(57)【要約】【課題】データ・ストリームの中点でとられるサンプルを得ること（３）によって信号特性を測定できるようにする、信号完全性測定の方法および装置を提供すること。【解決手段】本発明は、送信されたデータ・ストリーム内の信号特性の測定値を提供するための現場での使用に適する測定装置（５７、８３）を提供する。本発明は、データ・ストリームの信号特性の現場測定、または送信されたデータ・ストリーム内の信号特性の継続的インライン監視に特に適する。信号特性には、アイ開口（２１）、ジッタ（２３）、雑音（２４）、スロープ効率、平均電力、およびピーク・トゥ・ピーク振幅が含まれるが、これに制限はされない。【選択図】図２
2004511173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔通信データ・ストリームの信号特性を測定する方法であって、
前記データ・ストリームの波形の中点で少なくとも１つのサンプル測定値を得るステップ（３）と、
前記サンプル測定値に基づいて、前記データ・ストリームの少なくとも１つの信号特性を判定するステップ（１６）と、
を含む方法。
【請求項２】
前記信号特性が、
アイ開口（２１）と、
ジッタ（２３）と、
雑音（２４）と、
平均電力と、
ピーク・トゥ・ピーク振幅と、
スロープ効率（８４）と
からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記信号特性が第１範囲内にある場合に、第１表示を生成するステップ
をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１表示を生成する前記ステップが、視覚表示または可聴表示を提示することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１表示を生成する前記ステップが、データ信号を送信することを含む、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１範囲が、好ましい範囲に対応する、請求項３ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記信号特性が第２範囲内にある場合に、第２表示を生成するステップと、
前記信号特性が第３範囲内にある場合に、第３表示を生成するステップと、
をさらに含む、請求項３ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記第１範囲が、好ましい範囲に対応し、
前記第２範囲が、臨界範囲に対応し、
前記第３範囲が、故障範囲に対応する
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の方法のいずれかを実行する装置（５７、８３）。
【請求項１０】
アナログ・デジタル変換器（６３、７９）と、
クロック回復ユニット（６７、７５）と、
前記アナログ・デジタル変換器およびクロック回復ユニットに応答する中点サンプラ（６４、７８）と、
前記中点サンプラに応答する信号特性計算機（６４、７８）と
を含む、請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギガビット・ネットワークおよびマルチギガビット・ネットワークなどの遠隔通信ネットワーク内の、信号特性の１次査定と、信号品質および信号完全性の判定とを測定し、出力する装置およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ギガビットおよびマルチギガビットのローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）およびストレージ・エリア・ネットワーク（ＳＡＮ）の市場は、急速に出現しつつある産業であり、銅線技術と光ファイバ技術を共に含む安価なネットワーク媒体構成要素に完全に依存する。１９８０年代後半以来、使用可能な高速光ファイバ構成要素は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）生産ラインから得られる安価な、ふるい分けされた部品であった。ＣＤレーザ技術は、端面放射型ファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）・レーザ・ダイオードに基づいており、このレーザ・ダイオードは、数百メガビット／秒からギガビット／秒までのデータ通信帯域幅を提供する。スーパールミネッセント発光ダイオード（ＬＥＤ）など他の低コスト技術は、ギガビット・リンク速度を達成できなかった。ＬＡＮおよびＳＡＮの市場は低コストを要求するため、遠隔通信応用分野で使用される、技術的により成熟した端面発光型ファブリ・ペロー・レーザ・ダイオードおよび分布ブラッグ反射型レーザ・ダイオードは、採用されなかった。
【０００３】
