JPS59501479A - 受信パルス列の信号処理方法およびこの処理を実施する受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 受ｌＬ／’ｌルスア１０信号タ１叩ノテ法およびこの処理を実施する受信機 本発明は、特に雑音発生検波回路の入力に結合される出力端を持つ光ファイバを 通るパルスの広がり（ｂｒｏａｄｅｎ　ｉ　ｎｇ　）を測定するための、雑音発 生検波回路により受信される安定した、高い繰返し周波数ｆ、を持っパルス列の 離調失敗り（ｄｅｔｕｎｅｄ　ｓａｍｐｌｉｒ＋ｏ）方法に関するものである。

本発明は、多重モードの光フアイバ内におけるパルスの広がりを測定するのに特 に役立つ。パルスの広がりは分散とも呼ばれ、光パルスが光フアイバ内を伝搬さ れるときにパルス幅が増加する現象を包含するが、この現象は、実際にはファイ バが理想のパラメータによって作ることができないので、組合せて信号を構成す るいろいろな形のモードがファイバを通して少し異なる速度で伝搬されるという 事実に起因する。

パルスの広がりは、増加するパルスの広がりが減少する帯域幅に対応する点で電 気通信用ファイバの伝送容量を実質的に決定する。したがってこの測定が実際の 場所で＜１ｎｓｉｔｕ＞行なわれることが重要であるのは、ファイバの各細部分 の帯域幅を知ることに基づいて数個のスプライスからなる光ファイバの帯域幅を 推定することが実際には不可能だからである。

原則として、２つの異するパルスの広がり測定法がある（　２　） （例えば１９８０年発行のＮＢＳスペシャル　パブリヶーション５９７：光ファ イバ測定に関するテクニカル　ダイジェスト　シンポジウム、第４９〜５４頁参 照）。１つの方法は周波数掃引と呼ばれ、この場合は周期的に変化する周波数の 信号がファイバの入力に加えられる。送信信号の周波数はファイバの出力につい て分析され、またパルスの広がりについての情報は計算によって得ることができ る。たとえ位相差はこの方法によって実際に測定することができなくても、それ は長距離にわたって測定を行なう優れた方法であった。、なぜならば、パルス法 と呼ばれる他の方法は光ファイバの伸びにおける減衰が大きいときには信頼でき ないという欠点により高い評価が得られず、したがってこの方法はファイバの長 さ、従って減衰が比較的小さい実験室での測定に多く用いられるからである。こ の方法において減衰が問題となるのは、検波器の雑音が比較的大きいので信号／ 雑音比が劣るからである。検波器の雑音が直ちに減少されないのは、その検波器 が大ぎい帯域幅を有しているため、そのパルス・レスポンスが測定中に光ファイ バを通して送られるパルスと比較して小だからである。したがって既知のパルス 法の装置では、送出器（５ｅｎｄｅｒ）として高出力し〜ザを用いることによっ て不充分な信号／雑音比を補うことが企てられたが、高出力レーザは実際は通信 目的で使用される低出力レーザよりも著しく低い繰返し周波数でかつ他の波長で のみ作動し得る。したがってこの既知の測定法は、正常な通信操作に関係のある ファイバ特性を完全（３） に表わすことはできないであろう。

本発明の目的は、パルス列の信号処理方法であって、実際に電気通信に用いられ ているものと同じ形のレーザがパルス測定送出器に使用されるとき、これまでに 知られたパルス測定法が不適当であるような大きな減衰を持つ光ファイバの場合 でも、前述したパルス法にしたがって光ファイバの帯域幅を測定できる信号処理 方法を提供することである。

この目的は、受信信号が抜取られる離調周波数ｆ５が下記の式 （ここでｎは整数であり、八ｆはｆｒよりも大きさが数マグニチュード（５ｅｖ ｅｒａｌ　ｍａｇｎｉｔｕｄｅｓ）小さイ）ニより与えられること、および位相 検波回路によって制御される繰返し周波数を持つパルス発生器によって抜取り信 号が作られ、この位相検波回路には変位周波数△ｆを表わす基準信号が一部加え られ、周波数ｆ５で受信されて抜取られた信号から導かれかつ受信信号中の実質 的にすべての情報を含むに足りる帯域幅を持つ低周波信号が一部加えられること によって達成される。抜取り周波数が扱取りのために大きな信号／雑音比を持つ 低周波信号に変換された信号によってロックされるとき、ロッキングはたとえ受 信機の入力の信号、／雑音比がこれまでに許容されたよりも著しく小さくても有 効である。これは、今までに知られているパルス測定装置（４） における制限、すなわちこれらの装置で抜取りのために使用される１友取りオシ ロスコープの確実な起動（ｔｒｉｏｏｅｒｉｎｑ）を保証するために扱取りの前 に信号／雑音比が比較的大きくなければならないという制限を除去する。

