及び図６の二カ所の結合効率を示す図。 本発明の第４の実施形態における通信速度1Gbpsのプローブコア直径を示す図。 本発明の第５の実施形態における通信速度10Gbpsのプローブコア直径を示す図。

本発明に係る実施形態を説明するに先立ち、実施形態が適用されるシステムについて説明する。

図１は、Optical Line Terminal（ＯＬＴ）１１とOptical Network Unit（ＯＮＵ）１２との関係の一例を示す図である。通信ビル１に設置されるＯＬＴ１１は、ＩＤＭ（光交換機）カプラ１４および現用光ケーブル１３を介して加入者宅２の近くのクロージャ１５に接続される。クロージャ１５は例えば８分岐型の光スプリッタ１５１を備える。そして、光スプリッタ１５１の下流側の端子の一つに、光ファイバを介して加入者宅２内のＯＮＵ１２が接続される。ＯＬＴ１１とＯＮＵ１２とを接続することで、インターネット、電話、映像配信と様々なサービスを提供している。

現用光ケーブル１３の保守運用において、たとえば線路工事の前に、ＯＬＴ１１とＯＮＵ１２の通話を確認して工事をする。これは、工事をする前にユーザが通話していないことを確認してから工事を実施するためである。また、現用光ケーブル１３の工事終了後、通信が行われていることを確認するために、ＯＬＴ１１とＯＮＵ１２のリンクが立っていることを確認している。

上記システムにおいて、工事現場に作業者を１名、ＯＮＵ１２からの上り光信号を確認するために通信ビル１内に作業者を１名を配置する必要があるが、保守作業の効率化、保守コストの削減を図るため、以下に本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態では、作業者１名での保守を実現するために、図２に示す光側方出力技術を用いる。光側方出力技術は、側方光入出力部２０を用いて現用光ケーブル１３の光ファイバ心線を曲げるとファイバコアを伝搬する通信光が外部に漏れだし、その漏洩光を曲げファイバ１３１の近傍に配置したプローブ２１で受光することができる。つまり、現用光ケーブル１３を曲げるだけで、ファイバコア内を伝搬している光信号が外部に取り出せる。

さらには、プローブ２１の後段にアバランシェフォトダイオード２２１を内蔵した通信光判定装置２２を配置することで、漏洩光をプローブ２１を介し、アバランシェフォトダイオード２２１に結合できる。
このアバランシェフォトダイオード２２１は、漏洩光を受光し、光を電気信号に変え、通話状況を判定できる通信光判定装置２２を用い、ＯＬＴ１１とＯＮＵ１２の通信状況が簡易にわかる。つまり、ＯＮＵ１２からの上り光（波長：1.31μm）の漏洩光を測定することで、ＯＮＵ１２の使用状況をファイバ曲げだけで確認できる。

漏洩光を測定する位置は、アクセス網のクロージャ１５内であり、クロージャ１５内は被覆が露出した光ファイバ心線が配線されている。このクロージャ１５内で光ファイバを曲げることで、ＯＮＵ１２からの上り光信号を測定できるため、アクセス網内でＯＮＵ１２の通信状況が確認できる。よって、従来の通信ビル１内の作業者を減らすことができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態ではファイバの曲げについて述べる。本発明では、曲げを用いたことで、現用光ケーブル１３のファイバコアから通信光を漏洩させる。ＯＬＴ１１とＯＮＵ１２が通信をしている現用光ケーブル１３の光ファイバを曲げるため、曲げが強すぎると、ＯＮＵ１２からの上り光信号（波長1.31μm）、ＯＬＴ１１からの下り光信号（波長1.49μm、1.55μm）の曲げ損失が大きくなり、ＯＬＴ１１とＯＮＵ１２間の光通信が途切れる可能性がある。よって、通信が途絶えることがない曲げ損失を実現することが必要である。このために、緩やかな光ファイバ曲げが必要であり、その条件の一つに図３に示す曲げ半径4mm以上、角度30度以下である。図３の条件では曲げ損失を低く抑えることができ、ＯＬＴ１１とＯＮＵ１２の通信断が生じない。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、プローブ２１のコア直径について述べる。まずは、プローブ構造を図４に定義する。プローブ２１の外観は円柱状であり、コア２１２とクラッド２１１から構成される。伝搬損失を低くするため、コア２１２の材質は石英ガラス、もしくは、光学プラスチックである。プローブ２１を曲げファイバ１３２とアバランシェフォトダイオード２２１の間に設置することで、プローブ２１を介した漏洩光取得を実現できるが、プローブのコア直径が光学特性に大きく影響を与える。

