JP7304357B2 - 光ファイバ特性測定システムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示は、概して、光ファイバ通信システムおよび方法に関する。より具体的には、本開示は、光ファイバ特性測定システムおよび方法、たとえば、光ネットワーキングシステムで使用するためのファイバスパン長、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）測定、分散測定などを決定するなどの方法に関する。

光ファイバ特性測定として、たとえば、ファイバスパン長、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）測定、分散測定、損失測定などを挙げることができる。ファイバ特性に対する従来のアプローチには、テスト機器による非稼働時測定、および／または計算値（たとえば、長さ、ファイバタイプなどに基づいて決定される損失および分散）に基づいた推定を伴う。非稼働時測定は、時間がかかり、コストがかかり、かつエラーが発生しやすい（たとえば、測定データを計画ツール、スプレッドシートなどにロードすること）。また、非稼働時測定には、光学システムが稼働中にある際の将来の状態が反映されない場合がある。光ネットワーキングシステムは、より大きな容量で進化し続けているため、それに応じて光ネットワーキングシステムを構成するための正確なファイバ特性測定を行うことを含むシステムから、可能な限り多くのマージンと性能を得る必要がある。

ファイバスパン長の測定値とは、ファイバスパンの物理的な長さのことである。従来のアプローチの１つは、マップ、全地球測位衛星（ＧＰＳ）などに基づくなどして物理的なルート距離を調べることである。別の従来のアプローチとしては、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）トレースを使用して光学システムのファイバスパンの長さを推定することと、観測された事象に基づいてファイバの終端を特定することまたは光サービスチャネル（ＯＳＣ）を使用してラウンドトリップ遅延（ＲＴＤ）測定を実行することと、を含むものがある。ＲＴＤ測定では、１つのファイバでノードＡからノードＢにデータパケットを送信し、そのパケットを別のファイバでノードＡに返してから、送信パケットと戻りパケットのタイムスタンプを比較する必要がある。ファイバの長さは、タイムスタンプと光速から決定できる。ＯＴＤＲトレースを使用すると、ファイバの終端を明確に識別することは一般的に困難であるか不可能である。ＯＴＤＲトレースではそれは明確なシグネチャではない可能性があるからである。たとえば、長いスパンでは、ファイバの終端に対応する低反射事象がＯＴＤＲのノイズフロアを下回る可能性があるため、検出できない。ＯＳＣパケットのタイミングジッタのため、ＲＴＤ測定の精度は制限される（＋／－５％）。また、ＲＴＤ測定では、２本のファイバが同じ長さであると想定しているが、常にそうであるとは限らない。

ファイバのＳＲＳ測定はファイバの非線形性に関連している。慣例的には、ファイバの非線形性係数またはファイバの有効面積（Ａ_ｅｆｆ）は、データベースから抽出された、またはネットワーク設計ツールに手動で入力されたファイバタイプ情報から単純に導出される。このタイプの測定を実行する既知の市販の機器は存在しない。ファイバタイプ情報は、通常は手動で入力されるため、信頼できないことが多い。また、同じファイバスパンに混合したファイバタイプが存在し、組み合わせるのが難しい場合も、混乱を招き得る。多くの場合、パッチパネルの損失は、無視されるか、測定値ではなくデフォルト値として設計ツールに入力される。これにより、非線形測定に基づいて各スパンで最適なチャネル出射パワーを決定する際に大きな不確実性が生じる可能性がある。

ファイバ分散測定は、市販のテスト機器を使用してフィールドで実行できる。ただし、多くの場合、ファイバ分散は、データベースから抽出された、またはネットワーク設計ツールに手動で入力されたファイバタイプ情報から導出される。市販のテスト機器の使用は、費用と時間がかかる。さらに、市販のテスト機器は必要なときに利用できない場合があり、各ファイバスパンの終端に物理的に運び出す必要がある。

一実施形態では、光回線システム内の光ノードによって部分的に実行される光ファイバを特性評価する方法は、光ノードで１つ以上のコンポーネントを用いて光ファイバを特性評価するために１つ以上の測定を実行することと、前記１つ以上の測定に基づいて、光ファイバを介した通信のために光ノードを構成することとを含む。前記１つ以上のコンポーネントは、光ノードの動作中に機能を実行し、その機能に関係なく１つ以上の測定を実行するように再構成される。１つ以上のコンポーネントはそれぞれ、光サービスチャネル（ＯＳＣ）、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）、および光増幅器のうちの１つを含むことができる。前記構成することは、１つ以上の測定に基づいて、光ファイバに出射パワーを設定することを含むことができる。

１つ以上のコンポーネントは、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）を含むことができ、１つ以上の測定を実行することは、光ファイバの終端で明確な基準点を提供するように構成された構成可能反射要素を使用してＯＴＤＲ測定を実行することと、明確な基準点に基づいてＯＴＤＲ測定から光ファイバの長さを決定することと、を含むことができる。構成可能反射要素は、複数の光ファイバとＯＴＤＲコンポーネントを共有するように構成された１×Ｎ微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチを含むことができる。

１つ以上のコンポーネントは、ｉ）光増幅器と、ｉｉ）光増幅器の増幅帯域外の光波長を提供するように構成された少なくとも１つのデバイスと、を含むことができ、１つ以上の測定を実行することは、光増幅器が無効になっている光ノードの下流ノードでの光波長のパワーＰ_１を測定することと、増幅誘導放出（ＡＳＥ）を生成するように構成された光増幅器を使用して、下流ノードでの光波長のパワーＰ_２を測定することと、測定されたパワーＰ_１およびパワーＰ_２に基づいて、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）を決定することと、を含むことができる。１つ以上の測定を実行することは、ファイバ長に基づいてＳＲＳをスケーリングすることと、光ファイバの減衰係数を使用することと、をさらに含むことができる。光ノードは、スケーリングされたＳＲＳに基づいて光ファイバへの出射パワーを決定することを含むことができる。

１つ以上のコンポーネントは、第１の波長での光サービスチャネル（ＯＳＣ）および第２の波長での光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）を含むことができ、１つ以上の測定を実行することは、第１の波長および第２の波長のそれぞれを、同期した方法でまたは既知の遅延を伴って同じビットパターンで駆動することと、下流ノードでの第１の波長および第２の波長の受信に基づいて、光ファイバ上の分散を測定することと、を含むことができる。

分散を測定することは、第１の波長と第２の波長のそれぞれの光パルス間の差分時間遅延を決定することと、差分時間遅延を光ファイバの長さおよび第１の波長と第２の波長の間隔で除算して第１の波長と第２の波長の平均値で分散を決定することと、を含むことができる。

別の実施形態では、光ファイバを特性評価するように構成された光回線システムの光ノードは、光ノードの動作中に機能を実行するように構成され、１つ以上の測定を実行して光ファイバを特性評価するように構成されて、光ノードの動作中に機能を実行し、機能とは無関係に１つ以上の測定を実行するように再構成される１つ以上のコンポーネントと、前記１つ以上の測定に基づいて、光ファイバを介して通信するように構成された光モデムとを備える。１つ以上のコンポーネントはそれぞれ、光サービスチャネル（ＯＳＣ）、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）、および光増幅器のうちのいずれかを含むことができる。光モデムの光ファイバへの出射パワーは、１つ以上の測定に基づいて設定できる。

１つ以上のコンポーネントは、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）を含むことができ、１つ以上の測定は、光ファイバの終端で明確な基準点を提供するように構成された構成可能反射要素でのＯＴＤＲ測定を含むことができ、明確な基準点に基づいてＯＴＤＲ測定から光ファイバの長さが決定される。構成可能反射要素は、複数の光ファイバとＯＴＤＲコンポーネントを共有するように構成された１×Ｎ微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチを含むことができる。

１つ以上のコンポーネントは、ｉ）光増幅器と、ｉｉ）光増幅器の増幅帯域外の光波長を提供するように構成されたデバイスと、を含むことができ、１つ以上の測定は、光増幅器が無効になっている光ノードの下流ノードでの光波長のパワーＰ_１の測定と、増幅誘導放出（ＡＳＥ）を生成するように構成された光増幅器を使用した、光ノードの下流ノードでの光波長のパワーＰ_２の測定と、測定されたパワーＰ_１およびパワーＰ_２に基づいた、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）の決定と、を含むことができる。ＳＲＳは、ファイバ長に基づいてかつ光ファイバの減衰係数を使用してスケーリングでき、光ファイバへの出射パワーを決定するために使用できる。