ＣＤレーザ技術は、多数の供給業者によって採用され、これらの供給業者は、それぞれのレベルの下位構成要素供給業者選択および部品ふるい分け工程を適用した。下位構成要素供給業者の選択で業績を上げたＣＤレーザ・ダイオード・ベンダもあれば、さまざまなレベルの部品ふるい分けを適用したベンダもある。結局、低コストＣＤレーザは、「緩和振動周波数」が徐々に低下するという基本的な特性を有する。経時的に、これらの構成要素は、減衰されないリンギングを経験し、リンク上で測定可能なジッタ（デジタル・サンプリング・オシロスコープによって測定される）が劇的に増加する。現場で製品のフルスケール交換をしなければならなかったＣＤレーザ・ベンダもあれば、製品が同一の劣化を受けるのは時間の問題にすぎないと述べたベンダもある。これは、複数の供給業者からの製品の数年間を表し、それらの製品すべてが、現場でのサポートを必要とする。
【０００４】
レーザ媒体供給業者は、垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ ＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ、ＶＣＳＥＬ）ダイオード・ベースの技術に移行しつつあり、ＶＣＳＥＬは、特に低コストのＬＡＮおよびＳＡＮデータ通信市場向けに設計され、製造される。これによって、諸問題のはるかによい解決策が可能になる。というのは、ベンダが、もはや、根本的に異なる大量商品産業を活用しないからである。ＶＣＳＥＬ技術は、１ギガビット／秒から５ギガビット／秒を超えるデータ通信帯域幅を提供する潜在能力を有し、遠隔通信産業の初期に似た非常に高い信頼性の数値を達成する当初の見通しを提供する。警戒の側面では、ＶＣＳＥＬ技術は、まだ比較的新しく、主な故障モードが、まだ特性を突き止められていない。さらに、ＶＣＳＥＬ製造業者は、イオン・インプラントによって封じ込められたデバイス構造から酸化物によって封じ込められたデバイス構造に移行しつつある。これらのデバイス機能強化は、総合的な製造／材料コスト削減効果および２ギガビット／秒で動作するより高いデータ速度応用例と組み合わされて、現在の実践および理論的理解と比較して、寿命特性に影響する可能性があるリスクの領域を表す。
【０００５】
しかし、レーザの物理的特性以外に、信号完全性に悪影響を与える潜在性を有する多数の他の材料、設計、および製造の問題がある。現場サービス・グループは、レーザ・アセンブリ内の欠けたレンズ、経時的に障害を発生する接着剤、完全に硬化していなかった接着剤、ならびに、レンズに飛び散った接着剤の存在を既に経験しており、これらのすべてが、インストール後のある時に、放射される光を暗くする。
【０００６】
新しい現場計装を必要とする主な故障モードは、レーザ・ダイオードおよび関連するデバイス・エレクトロニクスを含む、送信デバイスの劣化である。この故障モードは、平均信号出力レベルまたはピーク信号出力レベルを変化させるのではなく、デジタル信号内の「ジッタ」の増加をもたらす。「ジッタ」は、デジタル信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの変動の量を指す、産業界の用語である。図２に示されているように、ジッタ２３は、受信器側で測定され、デジタル・サンプリング・オシロスコープ上で、信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジが、総デューティ・サイクルの広い区域にわたってスミアを生じるように見える。このスミアは、より閉ざされたアイ開口２１をもたらし、アイを「パーセント・アイ・クロージング」または「％ｅｙｅ」として表すことによって定量化することができる。雑音２４は、当の信号に関連しない信号である。
【０００７】
送信器故障の初期段階で、リンクが、時折ビット・エラーを経験する可能性があり、このエラーは、リンクを介して送られる入出力データグラム内の特定のデータ・パターン、またはリンクを介して送られる大量の入出力負荷レベルに伴ってのみ発生する可能性がある。送信器故障の後の段階では、リンクが、エラーで飽和し、入出力を転送するために動作しなくなる。これらの送信される「ジッタ」の増大の両方の場合で、光出力レベルは、元の製造業者仕様内であり、現場サービスは、光出力計を使用して、エラーのないリンクと使用不能なリンクを区別することができない。現在、ギガビット・ネットワークおよびマルチギガビット・ネットワーク内で信号完全性または送信された「ジッタ」の測定を提供する、現場での使用に適する直接測定技法はない。
【０００８】
この能力がないと、現場サービスは、ネットワークを介して送信された顧客データおよびシステム全体のエラー・カウンタの分析だけを使用して、間欠的なエラーの襲来のトラブルシューティングを行うという難しい立場に置かれる。オンライン・システム内の間欠的なエラーのトラブルシューティングは、エラーを引き起こす正しいデータ・パターンまたは負荷レベルを捕まえることのランダムな性質、ならびに故障した可能性が最も高い１つまたは複数の構成要素を識別するエラー・カウンタ・データの正しい組の収集および分析に起因して、非常に難しい。このエラー・カウンタ分析手順は、極端に時間がかかり、１つまたは複数の「真の」故障した構成要素を正確に識別するのではなく、故障した「可能性が高い」少数の構成要素の識別をもたらす。さらに、この分析は、現場サービス担当者の判断に頼るところが非常に大きく、現場サービス担当者は、エラー・カウンタのわずかな増分に基づいて現場サービス処置を行うか、次に何が起こるかを知るために待つかを判断しなければならない。
