KR101174223B1 - 광선로 감시 시스템 및 그 시스템에 포함되는 감시 장치 - Google Patents

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Abstract

실용적인 구성으로 PON 시스템의 광선로를 감시하는 것을 가능하게 한다. 광선로 감시 시스템은, PON 시스템을 구성하는 분기형 광선로와, 분기형 선로의 국사(局舍) 측에 결합된 감시 장치를 구비한다. 감시 장치는 광원, 광분기기, 검출부, 제어부를 포함한다. 광원은 주기 p의 변조 신호에 의해 광주파수가 변조된 빗살 형상의 광파 코히런스 함수를 갖는 광을 출력한다. 광분기기는 광원으로부터 출력된 광을 감시광과 참조광으로 분기된다. 검출부는, 감시광이 분기형 광선로를 전파하는 동안에 발생한 반사광과 참조광이 서로 간섭해서 이루어지는 간섭광을 검출하여 전기 신호로 변환한다. 제어부는 주기 p를 변화시킴과 아울러, 그 주기 p와 검출부로부터 출력되는 전기 신호에 근거하여, 분기형 광선로에서의 감시광 전파 방향을 따른 반사율 분포를 구한다.

Description

광선로 감시 시스템 및 그 시스템에 포함되는 감시 장치{OPTICAL FIBER CIRCUIT MONITORING SYSTEM AND MONITORING DEVICE INCLUDED IN THIS SYSTEM}
본 발명은 광반사(optical reflectometry) 기술을 이용하여 광선로를 감시하는 시스템 및 그것에 포함되는 감시 장치에 관한 것이다.
광통신 시스템에 있어서, 광파이버 선로의 파단이나 전송 손실 증가 등의 고장을 검지하는 것은 중요하다. 특히, 가입자계의 광통신 시스템에서는, 광파이버 선로나 가입자 단말에서 파단이나 전송 손실 증가 등의 고장이 발생한 경우에, 신속히 고장 개소를 특정하여 복구하는 것이 요구되고 있다. 가입자계의 광통신 시스템에서는, PON(Passive Optical Network)라고 불리는 시스템이 보급되고 있다. PON 시스템에서는, 통신 사업자의 국사(局舍; central office)와 가입자의 접속을, 전화국으로부터 연장되는 제 1 광선로, 광분기기, 분기된 복수의 제 2 광선로에 의해 행한다. 이에 의해, 국사에 설치되는 국(局)측 단말 및 제 1 광선로의 1가입자 당 비용을 저감시키고 있다.
광통신 시스템에 있어서, 이러한 고장을 검지하기 위해서 광선로 감시 시스템이 마련되어 있다. 광선로 감시 시스템으로서는, 예컨대 Y. Enomoto et al.: J. Optical Networking, vol. 6 (2007) 408(비특허 문헌 1)에 기재된 시스템이 알려져 있다. 이 광선로 감시 시스템은, 광선로 감시 장치, 광선로에 마련된 반사 필터, 반사 필터의 설치 위치 등의 부설(敷設) 정보 등으로 이루어진다.
광선로 감시 장치는, 광반사 기술을 이용하는 것으로, 광파이버 선로 등의 측정 대상물에 있어서의 반사율 분포를 구하고, 피크나 단차 등의 반사율 분포의 특징점에 근거하여 그 측정 대상물에 있어서의 고장의 개소를 검지한다.(본 명세서에 있어서 특별히 단정하지 않는 한, 「반사광」은 프레넬 반사광 및 레일리 산란광을 가리키는 것으로 함.) PON 시스템에 있어서는 복수의 제 2 광선로로부터의 반사광을 동시에 수광하여, 개개의 제 2 광선로의 반사율 분포가 갖는 특징점을 구별해서 검출할 필요가 있다. 그 때문에, 광선로 감시 장치는 높은 공간 분해능으로 반사율 분포를 측정하는 것이 요구되고 있다.
광반사 기술로서, 펄스 형상의 감시광이 측정 대상물을 전파할 때에 생기는 반사광 강도의 시간 변화에 근거하여 반사율 분포를 측정하는 OTDR(Optical Time Domain Reflectometry)이 알려져 있다. OTDR로 높은 공간 분해능을 얻기 위해서는, 감시광의 펄스폭을 좁게 하는 것이 필요하다. 그리고, 감시광의 에너지 저하에 따르는 측정의 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)의 저하를 보상하기 위해서, 감시광의 파워를 높게 하는 것이 필요하다. 그런데, 감시광의 파워를 높게 하면, 측정 대상물에 있어서 유도 브릴루인(Brillouin) 산란 등의 비선형 광학 현상이 발현함으로써 측정 성능의 저하나 통신 신호로의 간섭이 생길 가능성이 있다. 따라서, OTDR에서는, 공간 분해능은 수 미터 정도로 제한된다.
한편, 다른 광반사 기술로서, OCDR(Optical Coherence Domain Reflectometry)도 알려져 있다(예컨대, K. Hotate and Z. He: J. Lightw. Technol., vol. 24 (2006) 2541(비특허 문헌 2), T. Saida and K. Hotate: IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 10 (1998) 573(비특허 문헌 3), Z. He and K. Hotate: J. Lightw. Technol., vol. 20 (2002) 1715(비특허 문헌 4)). OCDR에서는, 광주파수가 변조되어 빗살 형상의 광파 코히런스 함수를 갖는 감시광이 측정 대상물을 전파할 때에 생기는 반사광과, 감시광의 일부를 분기시켜 출력한 참조광과의 간섭의 크기가, 양쪽 광 사이의 지연 시간차에 의존하는 것을 이용하여, 측정 대상물에 있어서의 특정 위치에서의 반사율을 측정한다. 또한, OCDR에서는, 감시광에 있어서의 광주파수 변조의 간격을 변화시키는 등에 의해, 반사율을 측정하는 위치를 변화시켜서, 측정 대상물에 있어서의 반사율 분포를 구한다. OCDR에서는, OTDR와 비교하면 높은 공간 분해능을 얻을 수 있다. 비특허 문헌 2에는, 예컨대 5㎞ 떨어진 반사점을 19㎝의 공간 분해능으로 측정할 수 있는 것이 나타내어져 있다.
광파 코히런스 함수는, 시각 t를 변수로 하는 함수인 광의 전기장 V(t)의 자기 상관 함수<V(t)ㆍV*(t-τ)>를 광강도로 규격화한 것이며, 광파워 스펙트럼의 푸리에 변환을 광강도로 규격화한 것이다. 전기장 V(t)의 광이 2분기되고, 이들 2개의 분기광 사이의 지연 시간차가 τ이라고 했을 때, 이들 2개의 분기광의 간섭 줄무늬의 크기는, 그 광의 광파 코히런스 함수의 실수부에 의해 표시된다. 또한, 광파 코히런스 함수의 절대값은 가간섭도라고 불리고, 간섭의 크기를 나타낸다.
OCDR에서 이용되는 감시광의 구체예는, 광주파수를 일정 시간 간격으로 차례로 f0, f0+fs, f0-fs, f0+2fs, f0-2fs, f0+3fs, f0-3fs, … 라는 바와 같이 변조된 광, 혹은, 변조 주파수 fs에 의해 광주파수를 정현파 형상으로 변조한 광이다. 이와 같이 광주파수가 변조된 감시광의 광파 코히런스 함수는, fsτ가 정수일 때에 델타 함수와 유사한 형상의 피크(코히런스 피크)를 갖는다. 즉, 이들 감시광은 빗살 형상의 광파 코히런스 함수를 갖는다. fs가 변화되면, 코히런스 피크의 위치도 변화된다.
