(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されるビットレートｆ０（ｂｉｔ／ｓ）の光または電気のデータ信号とは独立に生成されるものであって、ビットレートｆ０（ｂｉｔ／ｓ）とは異なる繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）の光または電気のサンプリングパルス列を用いて、該データ信号をサンプリングし、得られる光または電気のサンプリング信号を変換して電気のデジタルデータとしてバッファに保持する工程をＮ回（Ｎは自然数）繰り返した後に、
前記バッファに保持されているＮ個のデジタルデータを一度にまたは順次読み出して電気信号処理を行うことにより、信号アイパタンを求めデータ信号波形測定および品質評価を行うデータ信号品質評価方法において、
前記サンプリングの繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）が、ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０±ａ（ｎ，ｍは自然数）を満たし、
変数ａの範囲が、前記Ｎ個のデジタルデータを測定順に時間軸方向に一定の時間間隔で表示するときに、最初のデジタルデータの時間位置をｔ＝０としてｔ＝ｐ／ｆ０（ｐは自然数）ごとに時間位置を０に戻して重ね合わせてデジタルデータを表示することにより信号アイパタンを求める場合に、波形を重ね合わせていくときに生じるずれの累積値が１／ｆ０の半分以下になる範囲である
ことを特徴とするデータ信号品質評価方法。
【請求項２】
入力されるビットレートｆ０（ｂｉｔ／ｓ）の光または電気のデータ信号とは独立に生成されるものであって、ビットレートｆ０（ｂｉｔ／ｓ）とは異なる繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）の光または電気のサンプリングパルス列を用いて、該データ信号をサンプリングし、得られる光または電気のサンプリング信号を変換して電気のデジタルデータとしてバッファに保持する工程をＮ回（Ｎは自然数）繰り返した後に、
前記バッファに保持されているＮ個のデジタルデータを一度にまたは順次読み出して電気信号処理を行うことにより、信号アイパタンを求めデータ信号波形測定および品質評価を行うデータ信号品質評価方法において、
前記サンプリングの繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）が、ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０±ａ（ｎ，ｍは自然数）を満たし、変数ａの範囲が、
【数１】
0003987001.tif 000009
である
ことを特徴とするデータ信号品質評価方法。
【請求項３】
請求項２に記載のデータ信号品質評価方法において、ビットレートf０（bit/s）の正確な値が不明である場合に、前記サンプリングの繰り返し周波数f１(Hz)がf1=(n/m)f0±a（n，mは自然数）かつ(n/m)2q/{k+(n/m)q}f0≦ａ＜(n/m)2q/{k+(n/m)q-1}f0（ｋは自然数）を満たすように、f1の値を掃引する
ことを特徴とするデータ信号品質評価方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のデータ信号品質評価方法において、前記変数aの値が、
【数２】
0003987001.tif 000010
であり、サンプリングデータを測定順に時間軸方向に
dt＝1／（zf0）
の時間間隔で表示するときに、最初のサンプリングデータから数えてik個（iは自然数）ごとに時間位置を重ね合わせてサンプリングデータを表示することにより信号アイパタンを求めてデータ信号波形測定および品質評価をおこない、かつ、
重ね合わせ回数をj（jは自然数）としたときに、全サンプリングデータ数Nsampに対して、ikj≦Nsampを満たす
ことを特徴とするデータ信号品質評価方法。
【請求項５】
請求項４に記載のデータ信号品質評価方法において、前記変数i，kが、ikj≦Nsampを満たし、かつ、
【数３】
0003987001.tif 000011
を満たす値であることを特徴とするデータ信号品質評価方法。
【請求項６】
請求項５に記載のデータ信号品質評価方法において、ビットレートf０（bit/s）の正確な値が不明である場合に、前記サンプリングの繰り返し周波数f１(Hz)がf1=(n/m)f0±a（n，mは自然数）かつ(n/m)2q/{k+(n/m)q}f0≦ａ＜(n/m)2q/{k+(n/m)q-1}f0（ｋは自然数）を満たし、かつ、ikj≦Nsampかつikj≦kz/{2q(k-z)}（i，j，Nsampは自然数）を満たすように、ｋの値、n/mの値、ｑの値、のいずれか一つ以上を掃引する
ことを特徴とするデータ信号品質評価方法。
【請求項７】
請求項２又は３に記載のデータ信号品質評価方法において、前記変数aの値が、
【数４】
0003987001.tif 000012
であり、サンプリングデータを測定順に時間軸方向に
dt＝1／（zf0）
の時間間隔で表示するときに、最初のサンプリングデータの時間位置をt＝0としてt＝p／f0（pは自然数）ごとに時間位置を0に戻して重ね合わせてサンプリングデータを表示することにより信号アイパタンを求めてデータ信号波形測定および品質評価をおこない、かつ、
重ね合わせ回数をj（jは自然数）としたときに、全サンプリングデータ数Nsampに対して、pkj≦Nsampを満たす
ことを特徴とするデータ信号品質評価方法。
【請求項８】
請求項４、５、６、又は７のいずれか１項に記載のデータ信号品質評価方法において、前記バッファに保持されている該Nsamp個のサンプリングデータを一度にまたは順次読み出して電気信号処理を行って信号アイパタンを求める工程を複数回繰り返し、それぞれの信号アイパタンのアイ開口が時間的に一致するように重ね合わせることで、信号アイパタンを構成する全サンプリングデータ数を増やし、データ信号波形測定および品質評価をおこなう