１つ以上のコンポーネントは、第１の波長での光サービスチャネル（ＯＳＣ）および第２の波長での光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）を含むことができ、第１の波長および第２の波長のそれぞれは、同期した方法でまたは既知の遅延を伴って同じビットパターンで駆動され、下流ノードでの第１の波長および第２の波長の受信に基づいて、光ファイバ上の分散が測定される。分散は、第１の波長と第２の波長のそれぞれの光パルス間の差分時間遅延を決定し、差分時間遅延を光ファイバの長さおよび第１の波長と第２の波長の間隔で除算して第１の波長と第２の波長の平均値で分散を決定することにより測定することができる。

さらなる実施形態では、光回線システム内の光ノードによって部分的に実行される光ファイバを特性評価するように構成された装置は、１つ以上の測定に、光ノードで１つ以上のコンポーネントを用いて光ファイバを特性評価させるように構成された回路構成であって、１つ以上のコンポーネントが、光ノードの動作中に機能を実行し、その機能に関係なく１つ以上の測定を実行する、回路構成と、１つ以上の測定に基づいて、光ファイバを介した通信のために光ノードを構成するように構成された回路構成と、を備える。

本開示は、以下に示すさまざまな図面を参照して本明細書で例示および説明され、同じ参照番号は適宜同じシステムコンポーネント／方法ステップを示すために使用される。

ファイバによって相互接続された２つのノードを備えた光ネットワークのネットワーク図である。

偏波計が内部に統合された光回線デバイスのブロック図である。

ループバックされた偏波計構成において光回線デバイスとともに動作するための増幅器を備えた光回線デバイスのブロック図である。

偏波計が内部に統合されたラマン増幅器である光回線デバイスのブロック図である。

偏波計が内部に統合され、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）とコンポーネントを共有する、プラガブルモジュールなどとすることができる光回線デバイスのブロック図である。

統合された偏波計に使用し得る振幅分割偏光計（ＤＯＡＰ）を示すブロック図である。

双方向ＯＴＤＲ構成のブロック図である。

異なるファイバタイプの区別を示す、ファイバ上のＯＴＤＲトレースのグラフである。

ファイバスパン長測定を説明するための光ネットワークのネットワーク図である。

ファイバＳＲＳ測定を説明するための光ネットワークのネットワーク図である。

異なるファイバタイプのラマン利得係数および有効面積のグラフである。

ファイバへと出射されたＣバンド増幅誘導放出（ＡＳＥ）ソースの強度と、０ｄＢと３ｄＢとの間のパッチパネル損失について１５１１ｎｍで測定されたＳＲＳ係数と、の間の相関のグラフである。

最適出射パワー対ＳＲＳのグラフである。

ファイバ分散測定および非線形係数を説明するための光ネットワークのネットワーク図である。

光回線システム内の光ノードによって部分的に実行される光ファイバを特性評価するためのプロセスのフローチャートである。

さまざまな実施形態では、本開示は、光ファイバ特性測定システムおよび方法、たとえば、光ネットワーキングシステムで使用するためのファイバスパン長、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）測定、分散測定などを決定するなどの方法に関する。光ファイバ特性測定システムおよび方法は、自動構成を含む、さまざまな光学特性およびそれに基づく光回線システムの関連構成の稼働中測定を可能にする。高度な光学システムでは、出射パワー、分散補償フィルタ設定などのさまざまな設定の構成のために、ファイバスパン長、ＳＲＳなどの非線形測定値、分散測定値などを正確に把握することが非常に望ましい。従来型の推定のアプローチは、前世代システムに対しては十分であったが、その不正確性は、１００Ｇｂ／ｓ以上で動作し、柔軟な変調とボーレートをサポートする次世代の光モデムを使用する場合に必要となるマージンを費やす。

ファイバスパン長測定は、ファイバの終端に配置された構成可能な反射器を備えたＯＴＤＲトレースを利用して、ファイバスパン長測定の基準点を提供する。たとえば、構成可能な反射器は、Ｎ個の異なるファイバにまたがってＯＴＤＲシステムを構成するためにも使用される１×Ｎ微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチとすることができる。構成可能な反射器を有効または無効にし、ＯＴＤＲトレース同士を比較してファイバの終端を正確に特定できる。

ファイバＳＲＳ測定では、ＯＳＣまたはＯＴＤＲなどの光学システム内の既存の機器をプローブ信号として利用し、増幅器をＡＳＥソースとして利用して、スパンごとに自動化されたＳＲＳ測定を実行することができる。統合されたＳＲＳ測定能力を備えた光伝送システムを使用して、ファイバタイプまたはパッチパネルの損失に関する事前の知識がなくても、スパンごとに光信号の出射パワーを自動的に最適化できる。

ファイバ分散測定は、２つの異なる波長（たとえば、ＯＳＣとＯＴＤＲ）で２つの統合されたトランスミッタを利用して、ファイバスパンの遅延差または分散測定を実行する。２つの統合されたトランスミッタのパルスは、上流ノードで同期して、ビットシーケンスで符号化することができ、時間ベースの相互相関や高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ベースの位相シフト検出などの２つの受信信号間の遅延を測定するために、短時間遅延測定技法を実行する。ファイバ分散測定では、ファイバスパン長測定を使用できる。

有利なことに、これらの測定はすべて、ＯＳＣ、ＯＴＤＲなどの光回線システムの統合機器を使用して実施することができる。ファイバスパン長の測定は、再構成可能光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）などの２つの端末ノード間の長さの決定をサポートする。ファイバＳＲＳ測定およびファイバ分散測定は、２つの端末間、２つの増幅器間、１つの端末と１つの増幅器との間などのスパンごとの測定をサポートできる。

ファイバスパン長の測定結果は、ファイバＳＲＳ測定およびファイバ分散測定において使用することができる。ファイバＳＲＳ測定およびファイバ分散測定を使用して、スパンごとに光信号の出射パワーを自動的に最適化できる。有利なことに、これらの測定は、本明細書で説明されるように、光回線システムおよびさまざまな統合コンポーネントを使用して、遠隔でかつ自動的に実行することができる。このアプローチにより、時間、費用、手動のファイバ特性評価の不正確さ、仮定とデフォルトへの依存を回避できる。

光回線システム
図１は、ファイバ１６、１８によって相互接続された２つのノード１２、１４を備えた光ネットワーク１０のネットワーク図である。ファイバ１６、１８を介して互いに接続された光ノード１２、１４は、光回線システムと呼ぶことができ、単一のスパンを表す。当然のことながら、当業者であれば、光ネットワーク１０が追加のノード、ファイバ、スパン、光増幅器サイト、アド／ドロップサイトなどを含むことができることを認識するであろう。ノード１２、１４は、限定はしないが、波長分割多重（ＷＤＭ）端末、再構成可能光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）、スイッチ、ルータ、クロスコネクトなどを含む、任意のタイプの光ネットワーク要素とすることができる。一実施形態では、ノード１２、１４は、光トランシーバ、トランスポンダ、またはモデム（本明細書ではまとめて「モデム」と称する）を有してトラフィック伝達チャネルの送信を提供する。ノード１２、１４は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、ラマン増幅器などのような光増幅器をさらに含むことができる。ノード１２、１４は、スプリッタ、コンバイナ、波長選択スイッチなどのマルチプレクサおよびデマルチプレクサコンポーネントを含んで、複数のモデムからの複数のトラフィック伝達チャネルのＷＤＭを実行することができる。また、ノード１２、１４には、光増幅器などの光ノード間の通信を管理するための光サービスチャネル（ＯＳＣ）、ファイバ１６、１８上の後方反射を測定する光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）、ラマン増幅器など、さまざまな他のコンポーネントを含むことができる。

ノード１２、１４内の前述のさまざまなコンポーネントは、ノード１２、１４を形成するネットワーク要素内のハードウェアコンポーネントで物理的に実現することができる。ハードウェアコンポーネントは、ラインカード、ラインモジュール、プラガブルモジュール、高さが１～２ラックユニット（ＲＵ）などの小型フォームユニットである「ピザボックス」などに搭載することができる。ハードウェアコンポーネントは概して、ファイバ１６、１８を介した最終的な送受信のために、互いに光学的に接続される。本明細書で説明されるように、光回線デバイスは、ノード１２、１４の一部であり、そこに統合されるハードウェアデバイスである。光回線デバイスの例としては、ラマン増幅器モジュール、ＥＤＦＡ増幅器モジュール、ＯＳＣモジュール、ＯＴＤＲモジュール、モデムなどが挙げられる。

