(57)【要約】【課題】モード多重光通信システムの伝送特性をインサービスで測定できる測定装置を提供する。【解決手段】モード多重光通信システムの伝送特性を測定する測定装置は、前記モード多重光通信システムの光受信装置から前記モード多重光通信システムのチャネル行列の逆行列を受信する受信手段と、前記逆行列の各要素に基づき前記モード多重光通信システムの伝送特性を測定する測定手段と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モード多重光通信システムの伝送特性を測定する測定装置であって、
前記モード多重光通信システムの光受信装置から前記モード多重光通信システムのチャネル行列の逆行列を受信する受信手段と、
前記逆行列の各要素に基づき前記モード多重光通信システムの伝送特性を測定する測定手段と、
を備えていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記測定手段は、前記逆行列の１つの行の複数の要素のうちの対角要素を除く要素に基づきモード間クロストークを測定する第１測定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記測定手段は、前記逆行列の１つの列の複数の要素のうちの対角要素を除く要素に基づきモード間クロストークを測定する第１測定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定手段は、前記逆行列の１つの行の複数の要素の合計値を求め、各行の合計値の比較によりモード依存損失を測定する第２測定手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記逆行列の対角要素は、前記モード多重光通信システムで使用される複数の伝搬モードの同じ伝搬モードについての入出力のインパルス応答を示し、前記逆行列の対角要素以外の要素は、前記モード多重光通信システムで使用される複数の伝搬モードのうちの異なる２つの伝搬モードの組み合わせそれぞれについての入出力のインパルス応答を示していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記測定手段は、前記逆行列の２つの対角要素の比較によりモード間遅延差を測定する第３測定手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記第３測定手段は、前記逆行列の２つの行の対角要素が示すインパルス応答のピークの時間差によりモード間遅延差を測定することを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の測定装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項９】
モード多重光通信システムの光受信装置であって、
受信するモード多重光信号に含まれる既知データ列に基づき前記モード多重光通信システムのチャネル行列の逆行列を求める行列判定手段と、
前記逆行列の各要素に基づき前記モード多重光通信システムの伝送特性を測定する測定手段と、
を備えていることを特徴とする光受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モード多重光通信システムの伝送特性の監視・測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝送容量の拡大のため、モード多重技術を使用するモード多重光通信システムが提案されている。モード多重光通信システムの光送信装置は、例えば、複数の基本モードの光信号のうちの１つ以外をモード変換器で異なる高次モードの光信号に変換し、１つの基本モード及び複数の高次モードの光信号をモード多重してマルチモード光ファイバ（以下、単に光ファイバと呼ぶ。）に出力する。また、モード多重光通信システムの光受信装置は、光ファイバから受信するモード多重光信号のモード分離を行い、モード変換により総ての光信号を基本モードにした後、光電変換を行って復調・復号を行う。
【０００３】
モード多重光通信システムでは、所謂、モード間クロストーク（以下、ＭＸＴと表示）つまり、あるモードで送信されるべき光信号から、他のモードの光信号が生成されることが生じ得る。また、モード多重光通信システムにおけるモード多重光信号の損失はモード毎に異なる。これは、モード依存損失（以下、ＭＤＬと表示）と呼ばれる。さらに、モード多重光通信システムにおけるモード多重光信号の伝搬遅延もモード毎に異なる。これは、モード間遅延差（以下、ＤＭＤと表示）と呼ばれる。
【０００４】