【０００９】
現場サービスは、保守のためにシステムの一部をダウンする機会を得たならば、故障の可能性が最も高い構成要素のリストを絞り込み、最小の数の構成要素を交換し、システムを動作状態に戻すために、さらなるトラブルシューティングを完了するのに短い時間期間を有する。フィールド・サービスが、故障した構成要素を分離するために低コストのすばやく決定的な合否テストを必要とするのは、この時点である。この能力がなければ、現場サービスは、動作状態に戻す構成要素の品質を検証する手段がなく、システムは、保守処置の多数のサイクルを介して発振する危険性にさらされる。間欠的なエラーの場合には、これが特に許容不能である。というのは、エラーをトリガするデータ・パターンまたは負荷レベルをつかんだ確率に基づいて、問題が修正されたかどうかを確認するのに長時間を要する可能性があるからである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
オンライン診断データの自動的で継続的な収集は、ある程度まで、トラブルシューティング時間を減らし、精度を高めるのに役立つ。しかし、オンライン診断データ収集の改善があっても、産業界には、現場で信号完全性を直接に測定する手段の必要がある。ポータブルなハンドヘルド現場ユニットの形または通信機器自体に組み込まれる形のいずれであれ、顧客サイトで光学信号をすばやく評価する能力が、品質保証の鍵になる要因である。
【００１１】
これらの判断基準のすべてから、インラインおよび現場の両方で信号完全性を直接に測定する手段の必要が指摘される。さらに、危険性要因の多くが、銅線ベースのギガビット媒体にも同等に適用される。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、遠隔通信データ・ストリームの信号特性が、データ・ストリームの中点で少なくとも１つのサンプル測定値を得ることに基づいて測定される、信号完全性測定の方法および装置を提供する。この方法によって判定される信号特性は、データ・ストリームのアイ開口の比率（％ｅｙｅ）、ジッタ、雑音、スロープ効率、平均電力、およびピーク・トゥ・ピーク振幅のうちの１つまたは複数であることが好ましい。この情報は、保管され、必要に応じて表示されることが好ましい。さらに、本発明は、信号特性が第１範囲内である場合に第１表示が表示され、データ・ストリームの信号特性が第２範囲内である場合に第２表示が表示され、データ・ストリームの信号特性が第３範囲内である場合に第３表示が表示される方法を提供する。
【００１３】
本発明のもう１つの態様は、前述の方法に関連する装置およびシステムである。
【００１４】
本発明のもう１つの態様は、アナログ・デジタル変換器、クロック回復ユニット、中点サンプラ、および信号特性変換器を含む、ハンドヘルド・デバイス、トランシーバおよびホスト・システム、またはトランシーバ単独などの装置である。
【００１５】
本発明の方法および装置は、送信されたデータ・ストリーム内の信号特性の測定値を提供する、現場での使用に適する測定装置を提供する。この方法、および装置システムは、データ・ストリームの信号特性の現場測定または送信されたデータ・ストリーム内の信号特性の継続的インライン監視にも適する。信号特性には、アイ開口、ジッタ、雑音、スロープ効率、平均電力、およびピーク・トゥ・ピーク振幅が含まれることが好ましいが、これに制限はされない。
【００１６】
本発明の他の特徴および長所は、添付図面と共に読まれる本発明の現在の好ましい実施形態の下記の詳細な説明から明白になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌネットワークおよびギガビット・イーサネット（Ｒ）のギガビット・ネットワークおよびマルチギガビット・ネットワークなど（これに制限されない）の遠隔通信ネットワーク内の信号完全性の１次査定を測定し、出力する装置およびシステムに関する。ＦｉｂｒｅＣｈａｎｎｅｌは、米国規格協会（ＡＮＳＩ）によって開発された標準規格の統合された組の一般名である。本発明の新規の態様は、ハンドヘルド・デバイスまたは信号品質のインライン継続モニタを使用することによる信号品質のかなりの劣化をトラブルシューティングする能力である。
【００１８】
図１は、本発明の現在好ましい実施形態の流れ図である。ステップ１で、隣接するサンプルが保管される。次のステップは、ステップ２のカウンタの初期化であり、このカウンタは、とられるサンプルの数を示す。とられるサンプルの数が多ければ、読出の間に長い時間がかかるが、得られる読みの精度が高くなる。ステップ３で、波形のサンプルを、中点でとる。サンプル（Ｓ）を、ステップ４から８で、保管されたＹ４、Ｙ３、Ｙ２、およびＹ１の値と比較する。Ｓが、ＹまたはＭの値より大きい場合に、ステップ９から１２で、Ｙの値をＳの値で置換する。ステップ８で、ＳがすべてのＹの値より小さい場合には、ステップ１７で、ＳによってＹ１を置換する。しかし、ＳがＹ１より大きい場合には、サンプルを破棄する。この処理は、所定の数のサンプルが得られるまで継続され、サンプルが得られた時に、ステップ１５でカウンタが０と等しくなる。カウンタが０でない場合には、ステップ１４でカウンタを減分し、ステップ３を繰り返してもう１つのサンプルを得る。所定の数のサンプルを得た後に、ステップ１６で、％ｅｙｅ、雑音、ジッタのなどの信号特性を、保管された値から計算する。