モデムは、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）、デュオバイナリ、直交振幅変調（ＱＡＭ）、微分位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ）、微分直交位相シフトキーイング（ＤＱＰＳＫ）、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）、前述のいずれかを用いた偏波多重化、および他の任意のタイプの光変調および検出技術を含むことができる。重要なことに、モデムは、高度なコヒーレント変調／復調技術を利用するので、モデムは、ファイバ１６、１８の光学特性を完全に可視化して適切に構成する必要がある。また、ノード１２、１４は、ネットワーク管理システム（ＮＭＳ）、要素管理システム（ＥＭＳ）、パス計算要素（ＰＣＥ）、ソフトウェア定義ネットワーク（ＳＤＮ）コントローラ、コントロールプレーンなどの管理システムと通信できる。

光回線デバイス／システム内の統合された偏波計
図２は、偏波計４０が内部に統合された光回線デバイス３０のブロック図であり、図３は、ループバックされた偏波計構成において光回線デバイス３０とともに動作するための増幅器４２を備えた光回線デバイス３２のブロック図であり、図４は、偏波計４０が内部に統合されたラマン増幅器である光回線デバイス３４のブロック図であり、図５は、偏波計４０が内部に統合され、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）とコンポーネントを共有する、プラガブルモジュールなどとすることができる光回線デバイス３６のブロック図である。

図２において、光回線デバイス３０は、内部に統合された偏波計４０を含み、ファイバ１６上の偏波計プローブ信号の送信およびファイバ１８上の対応する偏波計プローブ信号の受信をサポートする。一実施形態では、光回線デバイス３０を光ネットワーク１０内のさまざまなノードで使用して、ファイバ１６、１８の両方で偏波計プローブ信号をサポートすることができる。図３において、光回線デバイス３２は、ファイバ１６上の偏波計プローブ信号を受信し、偏波計プローブ信号を増幅し、ファイバ１８上の偏波計プローブ信号をループバックするように構成された、内部に統合された増幅器４２を含む。したがって、一実施形態では、光回線デバイス３０は、対向するノード１２、１４に位置して各ファイバ１６、１８上の単一の偏波計プローブ信号をサポートすることができ、別の実施形態では、光回線デバイス３０は、ノード１２に位置し、光回線デバイス３２は、ノード１４に位置して、同じプローブ信号のループバックをサポートすることができる。ループバックは、ＳＯＰトランジェントの局在化の粒度をより細かくするために、追加の詳細を提供することができる。別の実施形態では、光回線デバイス３０は、対向するノード１２、１４に位置して、それぞれがファイバ１６、１８上を反対方向に伝播する単一の偏波計プローブ信号をサポートすることができる。変形としては、単一の偏波計プローブ信号のトランスミッタは調整可能とすることかできる。対向する光回線デバイス３０からの単一の偏波計プローブ信号が逆伝播する場合、調整可能なトランスミッタは、偏波プローブ信号のそれぞれについて異なる波長に同調することができる。このようにして、偏波計データが対向する光回線デバイス３０の両方から得られた際に仮想ループバックが達成され、この偏波計データを、光回線デバイス３２を用いた物理ループバックと同様の方法で故障の局在化に使用できる。

光回線デバイス３０、３２は、偏波計４０および増幅器４２に加えて、さまざまな光回線コンポーネント５０、５２を含む。光回線コンポーネント５０は、ファイバ１６上を送信するものとして示されている一方、光回線コンポーネント５２は、ファイバ１８から受信するものとして示されている。光回線コンポーネント５０、５２は、ＥＤＦＡ増幅器、ラマン増幅器、ＯＳＣ、ＯＴＤＲ、モデムまたはトランシーバ、ＷＳＳなどのような光回線システム内に統合することができる。光回線デバイス３０、３２は、偏波計プローブ信号をＷＤＭ信号、ＯＳＣ信号、ＯＴＤＲ信号、ラマンポンプなどと多重化および逆多重化するためのフィルタ５４、５６を含む。光回線コンポーネント５０において、フィルタ５４は、偏波計４０の出力を光回線コンポーネント５０の出力と組み合わせるように構成され、フィルタ５６は、偏波計プローブ信号を偏波計４０へと、その他の信号（ＷＤＭ信号、ＯＳＣ信号、ＯＴＤＲ信号、ラマンポンプなど）を光回線コンポーネント５２へと分岐するように構成されている。同様に、光回線デバイス３２において、フィルタ５６は、偏波計プローブ信号を、光回線コンポーネント５２に提供される他の信号から分離して増幅器４２へと分岐し、フィルタ５４は、増幅器４２の出力、すなわち、増幅された偏波プローブ信号と、光回線コンポーネント５０の出力とを合成する。本明細書では、光回線デバイス３２は、増幅器４２とともに示されているが、他の実施形態では、光回線デバイス３２においてループバック機能を形成する単純な接続の代わりに、増幅器４２を省略してもよい。これは、より短いスパンなど、偏波プローブ信号がファイバ１６、１８の両方を横断するのに増幅が不要な場合に使用されてもよい。

統合に関して、光回線デバイス３０、３２は、ラインカード、ラマン増幅器モジュール、ＥＤＦＡ増幅器モジュール、ＯＳＣモジュール、ＯＴＤＲモジュール、モデム、プラガブルモジュール、ピザボックスなどとすることができる。また、統合された偏波計は、光回線システム内の別のハードウェアデバイスにプラグインするように構成されたプラガブルモジュールで実現できる。これらのハードウェアデバイスは、光回線システムの一部であり、統合された方法で動作する。すなわち、これらのハードウェアデバイスは、統一された管理と制御、すなわち、運用、管理、保守、プロビジョニング（ＯＡＭ＆Ｐ）をサポートする。偏波計４０は、この統一された管理および制御、ならびにＷＤＭトラフィック伝達チャネル、ＯＳＣチャネル、ＯＴＤＲ信号などを使用して動作することができる。増幅器４２は、ＥＤＦＡ、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、ラマン増幅器などとすることができる。なお、偏波計プローブ信号の波長に応じて、増幅器４２は、従来のＥＤＦＡとは異なる動作バンドを必要としてもよい。増幅器４２の接続性に基づいて、光回線デバイス３２は、増幅された偏波計プローブ信号を光回線デバイス３０にループバックするように構成されている。

偏波計４０は、フィルタ５４に結合されたトランスミッタと、フィルタ５６に結合されたレシーバとを含む。なお、概して偏波計４０は、試験信号の偏波を測定するように構成された受信デバイスである。当業者であれば、本明細書に記載された統合された偏波計が、試験信号、すなわち偏波プローブ信号のための受信デバイスおよびトランスミッタを含むことを認識するであろう。一実施形態では、レシーバは、図６の実施形態を含むことができる。一実施形態では、トランスミッタは、単一の偏波、連続波（ＣＷ）またはパルスを提供するなどのために、分散フィードバックレーザ（ＤＦＢ）とすることができる。トランスミッタは、ＷＤＭトラフィック伝達チャネル、ＯＳＣチャネル、ＯＴＤＲ信号などに干渉しない波長で偏波プローブ信号を提供する。たとえば、ＷＤＭトラフィック伝達チャネルは、約１５２８～１５６０ｎｍなどのＣバンド内にあってもよいし、当然のことながら、他の送信バンドも考えられる。ラマンポンプは典型的には、１４００ｎｍの範囲で１５００ｎｍ未満である。ＯＳＣチャネル、ＯＴＤＲ波長などは、相互および偏波プローブ信号に干渉しないように選択できる。たとえば、ＯＳＣチャネルは、１５１０ｎｍ、１６２５ｎｍなどとすることができる。一実施形態では、偏波プローブ信号は、ラマンポンプとの非線形相互作用を回避するために１５９１ｎｍにある。当然のことながら、光回線システム内の他の信号と干渉しない限り、偏波計４０および偏波計プローブ信号について他の値も考えられる。一実施形態では、偏波計４０は、本明細書で説明されるように、レーザをＯＴＤＲと共有することができる。