受信信号と局部発振信号とを混合することはヘテロダイン技術から知られている が、この場合局部発振器の周波数は合成プロダクトに左右される（例えばドイツ 公開公報第３．４９７，７００号を参照のこと）。この技術は、パルス信号にお ける情報の有力な部分が失われるような比較的狭い中程度の周波数（ｍｅｄｉｕ ｍ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）範囲内での正弦波局部発振信号および帯域フィルタを 前提としている。例えば、光ファイバは１ｎｓのパルスの広がりに対応する３０ ０Ｍ　ＨＺの帯域幅を持つことができる。後で説明する測定周波数の例から、情 報は繰返しおよび変位の画周波数の最大４０調波（ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　）まで に含まれており、したがって中程度の周波数範囲内における帯域フィルタによる １つの調波のみを含むヘテロダイン技術が不適当であることがわかるであろう。

パルス抜取り信号が広帯域抜取り回路と共に使用されるとき、出力信号を形成す る繰返し周波数の調波列（第１Ａ図参照）は変位周波数の均等な調波列（ｈａｒ ＩＩｌｏｎｉｃ　ｒｏｗ）に変換され、この信号の低域フィルタは下記の説明に おいて例として与えられるマグニチュードの測定周波数が用いられるとき雑音の 有意義な減少を与えるであろう。

位相検波回路への基準信号は別の局部発振器によって作られ、またこれに関連し て制御パルス発生器は周波数合成（５） ｐＩ表昭５９−５０１４７９　（３） 回路網によるかもしれないが、基準信号は比較的小さな同調範囲を持つパルス発 振器に関してパルス発生器の出力周波数を分割することによって作られることが 望ましく、大部分の使用に関しては、この方法は所定の繰返し周波数、好ましく は８　Ｍ　ＨＺで実施されよう。

変位周波数Δｆが１０Ｈｚと　１００Ｈｚとの間になるように選択されるとき、 普通の低周波リアル−タイム　オシロスコープ上の低周波に変換された出力信号 の直接表示と、実際に生じるファイバ長さにわたって行なわれるべき測定につい ての受信機感度の十分な改良と、安定性に大きな問題のない回路の実現との間に 有利な兼ね合いが得られる。

本発明はまた、上記の本発明方法を実施するための受信機に関するものである。

この受信機は、安定した高い繰返し周波数ｆｒを持つ受信パルス列を抜取りかつ 信号処理するフィルタおよび光受信器からなる。このフィルタは、変位周波数Δ ［を表わす基準信号と検波器の追加入力で受信される信号との位相比較により扱 取り周波数ｆ、を調節するように設計された位相検波制御回路および後取り回路 からなる。

本発明の受信機の目的は、既知のパルス測定装置よりも著しく簡潔かつ安価に本 発明方法を実施するのを可能にすることである。これは、パルス発生器が下記の 式（ここでｎは整数である）が成立するように前記制御回路（６） によって制御されること、および、制御回路の追加入力が低域フィルタを軽で抜 取り回路の出力に接続されることによって達成される。

位相検波制御回路は２個の入力を備えることが望ましい。

すなわち１つの入力は受信機により受信された信号の扱取り型（ｓａｍｐｌｅｄ 　ｖｅｒｓｉｏｎ　）を受信する一方、位相検波制御回路の基準入力は分割比ｆ 、／Δｆを持つ周波数分割回路を経てパルス発生器の出力に接続されることに留 意すべきである。

ｎが小であるほど、信号／雑音比は大となる。下記の説明においてｎ＝１である ことが必要条件であり、これは受信機の信号／雑音比の最大増加を与える。恢取 りオシロスコープを用いる既知の装置ではこれに対応するような増加が得られな いのは、その最大抜取り周波数が代表的には１００Ｋ　ＨＺであり、これは好適 な８ＭＨ２の繰返し周波数によってｎ＝８０となるからである。