ＭＸＴ、ＭＤＬ及びＤＭＤは、モード多重光信号の品質や、光受信装置における信号処理の処理負荷に影響を与えるため、モード多重光通信システムにおいては、ＭＸＴ、ＭＤＬ及びＤＭＤといった伝送特性の監視・測定を行うことが重要になる。ここで、特許文献１はＭＸＴの測定方法を開示し、非特許文献１は、ＭＤＬの測定方法を開示し、特許文献２は、ＤＭＤの測定方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１６７７６２号公報
【特許文献２】特開２０１７−０３６９６７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｇ．Ｌａｂｒｏｉｌｌｅ，ｅｔ  ａｌ．，"Ｍｏｄｅ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  １０−ｍｏｄｅ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｍｕｌｔｉ−ｐｌａｎｅ  ｌｉｇｈｔ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ"，ＯＦＣ，Ｔｈ３Ｅ．５，２０１６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記先行技術文献の構成は、いずれも、アウトオブサービスで測定を行うものであり、サービス提供中、つまり、インサービスで測定を行うことはできない。つまり、ＭＸＴ、ＭＤＬ及びＤＭＤといったモード多重光通信システムの伝送特性をリアルタイムで監視・測定することができない。
【０００８】
本発明は、モード多重光通信システムの伝送特性をインサービスで測定できる測定装置、光受信装置及びプログラムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によると、モード多重光通信システムの伝送特性を測定する測定装置は、前記モード多重光通信システムの光受信装置から前記モード多重光通信システムのチャネル行列の逆行列を受信する受信手段と、前記逆行列の各要素に基づき前記モード多重光通信システムの伝送特性を測定する測定手段と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、モード多重光通信システムの伝送特性をインサービスで測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態によるモード多重光通信システムの構成図。
【図２】一実施形態による測定装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
【００１３】
図１は、モード多重光通信システムの構成図である。光送信装置の変換部５０は、多重数と同じ数だけ設けられており、基本モードの光信号をそれぞれ所定の伝搬モード（以下、単にモードと呼ぶ。）に変換する。なお、基本モードのまま伝送する光信号が入力される変換部５０は、実質的にはモード変換を行わない。多重部５１は、各モードの光信号をモード多重して、マルチモード光ファイバを含む光伝送路６０に送信する。光受信装置の分離部５２は、光伝送路６０から受信するモード多重光信号のモード分離を行い、各モードの光信号を対応する変換部５３に出力する。変換部５３は、入力される光信号のモードを基本モードに変換する。なお、基本モードのまま伝送された光信号が入力される変換部５３は、実質的にはモード変換を行わない。光受信部５４は、対応する変換部５３からの光信号の光電変換を行い、処理部５５に出力する。
【００１４】
上述したＭＸＴにより、ある光受信部５４が受信する光信号には、対応する変換部５０に入力された光信号とは異なる光信号の成分が含まれている。したがって、光受信部５４が出力する電気信号は、対応する変換部５０に入力された光信号に対応する成分のみならず、他の変換部５０に入力された光信号に対応する成分も含まれる。このため、処理部５５は、所謂、ＭＩＭＯ（多入力多出力）処理を行い、各変換部５０に入力された光信号により搬送されている情報を取り出す。具体的には、処理部５５は、モード多重光通信システムのチャネル行列を求め、さらに、この逆行列を求める。この逆行列を使用することで、処理部５５は、光送信装置に入力された個々の光信号により搬送されている情報を取り出す。なお、この逆行列は、例えば、光送信装置が各光信号に含めて繰り返し送信する、それぞれが光受信装置において既知のデータ列に基づき処理部５５が推定・判定する。
【００１５】