ことを特徴とするデータ信号品質評価方法。
【請求項９】
請求項２、３、４，５、６、７，又は８のいずれか１項に記載のデータ信号品質評価方法において、得られる信号アイパタンを強度方向又は時間方向に分割して得られるサンプリングデータ分布から求められる振幅ヒストグラム又は時間ヒストグラムをデータ信号品質パラメータとすることを特徴とするデータ信号品質評価方法。
【請求項１０】
入力されるビットレートｆ０（ｂｉｔ／ｓ）の光または電気のデータ信号とは独立に生成されるものであって、ビットレートｆ０（ｂｉｔ／ｓ）とは異なる繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）の光または電気のサンプリングパルス列を発生するサンプリングパルス列発生手段と、
ビットレートｆ０（ｂｉｔ／ｓ）の該データ信号を該サンプリングパルス列でサンプリングしサンプリング信号を得るデータ信号サンプリング手段と、
該データ信号サンプリング手段によって得られる光または電気の該サンプリング信号を変換し、電気のデジタルデータとして複数データ分記憶する電圧保持手段と、
該電圧保持手段に保持されているデジタルデータを一度にまたは順次読み込んで信号アイパタンを求め光データ信号品質パラメータを評価する電気信号処理手段と、
該電圧保持手段に対してデータ取込開始と終了のトリガを与え、該電気信号処理手段にデータ読込開始・終了のトリガを与えるトリガ信号発生手段と
を備えるデータ信号品質評価装置において、
前記サンプリングの繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）が、ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０±ａ（ｎ，ｍは自然数）を満たし、
変数ａの範囲が、前記Ｎ個のデジタルデータを測定順に時間軸方向に一定の時間間隔で表示するときに、最初のデジタルデータの時間位置をｔ＝０としてｔ＝ｐ／ｆ０（ｐは自然数）ごとに時間位置を０に戻して重ね合わせてデジタルデータを表示することにより信号アイパタンを求める場合に、波形を重ね合わせていくときに生じるずれの累積値が１／ｆ０の半分以下になる範囲である
ことを特徴とするデータ信号品質評価装置。
【請求項１１】
入力されるビットレートｆ０（ｂｉｔ／ｓ）の光または電気のデータ信号とは独立に生成されるものであって、ビットレートｆ０（ｂｉｔ／ｓ）とは異なる繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）の光または電気のサンプリングパルス列を発生するサンプリングパルス列発生手段と、
ビットレートｆ０（ｂｉｔ／ｓ）の該データ信号を該サンプリングパルス列でサンプリングしサンプリング信号を得るデータ信号サンプリング手段と、
該データ信号サンプリング手段によって得られる光または電気の該サンプリング信号を変換し、電気のデジタルデータとして複数データ分記憶する電圧保持手段と、
該電圧保持手段に保持されているデジタルデータを一度にまたは順次読み込んで信号アイパタンを求め光データ信号品質パラメータを評価する電気信号処理手段と、
該電圧保持手段に対してデータ取込開始と終了のトリガを与え、該電気信号処理手段にデータ読込開始・終了のトリガを与えるトリガ信号発生手段と
を備えるデータ信号品質評価装置において、
前記サンプリングの繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）が、ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０±ａ（ｎ，ｍは自然数）を満たし、変数ａの範囲が、
【数５】
0003987001.tif 000013
である
ことを特徴とするデータ信号品質評価装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のデータ信号品質評価装置において、該サンプリングパルス列発生手段が、発生させるサンプリングパルス列の繰り返し周波数f1(Hz)を可変にする機能を有し、ビットレートf0（bit/s）の正確な値が不明である場合に、f1=(n/m)f0±a（n，mは自然数）かつ(n/m)2q/{k+(n/m)q}f0≦ａ＜(n/m)2q/{k+(n/m)q-1}f0（ｋは自然数）を満たすように、f1の値を掃引する
ことを特徴とするデータ信号品質評価装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載のデータ信号品質評価装置において、
前記変数aの値が、
【数６】
0003987001.tif 000014
であり、サンプリングデータを測定順に時間軸方向に
dt＝1／（zf0）
の時間間隔で表示するときに、最初のサンプリングデータから数えてik個（iは自然数）ごとに時間位置を重ね合わせてサンプリングデータを表示することにより信号アイパタンを求めてデータ信号波形測定および品質評価をおこない、かつ、
重ね合わせ回数をj（jは自然数）としたときに、全サンプリングデータ数Nsampに対して、ikj≦Nsampを満たす
ことを特徴とするデータ信号品質評価装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のデータ信号品質評価装置において、
前記変数i，kが、ikj≦Nsampを満たし、かつ、
【数７】
0003987001.tif 000015
を満たす値である
ことを特徴とするデータ信号品質評価装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のデータ信号品質評価装置において、ビットレートf0（bit/s）の正確な値が不明である場合に、前記サンプリングの繰り返し周波数f１(Hz)がf1=(n/m)f0±a（n，mは自然数）かつ(n/m)2q/{k+(n/m)q}f0≦ａ＜(n/m)2q/{k+(n/m)q-1}f0（ｋは自然数）を満たし、かつ、ikj≦Nsampかつikj≦kz/{2q(k-z)}（i，j，Nsampは自然数）を満たすように、該電気信号処理手段において、ｋの値、n/mの値、ｑの値、のいずれか一つ以上を掃引する
