JP6566925B2 - 伝搬特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、伝搬特性測定装置に関し、特に、光通信装置との間で信号を送受信し、光通信装置に至る光伝送路の特性を測定する装置に関する。

光信号によって情報を伝送する光通信システムが広く用いられている。光通信システムでは、複数のノードの間が光伝送路によって接続されている。各ノードは、光伝送路を介して他のノードとの間で光信号を送受信する。

一般に、光伝送路は光ファイバによって構成される。光ファイバは、伝送される光の波長によって伝搬速度が異なるという分散特性を有する。したがって、広がりのある波長スペクトラムを有する光信号が送信側のノードから送信された場合、光信号の各波長成分が受信側に到達するタイミングが波長成分ごとに異なる。そのため、受信側で受信される光信号には歪みが生じ、時間波形が崩れてしまうことがある。このような問題点の下、光通信システムを構成するノードには、光伝送路の分散特性を測定するものがある。受信側のノードは、受信された光信号に対して、分散特性に応じて歪み成分を補償する処理を実行する。あるいは、送信側のノードは、分散特性に応じて予め歪み成分を含ませた光信号を送信し、歪み成分が補償された光信号が受信側のノードで受信されるようにする。

以下の特許文献１には、光伝送路の分散特性を測定する技術が記載されている。特許文献１に記載されている光伝送システムでは、光伝送路の伝搬遅延時間を１つの波長成分について測定し、測定結果に基づいて分散特性が求められる。この伝搬遅延時間は、一方のノードから測定用信号が送信された後、測定用信号を受信した他方のノードから測定用信号（返送信号）が返送され、先の一方のノードで返送信号が受信されるまでの時間に基づいて測定される。

特開２００３−１２１３０３号公報

特許文献１に記載されている光伝送システムでは、一方のノード（第１ノード）が測定用信号を送信し、他方のノード（第２ノード）から送信された返送信号を受信する。第２ノードは、測定用信号を受信してから返送信号を送信するまでの返信時間を返送信号に含ませる。第１ノードは、受信した返送信号から上記の返信時間を取得し、測定用信号を送信してから返送信号を受信するまでの時間から返信時間を減算して得られる値に基づいて伝搬遅延時間を求める。

一般に、光通信システムには、複数のノードのそれぞれにおいて個別に基準パルス信号が生成され、各ノードが自らの基準パルス信号に従うタイミングで信号を送信するものがある。光通信システムがこのような非同期システムである場合、一方のノードが測定信号を送信するタイミングと、他方のノードが返送信号を送信するタイミングは、非同期の別々の基準パルス信号に従う。そのため、返信時間が時間経過と共に変化し、返信時間を一定値として伝搬遅延時間を求めたのでは、第１ノードで求められる伝搬遅延時間に誤差が生じてしまう。

本発明は、光伝送路の伝搬遅延時間等、光伝送路の特性についての測定精度を高めることを目的とする。

本発明は、光通信装置に至る光伝送路の特性を測定する伝搬特性測定装置において、前記光通信装置に計測用信号を送信する送信部と、前記計測用信号に応じて前記光通信装置から送信された応答信号を受信する受信部と、前記計測用信号の送信タイミング、および前記応答信号の受信タイミングに基づいて、前記光通信装置までの伝搬遅延時間に関連する伝搬時間測定値を求める演算部と、を備え、前記演算部は、前記送信部から繰り返し送信された前記計測用信号、および、前記計測用信号に応じて前記光通信装置から繰り返し送信された前記応答信号から、時間経過と共に順次前記伝搬時間測定値を求め、時間経過と共に求められた複数の前記伝搬時間測定値に基づいて、新たに前記伝搬時間測定値を求め、第１情報または第２情報を含む前記計測用信号を生成する信号生成部を備え、前記光通信装置は、第１情報を含む前記計測用信号を受信したときは、第２情報を含む前記応答信号を送信し、第２情報を含む前記計測用信号を受信したときは、第１情報を含む前記応答信号を送信し、前記信号生成部は、第１情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されたときは、第１情報を含む前記計測用信号を生成し、第２情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されたときは、第２情報を含む前記計測用信号を生成し、前記演算部は、第１情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されてから、若しくは第１情報を含む前記計測用信号が前記送信部から送信されてから、第２情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されるまでの時間、若しくは第２情報を含む前記計測用信号が前記送信部から送信されるまでの時間に基づいて、前記伝搬時間測定値を求めることを特徴とする。

望ましくは、前記演算部は、時間経過と共に求められた複数の前記伝搬時間測定値のうち最小の値を、新たな前記伝搬時間測定値とする。

また、光通信装置に至る光伝送路の特性を測定する伝搬特性測定装置の関連技術においては、前記光通信装置に計測用信号を送信する送信部と、前記計測用信号に応じて前記光通信装置から送信された応答信号を受信する受信部と、前記計測用信号の送信タイミング、および前記応答信号の受信タイミングに基づいて、前記光通信装置までの伝搬遅延時間に関連する伝搬時間測定値を求める演算部と、を備え、前記演算部は、前記送信部から繰り返し送信された前記計測用信号、および、前記計測用信号に応じて前記光通信装置から繰り返し送信された前記応答信号から、時間経過と共に順次前記伝搬時間測定値を求め、時間経過と共に求められた複数の前記伝搬時間測定値に基づいて、新たに前記伝搬時間測定値を求め、第１情報または第２情報を含む前記計測用信号を生成する信号生成部を備え、前記光通信装置は、第１情報を含む前記計測用信号を受信したときは、第１情報を含む前記応答信号を送信し、第２情報を含む前記計測用信号を受信したときは、第２情報を含む前記応答信号を送信し、前記信号生成部は、第１情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されたときは、第２情報を含む前記計測用信号を生成し、第２情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されたときは、第１情報を含む前記計測用信号を生成し、前記演算部は、第２情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されてから、若しくは第１情報を含む前記計測用信号が前記送信部から送信されてから、第１情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されるまで、若しくは第２情報を含む前記計測用信号が前記送信部から送信されるまでの時間に基づいて、前記伝搬時間測定値を求める。