빗살 형상의 광파 코히런스 함수는 간격(1/fs)으로 배치되는 복수의 코히런스 피크를 갖는다. 그 중 하나의 코히런스 피크가 측정 대상물 중의 피측정 구간에 존재하도록, 코히런스 피크의 배치의 간격(1/fs)보다 짧은 시간폭의 게이트가 감시광의 부족으로 인해 감시광의 펄스가 잘려진다.
비특허 문헌 2에는, OCDR에 의해 측정가능한 거리 범위를 확대하는 기술이 기재되어 있다. 이 기술에서는, 광원을 주기적으로 주파수 변조함으로써 다수의 빗형상의 코히런스 피크를 가지는 광파 코히런스 함수를 갖는 광을 발생시키고, 이 광을 펄스화함으로써, 단일의 코히런스 피크를 갖는 광파 코히런스 함수로 하고 있다. 또한, 참조 광로 중에 마련되는 지연 파이버를 전환함으로써 참조광의 지연 시간을 변화시키거나, 지연선을 포함한 루프 회로에 참조광을 전파시키거나 함으로써, 감시광에 대한 참조광의 지연 시간을 변화시켜서, 지연 시간이 광원의 코히런스 시간으로 되도록 하고 있다. 그에 따라, 대략 킬로미터의 긴 거리 범위를 측정하는 것을 가능하게 하고 있다.
또한, 비특허 문헌 3에도, OCDR에 의해 측정가능한 거리 범위를 확대하는 기술이 기재되어 있다. 이 기술에서는, 광원의 출력광의 코히런스 길이를 넘는 거리 범위에 광파 코히런스 함수의 코히런스 피크가 존재하도록 광주파수 변조 주기를 선택함으로써, 측정가능한 거리 범위를 확대하고 있다. 예로서, 코히런스 길이가 60m인 광원을 100kHz±10kHz의 변조 주기로 주파수 변조함으로써, 약 1㎞ 간격의 코히런스 피크를 생성하여, 약 5㎞ 떨어진 반사광을 측정할 수 있다고 되어 있다.
[선행기술문헌]
[비특허 문헌]
비특허 문헌 1: Y. Enomoto et al.: J. Optical Networking, vol. 6 (2007) 408.
비특허 문헌 2: K. Hotate and Z. He: J. Lightw. Technol., vol. 24 (2006) 2541.
비특허 문헌 3: T. Saida and K. Hotate: IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 10 (1998) 573.
비특허 문헌 4: Z. He and K. Hotate: J. Lightw. Technol., vol. 20 (2002) 1715.
본 발명의 목적은, 실용적인 구성으로 PON 시스템의 광선로를 감시하는 것이 가능한 광선로 감시 시스템 및 감시 장치를 제공하는 것이다.
목적을 달성하기 위해서, 2개의 단(端)을 갖는 제 1 광선로와, 2개의 단을 갖는 복수의 제 2 광선로와, 제 1 광선로의 제 1 단을 복수의 제 2 광선로의 제 1 단에 결합하는 제 1 광분기기를 포함하는 분기형 광선로와, 제 1 광선로의 제 2 단에 결합된 감시 장치를 구비하는 광선로 감시 시스템이 제공된다. 이 시스템에 있어서, 감시 장치는 광원, 제 2 광분기기, 검출부, 제어부를 포함한다. 광원은, 주기 p의 변조 신호에 의해 광주파수가 변조된 빗살 형상의 광파 코히런스 함수를 갖는 광을 출력한다. 제 2 광분기기는, 광원으로부터 출력된 광을 감시광과 참조광으로 분기하여 출력한다. 검출부는, 제 2 광분기기로부터 출력된 감시광이 분기형 광선로를 전파하는 동안에 발생한 반사광과 제 2 광분기기로부터 출력된 참조광이 서로 간섭해서 이루어지는 간섭광을 검출하여 전기 신호로 변환해 출력한다. 제어부는, 주기 p를 변화시킴과 아울러, 그 주기 p와 검출부로부터 출력되는 전기 신호에 근거하여, 분기형 광선로에서의 감시광 전파 방향을 따른 반사율 분포를 구한다.
복수의 제 2 광선로 중 적어도 하나는 반사부를 갖고, 감시 장치는, 반사부와 감시 장치 사이의 거리의 정보가 기록된 기록 장치를 포함해도 좋다. 감시 장치는 반사부에서 반사된 감시광을 9㎝ 이하의 공간 분해능으로 검출하는 것이 적합하다. 또한, 복수의 반사부는 감시광을 파장 선택적으로 반사하는 반사기이며, 반사기의 반사율[dB]은, 제 1 광분기기의 분기수를 N으로 하고
[수 1]
Figure 112010065111425-pct00001
보다 큰 것이 적합하다.
감시 장치는, 제 2 광분기기로부터 출력된 감시광을 입력받아, 일정 주기 T로 제 1 게이트폭 w1의 기간의 상기 감시광을 선택적으로 출력하는 감시광 게이트부를 더 구비하고, 검출부는, 감시광 게이트부로부터 출력된 감시광이 광선로를 전파할 때에 발생한 반사광과 제 2 광분기기로부터 출력된 참조광이 서로 간섭해서 이루어지는 간섭광의 강도를 나타내는 전기 신호 중, 일정 주기 T로 제 2 게이트폭 w2 기간의 상기 전기 신호의 특정 주파수 대역인 것을 선택적으로 출력해도 좋다. 이 경우, 검출부가, 간섭광의 강도에 따른 값의 전기 신호를 출력하는 광전 변환부와, 광전 변환부로부터 출력된 전기 신호를 입력받아, 일정 주기 T로 제 2 게이트폭 w2 기간의 상기 전기 신호를 선택적으로 출력하는 전기 신호 게이트부를 포함해도 좋다. 또한, 주기 p, 제 1 게이트폭 w1 및 제 2 게이트폭 w2가 「w1+w2<2p」로 되는 관계를 만족시키는 것이 적합하며, 검출부에서의 특정 주파수 대역이, m을 임의의 정수로 하고, m/p로 되는 주파수를 포함하지 않는 것이 적합하다.
발명의 다른 형태로서, 광원, 광결합기, 감시광 게이트부, 검출부, 제어부를 포함하는 광선로 감시 장치가 제공된다. 광원은, 주기 p의 변조 신호에 의해 광주파수가 변조된 빗살 형상의 광파 코히런스 함수를 갖는 광을 출력한다. 광결합기는, 광원으로부터 출력된 광을 감시광과 참조광으로 분기하여 출력한다. 감시광 게이트부는, 광결합기로부터 출력된 감시광을 입력받아, 일정 주기 T로 제 1 게이트폭 w1 기간의 상기 감시광을 선택적으로 출력한다. 검출부는, 감시광 게이트부로부터 출력된 감시광이 광선로를 전파할 때에 발생한 반사광과 광결합기로부터 출력된 참조광이 서로 간섭해서 이루어지는 간섭광의 강도를 나타내는 전기 신호 중, 일정 주기 T로 제 2 게이트폭 w2 기간의 상기 전기 신호의 특정 주파수 대역인 것을 선택적으로 출력한다. 제어부는, 주기 p를 변화시킴과 아울러, 그 주기 p와 검출부로부터 출력되는 전기 신호에 근거하여, 광선로에서의 감시광 전파 방향에 따른 반사율 분포를 구한다.