ことを特徴とするデータ信号品質評価装置。
【請求項１６】
請求項１１又は１２記載のデータ信号品質評価装置において、前記変数aの値が、
【数８】
0003987001.tif 000016
であり、サンプリングデータを測定順に時間軸方向に
dt＝1／（zf0）
の時間間隔で表示するときに、最初のサンプリングデータの時間位置をt＝0としてt＝p／f0（pは自然数）ごとに時間位置を0に戻して重ね合わせてサンプリングデータを表示することにより信号アイパタンを求めてデータ信号波形測定および品質評価をおこない、かつ、
重ね合わせ回数をj（jは自然数）としたときに、全サンプリングデータ数Nsampに対して、pkj≦Nsampを満たす
ことを特徴とするデータ信号品質評価装置。
【請求項１７】
請求項１３、１４、１５、又は１６のいずれか１項に記載のデータ信号品質評価装置において、
前記電圧保持手段に保持されている該Nsamp個のサンプリングデータを一度にまたは順次読み出して電気信号処理手段において信号アイパタンを求める工程を複数回繰り返し、それぞれの信号アイパタンのアイ開口を評価するアイ開口評価部を有し、該アイ開口が時間的に一致するように重ね合わせることで、データ信号波形測定および品質評価をおこなうための信号アイパタンを構成する全サンプリングデータ数を増やす
ことを特徴とするデータ信号品質評価装置。
【請求項１８】
請求項１１、１２、１３，１４、１５、１６、又は１７のいずれか１項に記載のデータ信号品質評価装置において、
前記電気信号処理手段は、データ信号品質パラメータとして振幅ヒストグラムを求める振幅ヒストグラム評価部、データ信号品質パラメータとして時間ヒストグラムを求める時間ヒストグラム評価部の両方または一方を備え、
該振幅ヒストグラムと該時間ヒストグラムが、信号アイパタンをそれぞれ振幅方向と時間方向に分割して得られるサンプリングデータ分布から求められる
ことを特徴とするデータ信号品質評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のビットレートを有する光または電気のデータ信号をサンプリングし、アイパタンの表示や信号品質の測定を行う際に用いて好適な高速サンプリングによるデータ信号品質評価方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に従来の光信号品質評価装置の第１例を示す(例えば、非特許文献１、非特許文献２を参照)。この従来の光信号品質評価装置は、ビットレートがf0（bit/s）の光信号を電気強度変調信号に変換する光電変換手段101、該電気強度変調信号からクロック抽出を行うクロック抽出手段102、該クロック抽出手段102より抽出されたクロックに同期して、繰り返し周波数がf1（Hz）（f1＝（n／m）f0＋a：n，mは自然数、aはオフセット周波数）のサンプリングクロックを発生するサンプリングクロック発生手段103、および電気信号処理手段104を有する。該電気信号処理手段104は、クロック抽出手段102を介して入力された電気強度変調信号を該サンプリングクロックによってサンプリングし、得られるサンプリング電気信号をもとにサンプリングデータ分布を逐次表示して信号アイパタンを求めて光信号品質パラメータを評価する。
【０００３】
上記の従来例に類似した第２例としては、繰り返し周波数がf1（Hz）（f1＝（n／m）f0＋a：n，mは自然数、aはオフセット周波数）でパルス幅が光信号のタイムスロットよりも十分狭いサンプリング光パルス列を用いた光サンプリング手段の例や、サンプリングクロックを用いた光サンプリング手段の例がある(例えば特許文献１，特許文献２、非特許文献３を参照)。これらの光サンプリング手段は、光電変換手段の前段に配置される。光分岐手段により光信号を分岐し、一方の出力からクロック抽出を行うことによって得られるクロックに同期したサンプリングクロックまたはサンプリング光パルス列を用いて光サンプリングを行う。サンプリング光信号は光電変換手段によりサンプリング電気信号に変換される。電気信号処理手段ではサンプリング電気信号をもとにサンプリングデータ分布を逐次表示して信号アイパタンを求めて光信号品質パラメータを評価する。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６７７３７２号公報
【特許文献２】
特許第３２３９９２５号公報
【特許文献３】
欧州特許出願公開第 EP0920150A2 号明細書
【非特許文献１】
“Handbook of ELECTRONIC TEST EQUIPMENT (Section 5-8. SAMPLING OSCILLOSCOPE)”, pp. 184-189, JOHN D. LENK, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N. J., 1971
【非特許文献２】
“Modeling of the HP-1430A Feedthrough Wide-Band (28-ps) Sampling Head”, SEDKI M. RIAD, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. IM-31, No. 2, June 1982, pp. 110-115
【非特許文献３】
“100 Gbit/s optical signal eye-diagram measurement with optical sampling using organic nonlinear optical crystal”, H. Takara, S. Kawanishi, A. Yokoo, S. Tomaru, T. Kitoh and M. Saruwatari, Electronics Letters, Vol. 32, No. 24. 21st November 1996, pp. 2256-2258