高周波パルス、整形回路が抜取りユニットの前に与えられ、かつのユニットの後 に低周波パルス整形回路が与えられると、前述した構造は１個のパルス整形回路 で実現できるよりも良好な様式で最適化することができる。

汲取りユニットの出力と位相検波制御回路の追加入力との間の接続に低周波パル ス整形回路を挿入すると、この点で最適の大きな信号／雑音比が得られ、さらに 受信機の入力の信号／１ｉ音化が極めて低い場合でも汰取りユニットの１友取り 精度を改良する。

（７） 本発明の好適な実施例を添付図面を参照して以下に詳しく説明する。

第１Ａ図、第１Ｂ図および第１Ｃ図は、第２図に示される回路に生じる信号の周 波数スペクトルの一部を示し、周波数はそれぞれｆ、、　ｆ、およびΔ［の単位 で表わされている。

第２図は本発明の詳細な説明するための回路の簡溜化されたブロック図を示す。

第３Ａ図および第３Ｂ図はそれぞれ本発明方法を実施する好適な装置としての送 出器および受信機を示す。

第１Ａ図および第１Ｂ図はパルス列の周波数スペクトルの部分を示し、この場合 繰返し周波数は例えばそれぞれｆ、＝８ＭＨ２およびｆ、＝　７．９９９９２Ｍ 　ＨＺである。第１パルス列が第２パルス列の繰返し周波数で扱取られるとき、 第１Ｃ図に示される低周波部分を持つスペクトルが生じ、基本周波数Δｆはこれ らのパルス列の繰返し周波数の差に相当する。好適な実施例では８０Ｈｚである 変位周波数Δ［はｆｒおよびｆ、よりも数マグニチュード小さいので、第１Ｃ図 は第１Ａ図および第１Ｂ図と違った目盛である。これらの周波数は例としてのみ 使用され、したがって本発明の使用の分野を制限するものではないことに留意す べきである。

本発明による信号処理ユニットの第２図に示されるブロック図は、扱取り周波数 ｆ５で、第１Ａ図に示されるスペクトルを持つことができる繰返し周波数ｆ、を 持つ入力信号を抜取るように設計されている抜取りユニット１からなり、この場 合抜取り信号はパルス発生器２によって作られかつ（８） 第１Ｂ図に示されたスペクトルを持つことができる。パルス発生器２は位相検波 回路４からの出力信号によって調節される調節式発振器３によって制御されるの で、となる。式中、ｎは整数であり、Δｆはｆｒよりも数マグニチュード小であ る。前述の通り、抜取りユニット１からの出力信号は、例えば８０Ｈｚである基 本周波数ｆ、−ｎｆ、を含む。この信号は振幅制限フィルタ５を介して位相検波 回路４の１つの入力に送信され、その回路の他の入力は周波数Δｆに調節された 局部発振器６に接続される。

第２図の回路によって与えられる利点は、恢取りユニット１の入力の信号／雑音 比が不十分なときでも、扱取り周波ｖｌｆ５がパルス繰返し周波数ｆ、に関して 極めて正確に制御されうろことである。これは、抜取り動作および扱取られた信 号の後続低域フィルタ動作が信号／雑音比の有意義な増加を伴い、それによって 丁度１００Ｍ　ＨＺまでの周波数で精密な抜取り周波数ｆ５を与えるという事実 による。第２図に示される回路では、この低域フィルタ動作は、最も普通の位相 検波回路に必要な振幅の制限をも生ぜしめる制限フィルタ５に含まれてもよい。

しかし、扱取られた信号の別な低域フィルタ動作を必要としない位相検波回路を 持つことも可能である。

第２図に示される回路は原則として、あらゆる可能な繰返し周波数ｆｒを許容す るが、これには、調節可能発振器３が広い周波数範囲を持つ比較的高価な周波数 合成回路網であること、および発振器６の周波数がすべての繰返し周波数で最適 の作動を与えるように変化されうろことが前提となる。回路の作動に関するもう １つの一般的必要条件は、繰返し周波数ｆｒが極めて正確なことであるが、その 理由はそれが扱取りにより位相安定でなければならずかつ位相検波回路４が扱取 り周波数ｆ５をロックし得るように発振器６の周波数よりも若干小さい変化によ って周波数安定でなければならないからである。