검출부가, 간섭광의 강도에 따른 값의 전기 신호를 출력하는 광전 변환부와, 광전 변환부로부터 출력된 전기 신호를 입력받아 일정 주기 T로 제 2 게이트폭 w2 기간의 상기 전기 신호를 선택적으로 출력하는 전기 신호 게이트부를 포함해도 좋다. 주기 p, 제 1 게이트폭 w1 및 제 2 게이트폭 w2가 「w1+w2<2p」로 되는 관계를 만족시키고 있는 것이 적합하다. 또한, 검출부에서의 특정 주파수 대역이, m을 임의의 정수로 하고, m/p로 되는 주파수를 포함하지 않는 것이 적합하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광선로 감시 장치를 구비하는 광선로 감시 시스템을 나타내는 개념도,
도 2(a), (b), (c), (d) 영역 각각은, 직접 변조 신호 A, 외부 변조 신호 B, 감시광 게이트 신호 C, 전기 신호 게이트 신호 D의 파형을 나타내는 그래프,
도 3(a) 영역은 반사광과 참조광의 상관을 나타내는 그래프, (b) 영역은 감시광 게이트 신호 C와 전기 신호 게이트 신호 D의 중첩을 나타내는 그래프, (c) 영역은 반사광의 검출 감도를 나타내는 그래프,
도 4(a) 영역은, 반사광과 참조광의 상관이 높아지는 위치 z1로부터의 반사광에 의한 간섭 신호의 스펙트럼을 나타내는 그래프, (b) 영역은, 반사광과 참조광의 상관이 낮아지는 위치 z2로부터의 반사광에 의한 간섭 신호의 스펙트럼을 나타내는 그래프,
도 5는 도 4(a) 영역의 그래프의 파선으로 둘러싼 부분을 확대해서 나타내는 그래프로서, (a) 영역은 게이트 신호 D 및 게이트 신호 C 각각의 주기 T가 직접 변조 신호 A의 주기 p의 정수배인 경우, (b) 영역은 게이트 신호 D 및 게이트 신호 C 각각의 주기 T가 주기 p의 정수배가 아닌 경우를 나타내고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광선로 감시 장치를 구비하는 광선로 감시 시스템을 나타내는 개념도.
종래의 광선로 감시 시스템은, 비특허 문헌 1~4에 기재된 광선로 감시 시스템을 포함해서, 가입자계 PON 시스템에 있어서의 광파이버 선로의 감시에 적용하는 것이 어려웠다. 그것은 이하의 이유에 의한다.
첫 번째로, 비특허 문헌 1에 기재된 광선로 감시 시스템에서는, 감시 장치에 OTDR를 이용하고 있기 때문에, 공간 분해능이 2m로 낮았다. 그 때문에, 복수의 제 2 광선로 사이에서 감시 장치로부터 반사 필터까지의 거리가 서로 2m 이내로 되면 반사 피크가 겹쳐서 구별할 수 없게 되는 문제가 있었다. 또한, 이 문제를 회피하기 위해서 제 2 광선로의 길이가 서로 2m 이상 상이하도록 부설(敷設)하고자 하면, 최대 2m의 여유 길이를 수납할 공간을 준비해야 되어, 공간이 적은 집합 주택 등에서는 부설이 곤란하였다.
두 번째로, OCDR 기술을 감시 장치에 이용하는 경우는, 측정 가능 거리 범위의 확대가 과제이었다. 일반적으로 가입자계 광통신 시스템에서는 광파이버 선로의 선로 길이가 1~20㎞ 정도이기 때문에, 비특허 문헌 2, 3에 기재된 기술과 같이 측정 가능 거리 범위를 확대하는 것이 필요하게 된다.
그러나, 비특허 문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 광원으로부터의 출력광을 펄스화함과 아울러 루프 회로(지연 파이버)를 포함한 참조 광로에 참조광을 전파시키고, 또한 지연 파이버를 전환하는 방식에서는, 측정 가능 거리 범위/코히런스 길이의 비보다 큰 개수의 지연 파이버를 준비할 필요가 있다. 또한, 지연 파이버의 길이도 감시 대상의 광선로와 동일한 정도로 길어야 한다. 그 때문에, 다수의 긴 지연 파이버가 필요하게 되어 측정 장치가 대형화, 고비용화하여, 실용성이 저하되어 버린다.
또한, 비특허 문헌 2에 기재되어 있는 방식에서는, 루프 회로를 전파할 때의 참조광의 손실을 보상하기 위해서 광증폭기가 필요하게 된다. 그 때문에, 광원으로부터의 출력광의 파장은, 광증폭기에 의한 광증폭이 가능한 파장으로 제한된다. 한편, 실제의 가입자계 광통신 시스템에서는, 1.26㎛~1.62㎛의 파장의 광이 통신에 사용되기 때문에, 감시광은 그 이외의 파장일 필요가 있다. 또한, 실제의 광통신 시스템에서 널리 이용되고 있는 ITU-TG.652에 준거한 싱글 모드 광파이버에서는, 파장 1.26㎛보다 짧은 파장의 광은 고차 모드의 영향 때문에 감시에 적합하지 않고, 또한, 파장 1.7㎛보다 긴 파장의 광은 구부림 손실(bend loss) 때문에 감시에 적합하지 않다. 따라서, 1.62㎛~1.7㎛의 파장의 광을 감시에 이용하는 것이 바람직하지만, 이 파장대에서는 EDFA(Er-Doped Fiber Amplifier) 등의 일반적인 광증폭기를 이용할 수 없기 때문에, 지연선 루프 회로를 실현하는 것은 곤란하다.
또한, 비특허 문헌 3에 기재되어 있는 수법에서는, 광원으로부터의 출력광이 펄스화되어 있지 않기 때문에, 광파 코히런스 함수의 코히런스 피크가 측정 가능 거리 범위 내에 복수 존재한다. 따라서, 복수의 위치로부터의 반사광이 합쳐져서 검출되기 때문에, 반사점의 위치를 특정할 수 없다.
또한, 가령 비특허 문헌 2, 3의 각 방법을 조합하여 광원으로부터의 출력광을 펄스화했다고 하면, 광파 코히런스 함수의 코히런스 피크를 하나로 한정하는 것은 가능하다. 그러나, 코히런스 피크의 차수(=변조 주기에 대한 지연 시간차의 비)가 일정하기 때문에, 넓은 거리 범위를 측정할 수 없다.
이하에서, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조해서 설명한다. 도면은 예시를 위한 것이며, 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 도면에 있어서, 동일한 부호는 동일한 부분을 나타내고, 이에 따라서 중복되는 설명은 생략한다.
(제 1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광선로 감시 장치(13A)를 구비하는 광선로 감시 시스템(1A)을 나타내는 개념도이다. 광선로 감시 시스템(1A)은 국사(10A)에 마련된 국측 단말(OLT)(11)과 N개의 가입자 단말(ONU)(211~21N)이 광분기기(20)를 사이에 두고서 서로 광파이버 선로에 의해 광학적으로 접속되어 있어, 국측 단말(11)과 각 가입자 단말(21n) 사이에서 광통신을 행하는 것이다. 여기서, N은 2 이상의 정수이고, n은 1 이상 N 이하의 각 정수이다. 광선로 감시 시스템(1A)의 형태는 PON(Passive Optical Network)라고 불린다. 분기수 N은 4~32가 전형적이다.