【非特許文献４】
“Optical signal quality monitoring method based on optical sampling”, I. Shake, H. Takara, S. Kawanishi and Y. Yamabayashi, Electronics Letters, Vol. 34, No. 22, 29th October 1998, pp. 2152-2154
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１におけるサンプリングクロックの繰り返し周波数は通常数十〜数百kHzであり、評価に必要十分な信号アイパタンを得るのに時間がかかって光信号のワンダが問題になるので、クロック抽出が必須であった。従来例２におけるサンプリングクロックやサンプリング光パルス列を用いた光サンプリングの例では、該サンプリングクロックや該サンプリング光パルス列の繰り返し周波数は10MHz程度であるが、サンプリングデータ分布を求める電気信号処理を逐次行う必要があったため、実効的なサンプリングレートは低下し、評価に必要十分な信号アイパタンを得るのに時間がかかって光信号のワンダが問題になるので、クロック抽出が必須であった。
【０００６】
上述のように、従来の第１例、第２例は全てクロック抽出を必要とするため、装置規模の増大、方法や装置の複雑化、装置コストの増大が問題であった。クロック抽出を必要としない光信号品質監視装置には従来の第３例(例えば、特許文献３、非特許文献４を参照)として、非同期サンプリングを用いた光信号品質監視装置がある。しかしこの方法は非同期アイパタンをもとにした光信号強度分布を評価するため、時間方向の劣化（ジッタ、偏波分散など）に適用できるまでには至っていない。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は、クロック抽出部を必要としないことで装置規模の小型化、方法や装置の簡易化、装置コストの縮小を可能とし、かつ、雑音劣化や波長分散劣化のみならずジッタや偏波分散劣化などの時間方向の信号品質劣化をも監視できるデータ信号品質評価方法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のデータ信号品質評価方法は、入力されるビットレートf0（bit/s）の光または電気のデータ信号とは独立に生成されるものであって、ビットレートf0（bit/s）とは異なる繰り返し周波数f1（Hz）の光または電気のサンプリングパルス列を用いて、該データ信号をサンプリングし、得られる光または電気のサンプリング信号を変換して電気のデジタルデータとしてバッファに保持する工程をN回（Nは自然数）繰り返した後に、前記バッファに保持されているN個のデジタルデータを一度にまたは順次読み出して電気信号処理を行うことにより、信号アイパタンを求めデータ信号波形測定および品質評価を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のデータ信号品質評価装置は、入力されるビットレートf0（bit/s）の光または電気のデータ信号とは独立に生成されるものであって、ビットレートf0（bit/s）とは異なる繰り返し周波数f1（Hz）の光または電気のサンプリングパルス列を発生するサンプリングパルス列発生手段と、ビットレートf0（bit/s）の該データ信号を該サンプリングパルス列でサンプリングしサンプリング信号を得るデータ信号サンプリング手段と、該データ信号サンプリング手段によって得られる光または電気の該サンプリング信号を変換し、電気のデジタルデータとして複数データ分記憶する電圧保持手段と、該電圧保持手段に保持されているデジタルデータを一度にまたは順次読み込んで信号アイパタンを求め光データ信号品質パラメータを評価する電気信号処理手段と、該電圧保持手段に対してデータ取込開始と終了のトリガを与え、該電気信号処理手段にデータ読込開始・終了のトリガを与えるトリガ信号発生手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
図１に本発明によるデータ信号品質評価装置の第１の実施形態を示す。これは請求項１０に記載の本発明に依る。本実施形態は、データ信号サンプリング手段として、電気信号電気サンプリング手段12を用いた場合である。この場合、入力するデータ信号が電気のデータ信号であり、サンプリングパルス列発生手段としてサンプリングクロック発生手段13を用いる。図１は特にビットレートf0（bit/s）の光信号を光電変換手段11を経て電気強度変調信号に変換した後に電気信号電気サンプリング手段12に入力する場合を示しているが、ビットレートf0(bit/s)の電気信号をそのまま電気信号電気サンプリング手段12に入力する場合は光電変換手段11は不要であり、そのような実施形態も本実施形態に含まれる。以下に本実施形態の動作について説明する。
【００１１】
ビットレートf0（bit／s）の光信号が光電変換手段11を経て電気強度変調信号として、電気信号電気サンプリング手段12に至る。一方、サンプリングクロックは、繰り返し周波数f1（Hz）（f1＝（n／m）f0＋aまたはf1＝（n／m）f0−a：n，mは自然数、aはオフセット周波数）でサンプリングクロック発生手段13から発生される。該電気信号電気サンプリング手段12では、該電気強度変調信号を該サンプリングクロックでサンプリングしサンプリング電気信号を得る。電圧保持手段14では、トリガ信号発生手段15からのデータ取込開始のトリガ信号に従って、該サンプリング電気信号のアナログ・デジタル変換（AD変換）を行い、一時的な記憶保持動作を行う。電圧保持手段14は、該トリガ信号発生手段15からデータ取込終了のトリガ信号が発信されるまでの間の複数のサンプリングデータを保持する。そして外部からのトリガ信号に従ってそれを出力する。ここでは例えば、キロバイト以上の容量を持つ電気バッファメモリを備え、MHz〜GHzサンプリングの機能を有した高速AD変換回路などを用いることができる。また、望ましくは、該サンプリングクロックのサンプリングゲート幅は光信号のビットレートf0の逆数で決まる時間の1／4以下程度がよい。