本発明によれば、光伝送路の特性についての測定精度を高めることができる。

光通信システムの構成を示す図である。 マスタ局の構成を示す図である。 スレーブ局の構成を示す図である。 遅延時間測定処理のシーケンスチャートである。 伝搬時間測定値Ｔｍの時間特性の例を示す図である。

（１）光通信システムの動作の概要
図１には、本発明の実施形態に係る光通信システムが示されている。光通信システムは、マスタ局１０、光ファイバ２０、およびスレーブ局３０から構成される。マスタ局１０およびスレーブ局３０のそれぞれは通信ノードをなし、これらの間は光ファイバ２０によって接続されている。マスタ局１０から光ファイバ２０を介してスレーブ局３０に光信号が送信され、スレーブ局３０から光ファイバ２０を介してマスタ局１０に光信号が送信される。光ファイバ２０に伝送される光信号は、ディジタル信号を含むフレームによって変調が施された光信号である。

光通信システムの動作の概要を説明する。マスタ局１０は、スレーブ局３０に所定の送信周期で下りフレームを繰り返し送信する。スレーブ局３０は下りフレームを受信すると共に、その下りフレームに対応する上りフレームをマスタ局１０に送信する。マスタ局１０は、下りフレームを送信してから、その下りフレームに対応する上りフレームを受信するまでの時間を測定し、その測定値に基づいて、マスタ局１０からスレーブ局３０までの伝搬遅延時間を測定する。このように、マスタ局１０は伝搬特性測定装置として動作し、計測用信号としての下りフレームの送信処理および応答信号としての上りフレームの受信処理に基づいて、光通信装置としてのスレーブ局３０までの伝搬遅延時間を測定する。

一方、スレーブ局３０は、マスタ局１０から繰り返し送信された下りフレームのそれぞれに対応する上りフレームをマスタ局１０に送信する。すなわち、スレーブ局３０は、マスタ局１０に所定の送信周期で上りフレームを繰り返し送信する。マスタ局１０は上りフレームを受信すると共に、その上りフレームに対応する下りフレームを送信する。スレーブ局３０は、上りフレームを送信してから、その上りフレームに対応する下りフレームを受信するまでの時間を測定し、その測定値に基づいて、スレーブ局３０からマスタ局１０までの伝搬遅延時間を測定する。このように、スレーブ局３０は伝搬特性測定装置として動作し、計測用信号としての上りフレームの送信処理および応答信号としての下りフレームの受信処理に基づいて、光通信装置としてのマスタ局１０までの伝搬遅延時間を測定する。

マスタ局１０またはスレーブ局３０は、測定によって得られた伝搬遅延時間に基づいて、自らが送信するフレーム、あるいは、自らが受信したフレームに対して後述の分散特性補償処理を施す。

本実施形態においては、マスタ局１０が下りフレームを送信する周期、およびスレーブ局３０が上りフレームを送信する周期が、マスタ局１０とスレーブ局３０との間の往復伝搬時間よりも短い。このような短周期条件が成立する場合、マスタ局１０は、下りフレームを送信してから、その下りフレームに対応する上りフレームを受信する前に、次の下りフレームを送信する。この場合、下りフレームを送信した直後に受信される上りフレームは、その下りフレームを送信する前に送信した下りフレームに対応する上りフレームとなる。同様に、スレーブ局３０は、上りフレームを送信してから、その上りフレームに対応する下りフレームを受信する前に、次の上りフレームを送信する。この場合、上りフレームを送信した直後に受信される下りフレームは、その上りフレームを送信する前に送信した上りフレームに対応する下りフレームとなる。

したがって、短周期条件が成立する場合には、マスタ局１０は、下りフレームを送信するタイミングと、その下りフレームを送信した直後に上りフレームが受信されるタイミングとに基づいて、伝搬遅延時間を測定することはできない。同様に、短周期条件が成立する場合には、スレーブ局３０は、上りフレームを送信するタイミングと、その上りフレームを送信した直後に下りフレームが受信されるタイミングとに基づいて、伝搬遅延時間を測定することはできない。また、短周期条件を成立させない場合には、伝搬遅延時間の測定対象となる光ファイバ２０は、１送信周期の間に光が往復する距離よりも短いものに限られ、測定可能な光ファイバ２０の長さが制限されてしまう。

そこで、下りフレームおよび上りフレームには、フレームを識別するための１ビットの測定フラグが設けられている。

マスタ局１０は、測定フラグが１であるオン下りフレームをスレーブ局３０に送信する。オン下りフレームを受信したスレーブ局３０は、測定フラグが１であるオン上りフレームをマスタ局１０に送信する。

オン上りフレームを受信したマスタ局１０は、測定フラグを０に反転したオフ下りフレームをスレーブ局３０に送信する。オフ下りフレームを受信したスレーブ局３０はオフ上りフレームをマスタ局１０に送信する。

オフ上りフレームを受信したマスタ局１０は、測定フラグを１に反転したオン下りフレームをスレーブ局３０に送信する。オン下りフレームを受信したスレーブ局３０は、オン上りフレームをマスタ局１０に送信する。

このような動作の下では、マスタ局１０がオフ下りフレームを送信した後に、オン下りフレームを送信すると、スレーブ局３０はマスタ局１０に、オフ上りフレームを送信した後に、オン上りフレームを送信する。

マスタ局１０は、繰り返し送信する下りフレームを、オフ下りフレームからオン下りフレームに切り換えてから、繰り返し受信する上りフレームがオフ上りフレームからオン上りフレームに切り換わるまでの時間に基づいてスレーブ局３０までの伝搬遅延時間を測定する。