【００１９】
これらの値は、実際の数値の形で、またはヒストグラムとしてなど、複数の異なる形で表示することができ、あるいは、値が許容可能な範囲、警戒範囲、またはクリティカル範囲のどれに含まれるかを判定することができる。
【００２０】
概要
光ファイバ・リンク健全性確認は、主に、光学信号強度の測定に頼る。これは、受信器が信号を正しく解釈できるようにするために十分な電力が存在しなければならないという明白な理由のためにクリティカルである。しかし、強い信号の存在によって、信号がよい完全性または品質を有することが保証されるわけではない。信号品質の測定にあまねく適用されているツールの１つが、アイ・ダイヤグラムである。たとえば、Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ仕様では、短波長レーザ送信器を使用する１０６３Ｍｂ／ｓデータ速度について、５７％アイ開口という最小値が要求される。残念ながら、アイ・ダイヤグラムは、現場応用に使用可能な比較的高価な高速オシロスコープが使用可能であることを必要とし、これは非現実的である。
【００２１】
信号雑音レベルとパーセンテージ・アイ開口の間に、強い関係がある。この関係を使用して、アイ品質のすばやい測定を行い、したがって、光学リンクの健全性をを与えることができる。図２に、高速オシロスコープに示される可能性があるフィルタリングされないアイの様式化、ならびに雑音２４、ビット周期２２、およびジッタ２３を示す。この図は、スコープが「パーシスタンス」モードである間に、連続するトレースを互いにオーバーレイすることによって得られる。「負の光」がないので、トレースは、すべてが正である、すなわち、信号全体が、グラウンド基準（ＧＮＤ）２５の上に表示される。また、フィルタ・カットオフ周波数に起因して、帯域幅フィルタを用いて見られる時に、論理１レベルでの発振が、通常は不可視になる。送信された方形波は、通常は、正弦波として現れる。
【００２２】
ビット周期は、２つの隣接するパルスの間の時間であり、その基本単位は秒である。ビット周期は、データ速度に依存し、位相ロック・ループ（ＰＬＬ）を介してＦｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌデータ・ストリームから抽出することができる。位相ロック・ループは、位相比較器が入力信号の位相とループ内の電圧制御発振器（ＶＣＯ）の位相を比較する回路であり、ギガビット速度で簡単に使用可能である。位相比較器の出力が、フィルタリングされ、結果の電圧によって、ＶＣＯ周波数が制御される。これによって、ループが、入力信号の位相とＶＣＯの位相が等しくなる状態で安定する。
【００２３】
雑音測定は、入力信号のデータ速度でサンプリングすることができる、サンプル・アンド・ホールド回路およびフラッシュ・アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）の組合せを必要とする。これは、今日の高速デジタル・スコープに共通する特徴である。
【００２４】
本発明の重要な態様は、以前には高速オシロスコープの使用によってのみ得られたクリティカル情報を、波形の中点でサンプルを得ることによって得られることである。その結果、回路の複雑さが、かなり減り、これによって、信号品質／完全性に関するハンドヘルド・デバイスまたはインライン・モニタとしての本発明の使用が容易になる。
【００２５】
本発明の１態様は、アイ包絡線によって囲まれる総面積に対して雑音が有する関係である。図４に、図３のアナログ・アイの近似を示すが、この図から、その関係を導出することができる。最初の仮定は、フィルタリングされた波形が、本質的に対称であり、基本的に正弦波であることである。アイ品質が低下するにつれて、アイがより対称でなくなり、これが劣化に影響するが、本発明は、それでも１次近似に有効であることに留意されたい。
【００２６】
良い品質のアイの仮定として、立ち上がりエッジの傾斜が、立ち下がりエッジの傾斜と等しく、したがって、パーセンテージ・アイ開口および雑音測定の計算を、経時的に多角形の横座標（または上端および下端）を得ることによって行うことができる。低い品質を有するアイは、一般に、立ち上がり時間より長い立ち下がり時間を有するが、この方法は、それでも１次近似に適当である。信号品質の近似または１次測定を行う、複数の異なる方法が使用可能である。アイ開口のパーセンテージ（％ｅｙｅ）、ジッタ、および雑音の測定は、代数を使用して幾何学的に、または微積分の使用によって、判定することができる。
【００２７】
アイ開口近似