【００１２】
電圧保持手段14において、一定時間データ取込をおこなって複数のサンプリングデータを保持した後、トリガ信号発生手段15からデータ読込開始のトリガ信号が電気信号処理手段16に向けて発信されると、該電気信号処理手段16は、該データ読込開始のトリガ信号に応じて、該電圧保持手段14から複数のサンプリングデータを読み込み、該サンプリングデータから信号アイパタンを求め、それを表示したり、雑音劣化、波長分散劣化や、ジッタ、偏波分散劣化などの時間方向の信号品質劣化等に係る所定の演算処理を行って光信号品質パラメータを評価できるように表示したり、所定の外部装置に出力したりする。
【００１３】
ここで、サンプリングクロックの繰り返し周波数f1は、光信号ビットレートf0に関係した数である（n／m）f0をもとに決定されるだけであり、クロック抽出などを用いて光信号のビット位相に追随することは行わない。たとえば、光信号ビットレートが、2．5Gbit／s、10Gbit／s、40Gbit／sのどれかである場合を考える。この場合、サンプリングクロックの繰り返し周波数を決定するために必要な情報として、たとえばそれらのビットレートの公約数の１つである100MHzが解っていればそれをもとにf1を決定できる。例えばサンプリングクロックの繰り返し周波数を（100MHz＋aHz）で設定し、必要なサンプリングデータ数として15000点を仮定すれば、データ取込時間は約150μsとなる。すなわちこの方法では、ワンダによるビット位相シフトのうち約150μs以内での変化だけが、評価に用いるアイパタンに影響する。一日の温度差が60℃（12時間）とすると150μsでの温度変化は約2．1×10-7℃。光信号の伝送路を形成するナイロンコーティングの石英ファイバにおけるパルス遅延量が最大約0．2ps／m／℃（実測値）であることを考慮すれば、100kmの伝送路全体の温度が気温変動に伴って変化することにより生じるパルス遅延量は、150μsの間に4．2×10-3psとなる。これは分解能20ps程度の電気サンプリングはもちろん、1ps程度の光信号光サンプリングでも無視できる値であるため、本方法によるアイパタンは擬似的に同期アイパタンとして評価できる。
【００１４】
なお、オフセット周波数aの範囲としては、例えば、
【数９】
0003987001.tif 000002
となるように設定する。
【００１５】
ここで、n/m、k、qのあらわす意味は、後述の＜各実施の形態におけるアイパタンの表示例＞に詳述する。
また、本発明のデータ信号品質評価装置における入力信号（データ信号）は、上述したようなビットレートf0（bit/s）の光信号に限定されず、ビットレートf0（bit/s）の電気信号であってもよい。その場合、例えば、図１に示す実施の形態では、光電変換手段11を省略し、ビットレートf0の入力電気信号を直接、電気信号電気サンプリング手段12へ入力するようにすればよい。
【００１６】
また、クロック抽出などを用いて光信号（又は電気信号）のビット位相にサンプリングクロックの繰り返し周波数f1を追随させないということは、データ信号とは独立に繰り返し周波数f1（Hz）のサンプリング信号を生成するということである。ここで「独立」とは、データ信号とサンプリング信号とのビット位相関係が常にトラッキングされているのではない、という意味である。
【００１７】
また、電気信号処理手段16による電圧保持手段14からの複数のサンプリングデータの読み出しは、複数のサンプリングデータを一度に読み出すようにしてもよいし、順次に読み出すようにしてもよい。
【００１８】
＜第２の実施形態＞
図２に本発明のデータ信号品質評価装置の第２の実施形態を示す。これは請求項１０に記載の本発明に依る。本実施形態は、データ信号サンプリング手段として、光信号電気サンプリング手段22を用いた場合である。この場合、入力するデータ信号が光のデータ信号であり、サンプリングパルス列発生手段としてサンプリングクロック発生手段23を用いる。この場合、光信号電気サンプリング手段22によって光のサンプリング信号（サンプリング光信号）が得られるので、該サンプリング信号を電気のデジタルデータに変換して保持するには、光電変換を行った後にアナログ・デジタル変換を行うという手順が必要である。そのため、図２では光電変換手段21の後にアナログ・デジタル変換機能を有した電圧保持手段14を用いる構成になっている。図２において図１と同一の構成には同一の参照符号を付けている。以下に本実施形態の動作について説明する。
【００１９】
ビットレートf0（bit／s）の光信号が光信号電気サンプリング手段22に至る。一方、サンプリングクロックは、繰り返し周波数f1（Hz）（f1＝（n／m）f0＋aまたはf1＝（n／m）f0−a：n，mは自然数、aはオフセット周波数）でサンプリングクロック発生手段23から発生され、該光信号電気サンプリング手段22に至る。ここで、サンプリングクロック発生手段23には、シンセサイズド信号発生器とコムジェネレータとの組み合わせによる電気短パルス発生などを用いることができる。ここで該サンプリングクロックの繰り返し周波数f1はMHz〜GHz程度の高速であるのが望ましい。また、該コムジェネレータの帯域が光信号のビットレートf0の4倍程度まで伸びており、該電気短パルスのパルス幅が、該コムジェネレータの帯域のフーリエ変換で求められる時間幅程度に決定されることが望ましい。また、必要に応じて、該コムジェネレータの前段または後段に電気増幅器を用いることもできる。また、必要に応じて、該コムジェネレータの後段にベースバンドクリッパを用いることもできる。
【００２０】
該光信号電気サンプリング手段22では、該光信号を該サンプリングクロックでサンプリングしビットレートf1のサンプリング光信号を得る。該光信号電気サンプリング手段22には、電界吸収型光変調器によるゲート動作などを用いることができる。ここで望ましくは、該光信号電気サンプリング手段22の光信号の透過帯域は光信号ビットレートf0程度であるとよい。また望ましくは、該光信号電気サンプリング手段22のサンプリングゲート幅は光信号のビットレートf0の逆数で決まる時間の1／4以下程度がよい。該サンプリング光信号は光電変換手段21により、サンプリング電気信号に変換される。