図４は、ラマン増幅器６０、ＯＴＤＲ６２、およびＯＳＣ６４とともに偏波計４０が内部に統合されたラマン増幅器である光回線デバイス３４を示す。光回線デバイス３４は、ｌｉｎｅ＿Ａ＿ｉｎポート７０、ｌｉｎｅ＿Ａ＿ｏｕｔポート７２、ｌｉｎｅ＿Ｂ＿ｏｕｔポート７４、およびｌｉｎｅ＿Ｂ＿ｉｎポート７６を備えた４ポート光デバイスである。たとえば、ラインＡは、ファイバ１６または他の光学コンポーネントに結合でき、ラインＢは、ファイバ１８または他の光学コンポーネントに結合できる。ラマン増幅器６０は、フィルタ８０を介して結合された１つ以上のラマンポンプ７８を含んで、ｌｉｎｅ＿Ａ＿ｉｎポート７０から逆伝播する。フィルタは、１４ＸＸフィルタとすることができて、ＸＸは、ラマンポンプの１４００～１５００ｎｍの範囲の波長であり、または、フィルタは、１５００ｎｍ未満の任意信号などを１５００ｎｍ超の他の信号と合成することができる。ＯＴＤＲ６２は、ＤＦＢレーザ８２とアバランシェフォトダイオードなどの検出器８４とを介して後方反射測定を提供することができる。ＤＦＢレーザ８２および検出器８４は、サーキュレータ８６などとフィルタ８８とを介してｌｉｎｅ＿Ａ＿ｉｎポート７０に結合することができる。一実施形態では、ＤＦＢレーザ８２は、１５２７ｎｍとすることができ、当然のことながら、他の波長も考えられる。ＯＳＣ６４は、スモールフォームファクタプラガブル（ＳＦＰ）などのようなプラガブル光トランシーバ９０を使用して実現することができる。ＯＳＣ６４は、フィルタ９２を介して追加されることと、フィルタ９４を介して除去されることとの両方により、双方向遠隔測定チャネルを提供する。一実施形態では、ＯＳＣ６４は、１５１１ｎｍで動作することができ、当然のことながら、他の波長も考えられる。

偏波計４０は、レシーバ１００およびＤＦＢレーザ１０２を含む。この場合も、ＤＦＢレーザ１０２は、テスト信号、すなわち偏波プローブ信号をフィルタ５４を介してｌｉｎｅ＿Ｂ＿ｏｕｔポート７６に提供し、レシーバ１００で、フィルタ５６を介してｌｉｎｅ＿Ａ＿ｉｎポート７０から対応するテスト信号を受信する。この場合も、一実施形態では、ＤＦＢレーザ１０２は、１５９１ｎｍとすることができ、当然のことながら、他の波長も考えられる。この実施形態では、テスト信号は、ＷＤＭトラフィック伝達チャネルのＣバンドと共伝播し、それにより、上流の偏波プローブ信号からのＳＯＰトランジェントの検出を可能にする。レシーバ１００は、図６で説明されるさまざまな実施形態を含む任意のアーキテクチャを企図している。したがって、光回線デバイス３４では、ラマン増幅器６０、ＯＴＤＲ６２、ＯＳＣ６４、および偏波計４０は
、それぞれが異なる動作波長を有し、各動作波長がＷＤＭトラフィック伝達チャネルのＣバンドの外側にあるので、同時に動作することができる。

図５では、光回線デバイス３６は、光回線システムにプラグインしてデュアルＯＴＤＲおよび偏波計機能をサポートすることができるプラガブルモジュールである。図５は、ファイバ１６、１８を介するなどして互いに接続された２つの相補的な光回線デバイス３６を示す。光回線デバイス３６は、スイッチ１１０、１１２の構成に基づいて、ＯＴＤＲまたは偏波計として動作するように構成されている。なお、ＯＴＤＲと偏波計との両方が、ＯＴＤＲモードのパルスまたはＳＯＰモードの単一偏波連続波（ＣＷ）として構成できるＤＦＢレーザ１１４を共有できる。光回線デバイス３６は、出力ポート１２０および入力ポート１２２を含む。ＤＦＢレーザ１１４は、後方反射を測定するために、ＤＦＢレーザ１１４を、ＳＯＰモードの場合は出力ポート１２０に結合し、ＯＴＤＲモードの場合はサーキュレータ１２４を介して入力ポート１２２に結合するスイッチ１１０に結合される。入力ポート１２２は、スイッチ１１２の構成に基づいて、偏波計レシーバ１００またはＯＴＤＲレシーバ１２６のいずれかに接続するサーキュレータ１２４に結合される。一実施形態では、光回線デバイス３６のデフォルト動作は、後方反射を測定するために必要に応じてＯＴＤＲモードが選択的に有効にされた状態の偏波計、すなわち、「１」の位置に接続されたスイッチ１１０、１１２とすることができる。

図６は、統合された偏波計に使用し得る振幅分割偏光計（ＤＯＡＰ）２００を示すブロック図である。ＤＯＡＰ２００は、４つの検出器２０６に異なる配置の光を出力する異なる配置２０４を通してさまざまに配置される入力光２０２を有し、４つの検出器２０６は、入力光２０２のストークスパラメータの線形投影である、対応する電気出力ｉ_１、ｉ_２、ｉ_３、ｉ_４ ２０８を提供する。異なる配置２０４は、ＤＯＡＰ２００の出力光電流が入力光２０２ ＳＯＰの線形投影となるように、入力光２０２を、異なる配置で異なる方法（通常は４つの方法）に分割する。偏波計の重要な技術は、光の異なる配置２０４を実現する要素である。

双方向ＯＴＤＲ
図７は、双方向ＯＴＤＲ構成のブロック図である。ここで、ＯＴＤＲ測定システム３００は、１対のファイバ１６、１８のＲＯＡＤＭ方路３０２、３０４に接続される。ここで、ＯＴＤＲ測定システム３００のポート３２８は、ＲＯＡＤＭ方路３０２のポート３４４に接続され、同様に、ＯＴＤＲ測定システム３００のポート３２８は、ＲＯＡＤＭ方路３０４のポート３４４に接続される。ＲＯＡＤＭ方路３０２、３０４は、ファイバ１６、１８を介して互いに接続される。１×４光スイッチ３２６を用いて、ＯＴＤＲ測定システム３００は、３つの追加のＲＯＡＤＭ方路（図示せず）に接続することができる。ＯＴＤＲ測定システム３００の１つの利点は、ポート３４４とポート３２８との間に単一のファイバ接続しかないことである。

ＲＯＡＤＭ方路３０２、３０４は、ファイバ１６、１８およびポート３４４に接続可能なポート３４６を含むモジュールによって形成することができる。モジュールは、光増幅器３４８（たとえば、ＥＤＦＡ、ラマンポンプなど）、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）などの他の機能を含むことができる。ＲＯＡＤＭ方路３０２、３０４を形成するモジュールは、さまざまなフィルタ３５０、３５２、３５４を含んで、ＯＴＤＲ測定システム３００から波長λ_１、λ_２を配信する。ＲＯＡＤＭ方路３０２、３０４内では、ポート３４４同士のＯＴＤＲ信号接続が、光学フィルタ３５０に結合され、２つの波長λ_１、λ_２を逆多重化する。第２のフィルタ３５２は、波長λ_１（たとえば、赤色波長）と、送信方向、すなわち、波長ファイバ１６上で右から左へ、ファイバ１８上で左から右へと向かう、増幅器３４８からのＷＤＭ信号とを合成する。

第３のフィルタ３５４は、同様に、波長λ_２（たとえば、青色波長）と、受信方向（ファイバ１８上で右から左へ、ファイバ１６上で左から右へ）でＲＯＡＤＭ方路３０２、３０４に入ってくるＷＤＭ信号とを合成する。この場合、ＯＴＤＲソースおよびＷＤＭ信号は逆伝播している。ファイバ１６、１８の両端は、同様の構成であり、これは、各ファイバ１６，１８内において、ＷＤＭ信号とともに共伝播する赤色ＯＴＤＲソース（波長λ_１）と、逆伝播する青色ＯＴＤＲソース（波長λ_２）とが存在することを意味する。

この例では、ＯＴＤＲ波長λ_１は、ファイバ１６上でＷＤＭチャネルとともに共伝播して送信され、後方散乱信号λ_{１＿ＢＡＣＫ}は、ＯＴＤＲ測定システム３００のＯＴＤＲ測定サブシステム３６０に戻って受信される。ファイバ１６上の他方の方向では、ＯＴＤＲ波長λ_２は、ＷＤＭチャネルとともに逆伝播して送信され、後方散乱信号λ_{２＿ＢＡＣＫ}は、ＯＴＤＲ測定サブシステム３６０に戻って受信される。ファイバ１８は、波長λ_１、λ_２、λ_{１＿ＢＡＣＫ}、λ_{２＿ＢＡＣＫ}に対してファイバ１６とは反対の構成を有する。

二つの異なる波長λ_１、λ_２の使用により、同じファイバ１６、１８を共有する２つＯＴＤＲソースが互いに干渉しない、したがって、独立して動作できることが保証される。これにより、スパンの両端でＯＤＴＲを同期する必要がなくなり、ソフトウェアの実装が大幅に簡素化される。使用中にある一方のＯＴＤＲは、他方のＯＴＤＲの測定を妨げないため、いつでも両方のＯＴＤＲを使用できることが保証される。ＯＴＤＲ測定システム３００をＲＯＡＤＭカードまたは両方向用のモジュールに接続するために必要なのは単一のファイバのみであるため、ケーブル配線が簡素化されるという利点もある。