図４を参照すると、パーセント・アイ、雑音、およびジッタは、下記のように、幾何学的導出または微積分学的導出という２つの導出の１つを使用して計算される。
【００２８】
方法１　幾何学的導出
ｘ＝（ａからｃまで）＝（ｃからｅまで）＝１／２ビット周期
Δｘ＝（ａからｂまで）＝ジッタ
Δｘ／２＝（ｃからｄまで）
ｘ’＝（ｄからｅまで）＝（ｃからｅまで）−（ｃからｄまで）＝ｘ−Δｘ／２
ｙ＝Ｙ４−Ｍ
Δｙ＝Ｙ４−Ｙ３＝Ｙ２−Ｙ１＝雑音
Ｍ＝（Ｙ４＋Ｙ１）／２＝（Ｙ３＋Ｙ２）／２＝包絡線の中点＝平均電力
Ａｍｐ＝Ｙ４−Ｙ１＝ピーク・トゥ・ピーク振幅
上記に鑑みて、アイ開口のパーセンテージ３０（％ｅｙｅ）を、次のように表すことができる。
％ｅｙｅ＝（アイ開口／アイ包絡線）×１００＝Ａ’／Ａ×１００
しかし：Ａ’＝４［（ｘ−Δｘ／２）（ｙ−Δｙ／２）／２］＝２（ｘ−Δｘ／２）（ｙ−Δｙ／２）
かつ：Ａ＝４［ｘ×ｙ／２］＝２ｘｙ
なので：
【数１】
2004511173.tif 000003
である、したがって
％ｅｙｅ＝［１−１／２（Δｘ／ｘ）−１／２（Δｙ／ｙ）＋１／４（Δｘ／ｘ）（Δｙ／ｙ）］×１００　（式１）
である。
【００２９】
Δｙが、サンプル点の信号に存在する雑音と等しく、論理１レベルからＹ４−Ｙ３によって、または論理０レベルからＹ２−Ｙ１によって計算できることに留意されたい。また、ｘが既知である、具体的には、Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌの１Ｇｂａｕｄトラフィックの場合に、ｘが４７０．５ｐｓと等しく、２ＧｂａｕｄのＦＣトラフィックの場合に、ｘが２３５．２５ｐｓと等しいことに留意されたい。残りの独立変数、Δｘ（ジッタ）は、立ち上がりエッジの傾斜が一定であると仮定して、相似三角形の原理によって決定することができる。
傾斜＝（Δｙ／２）／（Δｘ／２）＝ｙ／ｘ＝（Ｙ４−Ｍ）／４７０．５ｐｓ
Δｙ／Δｘ＝（Ｙ４−Ｍ）／４７０．５ｐｓ
したがって：Δｘ＝（４７０．５ｐｓ）（Δｙ）／（Ｙ４−Ｍ）
＝（４７０．５ｐｓ）（Δｙ）／（Ｙ４−（（Ｙ４＋Ｙ１）／２））　＃Ｍを置換
＝（４７０．５ｐｓ）（Ｙ４−Ｙ３）／（Ｙ４／２−Ｙ１／２）　　　＃Δｙを置換、分母を簡約化
＝（４７０．５ｐｓ）（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｙ４／２−Ｙ１／２）　　　＃論理０雑音を使用する同等の表現
【００３０】
ジッタは、独立変数に関して近似することができ、独立変数は、獲得した波形の中点で判定可能である。
Δｘ／ｘ＝（（４７０．５ｐｓ）（Ｙ４−Ｙ３）／（Ｙ４／２−Ｙ１／２））／４７０．５ｐｓ
＝（Ｙ４−Ｙ３）／（Ｙ４／２−Ｙ１／２）
＝２（Ｙ４−Ｙ３）／（Ｙ４−Ｙ１）
＝２（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｙ４−Ｙ１）　＃　［（Ｙ４−Ｙ３）＝（Ｙ２−Ｙ１）なので］
Δｙ／ｙ＝（Ｙ４−Ｙ３）／（Ｙ４／２−Ｙ１／２）
＝２（Ｙ４−Ｙ３）／（Ｙ４−Ｙ１）
＝２（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｙ４−Ｙ１）　＃　［（Ｙ４−Ｙ３）＝（Ｙ２−Ｙ１）なので］
【００３１】
これによって、信号対雑音の比が、ジッタ対ビット周期の比と等しいことが示される。さらに、式１から
％ｅｙｅ＝［１−１／２（Δｘ／ｘ）−１／２（Δｙ／ｙ）＋１／４（Δｘ／ｘ）（Δｙ／ｙ）］×１００
であり、これは、「論理１」雑音の関数として表現できるので、
％ｅｙｅ＝［１−２（Ｙ４−Ｙ３）／（Ｙ４−Ｙ１）＋１／４（Δｘ／ｘ）（Δｙ／ｙ）］×１００
％ｅｙｅ＝［１−２（Ｙ４−Ｙ３）／（Ｙ４−Ｙ１）＋（Ｙ４−Ｙ３）２／（Ｙ４−Ｙ１）２］×１００
または、「論理０」雑音の関数として、
％ｅｙｅ＝［１−２（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｙ４−Ｙ１）＋（Ｙ２−Ｙ１）２／（Ｙ４−Ｙ１）２］×１００
である。結果的に、これは、単に、％ｅｙｅ＝［１−２×（雑音／Ａｍｐ）＋（雑音／Ａｍｐ）２］×１００になる。
【００３２】
Ｙ４、Ｙ３、Ｙ２、およびＹ１をもたらす、ビット周期の中点で得られたサンプルを使用して、下記を計算することができる。
雑音：（Ｙ４−Ｙ３）と（Ｙ２−Ｙ１）の大きい方
ジッタ：（４７０．５ｐｓ）（Ｙ４−Ｙ３）／（Ｙ４／２−Ｙ１／２）または、これと同等に、
（４７０．５ｐｓ）（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｙ４／２−Ｙ１／２）
【００３３】
方法２　微積分学的導出
図１５を参照すると、微積分を使用してアイ開口を推定するために、１／２サイクルについて正弦波と負の正弦波の間の面積の比率としてアイの面積３０’を見つけなければならない。θｊ８５は、ジッタの位相である。導出は、下記のように行われる。
【００３４】
最初のステップは、Ｙ４およびＹ３の関数としてθｊ８５を決定することである。
クロック中点での正弦波の間の差は、次式によって与えられる。
【数２】