また、このような動作の下では、スレーブ局３０がオフ下りフレームを受信した後に、オン下りフレームを受信したことに応じて、スレーブ局３０はオフ上りフレームを送信した後に、オン上りフレームを送信する。これに応じて、マスタ局１０はスレーブ局３０にオン下りフレームを送信した後に、オフ下りフレームを送信する。

スレーブ局３０は、繰り返し受信する下りフレームが、オフ下りフレームからオン下りフレームに切り換わってから、繰り返し受信する下りフレームが、オン下りフレームからオフ下りフレームに切り換わるまでの時間に基づいてマスタ局１０までの伝搬遅延時間を測定する。

このように、マスタ局１０は、繰り返し受信される一連の上りフレームに含まれる測定フラグの変化によって、自らが送信した下りフレームに対応する上りフレームを識別する。また、スレーブ局３０は、繰り返し受信される一連の下りフレームに含まれる測定フラグの変化によって、自らが送信した上りフレームに対応する上りフレームを識別する。したがって、短周期条件が成立する場合であっても伝搬遅延時間を求めることができる。

なお、下りフレームおよび上りフレームのそれぞれは、１ビットの測定フラグに代えて、複数ビットの測定情報を有してもよい。例えば、測定フラグの値「１」を、測定情報が表すことのできる複数種の情報のうちの第１の情報に対応させ、測定フラグの値「０」を、測定情報が表すことのできる複数種の情報のうちの第２の情報に対応させてもよい。

（２）光通信システムの構成
図２にはマスタ局１０の詳細な構成が示されている。マスタ局１０は、計測信号生成部１２、フレーム送受信部１４、送信パルス生成部２８、電気／光変換部１６、光／電気変換部２２、演算部２６および情報取得部２４を備える。

計測信号生成部１２、フレーム送受信部１４、演算部２６および情報取得部２４は、プログラムに応じて動作するプロセッサによって構成されてもよい。また、これらの構成要素は、ディジタル回路によって個別に構成されてもよい。

送信パルス生成部２８は、基準パルス信号としてのマスタ局送信パルス信号を計測信号生成部１２およびフレーム送受信部１４に出力する。マスタ局送信パルス信号は、マスタ局１０の送信動作を規定する。

計測信号生成部１２は下り計測信号Ｗを生成し、演算部２６およびフレーム送受信部１４に出力する。下り計測信号Ｗは、下りフレームを生成する際に測定フラグの値を決定するための信号であり、ハイレベルおよびローレベルの２種類のレベルを有する。計測信号生成部１２が下り信号Ｗのレベルを設定するタイミングは、マスタ局送信パルス信号に従う。

フレーム送受信部１４は、下りフレームを生成する下り信号生成部、および下りフレームを電気／光変換部１６を介して送信する送信部として動作する。フレーム送受信部１４は測定フラグを有する下りフレームを所定の送信周期Ｔで生成し、電気／光変換部１６に出力する。フレーム送受信部１４が下りフレームを出力するタイミングは、マスタ局送信パルス信号に従う。

下りフレームは、ヘッダ部およびペイロード部から構成される。ヘッダ部は測定フラグを含み、ペイロード部は下り情報を含む。下り情報はスレーブ局３０に送信すべき伝送対象の情報である。下りフレームを送信する際に、フレーム送受信部１４は、下り計測信号Ｗがハイレベルであるときは測定フラグを１とし、下り計測信号Ｗがローレベルであるときは測定フラグを０とする。

電気／光変換部１６は、下りフレームを電気信号から光信号に変換し、合分波器１８に出力する。合分波器１８は下りフレームを光ファイバ２０に出力し、光ファイバ２０は下りフレームをスレーブ局３０に伝送する。

スレーブ局３０は、所定の送信周期Ｔで上りフレームを光ファイバ２０に出力する。上りフレームは、ヘッダ部およびペイロード部から構成される。ヘッダ部は測定フラグを含み、ペイロード部は上り情報を含む。上り情報はマスタ局１０に送信すべき伝送対象の情報である。

光ファイバ２０は上りフレームをマスタ局１０に伝送する。合分波器１８は、光ファイバ２０から伝送された上りフレームを光／電気変換部２２に出力する。光／電気変換部２２は、上りフレームを光信号から電気信号に変換し、フレーム送受信部１４に出力する。

フレーム送受信部１４は、上りフレームを受信する受信部として動作する。フレーム送受信部１４は、上りフレームから上り情報を抽出し情報取得部２４に出力する。情報取得部２４は、テキストの表示、画像の表示、音声の再生等、上り情報に応じた処理を実行する。

また、フレーム送受信部１４は、上りフレームに含まれる測定フラグの値に応じた上り計測信号Ｕを演算部２６および計測信号生成部１２に出力する。フレーム送受信部１４は、測定フラグの値が１であるときは上り計測信号Ｕをハイレベルとし、測定フラグの値が０であるときは上り計測信号Ｕのレベルをローレベルとする。上り計測信号Ｕのレベルは、次の上りフレームが受信されるまで維持される。

演算部２６は、下り計測信号Ｗおよび上り計測信号Ｕに基づいて、後述する遅延時間測定処理を実行し、マスタ局１０からスレーブ局３０までの伝搬遅延時間Ｄを求める。

電気／光変換部１６は、伝搬遅延時間Ｄに基づいて、下りフレーム対して分散特性補償処理を施す。例えば、電気／光変換部１６は、伝搬遅延時間Ｄに基づいて光ファイバ２０の長さを求める。そして、光ファイバ２０から下りフレームに対して与えられる歪み成分を光ファイバ２０の長さに基づいて求め、この歪み成分がスレーブ局３０側で抑制されるような逆歪み成分を下りフレームに与える。光／電気変換部２２もまた、上りフレーム対して分散特性補償処理を施してもよい。例えば、光／電気変換部２２は、光ファイバ２０から上りフレームに対して与えられた歪み成分を伝搬遅延時間Ｄに基づいて求め、この歪み成分を上りフレームから減算する。ただし、後述のように、スレーブ局３０側で分散特性補償処理が実行される場合には、電気／光変換部１６および光／電気変換部２２は分散特性補償処理を実行する必要はない。