국사(10A)에는, 국측 단말(11) 외에 광결합기(12) 및 광선로 감시 장치(13A)가 마련되어 있다. 국측 단말(11)과 광결합기(12)는 광파이버 선로(31)에 의해 광학적으로 접속되어 있다. 또한, 광결합기(12)에는 광선로 감시 장치(13A)도 광학적으로 접속되어 있다. 광결합기(12)와 광분기기(20)는 제 1 광선로(32)에 의해 광학적으로 접속되어 있다. 광분기기(20)와 각 가입자 단말(21n)은 제 2 광선로(33n)에 의해 광학적으로 접속되어 있다.
제 1 광선로 및 제 2 광선로는, 바람직하게는 ITU-T G.652 준거의 싱글 모드 광파이버로 구성된다. 각 제 2 광선로(33n) 상의 가입자 단말(21n) 근처에는, 통신광을 투과시키고 감시광을 반사시키는 광필터(22n)가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 일반적으로는 통신광으로서 1.26㎛~1.62㎛의 파장의 광이 이용되기 때문에, 감시광으로서는 1.65㎛대(1.64~1.66㎛)의 광을 이용하는 것이 바람직하고, 따라서 광필터도 1.65㎛대의 광을 선택적으로 반사하는 필터인 것이 바람직하다. 이러한 광필터는 파이버 그레이팅(fiber grating) 등에 의해 실현할 수 있다.
광선로 감시 장치(13A)는 OCDR 측정을 행하여 측정 대상물(제 1 광선로(32), 광분기기(20), 제 2 광선로(33n), 광필터(22n), 가입자 단말(21n))을 감시한다. 광선로 감시 장치(13A)는 광원(41), 강도 변조기(42), 광분기기(43), 감시광 게이트부(44), 광서큘레이터(45), 편파 변조기(46), 지연 광파이버(47), 광결합기(51), 밸런스 검파기(52), 제 1 필터(53), 전기 신호 게이트부(54), 제 2 필터(55), RF 검파기(56), AD 변환기(57), 제어부(61A) 및 신호 발생기(62~65)를 구비한다.
광원(41)은 출력광의 광주파수를 변조할 수 있는 것으로서, 예컨대 반도체 DFB 레이저 광원이나, 외부 공진기가 부착된 반도체 레이저 광원 등이다. 광원(41)은 신호 발생기(62)로부터 출력되는 주기적인 직접 변조 신호 A를 입력받고, 이 직접 변조 신호 A에 근거하여 광주파수가 주기적으로 변조된 광을 출력한다. 이 광원(41)으로부터의 출력광은 빗살 형상의 광파 코히런스 함수를 갖는다.
강도 변조기(42)는 신호 발생기(63)로부터 출력되는 주기적인 외부 변조 신호 B를 입력받고, 이 외부 변조 신호 B에 근거하여 광원(41)으로부터의 출력광을 강도 변조하여 출력한다. 외부 변조 신호 B는 직접 변조 신호 A에 동기한 주기적인 신호이다. 이 강도 변조기(42)로부터의 출력광은, 강도 변조에 의해서 광스펙트럼이 정형된 것으로 되고, 광파 코히런스 함수에 포함되는 노이즈가 저감된 것으로 된다.
광분기기(43)는 광원(41)으로부터 출력되고 필요에 따라 강도 변조기(42)에 의해 강도 변조된 광을 입력받고, 이 입력광을 감시광과 참조광으로 2분기하여, 그 중 감시광을 감시광 게이트부(44)로 출력하고, 참조광을 편파 변조기(46)로 출력한다.
감시광 게이트부(44)는 광분기기(43)로부터 출력된 감시광을 입력받고, 또한, 신호 발생기(64)로부터 출력된 감시광 게이트 신호 C도 입력받는다. 감시광 게이트 신호 C는 일정 주기 T로 게이트폭 w1의 펄스를 갖는 주기적인 신호이다. 게이트폭 w1은 직접 변조 신호 A의 변조 주기와 거의 같다. 감시광 게이트부(44)는, 게이트폭 w1의 펄스의 기간만, 광분기기(43)로부터 출력된 감시광을 광서큘레이터(45)로 출력한다.
광서큘레이터(45)는 감시광 게이트부(44)로부터 펄스화되어 출력된 감시광을 입력받고, 그 감시광을 광결합기(12)로 출력한다. 또한, 광서큘레이터(45)는 광결합기(12)로부터 도달한 광을 입력받고, 그 광을 광결합기(51)로 출력한다.
광서큘레이터(45)로부터 출력된 감시광은 광결합기(12)를 거쳐서 제 1 광선로(32)로 송출되고, 또한, 제 1 광선로(32), 광분기기(20), 제 2 광선로(33n)을 거쳐서 광필터(22n)에 도달한다. 이 감시광의 전파시에 발생하는 반사광(프레넬 반사광이나 레일리 산란광)은, 감시광의 전파 경로와 역방향의 경로를 따라, 광결합기(12) 및 광서큘레이터(45)를 거쳐서 광결합기(51)에 입력된다. 이때, 각 제 2 광선로(33n) 상의 가입자 단말(21n) 근처에 광필터(22n)가 배치되어 있는 것에 의해, 반사광의 파워가 커져서, OCDR 측정의 SN비가 개선되고, 측정 시간이 단축되기 때문에 바람직하다.
특히, 광필터의 반사율 R은 광분기기의 분기수를 N으로 하고,
[수학식 2]
Figure 112010065111425-pct00002
를 만족시키는 것이 바람직하다. 여기서 R0는, 광서큘레이터, 광결합기(12), 제 1 광선로 및 광분기기에 있어서의 내부 반사율이며, 전형적으로는 -40dB이다. 상기 식을 만족시키는 것에 의해, 광필터에서 반사되어 감시 장치에 도달하는 반사광의 파워는, 광분기기의 상류(감시 장치측)에서의 의도하지 않은 반사에 의해 생긴 반사광의 파워에 비해서 커진다. 따라서, 광분기기 상류에서의 의도하지 않은 반사에 의한 잡음의 영향이 상대적으로 저감되어, 측정 시간이 단축된다.
광분기기(43)와 광결합기(51) 사이의 참조광의 광로에 지연 광파이버(47)가 마련되어 있는 것이 바람직하다. 지연 광파이버(47)는, 광서큘레이터(45)로부터 광결합기(51)에 입력되는 반사광(감시광의 복귀광)과, 광분기기(43)로부터 광결합기(51)에 입력되는 참조광 사이의 지연 시간을 설정한다. 측정하는 거리 범위 내의 임의의 위치에서 감시광이 반사되어서 발생한 반사광과 참조광 사이의 지연 시간이, 광원(41)의 출력광의 코히런스 시간보다 길어지도록, 지연 광파이버(47)의 길이를 설정하는 것이 바람직하다. 지연 시간이 코히런스 시간보다 긴 범위에서는 공간 분해능은 대략 일정값으로 되기 때문에, 지연 시간을 상기한 바와 같이 설정함으로써, 측정 범위 내에서의 공간 분해능의 편차를 저감할 수 있다.(덧붙여서 말하면, 지연 시간이 코히런스 시간보다 짧은 범위에서는, 지연 시간이 커짐과 아울러 공간 분해능은 낮아진다.)