【００２１】
電圧保持手段14では、トリガ信号発生手段15からのデータ取込開始のトリガ信号に従って、該サンプリング電気信号のアナログ・デジタル変換（ＡＤ変換）を行い、一時的な記憶保持動作を行う。そして該電圧保持手段14は、該トリガ信号発生手段15からデータ取込終了のトリガ信号が発信されるまでの間の複数のサンプリングデータを保持し、外部からのトリガ信号に従ってそれを出力する。ここでは例えば、キロバイト以上の容量を持つ電気バッファメモリを備え、MHz〜GHzサンプリングの機能を有した高速AD変換回路などを用いることができる。該電圧保持手段14において、一定時間データ取込をおこなって複数のサンプリングデータを保持した後、トリガ信号発生手段15からデータ読込開始のトリガ信号が電気信号処理手段16に向けて発信されると、該電気信号処理手段16は、核データ読込開始のトリガ信号に応じて、該電圧保持手段14から複数のサンプリングデータを読み込み、該サンプリングデータから信号アイパタンを求め光信号品質パラメータを評価する。
【００２２】
＜第３の実施形態＞
図３に本発明のデータ信号品質評価装置の第３の実施形態を示す。これは請求項１０に記載の本発明に依る。本実施形態は、データ信号サンプリング手段として、光信号光サンプリング手段32を用いた場合である。この場合、入力するデータ信号が光のデータ信号であり、サンプリングパルス列発生手段としてサンプリング光パルス列発生手段33を用いる。この場合、光信号光サンプリング手段32によって光のサンプリング信号（サンプリング光信号）が得られるので、該サンプリング信号を電気のデジタルデータに変換して保持するには、光電変換を行った後にアナログ・デジタル変換を行うという手順が必要である。そのため、図３では光電変換手段21の後にアナログ・デジタル変換機能を有した電圧保持手段14を用いる構成になっている。図３において図１または図２に示すものと同一の構成には同一の参照符号を付けている。以下に本実施形態の動作について説明する。
【００２３】
ビットレートf0（bit／s）の光信号が光信号光サンプリング手段32に至る。一方、サンプリング光パルス列は、繰り返し周波数f1（Hz）（f1＝（n／m）f0＋aまたはf1＝（n／m）f0−a：n，mは自然数、aはオフセット周波数）でサンプリング光パルス列発生手段33から発生され、該光信号光サンプリング手段32に至る。ここで該サンプリング光パルス列は、光信号のビットレートf0の逆数で決まる時間よりも十分狭いパルス幅を有する。該サンプリング光パルス列発生手段33には、利得スイッチ型のレーザーダイオードや、ファイバリングレーザ、モード同期レーザーダイオードなどを用いることができる。ここで該サンプリング光パルス列の繰り返し周波数f1はMHz〜GHz程度の高速であるのが望ましい。また、該サンプリング光パルス列のパルス幅は、光伝号のビットレートf0の逆数で決まる時間の1／4程度以下が望ましい。
【００２４】
該光信号光サンプリング手段32では、該光信号を該サンプリング光パルス列でサンプリングしサンプリング光信号を得る。ここで、光信号光サンプリング手段32には、光信号とサンプリング光パルス列との間の非線形光学効果を利用することができ、KTP（KTiOPO4）やAANP（2-adamantylamino-5-nitropyridine）やPPLN（Periodically Poled Lithium Niobate）などの非線形光学媒質を用いることができる。また、非線形光学効果としては、SFG（和周波光発生）、SHG（第二高調波発生）、FWM（四光波混合）などを用いることができる。
【００２５】
該サンプリング光信号は光電変換手段21により、サンプリング電気信号に変換される。電圧保持手段14では、トリガ信号発生手段15からのデータ取込開始のトリガ信号に従って、該サンプリング電気信号のアナログ・デジタル変換（ＡＤ変換）を行い、一時的な記憶保持動作を行う。該トリガ信号発生手段15からデータ取込終了のトリガ信号が発信されるまでの間の複数のサンプリングデータを保持する。そして外部からのトリガ信号に従ってそれを出力する。ここでは例えば、キロバイト以上の容量を持つ電気バッファメモリを備え、MHz〜GHzサンプリングの機能を有した高速AD変換回路などを用いることができる。該電圧保持手段14において、一定時間データ取込をおこなって複数のサンプリングデータを保持した後、トリガ信号発生手段15からデータ読込開始のトリガ信号が電気信号処理手段16に向けて発信されると、該電気信号処理手段16は、該データ読込開始のトリガ信号に応じて、該電圧保持手段14から複数のサンプリングデータを読み込み、該サンプリングデータから信号アイパタンを求め光信号品質パラメータを評価する。
【００２６】
＜第４の実施形態＞
本実施形態では、信号ビットレートf0の正確な値がわからない場合の評価手順例について述べる。まず、信号フォーマットがわかっている場合は、たとえばSDHならば、信号ビットレートは、2.48832Gbit/s、9.95328Gbit/s、39.81312Gbit/s・・・のいずれかであると考えられる。しかし、実際の信号ビットレートは正確にはdf（Hz）だけずれていることが考えられ、たとえばSDHでは、df=±200ppmを許容している。実際にdfだけ信号ビットレートがずれているとして、サンプリングクロックの繰り返し周波数を、dfを考慮せずに、2.48832Gbit/s、9.95328Gbit/s、39.81312Gbit/sの公約数などをもとに決定すると、f1にもdfを考慮していない分だけのずれが生じる。そのf1が、f1=(n/m)f0±a（ｎ，ｍは自然数）かつ(n/m)2q/{k+(n/m)q}f0≦ａ＜(n/m)2q/{k+(n/m)q-1}f0 (ｋは自然数)を満たしていればよく、満たしていない場合は、f1の値を掃引したり、ikj≦Nsampかつikj≦kz/{2q(k-z)}（i，j，Nsampは自然数）を満たすように、f1の値、kの値、n/mの値、qの値、のいずれか一つ以上を掃引することにより、開いたアイパタンの測定を可能にする。なお、n/m，k，q，ｚの表す意味については、後述する＜各実施の形態におけるアイパタンの表示例＞で詳述する。そして、これらのパラメータを掃引する方法は、信号フォーマットにより信号ビットレートがある程度わかる場合だけでなく、信号ビットレートがまったくわからない場合にも適用できる。しかし、その場合、f1の可変幅に対する要求は大きくなる。