本発明は、上述の要求を満たすように比較的容易に作ることができる固定繰返し 周波数を大部分の測定で使用することができるような光フアイバ内の分散の測定 に関して特に有利である。かくして、第２図に示される回路は、例えば第３Ｂ図 の受信機に示すように、特例的に従ってより安価につくこともできる。

第３Ａ図および第３Ｂ図は、光ファイバ７による分散を測定する装置の送出器と 受信機をそれぞれ示す。送出器は短い光パルス（約０．７ｎＳ）をファイバ７に 送るように設計され、また受信機はファイバのパルス・レスポンスを検出するよ うに設計されている。できるだけ大きな測定精度を得ために、送られたパルスお よび受信機のパルス・レスポンスはいずれも、最小の感度を持つ受信機において 広い帯域幅を要求するファイバのパルス・レスポンスに比べて短くなければなら ない。第３Ｂ図に示される本発明の受信機の実施例によって、約２５ｄＢの信号 ／雑音比の改良が既（１０） 知の受信機を上回って得られる。

第３Ａ図に示される送出器は、図示の実施例において、周波数ｆｒが８ＭＨｚで ある安定発振器１７からなり、全周波数不信頼度は図示の実施例において約８０ Ｈ２であるΔｆよりもはるかに小さい。発振器１７は、レーザ１９の形式に依存 して２０〜５０１１１Ａの大きさのｏ、　Ｚｎｓ幅の電流パルスを発生するパル ス発生器１８を制御する。バイアス回路２０は、光パルスのピーク　レベルが一 定となるようにレーザ１９にバイアスを与える働きをする。光パルスは、モード 　スクランブラ２１および結合装置２２を介してその分散を測定すべき光ファイ バ７に送られる。送出器の前述した構成部品と同様、モード　スクランブラはそ れ自体既知であり、長いファイバ長に対して再現可能な測定を保証するに足りる ものである。・追加の結合装置は、ファイバが短い場合の測定および極端な再現 性が要求される場合の測定に必要となるかもしれない。

第３Ｂ図の受信機において、光ファイバ７は結合装置２３を介して、バイアス回 路２５に一部接続され、入力回路２６に一部接続されるなだれ検光器２４・に結 合されている。入力回路２６は既知の入力段として設計され、さらに受信機の過 負荷レベルを越えないように自動増幅調節を備えている。パルス整形回路２７お よび２８を一時考虜外にすると、受信機内の他の構成部品１１〜１６は原則とし て第２図の構成部品１〜６と比較することができる。かくて受信機は扱取りユニ ット１１、パルス発生器１２、制御発（１１） 振器１３、位相検波回路１４、フィルタ１５および周波数△ｆを発生する回路１ ６から構成される。第３Ｂ図の受信機は固定繰返し周波数ｆｒで受信するように 設計されているので、第２図の局部発振器は不要である。周波数Δｆは発振器１ ３の出力信号の周波数分割によって作られ、回路１６は周波数をｆ５．／△ｆの 比に分割するように設計されている。一定の繰返し周波数ｆ、により、発振器１ ３は比較的同調範囲の狭い普通の制御発振器とすることができ、その場合周波数 ｆ５は、第２図について説明された通り、位相検波回路１４からの出力信号によ って制御される。

第３Ｂ図に示される受信例は、扱取りオシロスコープと関連しかつ入力回路２６ の不十分な信号、／雑音比に起因する起動の問題を除去する。、扱取り周波数は 信号、／雑音比が大きい場合に出力信号によってロックされるので、受信機は電 気通信に常時使用される形式と同じ形式の低出力レーザ１９が送出器（第３Ａ図 ）に使用できるような入力回路２６における不十分な信号／雑音比によって作動 することができる。したがって、本発明の受信機は、光ファイバ７の普通の電気 通信動作に関連するパラメータを正確に測定させる。第３Ｂ図に示される受信殿 の扱取り周波数はさらに、比較的容易に１００ＭＨ２はどの高い値にすることが できるので、後取りは各パルス繰返し周期において行なうことができる。好適な 実施例では、パルス繰返し周波数は８ＭＨ２に選択されており、これは、高い周 波数がエネルギの最大可能量を伝送させる事実と、その周波数が相互に重（１２ ） 複せずに測定寸べき最大分散ファイバからのパルス・レスポンスより高くない事 実との間の得策な兼ね合いである。