광분기기(43)와 광결합기(51) 사이의 참조광의 광로에 편파 변조기(46)가 마련되어 있는 것도 바람직하다. 편파 변조기(46)는 광분기기(43)로부터 출력된 참조광을 입력받고, 그 참조광의 편파 상태를 변경하여 출력한다. 반사광과 참조광을 서로 간섭시켜서 검출할 때, 참조광의 편파 상태를 변경하면서 측정을 행하고, 복수의 편파 상태에서 측정한 결과에 대하여 평균화 등의 연산 처리를 실시하여, 편파 상태에 의존하지 않는 측정 결과를 얻는 것이 바람직하다. 또한, 참조광을 대신하여 반사광측의 편파 상태를 변경하도록 편파 변조기를 마련해도 좋다.
광결합기(51)는, 광서큘레이터(45)로부터 출력된 반사광을 입력받음과 아울러, 광분기기(43)로부터 출력된 참조광을 입력받고, 이들 입력받은 반사광과 참조광을 결합하여 밸런스 검파기(52)로 출력한다. 광결합기(51)로서 예컨대 3dB 커플러가 이용된다.
밸런스 검파기(52)는 광결합기(51)에 의해 결합된 반사광 및 참조광을 입력받고, 이들 반사광과 참조광이 중첩한 간섭광의 강도를 나타내는 전기 신호를 제 1 필터(53)로 출력한다. 즉, 밸런스 검파기(52)는 간섭광의 강도에 따른 값의 전기 신호를 출력하는 광전 변환부로서 작용한다.
제 1 필터(53)는 밸런스 검파기(52)로부터 출력되는 전기 신호를 입력받아, 이 전기 신호에 포함되는 불필요 잡음을 제거하고, 그 제거 후의 전기 신호를 전기 신호 게이트부(54)로 출력한다. 제 1 필터(53)는 입력받은 전기 신호의 직류 성분을 제거하는 필터인 것이 바람직하다. 직류 성분의 잡음은 광결합기(51) 및 밸런스 검파기에 있어서의 밸런스의 오차에 의해서 발생하지만, 이것을 제 1 필터(53)에 의해 제거함으로써, 후단의 전기 신호 게이트부(54)에 있어서의 잡음 발생량을 저감할 수 있다.
전기 신호 게이트부(54)는 제 1 필터(53)를 거친 전기 신호를 입력받고, 또한, 신호 발생기(65)로부터 출력된 전기 신호 게이트 신호 D도 입력받는다. 전기 신호 게이트 신호 D는, 일정 주기 T로 게이트폭 w2의 펄스를 갖는 주기적인 신호이다. 전기 신호 게이트 신호 D의 주기 T는 감시광 게이트 신호 C의 주기 T와 같다. 전기 신호 게이트 신호 D의 펄스 중심은, 감시광 게이트 신호 C의 펄스 중심에 대하여 게이트 지연 시간 d만큼 지연된다.
전기 신호 게이트부(54)는, 게이트폭 w2의 펄스의 기간만, 제 1 필터(53)로부터 출력된 전기 신호를 제 2 필터(55)로 출력한다. 전기 신호 게이트부(54)로부터 제 2 필터(55)로 출력되는 전기 신호는 펄스 신호로 된다. 전기 신호 게이트부(54)로서는, 전기 신호 게이트 신호 D의 레벨에 따라 온/오프 동작하는 연산 증폭기 회로가 이용된다.
제 2 필터(55)는 전기 신호 게이트부(54)로부터 출력된 펄스 형상의 전기 신호를 입력받고, 그 입력받은 전기 신호의 특정 주파수 대역의 것을 선택적으로 RF 검파기(56)로 출력한다. 제 2 필터(55)에 있어서의 상기 특정 주파수 대역은, 전기 신호 게이트 신호 D의 반복 주파수 f(=1/T)의 정수배의 주파수 nf(단 n은 자연수)를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 특히, 상기 특정 주파수 대역은 f(=1/T)의 반정수배(half-integer multiple)의 주파수를 포함하고 f/2 이하의 대역폭을 가지는 것이 바람직하다. 전기 신호 게이트부(54)에 입력되는 신호는, 직류 및 1/p의 정수배의 주파수에 잡음을 가지고 있고, 이 잡음이 전기 신호 게이트부를 통과함으로써, f의 정수배의 주파수에 잡음이 확산한다. 그러나, 상기한 바와 같이 주파수 대역을 설정함으로써, 전기 신호 게이트부(54)에 있어서 발생하는 잡음의 영향을 저감할 수 있어, 측정의 SN비를 개선할 수 있고, 측정 시간을 단축할 수 있다.
RF 검파기(56)는 제 2 필터(55)로부터 출력되는 전기 신호를 입력받고, 간섭 성분의 크기에 상당하는 전기 신호로 변환하여 AD 변환기(57)로 출력한다. AD 변환기(57)는 RF 검파기(56)로부터 출력되는 전기 신호를 입력받고, 이 전기 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하여, 이 디지털 신호를 제어부(61A)로 출력한다. 이 디지털 신호의 값은, 광원(41)에 있어서의 광주파수 변조의 주기 p 및 게이트 지연 시간 d에 의해 결정되는 광선로 상의 위치 z에서 발생한 반사광의 파워를 나타낸다.
제어부(61A)는 AD 변환기(57)로부터 출력된 디지털값을 입력받고, 이 디지털값과 위치 z를 서로 관련시켜서 기억한다. 제어부(61A)는 신호 발생기(62~65) 각각을 제어하여, 신호 발생기(62)로부터 출력되는 직접 변조 신호 A의 변조 주기 p, 신호 발생기(63)로부터 출력되는 외부 변조 신호 B의 변조 주기(p의 정수분의 1), 신호 발생기(64)로부터 출력되는 감시광 게이트 신호 C의 주기 T 및 게이트폭 w1, 신호 발생기(65)로부터 출력되는 전기 신호 게이트 신호 D의 주기 T 및 게이트폭 w2, 및, 게이트 지연 시간 d를 지정한다. 이에 의해, 제어부(61A)는 측정 대상인 광선로 상의 측정 위치 z를 지정하고, 그 위치 z에서 발생한 반사광의 파워를 나타내는 디지털값을 AD 변환기(57)로부터 취득한다. 그리고, 제어부(61A)는 광선로에서의 감시광 전파 방향을 따른 반사율 분포를 구한다.
또한, 제어부(61A)는 기록 장치(71)에 접속되어 있다. 기록 장치(71)에는, 감시 장치로부터 광필터(22n)의 각각까지의 거리나, 건물의 명칭이나 건물 내에서의 위치 등의 광필터 및 가입자 단말의 설치 위치의 정보가 저장되어 있다. 사전에 준비된 광필터(22n)까지의 거리의 정보와 반사율 분포 중의 반사율 피크의 거리를 대조하여, 각 광필터(22n)로부터의 반사광이 검출되었는지 여부를 판정한다. 그리고, 제어부(61A)는, 반사광이 검출되지 않은 가입자 단말이 있는 경우는, 그 가입자 단말이 소속하는 가입자측 광파이버에 단선 등의 이상이 있다고 판정하여, 이상을 표시한다. 또한, 제어부(61A)에서는 광필터까지의 거리 정보에 근거하여, 광필터의 근방에 한정하여 OCDR 측정을 행하고, 광필터로부터의 반사광의 유무나 반사율의 크기를 아는 것에 의해, 그 광필터가 속하는 제 2 광선로의 이상의 유무를 신속히 조사할 수 있다.
다음에, 도 2~도 5를 이용하여, 신호 발생기(62)로부터 광원(41)에 인가되는 직접 변조 신호 A, 신호 발생기(63)로부터 강도 변조기(42)에 인가되는 외부 변조 신호 B, 신호 발생기(64)로부터 감시광 게이트부(44)에 인가되는 감시광 게이트 신호 C, 신호 발생기(65)로부터 전기 신호 게이트부(54)에 인가되는 전기 신호 게이트 신호 D, 및, RF 검파기(56)로부터 출력되는 전기 신호, 등에 대해서 설명한다.