なお、計測信号生成部１２は、フレーム送受信部１４から出力された上り計測信号Ｕがローレベルからハイレベルになったときは、自らが出力する下り計測信号Ｗをハイレベルからローレベルに設定する。また、計測信号生成部１２は、フレーム送受信部１４から出力された上り計測信号Ｕがハイレベルからローレベルになったときは、自らが出力する下り計測信号Ｗをローレベルからハイレベルに設定する。

図３にはスレーブ局３０の詳細な構成が示されている。スレーブ局３０は、マスタ局１０と同様の構成を有している。図２に示されている構成要素と同一の構成要素については同一の符号の後に「Ｓ」の符号を付して、マスタ局１０の構成要素と区別する。

送信パルス生成部２８Ｓは、スレーブ局送信パルス信号を計測信号生成部１２Ｓおよびフレーム送受信部１４Ｓに出力する。スレーブ局送信パルス信号は、スレーブ局３０の送信動作を規定する。マスタ局１０で生成されるマスタ局送信パルス信号と、スレーブ局３０で生成されるスレーブ局送信パルス信号とは同期していなくてもよい。

計測信号生成部１２Ｓは上り計測信号ＵＳを生成し、演算部２６Ｓおよびフレーム送受信部１４Ｓに出力する。上り計測信号ＵＳは、上りフレームを生成する際に測定フラグの値を決定するための信号であり、ハイレベルおよびローレベルの２種類のレベルを有する。計測信号生成部１２Ｓが上り信号ＵＳのレベルを設定するタイミングは、スレーブ局送信パルス信号に従う。

フレーム送受信部１４Ｓは、上りフレームを生成する上り信号生成部、および上りフレームを電気／光変換部１６Ｓを介して送信する送信部として動作する。フレーム送受信部１４Ｓは上りフレームを所定の送信周期Ｔで生成し、電気／光変換部１６Ｓに出力する。フレーム送受信部１４Ｓが上りフレームを出力するタイミングは、スレーブ局送信パルス信号に従う。上りフレームを生成する際に、フレーム送受信部１４Ｓは、上り計測信号ＵＳがハイレベルであるときは測定フラグを１とし、上り計測信号ＵＳがローレベルであるときは測定フラグを０とする。

電気／光変換部１６Ｓは、上りフレームを電気信号から光信号に変換し、合分波器１８Ｓに出力する。合分波器１８Ｓは上りフレームを光ファイバ２０に出力し、光ファイバ２０は上りフレームをマスタ局１０に伝送する。

合分波器１８Ｓは、マスタ局１０から送信され、光ファイバ２０から伝送された下りフレームを光／電気変換部２２Ｓに出力する。光／電気変換部２２Ｓは、下りフレームを光信号から電気信号に変換し、フレーム送受信部１４Ｓに出力する。

フレーム送受信部１４Ｓは、下りフレームを受信する受信部として動作する。フレーム送受信部１４Ｓは、下りフレームから下り情報を抽出し情報取得部２４Ｓに出力する。情報取得部２４Ｓは、テキストの表示、画像の表示、音声の再生等、下り情報に応じた処理を実行する。

また、フレーム送受信部１４Ｓは、下りフレームに含まれる測定フラグの値に応じた下り計測信号ＷＳを演算部２６Ｓおよび計測信号生成部１２Ｓに出力する。フレーム送受信部１４Ｓは、測定フラグの値が１であるときは下り計測信号ＷＳをハイレベルとし、測定フラグの値が０であるときは下り計測信号ＷＳのレベルをローレベルとする。下り計測信号ＷＳのレベルは、次の下りフレームが受信されるまで維持される。

演算部２６Ｓは、下り計測信号ＷＳおよび上り計測信号ＵＳを用いて、後述する遅延時間測定処理を実行し、スレーブ局３０からマスタ局１０までの伝搬遅延時間Ｄを求める。

電気／光変換部１６Ｓは、伝搬遅延時間Ｄに基づいて、上りフレーム対して分散特性補償処理を施す。例えば、電気／光変換部１６Ｓは、伝搬遅延時間Ｄに基づいて光ファイバ２０の長さを求める。そして、光ファイバ２０から上りフレームに対して与えられる歪み成分を伝搬遅延時間に基づいて求め、この歪み成分がマスタ局１０側で抑制されるような逆歪み成分を上りフレームに与える。光／電気変換部２２Ｓもまた、下りフレーム対して分散特性補償処理を施してもよい。例えば、光／電気変換部２２Ｓは、光ファイバ２０から下りフレームに対して与えられた歪み成分を伝搬遅延時間に基づいて求め、この歪み成分を下りフレームから減算する。ただし、マスタ局１０側で分散特性補償処理が実行される場合には、電気／光変換部１６Ｓおよび光／電気変換部２２Ｓは分散特性補償処理を実行する必要はない。

なお、計測信号生成部１２Ｓは、フレーム送受信部１４Ｓから出力された下り計測信号ＷＳがローレベルからハイレベルになったときは、自らが出力する上り計測信号ＵＳをローレベルからハイレベルに設定する。また、計測信号生成部１２Ｓは、フレーム送受信部１４Ｓから出力された下り計測信号ＷＳがハイレベルからローレベルになったときは、自らが出力する上り計測信号ＵＳをハイレベルからローレベルに設定する。