例えば、処理部５５が３タップのＭＩＭＯ処理を行う場合について説明する。なお、以下では、説明の簡略化のため、２つの光信号がモード多重されているものとする。時刻ｔにおいて、光送信装置が送信した１番目の光信号に対応する電気信号をＴ１（ｔ）とし、２番目の光信号に対応する電気信号をＴ２（ｔ）とし、時刻ｔ、（ｔ−１）及び（ｔ−２）において、１番目の光信号に対応する光受信部５４が出力する電気信号をそれぞれＲ１（ｔ）、Ｒ１（ｔ−１）、Ｒ１（ｔ−２）とし、２番目の光信号に対応する光受信部５４が出力する電気信号をそれぞれＲ２（ｔ）、Ｒ２（ｔ−１）、Ｒ２（ｔ−２）とすると、Ｔ１（ｔ）及びＴ２（ｔ）は以下の式（１）により求められる。
【００１６】
【数１】
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ここで、Ｈ１、Ｈ２及びＨ３は、それぞれ、以下の様に表される。
【００１７】
【数２】
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要素ａ１〜ａ３、要素ｂ１〜ｂ３、要素ｃ１〜ｃ３、要素ｄ１〜ｄ３は、タップ係数とも呼ばれ、それぞれ、上述した様に、光信号に含められる既知のデータ列に基づき処理部５５がその値を判定する。なお、以下の説明では、当該技術分野で使用される表現と同様に、逆行列Ｈ１、Ｈ２及びＨ３を纏めて、以下の逆行列Ｈで表現する。
【００１８】
【数３】
2019057839.tif 000005
ここで、要素ａ〜ｄは、それぞれ、ａ＝｛ａ１，ａ２，ａ３｝、要素ｂ＝｛ｂ１，ｂ２，ｂ３｝、ｃ＝｛ｃ１，ｃ２，ｃ３｝、ｄ＝｛ｄ１，ｄ２，ｄ３｝で示されるベクトルである。また、式（１）を、当該技術分野で使用される表現と同様に、逆行列Ｈを使用して以下の式（２）の様に表現するものとする。
【００１９】
【数４】
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【００２０】
ここで、要素Ｒ１及びＲ２は、それぞれ、Ｒ１＝｛Ｒ１（ｔ）、Ｒ１（ｔ−１）、Ｒ１（ｔ−２）｝、Ｒ２＝｛Ｒ２（ｔ）、Ｒ２（ｔ−１）、Ｒ２（ｔ−２）｝で示されるベクトルである。
【００２１】
図１に戻り、処理部５５は、復調・復号に使用するこの逆行列Ｈを測定装置（監視装置）６に出力する。測定装置６は、この逆行列ＨからＭＸＴ、ＭＤＬ及びＤＭＤを監視・測定する。図２は、測定装置６の構成図である、受信部６１は、光受信装置が出力する逆行列Ｈを受信して保存する。ＭＸＴ測定部６２、ＭＤＬ測定部６３及びＤＭＤ測定部６４は、それぞれ、受信部６１が保存している逆行列Ｈに基づきＭＸＴ、ＭＤＬ及びＤＭＤを測定し、測定結果を保存部６５に保存する。なお、光受信装置は、例えば、受信する光信号に含まれる既知データ列に基づき逆行列Ｈを更新する度に更新後の逆行列Ｈを測定装置６に出力し、ＭＸＴ測定部６２、ＭＤＬ測定部６３及びＤＭＤ測定部６４は、それぞれ、受信部６１が保存している逆行列Ｈが更新されると、ＭＸＴ、ＭＤＬ及びＤＭＤを測定し、測定結果を保存部６５に保存する。
【００２２】
以下では、ＭＸＴ測定部６２、ＭＤＬ測定部６３及びＤＭＤ測定部６４での処理についてそれぞれ説明する。なお、以下の説明では、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１ａモード、ＬＰ１１ｂモードの３つの光信号がモード多重されている場合について説明する。この場合、行列Ｈは、以下の様に３×３行列となる。
【００２３】
【数５】
2019057839.tif 000007
なお、タップ数が３であるものとすると、要素ａ＝｛ａ１，ａ２，ａ３｝である。要素ｂ〜ｉについても同様である。また、光送信装置が送信したＬＰ０１モードの光信号に対応する電気信号をＴ０１とし、ＬＰ１１ａモードの光信号に対応する電気信号をＴ１１ａとし、ＬＰ１１ｂモードの光信号に対応する電気信号をＴ１１ｂとし、ＬＰ０１モードの光信号に対応する光受信部５４が出力する電気信号をＲ０１とし、ＬＰ１１ａモードの光信号に対応する光受信部５４が出力する電気信号をＲ１１ａとし、ＬＰ１１ｂモードの光信号に対応する光受信部５４が出力する電気信号をＲ１１ｂとすると、式（２）と同様に、Ｔ０１、Ｔ１１ａ及びＴ１１ｂは、式（４）に基づき求めることができる。
【００２４】
【数６】
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【００２５】
＜ＭＸＴ測定＞
式（４）から、要素ｂ及びｃは、それぞれ、ＬＰ０１モードの光信号からＬＰ１１ａモード及びＬＰ１１ｂモードの光信号に変換された成分を示している。したがって、要素ｂとｃの合計、つまり、要素ｂ１〜ｂ３と要素ｃ１〜ｃ３の合計値は、ＬＰ０１モードから他の伝搬モードに変換された成分の強さを示すことになり、ＭＸＴが測定される。同様に、式（４）から要素ｄ及びｇは、それぞれ、ＬＰ１１ａモード及びＬＰ１１ｂモードの光信号からＬＰ０１モードの光信号に変換された成分を示している。したがって、要素ｄと要素ｇの合計、つまり、要素ｄ１〜ｄ３と要素ｇ１〜ｇ３の合計値は、他のモードからＬＰ０１モードに変換された成分の強さを示すことになり、ＭＸＴが測定される。他のモードについても同様である。