2004511173.tif 000004
Ｙ４で割り、第１のｓｉｎ（）を評価することによって、次式が得られる。
【数３】
2004511173.tif 000005
１を打ち消すと、三角関数恒等式によって
【数４】
2004511173.tif 000006
であり、
【数５】
2004511173.tif 000007
である。
【００３５】
第２ステップは、θｊの関数として％ｅｙｅを決定することである。
第１に、最大のアイ面積を導出する。
【数６】
2004511173.tif 000008
第２に、θｊ８５だけ積分の極限をシフトし、ジッタを有するアイ面積を導出する。
【数７】
2004511173.tif 000009
【００３６】
第３の、最後のステップは、Ｙ４およびＹ３の関数として％ｅｙｅを見つけることである。
【数８】
2004511173.tif 000010
第１の導出からの結果を置換すると、
【数９】
2004511173.tif 000011
になる。ｃｏｓ（）およびｓｉｎ（）の半角公式を適用すると、
【数１０】
2004511173.tif 000012
になる。根号内の式を簡約化して、次式が得られる。
【数１１】
2004511173.tif 000013
【００３７】
ジッタ、雑音、および％ｅｙｅの値は、幾何学的導出、微積分学的導出、または、データ・ストリームの中点でのサンプル測定値からそのような信号特性を決定する他の適当な手段によって、得ることができる。
【００３８】
ハードウェア実施形態
図５から８は、光電変換ストリームの既存の情報フローの一般化と、光品質データを取り込むために本発明を組み込むことができる代替方法を示すことを意図されたブロック図である。新しいホスト・システム５７は、継続インライン信号監視に有用な、ホストベースの実施形態を表すことが意図されている。破線によって示されるクロス接続は、古いＧＢＩＣ５１が新しいホスト・システム５７によって受け入れられることと、新しいＧＢＩＣ７３が、古いホスト・システム５６によって受け入れられることを示すために含まれる。
【００３９】
現在、インバウンド光の形の光学ストリームは、光検出器５２に導かれ、光検出器５２は、光から電流への実際の変換を行う。結果の電気表現は、差動変換器５４およびディジタイザ５５によってデジタル化された差動信号に変換される前に、フィルタ５３によってフィルタリングされる非常に高い周波数内容を有する。この差動信号（＋／−Ｒｘ）は、ＧＢＩＣ（またはＭＩＡ、ｌｘ９など）の出力ピンに提示され、この出力ピンは、ホスト５６への入力ピンである。インバウンドＲｘ信号対は、シリアライザ／デシリアライザ（ＳＥＲＤＥＳ）５８に提示され、ＳＥＲＤＥＳ５８は、１０ビットまたは２０ビットの並列データを生成する。この幅広のデータは、プロトコル・コントローラ５９に供給され、プロトコル・コントローラ５９は、１０ｂデータを８ｂデータに変換し、ルーティングのためにシステムに提示する。
【００４０】
本発明の１態様では、このフローを変更することを要求する。ＧＢＩＣ７３が、新しいホスト・システム５７に、デジタル差動対ではなく、比例する（アナログ）差動信号６１を提示する。ＳＥＲＤＥＳ６５が、信号レベルが３７０ｍＶから２０００ｍＶまでにスケーリングされる限り、上と同様にこのデータを処理する。追加回路６２が、アナログ差動信号６１をシングルエンド・データに変換し、このシングルエンド・データを、フラッシュ・アナログ・デジタル変換器６３（ＡＤＣ）によって読み取り、レジスタ６４によってラッチすることができる。フル・スピードのクロック信号（ＣＬＫ）６８が、ＳＥＲＤＥＳの外部で使用可能でない（通常は、リンク速度より１０倍または２０倍低い抽出されたクロックが提示される）場合には、追加の位相ロック・ループ（ＰＬＬ）ブロック６７が、レジスタ６４へのデータをクロッキングする。ＳＥＲＤＥＳ６５およびＰＬＬブロック６７は、クロック回復ユニット（ＣＲＵ）の機能を交互に実行する。ＣＲＵ機能は、これらおよび他の適当な手段によって実行することができる。
【００４１】
レジスタ６４は、ホスト・ローカル・バス上にあり、必要に応じてホスト・ファームウェアによって探査し、読み取ることができる。レジスタの幅は、ローカル・バスの幅およびフラッシュＡＤＣの分解能（ビット数）に依存する。高速ＦＩＦＯが、最初の６つの隣接するサンプル内でクロッキングするのにまず使用されて、ハイ信号レベルとロウ信号レベルの両方が取り込まれることを保証する。これらのサンプルを読み取った後に、それに続くサンプルを、読取データ消失なしで上書きすることができる。というのは、この方法が、論理１レベルと論理０レベルの両方の極端を取り込むことだけを要求されるからである。データ速度が１ＧＨｚなので、わずかな比率の信号がファームウェアによって記録されつつある場合であっても、適当なサンプル・サイズが、数秒だけで得られる。
【００４２】