マスタ局１０が備える計測信号生成部１２が、下り計測信号Ｗのレベルを上り計測信号Ｕのレベルと異ならしめるのに対し、スレーブ局３０が備える計測信号生成部１２Ｓは、上り計測信号ＵＳのレベルを、下り計測信号ＷＳのレベルと同一にする。

（３）遅延時間測定処理
（３−１）遅延時間測定処理のシーケンスチャート

図４（ａ）〜（ｈ）には、遅延時間測定処理のシーケンスチャートが示されている。各図に示されている横軸は時間を示し、縦軸は信号のレベルを示す。図４（ａ）はマスタ局送信パルス信号を示す。マスタ局１０は、マスタ局送信パルス信号に従うタイミングで下りフレームを所定の送信周期Ｔで繰り返し送信する。オン下りフレームに対応するマスタ局送信パルス信号は実線で示され、オフ下りフレームに対応するマスタ局送信パルス信号は破線で示されている。

図４（ｂ）は、マスタ局１０で生成される下り計測信号Ｗを示す。下り計測信号Ｗがハイレベルであるときはオン下りフレームがマスタ局１０から送信され、下り計測信号Ｗがローレベルであるときはオフ下りフレームがマスタ局１０から送信される。

図４（ｃ）はスレーブ局受信パルス信号を示す。スレーブ局受信パルス信号は、下りフレームの受信タイミングを示し、スレーブ局３０が備えるフレーム送受信部１４Ｓの内部で生成される。オン下りフレームに対応するスレーブ局受信パルス信号は実線で示され、オフ下りフレームに対応するスレーブ局受信パルス信号は破線で示されている。

図４（ｄ）は、スレーブ局３０で生成される下り計測信号ＷＳを示す。オン下りフレームがスレーブ局３０で受信されたときは、下り計測信号ＷＳはハイレベルとなり、オフ下りフレームがスレーブ局３０で受信されたときは、下り計測信号ＷＳはローレベルとなる。

図４（ｅ）はスレーブ局送信パルス信号を示す。オン上りフレームに対応するスレーブ局送信パルス信号は実線で示され、オフ上りフレームに対応するスレーブ局送信パルス信号は破線で示されている。スレーブ局３０は、スレーブ局送信パルス信号に従うタイミングで上りフレームを所定の送信周期Ｔで繰り返し送信する。オン上りフレームに対応するスレーブ局送信パルス信号は実線で示され、オフ上りフレームに対応するスレーブ局送信パルス信号は破線で示されている。

図４（ｆ）は、スレーブ局３０で生成される上り計測信号ＵＳを示す。上り計測信号ＵＳがハイレベルであるときは、オン上りフレームがスレーブ局３０から送信され、上り計測信号ＵＳがローレベルであるときは、オフ上りフレームがスレーブ局３０から送信される。

図４（ｇ）は、マスタ局受信パルス信号を示す。マスタ局受信パルス信号は、上りフレームの受信タイミングを示し、マスタ局１０が備えるフレーム送受信部１４の内部で生成される。オン上りフレームに対応するマスタ局受信パルス信号は実線で示され、オフ上りフレームに対応するマスタ局受信パルス信号は破線で示されている。

図４（ｈ）は、マスタ局１０で生成される上り計測信号Ｕを示す。オン上りフレームがマスタ局１０で受信されたときは、上り計測信号Ｕはローレベルからハイレベルとなり、オフ上りフレームがマスタ局１０で受信されたときは、上り計測信号Ｕはローレベルとなる。

（３−２）マスタ局１０およびスレーブ局３０が実行する処理
図４（ａ）〜（ｈ）を参照して、マスタ局１０およびスレーブ局３０が伝搬遅延時間を測定する処理について説明する。マスタ局１０の計測信号生成部１２は、時刻ｔ１に下り計測信号Ｗをローレベルからハイレベルにする。これに伴って、マスタ局１０は時刻ｔ１にオン下りフレームを送信する。

光ファイバ２０によって伝送されたオン下りフレームは、時刻ｔ２にスレーブ局３０で受信される。これに伴って、スレーブ局３０のフレーム送受信部１４Ｓは、計測信号生成部１２Ｓに出力する下り計測信号ＷＳをローレベルからハイレベルにする。

下り計測信号ＷＳがハイレベルになった時刻ｔ２の後の時刻ｔ３に、スレーブ局３０の計測信号生成部１２Ｓは上り計測信号ＵＳをローレベルからハイレベルにする。スレーブ局３０は、時刻ｔ３にオン上りフレームを送信する。

時刻ｔ２および時刻ｔ３の差はループ遅延時間Ｌｓに基づく。ループ遅延時間Ｌｓは、マスタ局送信パルス信号とスレーブ局送信パルス信号とが同期していないことに起因する遅延時間である。

光ファイバ２０によって伝送された上りフレームは、時刻ｔ４にマスタ局１０で受信される。これに伴って、マスタ局１０のフレーム送受信部１４は、計測信号生成部１２に出力する上り計測信号Ｕをローレベルからハイレベルにする。

上り計測信号Ｕがハイレベルになった時刻ｔ４の後の時刻ｔ５に、マスタ局１０の計測信号生成部１２は下り計測信号Ｗをハイレベルからローレベルにする。マスタ局１０は、時刻ｔ５にオフ下りフレームを送信する。時刻ｔ４および時刻ｔ５の差はループ遅延時間Ｌｍに基づく。

光ファイバ２０によって伝送されたオフ下りフレームは、時刻ｔ６にスレーブ局３０で受信される。これに伴って、スレーブ局３０のフレーム送受信部１４Ｓは、計測信号生成部１２Ｓに出力する下り計測信号ＷＳをハイレベルからローレベルにする。