도 2(a), (b), (c), (d) 영역 각각은, 직접 변조 신호 A, 외부 변조 신호 B, 감시광 게이트 신호 C, 전기 신호 게이트 신호 D의 파형을 나타내는 그래프이다. 도 3(a) 영역은 반사광과 참조광의 상관을 나타내는 그래프, (b) 영역은 감시광 게이트 신호 C와 전기 신호 게이트 신호 D의 중첩(펄스 윈도우)을 나타내는 그래프, (c) 영역은 반사광의 검출 감도를 나타내는 그래프이다.
도 2(a) 영역에 도시되는 바와 같이, 직접 변조 신호 A는 주기 p를 갖는 신호로서, 광원(41)으로부터의 출력광을 광주파수 변조하기 위한 신호이다. 주기 p는 광선로에서의 측정 위치 z를 규정한다. 측정 대상인 광선로의 위치 z에서 반사ㆍ산란되어서 발생한 반사광(감시광의 복귀광)의 참조광에 대한 지연 시간차 τ가 (1)식
Figure 112010065111425-pct00003
의 조건을 만족시킬 때에, 그 위치로부터의 반사광과 참조광의 변조의 위상이 동기하여 반사광과 참조광의 상관이 높아진다(도 3(a) 영역 중 위치 z1). 한편, (1)식의 조건을 만족시키지 않는 위치에서 반사ㆍ산란되어서 발생한 반사광은 참조광과의 상관이 낮다(도 3(a) 영역 중 위치 z2).
도 4(a) 영역은, 반사광과 참조광의 상관이 높아지는 위치 z1로부터의 반사광에 의한 간섭 신호의 스펙트럼을 나타내는 그래프, 도 4(b) 영역은, 반사광과 참조광의 상관이 낮아지는 위치 z2로부터의 반사광에 의한 간섭 신호의 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 반사광과 참조광의 상관이 높은 경우에는 양쪽 광에 의한 간섭 신호의 스펙트럼은 감시광의 선폭과 동일한 정도의 주파수 대역에 국부적으로 존재한다. 한편, 상관이 낮은 경우에는, 간섭 신호의 스펙트럼은 감시광의 광주파수 변조의 진폭과 동일한 정도의 주파수 대역에 걸쳐서 확산된다. 따라서, 감시광의 선폭보다 큰 진폭으로 광주파수 변조를 실시함으로써, 특정한 측정 위치로부터의 반사광을 선택적으로 검출할 수 있다.
공간 분해능은 광주파수 변조의 진폭에 거의 역비례하기 때문에, 주파수 변조의 진폭은 큰 쪽이 바람직하다. 한편, 광원(41)으로서의 레이저 다이오드에 주입할 수 있는 전류의 상한값은 손상 임계값으로 규정되고, 하한값은 제로이기 때문에, 그에 따라서 진폭의 상한이 규정된다. 또한, 직접 변조 신호 A의 파형은, 본 실시형태에서는 정현파이지만, 직사각형파나 삼각파 등의 다양한 주기적 파형이더라도 좋다.
보다 바람직하게는, 공간 분해능은 9㎝ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그에 따라서, 상이한 제 2 광선로에 속하는 광필터의 반사 피크의 중첩을 피하기 위해서는, 제 2 광선로의 길이를 서로 9㎝ 이상 상이하게 하면 충분하며, 각 제 2 광선로에는 9㎝의 여분 길이를 확보하면 좋다. 한편, 제 2 광선로로서 이용되는 광파이버로서는 일반적으로는 ITU-T G.652 준거의 싱글 모드 광파이버 중, 구부림 특성을 강화하여 허용 구부림 반경을 15㎜로 한 광파이버가 보급되고 있다. 이 허용 구부림 반경 15㎜로 1바퀴 감음으로써, 9㎝의 여분 길이를 수납할 수 있기 때문에, 공간 분해능을 9㎝ 이하로 하는 것에 의해, 여분 길이 수납의 공간을 최소화할 수 있다.
외부 변조 신호 B는 직접 변조 신호 A에 동기한 주기적인 신호로서, 광원(41)으로부터의 출력광을 강도 변조기(42)에 의해 직접 변조 신호 A에 동기하여 강도 변조하기 위한 신호이다(도 2(b) 영역). 이에 의해서, 강도 변조기(42)로부터 출력되는 광의 스펙트럼을 정형할 수 있다. OCDR에서의 반사광 검출 감도는 거리의 함수로서 표시되고, 이 거리의 함수는 광파 코히런스 함수로서 알려져 있다. 특정한 측정 위치로부터의 반사광을 선택적으로 검출하기 위해서는, 광파 코히런스 함수는 델타 함수열에 가까운 것이 바람직하다. 한편, 광파 코히런스 함수는 광의 파워 스펙트럼의 푸리에 변환으로 주어지기 때문에, 강도 변조에 의해서 스펙트럼을 정형함으로써, OCDR에 의한 반사광 측정의 위치 선택성을 높일 수 있다.
감시광 게이트 신호 C는 일정 주기 T로 게이트폭 w1의 펄스를 갖는 주기적인 신호로서, 감시광 게이트부(44)로부터 출력되는 감시광을 게이트폭 w1의 펄스의 기간에만 선택하기 위한 신호이다(도 2(c) 영역). 또한, 전기 신호 게이트 신호 D는 일정 주기 T로 게이트폭 w2의 펄스를 갖는 주기적인 신호로서, 전기 신호 게이트부(54)로부터 출력되는 전기 신호를 게이트폭 w2의 펄스의 기간에만 선택하기 위한 신호이다(도 2(d) 영역).
전기 신호 게이트 신호 D의 주기 T는 감시광 게이트 신호 C의 주기 T와 같다. 전기 신호 게이트 신호 D의 펄스 중심은, 감시광 게이트 신호 C의 펄스 중심에 대하여 게이트 지연 시간 d만큼 지연되어 있다. 이렇게 함으로써, 광선로에서의 특정한 측정 거리 범위(펄스 윈도우)로부터의 반사광이 선택적으로 검출된다(도 3(b) 영역, (c) 영역).
직접 변조 신호 A의 주기 p, 감시광 게이트 신호 C의 게이트폭 w1 및 전기 신호 게이트 신호 D의 게이트폭 w2가, (2)식
Figure 112010065111425-pct00004
의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 펄스 윈도우의 중심에서 반사광과 참조광의 상관이 피크로 되도록 게이트 지연 시간 d를 정하면, 펄스 윈도우 내에 존재할 수 있는 상관 피크는 하나로 제한된다.
단, (2)식에서는, 감시광 게이트 신호 C의 레벨 변화에 대한 감시광 게이트부(44)의 온/오프 동작의 지연, 전기 신호 게이트 신호 D의 레벨 변화에 대한 전기 신호 게이트부(54)의 온/오프 동작의 지연, 장치 내에서의 감시광 게이트 신호 C나 전기 신호 게이트 신호 D 등 신호의 전파 지연이나 광의 전파 지연, 등이 무시될 수 있는 것으로 되어 있다. 이들 지연이 무시될 수 없는 경우는, 그에 따라서 게이트 지연 시간 d가 증감되면 좋다.