f1の掃引なしにアイパタン測定を可能とする条件は、
f1≧(2・f0・Nsamp・｜df｜）1/2
であり、たとえば、f0＝9.95328Gbit/s、df＝200ppm、Nsamp＝250の場合、f1≧1GHzオーダーとなり、サンプリング速度を高速にすることにより、信号ビットレートを正確に知ることができない場合でもアイパタン測定が可能になる。
【００２７】
＜各実施形態による品質評価例＞
図４ないし図８を参照して本発明の第１ないし第４の実施形態による品質評価例について説明する。同期アイパタンの典型的な例と評価パラメータの例を示している。
【００２８】
図４はNRZ信号（Non-Return-to-Zero信号）のアイパタンの例である。強度方向のアイ開口が最大となる時間を中心にしてdtの時間窓を設定したときの振幅ヒストグラムを示しており、マーク、スペースの分布それぞれについて、平均値μ1，μ0、標準偏差σ1，σ0を評価している。
【００２９】
また、
Q＝｜μ1−μ0｜／σ1+σ0
で求められるQ値を評価パラメータとすることもできる。ここで、｜μ1−μ0｜は平均値μ1、μ0の差の絶対値を表す。
【００３０】
Q値からは、
BER＝erfc（Q）
を用いてビット誤り率を見積もることができる。ここで、BERはビット誤り率（Bit Error Rate）、erfcは誤差補関数を表す。
【００３１】
図５はRZ信号（Return to zero信号）のアイパタンの例である。平均値μ1，μ0、標準偏差σ1，σ0、Q値の評価の仕方は上述したNRZの場合と同様である。
【００３２】
図６はNRZ信号のアイパタンの例である。dtの時間窓をアイパタンのクロスポイントを中心として設定したときの振幅ヒストグラムを示しており、マーク、スペースの分布とクロスポイント付近の頻度分布について、それぞれ平均値μ1，μ0，μcrossを評価している。
【００３３】
ここで例えば、
Rcross＝｜μcross−μ0｜／｜μ1−μ0｜
はクロスポイントの振幅強度のずれを示しており、波長分散などによるパルス広がりの影響を評価するパラメータとなる。
【００３４】
図７はNRZ信号のアイパタンの例である。時間幅dt、強度幅dIで囲まれた部分の時間ヒストグラムを示しており、標準偏差σtを評価している。σtはジッタの影響を評価するパラメータとなる。
【００３５】
図８はRZ信号のアイパタンの例である。左部の図は強度方向のアイ開口が最大となる時間を中心にしてdtaの時間窓を設定したときの振幅ヒストグラムを示しており、マーク、スペースの分布それぞれについて、平均値μ1，μ0を評価している。上部の図は、｜μ1−μ0｜／2の値を中心とした強度幅dIと時間幅dtで囲まれた部分の時間ヒストグラムを示しており、標準偏差σtと平均値の差TFWHMを評価している。σtはジッタの影響を評価するパラメータとなる。TFWHMはRZパルスの半値全幅を示しており、波長分散などによるパルス広がりを評価するパラメータとなる。
【００３６】
この他、時間幅dt、頻度幅dIのウインドウを任意に設定することで、PMD（偏波モード分散）による劣化の評価なども可能である。
【００３７】
＜各実施の形態におけるアイパタンの表示例＞
表示については、例えば、複数のサンプリングデータをサンプリングした順にそのままディスプレイに表示することができる。この場合、必ずしも全ての点を時系列に並べるのではなく、ある周期でもう一度時間ゼロのところから重ね書きすることができる。それをサンプリング点全部について繰り返すことでアイパタンの表示を行うことができる。
【００３８】
以下、重ね書きする周期について説明する。ここでは、データ信号のビットレートがf0（bit/s）で、サンプリングの繰り返し周波数f1（Hz）が、f1＝（n／m）f0＋aまたはf1＝（n／m）f0−a（n，mは自然数、aはオフセット周波数）で表されるときに、aが、
【数１０】
0003987001.tif 000003
の条件を満たす場合について説明する。
ここでn/mは、f0とf1の比に関係する値であって、たとえばn/mが1/100であり、f0 が10（Gbit/s）である場合は、f1は約100（MHz）となり、データ信号の約１００ビットに対してサンプリング点が１点得られる程度のサンプリング頻度であることを表す。また、kは、重ね書きする周期に関係する値であって、サンプリング点数k個ずつ重ね書きすることを表す。また、qは、k個のサンプリング点を時系列に並べたときに、データ信号の何ビット分を再現するかを表す値である。以下では一例として、f1=(n/m)-aの場合について、各サンプリングデータに対応する点P1〜P8のプロット例について図９（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。図９（ａ）はデータ信号波形を示す図（ただし図９（ａ）では点P1〜P5のみ図示）であり、図９（ｂ）〜（ｄ）はそのプロット例を示す図である。また、各変数は、n／m＝1，k＝4，q＝1を満たすものとする。
【００３９】
上記の場合、オフセット周波数a（＝±（f1−f0））は、（1／5）f0≦a＜（1／4）f0の範囲の値となる。つまり、1／4／f0≦1／f1−1／f0＜1／3／f0であり、Δt（＝1／f1−1／f0）がf0の逆数である1タイムスロットの1／4よりも大きくて1／3よりも小さく設定されているということである。点P1〜P4までは、順に並べることによって1タイムスロット内の波形を再現できる（図９（ｂ））。