下り計測信号ＷＳがローレベルになった時刻ｔ６の後の時刻ｔ７に、スレーブ局３０の計測信号生成部１２Ｓは上り計測信号ＵＳをハイレベルからローレベルにする。スレーブ局３０は、時刻ｔ７にオフ上りフレームを送信する。

マスタ局１０が伝搬遅延時間Ｄを測定する処理について説明する。マスタ局１０の演算部２６は、下り計測信号Ｗが立ち上がってから上り計測信号Ｕが立ち上がるまでの時間Ｔｍ＝ｔ４−ｔ１を測定する。そして、次の（数１）に従ってスレーブ局３０までの伝搬遅延時間Ｄを求める。

（数１）Ｄ＝（Ｔｍ−Ｌｓ−Ｔｃ）／２

Ｌｓは上述のループ遅延時間である。Ｔｃは、光通信システムに固有の固定遅延時間であり、例えば、次の（ｉ）〜（ｉｖ）に列挙した時間を加算合計したものである。（ｉ）マスタ局１０において下り計測信号Ｗが立ち上がってから、オン下りフレームが光ファイバ２０に出力されるまでの時間、（ｉｉ）スレーブ局３０においてオン下りフレームが受信されてから下り計測信号ＷＳが立ち上がるまでの時間、（ｉｉｉ）スレーブ局３０において上り計測信号ＵＳが立ち上がってから、オン上りフレームが光ファイバ２０に出力されるまでの時間、および（ｉｖ）マスタ局１０においてオン上りフレームが受信されてから上り計測信号Ｕが立ち上がるまでの時間。

ループ遅延時間Ｌｓと固定遅延時間Ｔｃとを併せた時間Ｌｓ＋Ｔｃは、光通信システムの据え付け時に測定し、予め演算部２６に記憶させておいてもよい。この測定は、例えば、マスタ局１０とスレーブ局３０とを光ファイバ２０を介さずに直結し、時間Ｔｍを測定することで行われる。この条件下での測定値Ｔｍは、ループ遅延時間Ｌｓおよび固定遅延時間Ｔｃを併せた時間Ｌｓ＋Ｔｃに等しいため、この測定値が時間Ｌｓ＋Ｔｃとして演算部２６に記憶される。

また、上記（ｉ）および（ｉｉ）を加算した下り固定遅延時間Ｔｃ１と、上記（ｉｉｉ）および（ｉｖ）を加算した上り固定遅延時間Ｔｃ２とが等しい値Ｔ０である場合には、マスタ局１０は、次の（数２）に従ってスレーブ局３０までの伝搬遅延時間Ｄを求めてもよい。

（数２）Ｄ＝（Ｔｍ−Ｌｓ）／２−Ｔ０

なお、図４に示されている伝搬遅延時間Ｄ１、すなわち、マスタ局１０における下り計測信号Ｗが立ち上がってから、スレーブ局３０における下り計測信号ＷＳが立ち上がるまでの時間（ｔ２−ｔ１）は、下り固定遅延時間Ｔｃ１を誤差として含む伝搬遅延時間である。また、伝搬遅延時間Ｄ２、すなわち、スレーブ局３０における上り計測信号ＵＳが立ち上がってから、マスタ局１０における上り計測信号Ｕが立ち上がるまでの時間（ｔ４−ｔ３）は、上り固定遅延時間Ｔｃ２を誤差として含む伝搬遅延時間である。

上述のように、マスタ局１０の電気／光変換部１６は、スレーブ局３０側で分散特性補償処理が実行されないことを条件に、伝搬遅延時間Ｄに基づいて、下りフレームに対して分散特性補償処理を施してもよい。また、光／電気変換部２２は、スレーブ局３０側で分散特性補償処理が実行されないことを条件に、上りフレームに対して分散特性補償処理を施してもよい。

スレーブ局３０が実行する処理について説明する。スレーブ局３０の演算部２６Ｓは、下り計測信号ＷＳが立ち上がってから下り計測信号ＷＳが立ち下がるまでの時間Ｔｓ＝ｔ６−ｔ２を測定する。そして、次の（数３）に従って、マスタ局１０までの伝搬遅延時間Ｄを求める。

（数３）Ｄ＝（Ｔｓ−Ｌｓ−Ｌｍ−Ｔｃ）／２

下り固定遅延時間Ｔｃ１と上り固定遅延時間Ｔｃ２とが等しい値Ｔ０である場合には、スレーブ局３０は、次の（数４）に従ってスレーブ局３０までの伝搬遅延時間Ｄを求めてもよい。

（数４）Ｄ＝（Ｔｍ−Ｌｓ−Ｌｍ）／２−Ｔ０

上述のように、スレーブ局３０の電気／光変換部１６Ｓは、マスタ局１０側で分散特性補償処理が実行されないことを条件に、伝搬遅延時間Ｄに基づいて、上りフレームに対して分散特性補償処理を施してもよい。光／電気変換部２２Ｓは、マスタ局１０側で分散特性補償処理が実行されないことを条件に、下りフレームに対して分散特性補償処理を施してもよい。

（３−３）その他の処理
上記では、マスタ局１０の演算部２６が、下り計測信号Ｗが立ち上がってから上り計測信号Ｕが立ち上がるまでの時間に基づいて伝搬遅延時間Ｄを求める処理について説明した。この処理を含めて、マスタ局１０の演算部２６は、次の（ａ）に示す時刻のいずれかから（ｂ）に示す時刻のいずれかまでの時間の測定に基づいて伝搬遅延時間Ｄを求めてもよい。