図８は、異なるファイバタイプの区別を示す、ファイバ１６上のＯＴＤＲトレース３８０のグラフである。デュアル波長ＯＴＤＲトレースが各ＯＴＤＲ測定システム３００で取得されると、光サービスチャネル（ＯＳＣ）、データ通信ネットワーク（ＤＣＮ）などを介してネットワーク要素間でトレースデータを交換でき、これにより、複合トレースを同じファイバ１６の両端から収集されたトレースを組み合わせることによって作成することができる。各スパンからのトレースは、ＥＭＳ、ＮＭＳ、ＳＤＮアプリケーションなどの上位アプリケーションによって照合することもできる。双方向ＯＴＤＲの場合、両方向で同様のスプライス損失が観察される一方、スパン内のファイバタイプは、一方の方向（小さいコアから大きいコアのファイバに向かう）では損失として、他方の方向（大きいコアから小さいコアに向かう）では利得として現れる。

２つの波長λ_１、λ_２の選択は、設計の重要な部分である。実施形態では、波長λ_１は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）増幅バンド外の、たとえば１５６０ｎｍより大きく、典型的には１５３０ｎｍと１５６５ｎｍとの間（すなわち、ＥＤＦＡ増幅バンド）にあるＷＤＭ信号よりも大きい、赤色波長である。波長λ_２は、同様にＥＤＦＡ増幅バンド外の、たとえば１５３０ｎｍより小さく、ＷＤＭ信号より小さい、青色波長とすることができる。実施形態では、波長λ_１は、ＷＤＭ信号とともに共伝播する一方、波長λ_２は、ＷＤＭ信号とともに逆伝播する。波長λ_１、λ_２の上述の選択は、ＷＤＭ信号を伴う稼働中動作を有利にサポートする。すなわち、ＯＴＤＲ測定システム３００の重要な態様は、送信および受信方向のノードに接続された２つのファイバの状態を知るために、２つの異なる波長（たとえば、赤および青の波長）で２つのＯＴＤＲソースを利用することである。実施形態では、波長λ_１は１６２５ｎｍであり、波長λ_２は１５２７ｎｍである。

この場合も、２つの波長は、トラフィックが実行している間の稼働中で双方向ＯＴＤＲが動作できるように、トラフィック伝達チャネル（たとえば、Ｃバンド、約１５３０～１５６５ｎｍ、またはＬバンド、Ｓバンドなどの他の伝送バンド）の１つ以上の信号バンドの外側のものに選択される。すなわち、２つの波長は、トラフィック伝達チャネル用に予約されたスペクトルの外側になるように選択される。たとえば、１つ以上の信号バンド（たとえば、Ｃバンド内の１５６０ｎｍ）において最大値となる波長、すなわち、より長い波長よりも長いＷＤＭ信号とともに共伝播する波長λ_１を選択することにより、相互位相変調などの非線形相互作用は、ＷＤＭ信号に対して回避または最小化される。逆伝播では、ＷＤＭ信号との非線形相互作用が最小限に抑えられるため、柔軟性が向上する。１つ以上の信号バンド（たとえば、Ｃバンド内の１５２８ｎｍ）において最小値となる波長、すなわち、より短い波長よりも短いＷＤＭ信号とともに逆伝播する波長λ_２を選択することにより、波長λ_２は、ラマン利得の測定とプロファイルに使用できる。たとえば、ＷＤＭ信号ハンドのすぐ下のＯＴＤＲ波長を使用して、ラマン利得を監視できる。ラマン利得領域に１つの波長を持ち、その外部に１つの波長があると、ラマンポンプをオンにせずに取得したベースライントレースのみに依存する必要なく、ファイバ媒体を介したラマン利得とその分布の稼働中測定を実行するのに役立つ。当然のことながら、異なる波長λ_１、λの他の値も考えられる。また、レーザには調整可能な波長を含めることができ、さまざまな用途のためにさまざまな波長をサポートする。
ファイバスパン長測定

図９は、ファイバスパン長測定を説明するための光ネットワーク１０のネットワーク図である。本明細書で説明されるように、ＯＴＤＲトレースを使用してファイバスパン長を決定すると、ファイバ１６、１８の終端を明確に識別することは一般的に困難であるか不可能である。ＯＴＤＲトレースではそれは明確なシグネチャではない可能性があるからである。一実施形態では、構成可能反射要素４０２は、ファイバ１６、１８の各終端で使用されて、ＯＴＤＲトレース内のファイバ終端の位置を特定するために使用できる明確な基準点を提供する。各ファイバ１６、１８は個別に測定でき、長測定の精度は、＋／－１％よりも良好にすることができる。

ノード１２、１４は、ＯＴＤＲ測定システム３００などの統合されたＯＴＤＲを含むことができる。ファイバスパン長測定は、ＯＴＤＲ測定システム３００を利用して、ＯＴＤＲトレースに基づいてファイバスパン長を決定することができる。注目すべきは、ＯＴＤＲ測定システム３００は、１×Ｎ微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチ（たとえば、１×４光スイッチ３２６）は、構成可能反射要素４０２である。ファイバスパン長測定は、ラインポートのうちの少なくとも１つのためのミラーとして構成されるように構成可能反射要素４０２を較正することにより、ＯＴＤＲ測定システム３００内の任意の追加のコンポーネントで実施することができる。

本明細書で説明されるように、ＯＴＤＲ測定システム３００は、稼働中に動作することができるので、ファイバスパン長測定は、稼働中に実行することができる。また、ファイバスパン長測定は、ファイバのたるみ、非直接的な物理ルーティングなどが存在するため、物理的な距離とは異なり得るファイバの長さを測定する。

１×Ｎ ＭＥＭＳスイッチは、構成可能反射要素４０２であり、これは、ＯＴＤＲソースの反対側のスパンの端にある高反射要素とすることができ、ＯＴＤＲトレース内のファイバ終端の位置を特定するために使用できる明確な基準点を提供できる。注目すべきは、これはファイバの終端の位置であり、ＯＴＤＲソースは、ファイバの始点の位置である。あるＯＴＤＲ構成では、１×４光スイッチ３２６を使用して、複数のファイバ間で同じＯＴＤＲハードウェアを共有する。たとえば、ライン増幅器サイトは、１×４光スイッチ３２６を使用して、そのサイトに出入りする４本のファイバすべてでＯＴＤＲ測定を実行できる。一実施形態では、１×Ｎスイッチは、異なるファイバを互いに結合するために異なる角度で傾けることができるＭＥＭＳミラーを含む。また、ＭＥＭＳミラーを傾けて、所定の入力ファイバからの光をミラー自体に反射させることで、制御可能なミラーを作成できる。これは、ファイバ１６、１８を有するファイバスパンについての図９に示されている。

ファイバ１６の長さを測定するために、Ｌｉｎｅ＿Ａ＿Ｉｎから入ってくるＯＴＤＲ波長を反射すべく、１×Ｎ ＭＥＭＳスイッチ（構成可能反射要素４０２）が、ノード１４で構成され、ＯＴＤＲトレースがノード１２でキャプチャされ、高反射点が、１×Ｎ ＭＥＭＳスイッチに基づいて、ファイバ１６の終端で決定される。

ファイバ１８の長さを測定するために、Ｌｉｎｅ＿Ｂ＿Ｉｎから入ってくるＯＴＤＲ波長を反射すべく、１×Ｎ ＭＥＭＳスイッチ（構成可能反射要素４０２）が、ノード１２で構成され、ＯＴＤＲトレースがノード１４でキャプチャされ、高反射点が、１×Ｎ ＭＥＭＳスイッチに基づいて、ファイバ１８の終端で決定される。

なお、構成可能反射要素４０２は、たとえば、受動反射要素（金属化端面を備えたファイバ、薄膜フィルタなど）を使用して、他の方法で実装できる。スイッチまたは可変光減衰器（ＶＯＡ）を使用して反射のオン／オフを切り替える機能があると望ましい。なぜなら、構成可能反射要素４０２によって設定された遠端反射がある場合とない場合とでＯＴＤＲトレースを比較するだけで、ソフトウェアが遠端反射を回線システムで発生する可能性のある他の反射から簡単に区別できるからである。