８　Ｍ　ＨＺの繰返し周波数は、３４へ４ｂ７／ｓ信号の時間パルス周期の４倍 に相当する伝送パルス間隔を伴う。

通常、入力回路２６は最良と思われる信号／雑音比を与えるように設計されるが 、これは等化を必要とするようなパルスのひずみを引き起こす。本発明によれば 、扱取りユニット１１のそれぞれの側に置かれる２個のパルス整形回路２７およ び２８によって等化が得られる。これは、入力回路２６からの反動的ひずみを最 適に補償するのに極めて役立つことが判明している。したがって、パルス整形回 路２８からの出力信号が位相検波回路１４への入力信号として用いられ、さらに 制限器１５で随意的にフィルタされるとき、高い繰返し周波数に関して扱取り回 路をロックする回路の能力は一段と改良されるであろう。

回路２８からの出力信号はここでは約８０ＨｚであるΔｆの繰返し周波数を持１ 受信パルスを表わすので、出力信号は低周波リアル　タイム　オシロスコープに 直接表示することができる。しかし、出力信号はそれ自体既知の方法で、例えば フーリエ変換回路によって、さらに信号処理することも可能である。一般に、出 力信号は、さらに信号処理、記憶、プリントアウトなどのために、データ処理ユ ニットに送ることができる。

符表昭５９−５０１４７９（５） 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、特に雑音発生検波回路の入力に結合される出力端を持つ光ファイバを通るパ ルスの広がりを測定するための、雑音発生検波回路により受信される安定した、 高い繰返し周波数ｆｒを持つパルス列の離調抜取り方法において、（ここでｎは 整数であり、△ｆはｆ、よりも大きさが数マグニチュード小さい）により与えら れること、および、位相検波回路によって制御される繰返し周波数を持つパルス 発生器によって扱取り信号が作られ、この位相検波回路には変位周波数Δｆを表 わす基準信号が一部加えられ、周波数ｆ、で受信されて扱取られた信号から導か れかつ受信信号中の実質的にすべての情報を含むに足りる帯域幅を持つ低周波信 号が一部加えられることを特徴とする受信パルス列の信号処理方法。 ２、位相検波回路の基準信号がパルス発生器の出力周波数の分割によって作られ ることを特徴とする請求の範囲第１項記軟の方法。 ３、ｆ５＝ｆ、−Δｆであり、ここで八ｆは１０〜１００Ｈｚであり、好ましく はｆ５より５マグニチユード小さい値に相当することを特徴とする請求の範囲第 １項または第２項記載の方法。 ４　安定した、高い繰返し周波数ｆ、を持つ受信パルス列を（１４） 扱取りかつ信号処理するフィルタと光受信器とからなり、前記フィルタは変位周 波数△ｆを表わす基準信号と追加入力で受信される信号との位相比較によって抜 取り周波流するだめの受信機において、下記の式（ここでｎは整数である）とな るように前記制御回路によって制御されるパルス発生器を設けること、および、 前記制御回路の追加入力が低域フィルタを経て前記抜取り回路の出力に接続され ることを特徴とする受信機。 ５、分割比ｆ５．／Δｆを持つ周波数分割回路を設け、該回路は前記制御パルス 発生器の出力と前記位相検波制御回路の基準入力との間に接続されることを特徴 とする請求の範囲第４項記載の受信機。 ６、ｎが１０より小であることを特徴とする請求の範囲第４項記載の受信機。 ７、光受信器内の反動的ひずみに対するパルス整形回路を含む受信機であって、 扱取りユニットの前に高周波パルス整形回路が置かれかつ扱取りユニットの後に 低周波パルス整形回路が置かれることを特徴とする請求の範囲第４項記載の受信 機。 ８、前記低周波パルス整形回路が前記抜取りユニットの出力と前記位相検波制御 回路の追加入力との間の接続に挿（１５） 入されることを特徴とする請求の範囲第７項記載の受信機。 特表昭５９−５０１４７９　（２）