（ａ）上り計測信号Ｕが立ち下がった時刻または下り計測信号Ｗが立ち上がった時刻
（ｂ）上り計測信号Ｕが立ち上がった時刻または下り計測信号Ｗが立ち下がった時刻

マスタ局１０は、このようにして求められた伝搬時間測定値から、ループ遅延時間ＬｓおよびＬｍのうち伝搬時間測定値に含まれる一方または両方と、固定遅延時間Ｔｃとを減算し、２で除した値を伝搬遅延時間として求める。

また、上記では、スレーブ局３０が、下り計測信号ＷＳが立ち上がってから下り計測信号ＷＳが立ち下がるまでの時間に基づいて伝搬遅延時間Ｄを求める処理について説明した。この処理を含めて、スレーブ局３０は、次の（ｃ）に示す時刻のいずれかから（ｄ）に示す時刻のいずれかまでの時間の測定に基づいて伝搬遅延時間Ｄを求めてもよい。

（ｃ）下り計測信号ＷＳが立ち上がった時刻または上り計測信号ＵＳが立ち上がった時刻（ｄ）下り計測信号ＷＳが立ち下がった時刻または上り計測信号ＵＳが立ち下がった時刻

スレーブ局３０は、このようにして求められた伝搬時間測定値から、ループ遅延時間ＬｓおよびＬｍのうち伝搬時間測定値に含まれる一方または両方と、固定遅延時間Ｔｃとを減算し、２で除した値を伝搬遅延時間として求める。

上記の処理では、ループ遅延時間ＬｓおよびＬｍは、近似的に一定値としてもよい。ループ遅延時間の最小値は０であり、最大値はマスタ局１０およびスレーブ局３０の送信周期Ｔである。例えば、ループ遅延時間ＬｓおよびＬｍは、近似的に送信周期Ｔの半分としてもよい。

このような処理によって、マスタ局１０は、下りフレームを送信してから、その下りフレームに対応する上りフレームが受信されるまでの時間に基づいて、スレーブ局３０までの伝搬遅延時間を求め、分散特性補償処理を実行する。マスタ局１０は、繰り返し送信する下りフレームに含まれる測定フラグの変化と、繰り返し受信する上りフレームに含まれる測定フラグの変化に基づいて、下りフレームに対応する上りフレームの受信タイミングを認識する。したがって、短周期条件が成立する場合であっても、伝搬遅延時間を測定する処理が容易となる。また、短周期条件が成立する場合であっても、マスタ局１０はスレーブ局３０までの伝搬遅延時間を求め、１送信周期の間に光が往復する距離よりも長い光ファイバ２０について伝搬遅延時間を求めることができる。

同様に、スレーブ局３０は、上りフレームを送信してから、その上りフレームに対応する下りフレームが受信されるまでの時間に基づいて、マスタ局１０までの伝搬遅延時間を求め、分散特性補償処理を実行する。スレーブ局３０は、繰り返し送信する上りフレームに含まれる測定フラグの変化と、繰り返し受信する下りフレームに含まれる測定フラグの変化に基づいて、上りフレームに対応する下りフレームの受信タイミングを認識する。したがって、短周期条件が成立する場合であっても、伝搬遅延時間を測定する処理が容易となる。また、スレーブ局３０はマスタ局１０までの伝搬遅延時間を求め、１送信周期の間に光が往復する距離よりも長い光ファイバ２０について伝搬遅延時間を求めることができる。

本実施形態に係る通信システムでは、フレームを区別するための測定フラグが１ビットであればよいため、フレームに含まれる情報が少なくなるという利点がある。さらに、下りフレームには伝送対象の情報として下り情報が含まれ、上りフレームには伝送対象の情報として上り情報が含まれる。したがって、マスタ局１０およびスレーブ局３０との間で、テキスト情報、画像情報、音声情報等の情報を送受信しながら、高頻度（リアルタイム）で分散特性補償処理を実行することができる。

（３−４）ループ遅延時間を測定する必要のない処理
ループ遅延時間を直接測定することなく伝搬遅延時間を測定する処理について説明する。図４に示されるループ遅延時間Ｌｓは、マスタ局パルス信号およびスレーブ局パルス信号が同期していないことに起因して時間経過と共に変動する。そのため、マスタ局１０における下り計測信号Ｗが立ち上がってから上り計測信号Ｕが立ち上がるまでの伝搬時間測定値Ｔｍもまた、時間経過と共に変動する。

図５には、伝搬時間測定値Ｔｍの時間特性の例が示されている。横軸は時間を示し縦軸は伝搬時間測定値Ｔｍを示す。ループ遅延時間Ｌｓは、時間経過に従って０から送信周期Ｔの間で変動する。ループ遅延時間Ｌｓの最小値は０であり、最大値は送信周期Ｔである。これに伴って、伝搬時間測定値Ｔｍは送信周期Ｔの幅で変動する。ループ遅延時間Ｌｓが０となったときに伝搬時間測定値Ｔｍは最小となり、ループ遅延時間Ｌｓによる誤差が含まれない高精度測定値Ｔｍ０が求められる。

すなわち、マスタ局１０の演算部２６は、複数周期に亘って伝搬時間測定値Ｔｍを求め、伝搬時間測定値Ｔｍの最小値を高精度測定値Ｔｍ０として求める。演算部２６は、Ｄ＝（Ｔｍ０−Ｔｃ）／２に従って伝搬遅延時間Ｄを求める。

例えば、演算部２６は、過去に遡って予め定められた複数周期における伝搬時間測定値Ｔｍの最小値を高精度測定値Ｔｍ０として求め、この高精度測定値Ｔｍ０に基づいて伝搬遅延時間を求めてもよい。この場合、演算部２６は、１送信周期が経過する毎に新たに高精度測定値Ｔｍ０を求め、この高精度測定値Ｔｍ０に基づいて新たに伝搬遅延時間Ｄを求める。