ファイバＳＲＳ測定
図１０は、ファイバＳＲＳ測定を説明するための光ネットワーク１０のネットワーク図である。ファイバＳＲＳ測定は、光回線システムで一般的に利用可能なコンポーネントを使用して、モードフィールド直径または有効面積（Ａ_ｅｆｆ）に相関する光ファイバ１６の非線形係数を特性評価する技法を提供する。システムおよび方法は、ＯＳＣトランスミッタ５０２、ＯＳＣレシーバ５０４、および増幅器５０６、５０８などの既存のコンポーネントを使用するＳＲＳ測定能力を含む。たとえば、光ネットワーク１０では、ノード１２は、後置増幅器５０６を含むことができ、ノード１４は、前置増幅器５０８を含むことができる。増幅器５０６、５０８は、ＥＤＦＡベースとすることができる。ノード１２は、ＯＳＣトランスミッタ５０２を含み、ノード１４は、ＯＳＣレシーバ５０４を含む。また、ノード１２は、挿入損失（ＩＬ_１）を持つパッチパネル５１０を含むことができ、ノード１４は、挿入損失（ＩＬ_２）を持つパッチパス５１２を含むことができる。後置増幅器５０６は、出力パワーＰ_ＯＵＴ、およびファイバへのパワーＰ_ＦＩＢ＝Ｐ_ＯＵＴ－ＩＬ_１を有する。

非線形係数を推定するには、ＯＳＣトランスミッタ５０２（または代替的にＯＴＤＲもしくは増幅器の光帯域幅外のその他の利用可能なソース）の波長をプローブとして使用し、増幅器５０６からの増幅誘導放出（ＡＳＥ）をポンプとして使用してＳＲＳ測定を実行する。

ＳＲＳ測定を実行するために、第１に、増幅器５０６が無効にされた状態で、ノード１４においてＯＳＣパワー（パワーＰ_１として示される）が測定される。たとえば、ＯＳＣ波長は、１５１１ｎｍとすることができる。また、これは、ＯＴＤＲ波長とすることもできる。第２に、増幅器５０６は、Ｃバンド増幅誘導放出（ＡＳＥ）ノイズを生成するように提供される。第３に、再びＯＳＣパワーが測定される（パワーＰ_２として示される）。ここで、Ｐ_１－Ｐ_２に等しいＳ（ｄＢ）であるＳＲＳに起因した、より低い波長プローブ（ＯＳＣ又はＯＴＤＲ波長）からＣバンドＡＳＥへのエネルギー伝達が存在するゆえに、パワーＰ_２は低い。

Ｓは、ファイバ長を考慮して以下のようにスケーリングできる。

ここで、αは、ファイバの減衰係数であり、典型的には０．２ｄＢ／ｋｍであるか、またはＯＴＤＲトレースからより正確に取得でき（減衰はＯＴＤＲトレースの勾配である）、Ｌは、ファイバの長さであり、ファイバスパン測定から取得できる。なお、長いファイバスパン（たとえば、１００ｋｍ）の場合には、Ｓ≒Ｓ’である。

ＳＲＳパラメータＳ’は、スパンファイバへと出射されるポンプ信号の強度Ｉ_ｆｉｂ＝Ｐ_ｆｉｂ／Ａ_ｅｆｆに直接相関する。これは、ファイバのラマン利得係数が、異なるファイバタイプのラマン利得係数と有効面積のグラフである図１１に示されているように、主にＡ_ｅｆｆの関数であるからである。たとえば、８５ｍＷのＡＳＥが、ある長さの非分散シフトファイバ（ＮＤＳＦ）に結合された場合、Ｉ_ｆｉｂ≒１ｍＷ／μｍ^２およびＳ’≒０．８６ｄＢであり、簡単に測定できる。有効面積が小さいＴｒｕｅｗａｖｅ Ｃｌａｓｓｉｃの場合、Ｓ’は、およそ１．３ｄＢになる。上流の増幅器の後にパッチパネル損失ＩＬ_１が導入された場合、Ｓ’パラメータは、それに応じて減少する。たとえば、ＩＬ_１＝３ｄＢでは、ＮＤＳＦの場合、Ｓ’は、０．４３ｄＢに減少する。図１２は、異なるファイバタイプと０～３ｄＢの間で変化するパッチパネル損失の場合のこの関係を示す。図１２は、ファイバへと出射されたＣバンドＡＳＥソースの強度と、０ｄＢ～３ｄＢのパッチパネル損失について１５１１ｎｍで測定されたＳＲＳ係数との間の相関のグラフである。なお、この関係は、異なるファイバタイプに対して準普遍的である。

ＳＲＳ測定を使用して、ファイバタイプまたはパッチパネル損失に関する事前の知識がなくても、ファイバへと出射される実際の信号強度を較正することができる。また、ＳＲＳに起因したパワー伝達と非線形ペナルティとの両方が主に最初の１０～２０ｋｍのファイバで発生するため、このアプローチを使用して、混合タイプのファイバが一緒に接続されている場合でも、出射パワーを最適化できる。

この測定はスパンごとに実行でき、本明細書で説明される分散測定と組み合わせて使用すると、システム（コントローラ）ソフトウェアに、エンドツーエンドのチャネル性能を予測および最適化するために必要な情報を提供する。これにより、システムソフトウェアは、たとえば設計ツールに手動で入力された一般的なファイバタイプ情報ではなく、実際のファイバ測定データに基づいて各スパン（Ｐ_ｆｉｂ）に入るチャネルの出射パワーを最適化することにより、回線システムから可能な限り多くの性能を抽出できる。

測定は、スパンの送信側から実行されるため、ＡＳＥ信号とプローブ信号は、あらゆるデータチャネルと同じ挿入損失と非線形性を受け、これにより、最適チャネルパワーに較正するのに使用できる。測定は、各スパンで自動的に実行され、システムソフトウェアがチャネル性能を最適化できるように十分な精度を提供する。これにより、システムからより多くの容量を引き出すことができる。

図１３は、最適出射パワー対ＳＲＳのグラフである。たとえば、最適出射パワーは、以下によって与えられる。

仮定／定義として、最適出射パワーは、Ａ_ｅｆｆに比例し、ＳＲＳ係数は、Ａ_ｅｆｆに反比例し、ＩＬ_１は、Ｐ_ｏｕｔおよびｄＢのＳＲＳ係数ｄＢに影響を与え、Ｐ_ｒｅｆは、パッチパネル損失のないＮＤＳＦについての最適出射パワーであり、Ｓ_ｒｅｆは、パッチパネル損失のない１００ｋｍのＮＤＳＦについてのＳＲＳに起因したＯＳＣパワーの変化である。

ファイバＳＲＳ測定は、ラマン利得較正手順と同様に、最初のスパンの出現中に実行できる。このアプローチの利点は、混合ファイバタイプを含むすべてのファイバタイプで機能し、パッチパネル損失を考慮し、追加のハードウェアを必要としないことである。

ファイバ分散測定
図１４は、ファイバ分散測定および非線形係数を説明するための光ネットワーク１０のネットワーク図である。ファイバスパン長測定およびファイバＳＲＳ測定と同様に、ファイバ分散測定は、光回線システムに統合された既存の機器で実行でき、これらの測定は、スパンごとに実行して、システム（コントローラ）ソフトウェアにエンドツーエンドのチャネル性能を予測および最適化するために必要な情報を提供することができる。これにより、システムソフトウェアは、たとえば設計ツールに手動で入力された一般的なファイバタイプ情報ではなく、実際のファイバ測定データに基づいて各スパン（Ｐ_ｆｉｂ）に入るチャネルの出射パワーを最適化することにより、回線システムから可能な限り多くの性能を抽出できる。

分散測定能力は、ノード１２でのＯＴＤＲソース６０２とノード１４でのＯＴＤＲレシーバ６０４とを含むＯＴＤＲや、ＯＳＣトランスミッタ５０２とＯＳＣレシーバ５０４とを含むＯＳＣなどの既存のコンポーネントを使用する。測定は、各スパンで自動的に実行され、システムソフトウェアがチャネル性能を最適化できるように十分な精度を提供する。これにより、オペレータの運用コストが削減され、システムからより多くの容量を抽出できる。

分散測定とは、２つの異なる波長での光パルス間の差分時間遅延を測定し、この数をファイバ長と波長の間隔で除算して、２つの波長の平均値に対応する波長でのファイバ分散の推定値を取得することである。ファイバ長は、本発明で説明されるファイバスパン測定を使用して、または光サービスチャネル（ＯＳＣ）の往復遅延測定を使用するなどの他の方法で取得できる。

この分散測定でも、ＯＳＣおよびＯＴＤＲ機能に使用される既存のハードウェアを活用できる。典型的なＯＳＣとＯＴＤＲの波長は、それぞれ１５１１ｎｍと１６２５ｎｍであり、これを使用して１５６８ｎｍ（２つの波長の平均値）で分散推定値を提供できる。当業者であれば、ＯＳＣおよびＯＴＤＲの波長が設計上の選択に基づいて異なる値とすることができ、唯一の変化が、分散推定値が提供される波長、すなわち２つの波長の平均値であると認識するであろう。