図１２に、ほぼ同一の構造を組み込まれるが、ＳＥＲＤＥＳがなく、フィルタからのシングルエンド出力のアナログ差動への変換がない、独立のハンドヘルド・ユニットのブロック図を示す。光検出器７４が、着信光を電流に変換する。変調された信号が、ＰＬＬ７５に印加され、ＰＬＬ７５が、クロックを回復する。これは、Ｓ＆Ｈ７６／フラッシュ回路７９のゲーティングに使用され、Ｓ＆Ｈ７６／フラッシュ回路７９は、レジスタ付きであり、中点サンプリングおよび信号特性計算論理７８によって読み取られる。電力と電流の間に直接の関係があるので、受け取られる平均電力は、経時的に信号を積分することによって区別することもできる。積分器機能７７が、同様に動作するが、積分の区間は、クロック周期の倍数である。ＰＬＬ７５に供給する発振器８２を、切り替え可能にして、ある数までの異なる光ファイバ・プロトコルまたは速度に同期する能力を提供することができる。図１２に示されたフィルタ８１は、さまざまな光学プロトコル用に構成可能とすることができる（たとえば、Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌ １Ｇｂｉｔトラフィックは、７９７ＭＨｚベッセル・トムソン（Ｂｅｓｓｅｌ Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）フィルタを必要とする）。
【００４３】
図１に戻って、横座標値を決定するのに使用することができる多数の論理方式があるが、下では、Ｙ４、Ｙ３、Ｙ２、およびＹ１の値を生じる単純な条件木を示す。この条件木は、オンライン・モニタまたはハンドヘルド・ユニットのどちらかで使用可能である。Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌの場合には、サンプル・アンド・ホールド機能によって、ファイバのフル・スピードで６つの隣接するサンプルを獲得して、このルーチンの本体に入る前に、有効な開始値が得られることを保証しなければならない。８ｂ／１０ｂコードに基づかない他のプロトコルは、異なるシンク・アップ期間を必要とする可能性がある。同様に、図１２のデバイス論理７８は、ホスト・システム内または受信器上とすることができ、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または状態機械の形とすることができる。
【００４４】
ステップ１　Ｙ４およびＹ１の初期値をロードする
６つの連続するサンプル、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、およびＳ６を獲得する
Ｙ４＝Ｓ１
Ｙ１＝Ｓ１
Ｆｏｒ　ｉ　ｉｎ　２　３　４　５　６
ｄｏ
Ｉｆ　サンプルＳ（ｉ）＞Ｙ４　ｔｈｅｎ
Ｙ４＝Ｓ（ｉ）
Ｅｌｓｅ　ｉｆ　サンプルＳ（ｉ）＜Ｙ１　ｔｈｅｎ
Ｙ１＝Ｓ（ｉ）
ｆｉ
ｄｏｎｅ
Ｙ３＝Ｙ４
Ｙ２＝Ｙ１
ステップ２　カウントＣを初期化する
Ｃ＝（とるサンプルの数）
ステップ１５　Ｉｆ　Ｃｏｕｎｔ＞０　ｔｈｅｎ　カウントを減分する　ステップ１４
ステップ１６　Ｅｌｓｅ　信号特性を計算する
ステップ３　サンプル（Ｓ）を獲得する
ステップ４　Ｉｆ　Ｓ＞Ｙ４　ｔｈｅｎ　Ｙ４＝Ｓ　ステップ９、カウントをテストする　ステップ１５
ステップ５　Ｅｌｓｅ　ｉｆ　Ｓ＞Ｙ３　ｔｈｅｎ　破棄する　ステップ１０、カウントをテストする　ステップ１５
ステップ６　Ｅｌｓｅ　ｉｆ　Ｓ＞
【数１２】
2004511173.tif 000014
ｔｈｅｎ　Ｙ３＝Ｓ　ステップ１１、カウントをテストする　ステップ１５
ステップ７　Ｅｌｓｅ　ｉｆ　Ｓ＞Ｙ２　ｔｈｅｎ　Ｙ２＝Ｓ　ステップ１２、カウントをテストする　ステップ１５
ステップ８　Ｅｌｓｅ　ｉｆ　Ｓ＞Ｙ１　ｔｈｅｎ　Ｓを破棄する　ステップ　１３、カウントをテストする　ステップ１５
ステップ１７　Ｅｌｓｅ　Ｙ１＝Ｓ　カウントをテストする　ステップ１５
【００４５】
計器は、十分な数のサンプルが獲得されるまで稼動し、その後、アイ開口、雑音、およびジッタに関する計算結果が、生成され、デジタル読出（たとえば、これに制限されないが、デジタル・マルチメータ）に表示される。
【００４６】
図１３は、レーザ・ダイオードの光出力電力対印加電流（ダイオード電流）グラフである。バイアス電流が、フィードバック・ループで受け取られる平均光出力電力のレベルに応答して印加される。変調振幅は、一定に保たれる。ＬＩ曲線８４に、ダイオードの量子井戸効果が反映されている。図１４に、劣化したダイオードの特性を示す。効率が低下し、それによって、バイアス電流の増加（フィードバック・ループに起因する）がもたらされる。変調電流は、一定に保たれるが、ＬＩ曲線８４’の傾斜がゆるやかであることに起因して、光出力ピークツーピーク・スイングが減っている。このＬＩ曲線８４’のゆるやかな傾斜は、ダイオードの劣化した性能を反映したものである。本発明は、Ｙ４およびＹ１値を使用することによる、ダイオードなどの送信器デバイスのスロープ効率を追跡するのに使用することができる。差（Ｙ４−Ｙ１）は、光ピークツーピーク値であり、これを、収集された後に、劣化の徴候について経時的に監視することができる。
【００４７】
本発明を使用することによって得られる他の測定値には、平均電力、ピーク電力、およびピーク・トゥ・ピーク振幅が含まれる。
【００４８】
例
下記の例は、本発明をさらに示すために含まれたものである。これらの例では、幾何学的導出を使用する。