図５は、プローブコア直径を変えたときの曲げファイバ１３３とプローブ２１の結合効率を示している。図５（ａ）において、プローブ２１は、側方光入出力部として例えば透明のゲル状部材である整合剤３１を介して曲げ部１３２に突き当てられる。これにより曲げ部１３２から出射する漏洩光は、プローブ２１を介して入射される。
図５（ｂ）に示すように、プローブ２１のコア２１２が大きくなると、より漏洩光をより多く受光できるため、コア直径が大きいほど結合能力が高くなる。プローブ２１のコア直径が、漏洩光より大きくなる400μm以上では、プローブ２１と漏洩光の結合効率は一定となる。

図６は、プローブ２１とプローブ２１後段に設置したアバランシェフォトダイオード２２１の結合効率を示す。アバランシェフォトダイオード２２１の機能は、漏洩光を受光させ、光信号を電気信号に変換させる。

アバランシェフォトダイオード２２１のサイズは、受光できる通信速度により様々なサイズがある。パラメータとして、アバランシェフォトダイオード２２１の受光面積を20〜60μm²とし、プローブ２１のコア直径を変化させたときの結合効率を図６（ｂ）に示す。アバランシェフォトダイオード２２１より、プローブ２１のコアのサイズが大きいと、受光面以外に漏洩光が漏れてしまうため、結合効率が低下する。

そこで、本第３の実施形態では、プローブ２１のコア直径の設計について述べる。図７は、図５と図６に示す二カ所の結合効率をまとめた図である。漏洩光を解析するためには、アバランシェフォトダイオード２２１を動作することが必要であり、アバランシェフォトダイオード２２１の最低受光感度が、図５と図６の二カ所の結合効率の和（図７の縦軸の結合効率と同等）より大きくなれば良い。

例えば、アバランシェフォトダイオード２２１の性能が、受光面積が20μm²、最低受光感度がa dBとすると、アバランシェフォトダイオード２２１を駆動させるためのプローブ２１のコア直径は、ｂ1μｍ以上でかつｂ2μｍ以下であることが分かる。図７（ｂ）に示すように、ｂ1μｍは結合効率がアバランシェフォトダイオード２２１の最低受光感度ａdB以上になった時点のコア直径であり、ｂ2μｍは結合効率がアバランシェフォトダイオード２２１の最低受光感度ａdB以上になった時点のコア直径である。このようにプローブ２１のコア直径を設計できる。
アバランシェフォトダイオードの性能は、日々進化しているため、本第３の実施形態に示す設計方法を用い、アバランシェフォトダイオード２２１の合わせたプローブ２１のコアの設計を実施する。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、現在、ユーザに通信速度1Gbpsのサービスを提供しており、通信速度1Gbpsの速度に対応できるプローブコア直径について述べる。
通信速度1Gbpsを受光できるアバランシェフォトダイオード２２１の受光面積は、販売メーカにより若干の差はあるものの、およそ50μm²である。図８は受光面積50μm²における結合効率である。

通信速度1Gbpsを受光できるアバランシェフォトダイオード２２１の最低受光感度は-30dBであり、駆動させるためにはプローブ２１のコア直径を30μmから300μmである。今後、さらに受光感度の高いアバランシェフォトダイオード２２１が市販されることもあるため、その場合はプローブ２１のコア直径が拡大する。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、ユーザに次世代の通信速度10Gbpsのサービスを提供した場合について述べる。通信速度10Gbpsの速度に対応できるプローブ２１のコア直径について記す。
通信速度10Gbpsを受光できるアバランシェフォトダイオード２２１の受光面積は、若干の差はあるものの、およそ30μm²である。図９は受光面積30μm²における結合効率である。

通信速度10Gbpsを受光できるアバランシェフォトダイオード２２１の最低受光感度は、販売メーカにより若干の差はあるものの、およそ-28dBであり、駆動させるためにはプローブ２１のコア直径を35μmから120μmである。今後、さらに受光感度の高いアバランシェフォトダイオード２２１が市販されることもあるため、その場合はプローブ２１のコア直径が拡大する。

（第１乃至第５の実施形態による作用効果）
第１乃至第５の実施形態によれば、上り光信号を少なくとも通信継続を維持可能な状態で既設の現用光ケーブル１３の光ファイバから漏洩させる曲げファイバ１３３を形成する側方光入出力部３１と、上り光信号の通信速度に応じて上り光信号を受光可能な受光面積を有するアバランシェフォトダイオード２２１とを用い、プローブ２１のコア直径範囲を限定することで、既設の光ファイバとアバランシェフォトダイオード２２１との間の光結合効率を向上し、所外線路の接続点等において、上り光信号のモニタ、つまり光回線単位の利用状態の判別が可能となる。

従って、通信ビル１に足を運ぶ必要がなく、所外線路の接続点にて、光ファイバの通信モニタが可能となり、これにより今まで２名必要であった作業員を１名に減らすことができため、効率的な保守運用が実現できる。