ＯＳＣ機能とＯＴＤＲ機能を同じ回路パッケージ内にまたは同じハードウェア内に配置でき、これにより、同期パルスドライバ６１０を介してＴｘ信号を同期し、遅延測定６１２を介してスパンの他端でＲｘ信号間の差分遅延を測定できる。共通クロックを使用してＯＴＤＲトランスミッタ５０２およびＯＳＣトランスミッタ６０２の両方を駆動することにより、２つの波長のパルスを送信側で１ナノ秒または数ナノ秒以内に同期させることができる。光学アセンブリのドライブエレクトロニクスまたはファイバで発生し得る差分遅延を補償するために、なんらかの較正を必要としてもよい。好ましくは、Ｔｘパルス間の差分遅延を測定するために、ＯＳＣトランスミッタ５０２／ＯＴＤＲトランスミッタ６０２の設計内に検出回路を含めることができる。そして、遅延を最小限に抑えるためにフィードバックループを実装できる。あるいは、測定されたＴｘ遅延値は、ＯＳＣ通信チャネルなどを介して遠端に送信することができる。そして、遠端で遅延を計算するソフトウェア／コントローラは、このＴｘ遅延値を差し引いて、真のファイバ遅延を取得できる。

同期パルスドライバ６１０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブルデバイスによって制御することができるため、使用される遅延測定技法のタイプに応じて、特定のパルスパターンを生成して測定を容易にすることができる。たとえば、特定のデューティサイクルで周期的なパルスを作成し、２つの波長の連続するパルスがファイバを伝播するときに重複しないように選択できる。あるいは、疑似ランダムバイナリシーケンス（ＰＲＢＳ）などの符号化されたビットシーケンスを生成することもできる。

検出回路は、ロックイン検出などの既知の技法を使用することができる。短時間遅延測定の場合、時間領域相互相関法または周波数領域位相シフト測定法のいずれかを使用して、２つの受信信号間の差分遅延を測定できる。相互相関は、ＰＲＢＳシーケンスで適切に機能する一方、位相シフト測定は、固定周波数トーンで適切に機能する。

一実施形態では、ファイバ分散測定において、同期パルスドライバ６１０が、共通のフレーミングで１５１１ｎｍのＯＳＣ信号を駆動し、１５６８ｎｍのＯＴＤＲ信号を共伝播すること（なお、ＯＴＤＲレートは、ＯＳＣほど高くはないが、それらは、８ｋＨｚのＯＣ－３フレームパルスなどの共通のフレームパルスを含むことができる）を含むことができる。ＯＴＤＲレシーバ６０４は、専用のＯＣ－３レシーバ（たとえば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）レシーバ光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）およびＷＤＭフィルタ）を使用して、順方向伝播するＯＴＤＲパルスを終端することができる。位相検出回路（ＰＬＬ）を使用して、ＯＳＣパルスとＯＴＤＲパルスの遅延（たとえば、ＮＤＳＦの場合は約１ｎｓ／ｋｍ）を比較できる。１５３８ｎｍでの平均分散値を取得するために、ＯＳＣ往復遅延測定を使用して推定された、またはファイバスパン長測定を介して推定されたファイバ長を使用する。

ＯＳＣ信号とＯＴＤＲ信号との間の差分遅延を測定することに関して、これらの信号のそれぞれは、同期パルスドライバ６１０からの同じビットシーケンスで駆動される。分散により、一方での狭いパルスが、他方では広いパルスになり得る。差分遅延は、２つのシーケンス間の相関に基づいて測定できる。

ファイバ測定プロセス
図１５は、光回線システム内の光ノードによって部分的に実行される光ファイバを特性評価するためのプロセス７００のフローチャートである。プロセス７００は、光ノードで１つ以上のコンポーネントを用いて光ファイバを特性評価するために１つ以上の測定を実行することであって、１つ以上のコンポーネントが、光ノードの動作中に機能を実行し、その機能に関係なく１つ以上の測定を実行すること（ステップ７０２）と、１つ以上の測定に基づいて、光ファイバを介した通信のために光ノードを構成すること（ステップ７０４）と、を含む。

１つ以上のコンポーネントはそれぞれ、光サービスチャネル（ＯＳＣ）、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）、および光増幅器のうちのいずれかを含むことができる。当業者であれば、ＯＳＣが、運用、管理、保守、およびプロビジョニング（ＯＡＭ＆Ｐ）を目的とする２つの隣接ノード間の帯域内通信のためのものであり、ＯＴＤＲが、光ファイバの後方反射と損失を決定するためのものであり、光増幅器が、増幅のためのものであることを認識する。測定は、これらのコンポーネントによって、それらの通常の機能とは別に実行される。構成することは、１つ以上の測定に基づいて、光ファイバに出射パワーを設定することを含むことができる。

一実施形態では、１つ以上のコンポーネントは、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）を含むことができ、１つ以上の測定を実行することは、光ファイバの終端で明確な基準点を提供するように構成された構成可能反射要素を用いてＯＴＤＲ測定を実行することと、明確な基準点に基づいてＯＴＤＲ測定から光ファイバの長さを決定することと、を含むことができる。構成可能反射要素は、複数の光ファイバとＯＴＤＲコンポーネントを共有するように構成された１×Ｎ微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチを含むことができる。

別の実施形態では、１つ以上のコンポーネントは、ｉ）光サービスチャネル（ＯＳＣ）および光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）のうちの１つを通じて形成される光波長と、ｉｉ）光増幅器、を含むことができ、１つ以上の測定を実行することは、光増幅器が無効になっている光ノードの下流ノードでの光波長のパワーＰ_１を測定することと、増幅誘導放出（ＡＳＥ）を生成するように構成された光増幅器を用いて、光ノードの下流ノードでの光波長のパワーＰ_２を測定することと、測定されたパワーＰ_１およびパワーＰ_２に基づいて、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）を決定することと、を含むことができる。１つ以上の測定を実行することは、ファイバ長に基づいてＳＲＳをスケーリングすることと、光ファイバの減衰係数を使用することと、をさらに含むことができる。光ノードを構成することは、スケーリングされたＳＲＳに基づいて光ファイバへの出射パワーを決定することを含むことができる。

さらなる実施形態では、１つ以上のコンポーネントは、第１の波長での光サービスチャネル（ＯＳＣ）および第２の波長での光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）を含むことができ、１つ以上の測定を実行することは、第１の波長および第２の波長のそれぞれを、同期した方法で同じビットパターンで駆動することと、下流ノードでの第１の波長および第２の波長の受信に基づいて、光ファイバ上の分散を測定することと、を含むことができる。分散を測定することは、第１の波長と第２の波長のそれぞれの光パルス間の差分時間遅延を決定することと、差分時間遅延を光ファイバの長さおよび第１の波長と第２の波長の間隔で除算して第１の波長と第２の波長の平均値で分散を決定することと、を含むことができる。

光ファイバを特性評価するように構成された光回線システムの光ノードは、光ノードの動作中に機能を実行するように構成された１つ以上のコンポーネントであって、１つ以上の測定を実行して光ファイバを特性評価するように構成され、光ノードの動作中に機能を実行し、機能とは無関係に１つ以上の測定を実行するように再構成される、１つ以上のコンポーネントと、１つ以上の測定に基づいて、光ファイバを介して通信するように構成された光モデムと、を備える。

光回線システム内の光ノードによって部分的に実行される光ファイバを特性評価するように構成された装置は、１つ以上の測定に、光ノードで１つ以上のコンポーネントを用いて光ファイバを特性評価させるように構成された回路構成であって、１つ以上のコンポーネントが、光ノードの動作中に機能を実行し、その機能に関係なく１つ以上の測定を実行する、回路構成と、１つ以上の測定に基づいて、光ファイバを介した通信のために光ノードを構成するように構成された回路構成と、を備える。