【００２６】
この様に、ＭＸＴ測定部６２は、逆行列Ｈの１つの行の対角要素以外の要素に基づき、ＭＸＴを測定することができる。また、ＭＸＴ測定部６２は、逆行列Ｈの１つの列の対角要素以外の要素に基づき、ＭＸＴを測定することができる。
【００２７】
＜ＭＤＬ測定＞
式（４）から、要素ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、光送信装置がＬＰ０１モードとして送信する様に処理した光信号のうち、ＬＰ０１モードとして光受信装置において受信された光信号の成分、ＬＰ１１ａモードとして光受信装置において受信された光信号の成分、及び、ＬＰ１１ｂモードとして光受信装置において受信された光信号の成分を示している。したがって、要素ａ、ｂ及びｃの合計、つまり、要素ａ１〜ａ３と、要素ｂ１〜ｂ３と、要素ｃ１〜ｃ３の合計値は、光送信装置がＬＰ０１モードとして送信する様に処理した光信号の光受信装置における受信電力の合計に対応する値となる。同様に、要素ｄ、ｅ及びｆの合計値は、光送信装置がＬＰ１１ａモードとして送信する様に処理した光信号の光受信装置における受信電力の合計に対応する値となり、要素ｇ、ｈ及びｉの合計値は、光送信装置がＬＰ１１ｂモードとして送信する様に処理した光信号の光受信装置における受信電力の合計に対応する値となる。一般的に、光送信装置においては各光信号の送信電力が等しいため、各行成分の合計値の差により、ＭＤＬを測定することができる。
【００２８】
この様に、ＭＤＬ測定部６３は、逆行列Ｈの各行の要素を合計し、各行の合計値を比較することでＭＤＬを測定することができる。
【００２９】
＜ＤＭＤ測定＞
上述した様に、式（３）の逆行列Ｈの各要素は、タップ数に応じたベクトルであり、例えば、タップ数を３とすると、要素ａ＝｛ａ１，ａ２，ａ３｝である。なお、より一般的にタップ数をｎ（ｎは２以上の整数）とすると、ａ＝｛ａ１，ａ２，ａ３，・・・、ａｎ｝であり、ｅ＝｛ｅ１，ｅ２，ｅ３，・・・，ｅｎ｝である。ここで、要素ａは、ＬＰ０１モードとして送信され、ＬＰ０１モードとして受信された光信号のインパルス応答に対応する。つまり、モード多重光通信システムにＬＰ０１モードの光信号を入力したときの、ＬＰ０１モードとして出力される光信号のインパルス応答を示している。同様に、要素ｅは、ＬＰ１１ａモードとして送信され、ＬＰ１１ａモードとして受信された光信号のインパルス応答に対応する。したがって、要素ａ１〜ａｎのうちの最も大きい値（ピーク）がａｋ（ｋは１〜ｎの整数）であり、要素ｅ１〜ｅｎのうちのの最も大きい値（ピーク）がｅｍ（ｍは１〜ｎの整数）とすると、ｋとｍとの差がＬＰ０１モードとＬＰ１１ａモードとのＤＭＤに対応するものとなる。他の伝搬モード間のＤＭＤについても同様である。
【００３０】
この様に、ＤＭＤ測定部６４は、逆行列Ｈの２つの対角要素の比較によりモード間遅延差を測定することができる。
【００３１】
なお、保存部６５に保存された各測定値は、ユーザ操作により任意の記録媒体へコピーされたり、図示しない通信インタフェースを介して出力されたり、図示しないディスプレイに表示されたりする。本実施形態による測定装置６が測定するＭＸＴ、ＭＤＬ及びＤＭＤは、アウトオブサービスで測定した場合より精度的には低くなるが、インサービスで、ＭＸＴ、ＭＤＬ及びＤＭＤの傾向を測定することができる。さらに、測定に使用する逆行列Ｈは、通常、光受信装置がその復調・復号処理で使用するものであり、光受信装置に逆行列Ｈを出力させる様にする、簡易な変更のみでインサービスでの測定が可能になる。
【００３２】
また、本実施形態の測定装置６を図１に示す光受信装置に組み込むことができる。つまり、光受信装置が、モード多重光通信システムの伝送特性の監視を行う構成とすることができる。
【００３３】
なお、本発明による測定装置６は、プロセッサ及び記憶部を含むコンピュータを上記測定装置６として動作させるプログラムにより実現することができる。これらコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。プログラムは、記憶部に記憶され、プロセッサが当該プログラムを実行することで、図２の各部の機能が実現される。
【符号の説明】
【００３４】
６１：受信部、６２：ＭＸＴ測定部、６３：ＭＤＬ測定部、６４：ＤＭＤ測定部
【図１】
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【図２】
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