（その他の実施形態）
上記第２の実施形態では、曲げファイバ１３２の曲げ半径を４ｍｍ以上、曲げ中心角度を３０度以下としたが、通信継続を維持可能な状態であれば、曲げ半径を、曲げ中心角度を違う数値としてもよい。

また、将来、上記第４の実施形態の通信速度1Gbps、上記第５の実施形態の通信速度10Gbps以外の新たな通信速度が出現した場合には、新たな通信速度に合わせて使用するアバランシェフォトダイオードの最低受光感度及び受光面積に応じてコア直径ｄが決められたプローブを用いればよい。

要するにこの発明は、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。さらに、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…通信ビル、２…加入者宅、１１…ＯＬＴ、１２…光回線終端装置（ＯＮＵ）、１３…現用光ケーブル、１４…ＩＤＭカプラ、１５…クロージャ、２０…側方光入出力部、２１…プローブ、２２…通信光判定装置、３１…整合剤、１３１…曲げファイバ、１３２…曲げファイバ、１３３…曲げファイバ、１５１…光スプリッタ、２１１…クラッド、２１２…コア、２２１…アバランシェフォトダイオード。

Claims (8)

1. 光回線終端装置から出力される上り光信号を少なくとも通信継続を維持可能な状態で既設の光ファイバから漏洩させる曲げ部を形成する側方光入出力部と、
   前記上り光信号の通信速度に応じて前記上り光信号を受光可能な受光面積を有するアバランシェフォトダイオードと、
   前記曲げ部に一端が対向配置され、他端が前記アバランシェフォトダイオードに対向配置されるプローブであって、前記プローブのコア直径を０から大きく変化させたとき、前記曲げ部及びアバランシェフォトダイオードとの結合効率が前記アバランシェフォトダイオードの最低受光感度以上となる結合効率になった時点のコア直径をｄ１とし、前記結合効率が前記最低受光感度以下となる結合効率になった時点のコア直径をｄ２とする場合、前記アバランシェフォトダイオードの受光面積に応じてコア直径ｄが前記ｄ１以上でかつ前記ｄ２以下であるプローブとを具備することを特徴とする通信モニタ用受光装置。
2. 前記曲げ部は、曲げ半径が４ｍｍ以上であり、曲げ中心角度が３０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の通信モニタ用受光装置。
3. 前記上り光信号の波長が１．３１μｍであり、前記上り光信号の通信速度が１Ｇｐｂｓであるとき、
   前記プローブに、コア直径ｄが３０μｍ以上でかつ３００μｍ以下のプローブを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の通信モニタ用受光装置。
4. 前記上り光信号の波長が１．３１μｍであり、前記上り光信号の通信速度が１０Ｇｐｂｓであるとき、
   前記プローブに、コア直径ｄが３５μｍ以上でかつ１２０μｍ以下のプローブを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の通信モニタ用受光装置。
5. 光回線終端装置から出力される上り光信号を少なくとも通信継続を維持可能な状態で既設の光ファイバから漏洩させる曲げ部を形成する第１の工程と、
   前記曲げ部から漏洩される漏洩光をプローブで受光する第２の工程と、
   前記プローブの後段に、前記漏洩光を解析するアバランシェフォトダイオードを取り付ける第３の工程とを具備し、
   前記アバランシェフォトダイオードは、前記上り光信号の通信速度に応じて前記上り光信号を受光可能な受光面積を有するアバランシェフォトダイオードを用い、
   前記プローブは、前記プローブのコア直径を０から大きく変化させたとき、前記曲げ部及びアバランシェフォトダイオードとの結合効率が前記アバランシェフォトダイオードの最低受光感度以上となる結合効率になった時点のコア直径をｄ１とし、前記結合効率が前記最低受光感度以下となる結合効率になった時点のコア直径をｄ２とする場合、前記アバランシェフォトダイオードの受光面積に応じてコア直径ｄが前記ｄ１以上でかつ前記ｄ２以下であるプローブを用いることを特徴とする通信モニタ用受光装置の漏洩光取得方法。
6. 前記曲げ部は、曲げ半径が４ｍｍ以上であり、曲げ中心角度が３０度以下であることを特徴とする請求項５に記載の通信モニタ用受光装置の漏洩光取得方法。
7. 前記上り光信号の波長が１．３１μｍであり、前記上り光信号の通信速度が１Ｇｐｂｓであるとき、
   前記プローブに、コア直径ｄが３０μｍ以上でかつ３００μｍ以下のプローブを用いることを特徴とする請求項５または６に記載の通信モニタ用受光装置の漏洩光取得方法。
8. 前記上り光信号の波長が１．３１μｍであり、前記上り光信号の通信速度が１０Ｇｐｂｓであるとき、
   前記プローブに、コア直径ｄが３５μｍ以上でかつ１２０μｍ以下のプローブを用いることを特徴とする請求項５または６に記載の通信モニタ用受光装置の漏洩光取得方法。