本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、マイクロプロセッサなどの１つ以上の汎用または専用プロセッサ（「１つ以上のプロセッサ」）；中央処理装置（ＣＰＵ）；デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）；ネットワークプロセッサ（ＮＰ）またはネットワークプロセッシングユニット（ＮＰＵ）、グラフィックプロセッシングユニット（ＧＰＵ）などのカスタマイズされたプロセッサ；フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）；その他同様なものを、その制御のための特有の格納されたプログラム命令（ソフトウェアおよびファームウェアの両方を含む）とともに含んで、特定の非プロセッサ回路と組み合わせて、本明細書に記載の方法および／またはシステムの機能の一部、大部分、またはすべてを実装してもよいことが理解されよう。あるいは、一部またはすべての機能は、プログラム命令が保存されていないステートマシンによって、または１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって実装されてもよく、各機能または特定の機能のいくつかの組み合わせがカスタムロジックまたは回路として実装される。当然のことながら、前述のアプローチの組み合わせを使用してもよい。本明細書で説明するいくつかの実施形態では、ハードウェア内の、および任意選択でソフトウェア、ファームウェア、およびそれらの組み合わせを有する、対応するデバイスを、「～するように構成されたまたは適合した回路」、「～するように構成されたまたは適合したロジック」などと称し、さまざまな実施形態について本明細書で説明するデジタルおよび／またはアナログ信号に対する操作、ステップ、方法、プロセス、アルゴリズム、機能、技法などのセットを実行することができる。

さらに、いくつかの実施形態は、コンピュータ、サーバ、アプライアンス、デバイス、プロセッサ、回路などをプログラミングするためのコンピュータ可読コードが格納された非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含んで、それらの各々が、本明細書で説明されおよび請求された機能を実行してもよい。そのようなコンピュータ可読記憶媒体の例として、ハードディスク、光学記憶デバイス、磁気記憶デバイス、ＲＯＭ（読み取り専用メモリ）、ＰＲＯＭ（プログラマブル読み取り専用メモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ）、フラッシュメモリなどが挙げられるが、これらに限定されない。非一時的コンピュータ可読媒体に格納される場合、ソフトウェアは、プロセッサまたはデバイスによって実行可能な命令（たとえば、任意のタイプのプログラマブル回路またはロジック）を含むことができ、その命令は、そのような実行に応じて、プロセッサまたはデバイスに、さまざまな実施形態について本明細書で説明されているように、操作、ステップ、方法、プロセス、アルゴリズム、機能、技法などのセットを実行させることができる。

本開示は、好ましい実施形態およびその特定の例を参照して本明細書で図示および説明されたが、他の実施形態および例が同様の機能を実行し、および／または同様の結果を達成し得ることは当業者には容易に明らかであろう。そのような同等の実施形態および例はすべて、本開示の要旨および範囲内にあり、それによって企図され、以下の請求の範囲によってカバーされることが意図されている。

Claims (15)

1. 光ファイバ（１６、１８）を特性評価するように構成された光回線システム（１０）の光ノード（１２）であって、
   前記光ノード（１２）の動作中に機能を実行するように構成されている１つ以上のコンポーネント（５０、５２）であって、１つ以上の測定を実行して前記光ファイバ（１６、１８）を特性評価するように構成されており、前記１つ以上の測定を実行するように構成可能である、１つ以上のコンポーネント（５０、５２）と、
   前記１つ以上の測定に基づいて、前記光ファイバを介して前記光ノード（１２）と異なる他の光ノードと通信するように構成された光モデムと、を備え、
   前記１つ以上の測定は、光ファイバ（１６、１８）の終端で明確な基準点を提供するように構成された構成可能反射要素（４０２）を備えた光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）測定に基づく光ファイバの長さの測定、光ファイバの分散の測定、および誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）測定のうちの１つを含む、光ノード（１２）。
2. 前記１つ以上のコンポーネントはそれぞれ、光サービスチャネル（ＯＳＣ）（５０２、５０４）、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）（３００）、および光増幅器（３０２、３０４）のうちのいずれかを含む、請求項１に記載の光ノード。
3. 前記光モデムのための前記光ファイバ（１６、１８）への出射パワーは、前記１つ以上の測定に基づいて設定される、請求項１又は２に記載の光ノード。
4. 前記１つ以上のコンポーネントは、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）（３００）を含み、
   前記光ファイバの長さは、前記明確な基準点に基づいて前記ＯＴＤＲ測定から決定される、請求項１～３のいずれか一項に記載の光ノード。
5. 前記構成可能反射要素（４０２）は、複数の光ファイバ（１６、１８）とＯＴＤＲ（３００）を共有するように構成された１×Ｎ微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の光ノード。
6. 前記１つ以上のコンポーネントは、ｉ）光増幅器（３０２、３０４）と、ｉｉ）前記光増幅器の増幅帯域幅外の光波長を提供するように構成されたデバイスと、を含み、
   前記１つ以上の測定は、前記光増幅器（３０２、３０４）が無効になっている前記光ノード（１２）の下流ノードでの光波長のパワーＰ１の測定と、増幅誘導放出（ＡＳＥ）を生成するように構成された前記光増幅器（３０２、３０４）を使用した、前記光ノード（１２）の下流ノードでの光波長のパワーＰ２の測定と、測定された前記パワーＰ１および前記パワーＰ２に基づいた、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）の決定と、を含む、請求項３に記載の光ノード。
7. 前記誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）測定は、ファイバ長に基づいてかつ前記光ファイバ（１６、１８）の減衰係数を使用してスケーリングされ、前記光ファイバ（１６、１８）への前記出射パワーを決定するために使用される、請求項６に記載の光ノード。
8. 前記１つ以上のコンポーネントは、第１の波長での光サービスチャネル（ＯＳＣ）（５０２、５０４）および第２の波長での光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）（３００）を含み、
   前記第１の波長および前記第２の波長のそれぞれは、同期した方法でまたは既知の遅延を伴って同じビットパターンで駆動され、
   下流ノードでの前記第１の波長および前記第２の波長の受信に基づいて、前記光ファイバ（１６、１８）上の分散が測定される、請求項１～３のいずれか一項に記載の光ノード。
9. 前記分散は、前記第１の波長と前記第２の波長のそれぞれの光パルス間の差分時間遅延を決定し、差分時間遅延を前記光ファイバの長さおよび前記第１の波長と前記第２の波長の間隔で除算して前記第１の波長と前記第２の波長の平均値で分散を決定することにより測定される、請求項８に記載の光ノード。
10. 光回線システム（１０）内の光ノード（１２）によって部分的に実行される光ファイバ（１６、１８）を特性評価する方法であって、
    前記光ノード（１２）で１つ以上のコンポーネント（５０、５２）を用いて前記光ファイバ（１６、１８）を特性評価するために１つ以上の測定を実行することであって、前記１つ以上のコンポーネント（５０、５２）が、前記光ノード（１２）の動作中に機能を実行し、前記１つ以上の測定を実行するように構成可能である、実行することと、
    前記１つ以上の測定に基づいて、前記光ファイバ（１６、１８）を介した前記光ノード（１２）と異なる他の光ノードとの通信のために前記光ノード（１２）を構成することと、を含み、
    前記１つ以上の測定は、光ファイバ（１６、１８）の終端で明確な基準点を提供するように構成された構成可能反射要素（４０２）を備えた光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）測定に基づく光ファイバの長さの測定、光ファイバの分散の測定、および誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）測定のうちの１つを含む、方法。
11. 前記１つ以上のコンポーネントはそれぞれ、光サービスチャネル（ＯＳＣ）（５０２、５０４）、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）（３００）、および光増幅器（３０２、３０４）のうちの１つを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記構成することは、前記１つ以上の測定に基づいて、前記光ファイバ（１６、１８）への出射パワーを設定することを含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 前記１つ以上のコンポーネントは、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）（３００）を含み、
    前記１つ以上の測定を実行することは、
    前記明確な基準点に基づいて前記ＯＴＤＲ測定から前記光ファイバ（１６、１８）の長さを決定することを含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
14. 前記１つ以上のコンポーネントは、ｉ）光増幅器（３０２、３０４）と、ｉｉ）前記光増幅器の増幅帯域幅外の光波長を提供するように構成された少なくとも１つのデバイスと、を含み、
    前記１つ以上の測定を実行することは、
    前記光増幅器が無効になっている前記光ノードの下流ノードでの前記光波長のパワーＰ１を測定することと、
    増幅誘導放出（ＡＳＥ）を生成するように構成された前記光増幅器を用いて、前記下流ノードでの前記光波長のパワーＰ２を測定することと、
    測定された前記パワーＰ１および前記パワーＰ２に基づいて誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）を決定することと、を含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
15. 前記１つ以上のコンポーネントは、第１の波長での光サービスチャネル（ＯＳＣ）（５０２、５０４）および第２の波長での光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）（３００）を含み、
    前記１つ以上の測定を実行することは、
    前記第１の波長および前記第２の波長のそれぞれを、同期した方法でまたは既知の遅延を伴って同じビットパターンで駆動することと、
    下流ノードでの前記第１の波長および前記第２の波長の受信に基づいて、前記光ファイバ上の分散を測定することと、を含む、請求項１０又は１１に記載の方法。

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