このように、演算部２６は、マスタ局１０から繰り返し送信された下りフレーム（計測用信号）、および、下りフレームに応じてスレーブ局３０から繰り返し送信された上りフレーム（応答信号）から、時間経過と共に順次伝搬時間測定値Ｔｍを求め、時間経過と共に求められた複数の伝搬時間測定値Ｔｍに基づいて、新たに高精度測定値Ｔｍ０を求め、さらに、伝搬遅延時間Ｄを求める。

同様に、図５に示されるループ遅延時間Ｌｍは、マスタ局パルス信号およびスレーブ局パルス信号が同期していないことに起因して時間経過と共に変動する。そのため、スレーブ局３０における上り計測信号ＵＳが立ち上がってから下り計測信号ＷＳが立ち下がるまでの伝搬時間測定値Ｔｄもまた、時間経過と共に変動する。

ループ遅延時間Ｌｍは、ループ遅延時間Ｌｓと同様、時間経過に従って０から送信周期Ｔの間で変動する。ループ遅延時間Ｌｍの最小値は０であり、最大値は送信周期Ｔである。これに伴って、伝搬時間測定値Ｔｄは送信周期Ｔの幅で変動する。ループ遅延時間Ｌｍが０となったときに伝搬時間測定値Ｔｄは最小となり、ループ遅延時間Ｌｍによる誤差が含まれない高精度測定値Ｔｄ０が求められる。

すなわち、スレーブ局３０の演算部２６Ｓは、複数周期に亘って伝搬時間測定値Ｔｄを求め、伝搬時間測定値Ｔｄの最小値を高精度測定値Ｔｄ０として求める。演算部２６Ｓは、Ｄ＝（Ｔｄ０−Ｔｃ）／２に従って伝搬遅延時間Ｄを求める。

例えば、演算部２６Ｓは、過去に遡って予め定められた複数周期における伝搬時間測定値Ｔｄの最小値を高精度測定値Ｔｄ０として求め、この高精度測定値Ｔｄ０に基づいて伝搬遅延時間Ｄを求めてもよい。この場合、演算部２６Ｓは、１送信周期が経過する毎に新たに高精度測定値Ｔｄ０を求め、この高精度測定値Ｔｄ０に基づいて新たに伝搬遅延時間Ｄを求める。

このように、演算部２６Ｓは、スレーブ局３０から繰り返し送信された上りフレーム（計測用信号）、および、上りフレームに応じてマスタ局１０から繰り返し送信された下りフレーム（応答信号）から、時間経過と共に順次伝搬時間測定値Ｔｄを求め、時間経過と共に求められた複数の伝搬時間測定値Ｔｄに基づいて、新たに高精度測定値Ｔｄ０を求め、さらに、伝搬遅延時間Ｄを求める。

上記では、短周期条件が成立する場合について、ループ遅延時間を測定する必要のない処理について説明した。この処理は、短周期条件が成立しない場合、すなわち、マスタ局１０が下りフレームを送信する周期、およびスレーブ局３０が上りフレームを送信する周期が、マスタ局１０とスレーブ局３０との間の往復伝搬時間よりも長いという条件下で用いてもよい。例えば、特許文献１に示されているような光伝送システムでは、第１ノードは、測定用信号の送信および返送信号の受信を繰り返し、測定用信号を送信してから返送信号を受信するまでの時間を複数回に亘って測定するものとする。そして、複数回に亘って求められた時間測定値のうち最小のものを用いて、第２ノードまでの伝搬遅延時間を求めることで誤差が抑制される。

１０ マスタ局、１２，１２Ｓ 計測信号生成部、１４，１４Ｓ フレーム送受信部、１６，１６Ｓ 電気／光変換部、１８，１８Ｓ 合分波器、２０ 光ファイバ、２２，２２Ｓ 光／電気変換部、２４，２４Ｓ 情報取得部、２６，２６Ｓ 演算部、２８，２８Ｓ 送信パルス生成部、３０ スレーブ局。

Claims (2)

1. 光通信装置に至る光伝送路の特性を測定する伝搬特性測定装置において、
   前記光通信装置に計測用信号を送信する送信部と、
   前記計測用信号に応じて前記光通信装置から送信された応答信号を受信する受信部と、
   前記計測用信号の送信タイミング、および前記応答信号の受信タイミングに基づいて、前記光通信装置までの伝搬遅延時間に関連する伝搬時間測定値を求める演算部と、を備え、
   前記演算部は、
   前記送信部から繰り返し送信された前記計測用信号、および、前記計測用信号に応じて前記光通信装置から繰り返し送信された前記応答信号から、時間経過と共に順次前記伝搬時間測定値を求め、
   時間経過と共に求められた複数の前記伝搬時間測定値に基づいて、新たに前記伝搬時間測定値を求め、
   前記伝搬特性測定装置は、
   第１情報または第２情報を含む前記計測用信号を生成する信号生成部を備え、
   前記光通信装置は、
   第１情報を含む前記計測用信号を受信したときは、第２情報を含む前記応答信号を送信し、第２情報を含む前記計測用信号を受信したときは、第１情報を含む前記応答信号を送信し、
   前記信号生成部は、
   第１情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されたときは、第１情報を含む前記計測用信号を生成し、第２情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されたときは、第２情報を含む前記計測用信号を生成し、
   前記演算部は、
   第１情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されてから、若しくは第１情報を含む前記計測用信号が前記送信部から送信されてから、第２情報を含む前記応答信号が前記受信部で受信されるまでの時間、若しくは第２情報を含む前記計測用信号が前記送信部から送信されるまでの時間に基づいて、前記伝搬時間測定値を求めることを特徴とする伝搬特性測定装置。
2. 請求項１に記載の伝搬特性測定装置において、
   前記演算部は、時間経過と共に求められた複数の前記伝搬時間測定値のうち最小の値を、新たな前記伝搬時間測定値とすることを特徴とする伝搬特性測定装置。

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