한편, (4)식
Figure 112010065111425-pct00005
가 만족시켜지는 경우 펄스 윈도우 내에, 반사광과 참조광의 상관이 피크로 되는 위치가 2개 이상 존재하므로, 이들 위치 사이에서 반사광 측정의 크로스토크가 발생해 버리기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, (5)식
Figure 112010065111425-pct00006
가 만족시켜지는 경우, 펄스 에너지의 저하에 의해서 측정의 SN비가 저하되기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서, (6)식
Figure 112010065111425-pct00007
이 만족시켜지는 것이 바람직하다.
감시광 게이트 신호 C 및 전기 신호 게이트 신호 D 각각의 주기 T는 직접 변조 신호 A의 주기 p의 정수배인 것이 바람직하다. 제 2 필터(55)의 투과 대역은, 감시광 게이트 신호 C 및 전기 신호 게이트 신호 D 각각의 반복 주파수 f(=1/T)의 정수배의 주파수를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 예컨대, n을 정수로 하여, (7)식
Figure 112010065111425-pct00008
이 만족시켜지는 것이 바람직하다.
이것은 이하의 이유에 의한다. 밸런스 검파기(52)에 입력되는 반사광의 전계의 복소 진폭을 E1으로 하고, 밸런스 검파기(52)에 입력되는 참조광의 전계의 복소 진폭을 E2로 하면, 밸런스 검파기(52)로부터 출력되는 전기 신호(전류 I1)는, 비례 계수를 생략하면, (8)식
로 표시된다. 이 식의 제 1 항은 비간섭성 잡음이다. ε는 밸런스 검출에 의한 동일 위상 성분의 감쇠 계수를 나타낸다. ε는 제로인 것이 이상적이지만, 실제로는 10-5 또는 그 이상의 값을 취하는 경우가 많고, 잡음의 원인으로 된다. 제 2 항은 간섭 신호이다.
비간섭 잡음은 광강도에 비례하고, 스펙트럼 성분으로서는, 평균 파워에 상당하는 직류 성분과, 광원(41)에서의 기생 강도 변조 및 외부 강도 변조에 의한 변조 성분(주기 p)을 갖는다. 비간섭 잡음은, 제 1 필터(53)에 의해서 직류 성분이 감쇠된 후, 전기 신호 게이트부(54)에 있어서 전기 신호 게이트 신호 D에 의해서 펄스가 출력된다.
전기 신호 게이트부(54)로부터 출력되는 전기 신호(전류 I2)는 (9)식
Figure 112010065111425-pct00010
로 표시된다. 여기서, F는 전기 신호 게이트 신호 D이며, 주기 T를 갖는다. 이 식의 제 1 항은 비간섭성 잡음이며, 제 2 항은 간섭 신호이다. 제 1 항의 비간섭성 잡음은, 주파수(1/p)의 함수와 주파수(1/T)의 함수의 곱이므로, i, j를 정수로 하여, 주파수(i/p+j/T)에 출현하는 잡음으로 된다(도 5(b) 영역). 여기서, 감시광 게이트 신호 C 및 전기 신호 게이트 신호 D 각각의 펄스 반복 주기 T가 직접 변조 신호 A의 변조 주기 p의 정수배와 같아지도록 펄스 주기를 설정하면, 비간섭성 잡음이 발생하는 주파수는, i를 정수로 하고, i/T로 한정된다(도 5(a) 영역).
따라서, 주파수(i/T)를 포함하지 않는 주파수 대역의 성분을 제 2 필터(55)에 의해 출력하여 검출 대역으로 함으로써, 잡음이 적은 측정 결과를 얻을 수 있다. 그래서, 제 2 광필터(55)의 투과 대역은 (7)식을 만족시키는 것이 바람직하다. 또한, 주파수 (m+0.5)/T는 특히 잡음의 피크로부터 멀기 때문에 잡음이 낮으므로, 제 2 광필터(55)의 투과 대역은 펄스 반복의 반정수배의 주파수 (m+0.5)/T를 포함하는 것이 바람직하다.
(제 2 실시형태)
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광선로 감시 장치(13B)를 구비하는 광선로 감시 시스템(1B)을 나타내는 도면이다. 광선로 감시 시스템(1A)과 비교하면, 광선로 감시 시스템(1B)은 제 1 필터(53), 전기 신호 게이트부(54) 및 신호 발생기(65)를 구비하고 있지 않은 점, 참조광 게이트부(48) 및 신호 발생기(66)를 구비하고 있는 점, 제어부(61A)를 대신하여 제어부(61B)를 구비하는 점에서 상이하다.
참조광 게이트부(48)는 광분기기(43)와 광결합기(51) 사이의 참조광의 광로에 마련되어 있다. 참조광 게이트부(48)는 광분기기(43)로부터 출력된 참조광을 입력받고, 또한, 신호 발생기(66)로부터 출력된 참조광 게이트 신호 E도 입력받는다. 참조광 게이트 신호 E는 제 1 실시형태에 있어서의 전기 신호 게이트 신호 D와 동일한 것으로, 일정 주기 T로 게이트폭 w2의 펄스를 갖는 주기적인 신호이다. 참조광 게이트 신호 E의 주기 T는 감시광 게이트 신호 C의 주기 T와 같다. 참조광 게이트 신호 E의 펄스 중심은, 감시광 게이트 신호 C의 펄스 중심으로 대하여 게이트 지연 시간 d만큼 지연되어 있다. 참조광 게이트부(48)는, 참조광 게이트 신호 E의 게이트폭 w2의 펄스의 기간만, 광분기기(43)로부터 광결합기(51)로 참조광을 통과시킨다.
밸런스 검파기(52)는 광결합기(51)에 의해 합파된 반사광(감시광의 복귀광) 및 참조광을 입력받고, 이들 반사광과 참조광이 서로 간섭해서 이루어지는 간섭광의 강도를 나타내는 전기 신호를 제 2 필터(55)로 출력한다. 제 2 필터(55)는 밸런스 검파기(52)로부터 출력된 펄스 형상의 전기 신호를 입력받고, 그 입력받은 전기 신호의 특정 주파수 대역의 것을 선택적으로 RF 검파기(56)로 출력한다. AD 변환기(57)는 RF 검파기(56)로부터 출력되는 전기 신호를 입력받고, 이 전기 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하여, 이 디지털 신호를 제어부(61B)로 출력한다.
제어부(61B)는 AD 변환기(57)로부터 출력된 디지털값을 입력받고, 이 디지털값과 위치 z를 서로 관련시켜서 기억한다. 제어부(61B)는 신호 발생기(62, 63, 64, 66) 각각을 제어하여, 신호 발생기(62)로부터 출력되는 직접 변조 신호 A의 변조 주기 p, 신호 발생기(63)로부터 출력되는 외부 변조 신호 B의 변조 주기(p의 정수분의 1), 신호 발생기(64)로부터 출력되는 감시광 게이트 신호 C의 주기 T 및 게이트폭 w1, 신호 발생기(66)로부터 출력되는 참조광 게이트 신호 E의 주기 T 및 게이트폭 w2, 및, 게이트 지연 시간 d를 지정한다. 이에 의해, 제어부(61B)는 측정 대상인 광선로 상의 측정 위치 z를 지정하고, 그 위치 z에서 발생한 반사광의 파워를 나타내는 디지털값을 AD 변환기(57)로부터 취득한다. 그리고, 제어부(61B)는 광선로에서의 감시광 전파 방향을 따른 반사율 분포를 구한다.