【００４９】
図９は、１５２ｐｓのジッタ（オシロスコープによる測定）を有する臨界遠隔通信デバイスのトレースである。幾何学的導出を使用すると、
ジッタ（ハイ点で計算）＝４７０．５ｐｓ×（６．９／１７．０５）＝１９０．４ｐｓ
ジッタ（ロウ点で計算）＝４７０．５ｐｓ×（７．２／１７．０５）＝１９８．７ｐｓ
％ｅｙｅ（ハイ点で計算）＝［１−２×（６．９／３４．１）＋（６．９）＾２／（３４．１）＾２］×１００＝６３．６％
％ｅｙｅ（ロウ点で計算）＝［１−２×（７．２／３４．１）＋（７．２）＾２／（３４．１）＾２］×１００＝６２．２％
【００５０】
この例では、本発明によって与えられるジッタ値（ワースト・ケース）が、１９８．７ｐｓである。％ｅｙｅ（ワースト・ケース）は、６２．２％と計算され、これは、Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌの最小値５７％に近い。この遠隔通信デバイスは、臨界範囲にレーティングされる。
【００５１】
図１０は、３４０ｐｓのジッタが測定された、既知の故障した遠隔通信デバイスのトレースである。幾何学的導出を使用すると
ジッタ（ハイ点で計算）＝４７０．５ｐｓ×（８．４／１９．２）＝２０５．８ｐｓ
ジッタ（ロウ点で計算）＝４７０．５ｐｓ×（１３．８／１９．２）＝３３８．２ｐｓ
％ｅｙｅ（ハイ点で計算）＝［１−２×（８．４／３８．４）＋（８．４）＾２／（３８．４）＾２］×１００＝６１．０％
％ｅｙｅ（ロウ点で計算）＝［１−２×（１３．８／３８．４）＋（１３．８）＾２／（３８．４）＾２］×１００＝４１．０％
【００５２】
この例では、計算されたアイ開口（ワースト・ケース）が４１．０％であり、これによって、このデバイスがアイ開口の故障範囲に置かれる。
【００５３】
図１１は、７６ｐｓのジッタを測定された、既知の良好な遠隔通信デバイスのトレースである。幾何学的導出を使用すると、
ジッタ（ハイ点で計算）＝４７０．５ｐｓ×（８．４／２５．３）＝１５６．２ｐｓ
ジッタ（ロウ点で計算）＝４７０．５ｐｓ×（８．６／２５．３）＝１５９．９ｐｓ
％ｅｙｅ（ハイ点で計算）＝［１−２×（８．４／５０．６）＋（８．４）＾２／（５０．６）＾２］×１００＝６９．６％
％ｅｙｅ（ロウ点で計算）＝［１−２×（８．６／５０．６）＋（８．６）＾２／（５０．６）＾２］×１００＝６８．９％
【００５４】
本発明によって与えられるハイ・ジッタ値（１５９．９ｐｓ）は、高い雑音レベル（８．６ｍＶ）に起因する。％ｅｙｅ（ワースト・ケース）は、６８．９％と計算され、これは、アイ開口の許容可能範囲内である。
【００５５】
本発明の特定の実施形態を、例示のために本明細書で説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、さまざまな修正を行えることを諒解されたい。具体的に言うと、本発明を、ハンドヘルド現場デバイスまたはインライン・モニタのいずれかとして使用することができる。信号特性の表示は、数値表示を含めて離散的または連続的のいずれかとすることができ、視覚的または聴取可能あるいはその両方とすることができ、別の電子装置に送信されるデータ信号とすることができる。信号特性は、さらに、信号特性が、好ましい範囲、臨界範囲、または故障範囲のいずれかに含まれることを示す、範囲の形で表現することができる。さらに、インライン・モニタは、ホストおよび受信器の組合せ、またはトランシーバ単独の形とすることができる。したがって、本発明の保護の範囲は、請求項およびその同等物のみによって制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の好ましい実施形態による本発明の流れ図である。
【図２】
フィルタリングされないアイを示す図である。
【図３】
アナログ・アイ開口の図である。
【図４】
図３のアイ開口の幾何学的推定の基礎を示すグラフである。
【図５】
本発明を実施するのに使用することができる回路の一般化を示すブロック図である。
【図６】
本発明を実施するのに使用することができる回路の一般化を示すブロック図である。
【図７】
本発明を実施するのに使用することができる回路の一般化を示すブロック図である。
【図８】
本発明を実施するのに使用することができる回路の一般化を示すブロック図である。
【図９】
本発明を示すのに使用される、オシロスコープによって取られた波形を示す図である。
【図１０】
本発明を示すのに使用される、オシロスコープによって取られた波形を示す図である。
【図１１】
本発明を示すのに使用される、オシロスコープによって取られた波形を示す図である。
【図１２】
本発明のハンドヘルド実施形態を示すブロック図である。
【図１３】
スロープ効率を示すグラフである。
【図１４】
スロープ効率を示すグラフである。
【図１５】
図３のアイ開口の微積分学的推定の基礎を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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