광선로 감시 장치(13A)에서는, 연속광인 참조광과 반사광(감시광의 복귀광)을 서로 간섭시켜서 밸런스 검파기(52)에 의해 검출한 후, 전기적인 스위치인 전기 신호 게이트부(54)에 의해서 간섭 신호(밸런스 검파기(52)로부터의 출력 전압 신호)를 펄스로 잘라냄으로써, 측정 대상인 광선로에서의 피측정 위치를 펄스 윈도우 내로 한정하여 크로스토크가 없는 측정이 실현된다. 이에 대하여, 광선로 감시 장치(13B)에서는, 참조광의 광로 상에 마련한 참조광 게이트부(48)를 참조광 게이트 신호 E에 의해서 동작시켜서 참조광을 펄스로 잘라내고, 동일하게 피측정 위치를 펄스 윈도우 내로 제한하여 크로스토크가 없는 측정을 실현할 수 있다.
광선로 감시 장치(13B)는 광선로 감시 장치(13A)와 비교하면, 전기 회로가 간략화되는 이점이 있다. 한편, 광선로 감시 장치(13A)는 광선로 감시 장치(13B)와 비교하면, 비간섭 잡음의 직류 성분을 제 1 필터(53)에 의해 감쇠시키는 것이 가능해지기 때문에, 이 직류 성분과 전기 신호 게이트 신호 D와의 곱에 의해서 발생하는 비간섭성 잡음이 작고, 그 때문에, 비간섭성 잡음의 피크를 피해서 설정한 검출 대역에 잡음 피크의 아랫부분이 걸려서 잡음이 발생할 가능성이 낮아서, 측정의 안정성이 높다. 또한, 광선로 감시 장치(13A)는 광선로 감시 장치(13B)와 비교하면, 일반적으로 전기식 스위치보다 고비용인 광게이트의 사용을 줄일 수 있기 때문에, 저비용으로 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 광선로 감시 시스템 및 광선로 감시 장치는, 실용적인 구성으로 넓은 측정 가능 거리 범위에 걸쳐서 높은 공간 분해능으로 광선로를 감시하는 것이 가능하다.
산업상의 이용가능성
본 발명에 따른 광선로 감시 시스템 및 광선로 감시 장치는 PON 시스템의 광선로 감시에 이용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 2개의 단(端)을 갖는 제 1 광선로와,
    2개의 단을 갖는 복수의 제 2 광선로와,
    상기 제 1 광선로의 제 1 단을 상기 복수의 제 2 광선로의 제 1 단에 결합하는 제 1 광분기기를 포함하는 분기형 광선로와,
    상기 제 1 광선로의 제 2 단에 결합된 감시 장치
    를 구비하는 광선로 감시 시스템에 있어서,
    상기 감시 장치는,
    주기 p의 변조 신호에 의해 광주파수가 변조된 빗살 형상의 광파 코히런스 함수를 갖는 광을 출력하는 광원과,
    상기 광원으로부터 출력된 광을 감시광과 참조광으로 분기해서 출력하는 제 2 광분기기와,
    상기 제 2 광분기기로부터 출력된 감시광이 상기 분기형 광선로를 전파하는 동안에 발생한 반사광과, 상기 제 2 광분기기로부터 출력된 참조광이 서로 간섭해서 이루어지는 간섭광을 검출하여 전기 신호로 변환해서 출력하는 검출부와,
    상기 주기 p를 변화시킴과 아울러, 그 주기 p와 상기 검출부로부터 출력되는 전기 신호에 근거하여, 상기 분기형 광선로에서의 감시광 전파 방향에 따른 반사율 분포를 구하는 제어부를 포함하되,
    상기 감시 장치는, 상기 제 2 광분기기로부터 출력된 감시광을 입력받아, 일정 주기 T로 제 1 게이트폭 w1의 기간의 상기 감시광을 선택적으로 출력하는 감시광 게이트부를 더 구비하고,
    상기 검출부는, 상기 감시광 게이트부로부터 출력된 감시광이 광선로를 전파할 때에 발생한 반사광과, 상기 제 2 광분기기로부터 출력된 참조광이 서로 간섭해서 이루어지는 간섭광의 강도를 나타내는 전기 신호 중, 상기 일정 주기 T로 제 2 게이트폭 w2의 기간의 상기 전기 신호의 특정 주파수 대역의 것을 선택적으로 출력하는 광선로 감시 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 광선로의 적어도 하나는 반사부를 갖고,
    상기 감시 장치는, 상기 반사부와 상기 감시 장치 사이의 거리의 정보가 기록된 기록 장치를 포함하는
    광선로 감시 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 감시 장치는 상기 반사부에서 반사된 감시광을 9㎝ 이하의 공간 분해능으로 검출하는 광선로 감시 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사부의 전부는 감시광을 파장 선택적으로 반사하는 반사기이고,
    상기 반사기의 반사율[dB]은, 상기 제 1 광분기기의 분기수를 N으로 하고,
    [수학식 1]
    Figure 112010065111425-pct00011

    보다 큰
    광선로 감시 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 간섭광의 강도에 따른 값의 전기 신호를 출력하는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부로부터 출력된 전기 신호를 입력받아, 상기 일정 주기 T로 상기 제 2 게이트폭 w2의 기간의 상기 전기 신호를 선택적으로 출력하는 전기 신호 게이트부
    를 포함하는 광선로 감시 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기 p, 상기 제 1 게이트폭 w1 및 상기 제 2 게이트폭 w2는, 「w1+w2<2p」로 되는 관계를 만족시키는 광선로 감시 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부에서의 상기 특정 주파수 대역은, m을 임의의 정수로 하고, m/p로 되는 주파수를 포함하지 않는 광선로 감시 시스템.
  9. 주기 p의 변조 신호에 의해 광주파수가 변조된 빗살 형상의 광파 코히런스 함수를 갖는 광을 출력하는 광원과,
    상기 광원으로부터 출력된 광을 감시광과 참조광으로 분기하여 출력하는 광결합기와,
    상기 광결합기로부터 출력된 감시광을 입력받아, 일정 주기 T로 제 1 게이트폭 w1의 기간의 상기 감시광을 선택적으로 출력하는 감시광 게이트부와,
    상기 감시광 게이트부로부터 출력된 감시광이 광선로를 전파할 때에 발생한 반사광과, 상기 광결합기로부터 출력된 참조광이 서로 간섭해서 이루어지는 간섭광의 강도를 나타내는 전기 신호 중, 상기 일정 주기 T로 제 2 게이트폭 w2의 기간의 상기 전기 신호의 특정 주파수 대역의 것을 선택적으로 출력하는 검출부와,
    상기 주기 p를 변화시킴과 아울러, 그 주기 p와 상기 검출부로부터 출력되는 전기 신호에 근거하여, 상기 광선로에서의 감시광 전파 방향에 따른 반사율 분포를 구하는 제어부
    를 구비하는 광선로 감시 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 간섭광의 강도에 따른 값의 전기 신호를 출력하는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부로부터 출력된 전기 신호를 입력받아, 상기 일정 주기 T로 상기 제 2 게이트폭 w2의 기간의 상기 전기 신호를 선택적으로 출력하는 전기 신호 게이트부
    를 포함하는 광선로 감시 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 주기 p, 상기 제 1 게이트폭 w1 및 상기 제 2 게이트폭 w2는, 「w1+w2<2p」로 되는 관계를 만족시키고 있는 광선로 감시 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출부에서의 상기 특정 주파수 대역은, m을 임의의 정수로 하고, m/p로 되는 주파수를 포함하지 않는 광선로 감시 장치.
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