【００４０】
そして、この例では、点P5は点P4に続いてプロットするのではなく、時間ゼロに戻ってプロットするものとする。ここで、重ね合わせ方は二通りある。
【００４１】
（1）第１の重ね合わせ方は、図９（ｃ）に示すように、点P5の時間位置を点P1の時間位置に合わせることである。点P5の時間位置を点P1に合わせると2回目の重ね合わせの波形は、1回目の波形から少し時間的にずれたものになる。3回目、4回目と同様に重ね合わせていくと、少しずつずれが大きくなって行くので、重ね合わせ回数が増えるとだんだんアイが閉じていくことになる。この重ね合わせを実現するのに必要な情報は、n／mの値だけである。サンプリングクロックはローカルに設定できるので、kは自然数の範囲で任意に決められて、それに応じて重ね書きの周期が決まる。kは自然数であるが、波形が複雑だと大きい方が波形の再現には好ましいといえる。
【００４２】
（2）第２の重ね合わせ方は、図９（ｄ）に示すように、点P5の時間位置を1／f0の整数倍を基準に合わせることである。点P5の時間位置を、1／f0の整数倍を基準に合わせれば、2回目の重ね合わせの波形は、1回目の波形と重なったものになる。そのかわり、f0の絶対値を知る必要がある。
【００４３】
さて、（1）の方法において、点P5の時間位置を点P1と同じに合わせたときのずれを見積る。もし、a＝（1／4）f0であれば、点P5は1／f0の周期で点P1に一致するので、4点ずつ重ね書きする（または4の倍数で重ね書きする）のであれば無限に続けてもきれいなアイパタンが得られる。しかしこの場合、上記のaの範囲を定める式から分かるように、aは（1／4）f0から少しずれている。
【００４４】
ここで、zをk−1＜z≦kを満たす実数とすると、
【数１１】
0003987001.tif 000004
であり、今の場合n／m＝1，q＝1なので、zを3＜z＜4を満たす実数としてa＝｛1／（z＋1）｝f0となる。これを用いて計算すると、a＝（1／4）f0の場合と比べて、波形を重ね合わせていくときに生じるずれの大きさΔTは、ΔT＝（4−z）／（zf0）である。すなわち、一般的に、重ね合わせの周期をik（iは自然数、例ではi＝1）としたときにΔT＝q（k−z）i／（zf0）となる。逆にいえば、2回、3回と重ねるごとにΔTずつ時間方向にずれながら書かれていくということになる。そのずれの累積がf0の逆数の1タイムスロットの半分になると完全にアイパタンは閉じてしまうので、それがずれの上限となる。一度に測定するサンプリング点数をNsampとし、重ね書き回数をjとするとikj≦Nsampである。よって、ずれの累積値をSum［ΔT］とすると、Sum［ΔT］は、
【数１２】
0003987001.tif 000005
となる。
【００４５】
これが1／f0の半分以下になるのがアイ開口評価を可能とする条件なので、
【数１３】
0003987001.tif 000006
つまり
【数１４】
0003987001.tif 000007
を満たすサンプリング点数の範囲では、ローカルなクロックを用いてもアイ開口が評価できるということになる。
【００４６】
すなわち、aの値が、
【数１５】
0003987001.tif 000008
であり、Nsamp個のサンプリングデータを測定順に時間軸方向にdt＝1／（zf0）の時間間隔で表示するときに、最初のサンプリングデータの時間位置をt＝0としてt＝p／f0（pは自然数）ごとに時間位置を0に戻して重ね合わせてサンプリングデータを表示することにより信号アイパタンを求めてデータ信号波形測定および品質評価をおこなう場合、重ね合わせ回数をj（jは自然数）としたときに、全サンプリングデータ数Nsampに対して、pkj≦Nsampを満たすことでデータ信号品質評価を行うことができる。
【００４７】
さらにそれを発展させると、上記のようにしてNsampのデータ取込とアイパタン表示を行うことをj回繰り返し、それぞれのアイ開口の最大点を基準にj個のアイパタンを重ね合わせてから評価することができる。こうすれば、実効的に評価に用いるサンプリング点数を増やすことができ、より評価の不確定性を低減できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、クロック抽出部を必要としないために装置規模の小型化、方法や装置の簡易化、装置コストの縮小が可能となり、かつ、高速サンプリングおよびバッファを用いたデータ取込をおこなうことにより、同期手段を用いないにもかかわらず、ワンダの影響をなくした疑似的同期光信号アイパタンを得ることができて、雑音劣化や波長分散劣化のみならずジッタや偏波分散劣化などの時間方向の信号品質劣化をも監視できるデータ信号品質評価方法および装置を提供することができる。
【００４９】
また、本発明では、光サンプリング法を用いることで、電気サンプリングを用いる方法に比べて適用できる光信号ビットレートが広範囲となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図３】  本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図４】  図１〜図３に示す実施の形態によるデータ信号品質評価例の一例を説明するための図である。
【図５】  図１〜図３に示す実施の形態によるデータ信号品質評価例の他の例を説明するための図である。
【図６】  図１〜図３に示す実施の形態によるデータ信号品質評価例の他の例を説明するための図である。
【図７】  図１〜図３に示す実施の形態によるデータ信号品質評価例の他の例を説明するための図である。
【図８】  図１〜図３に示す実施の形態によるデータ信号品質評価例の他の例を説明するための図である。
【図９】  図１〜図３に示す実施の形態によるデータプロット例を説明するための図である。
【図１０】  従来例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
11  光電変換手段
12  電気信号電気サンプリング手段
13  サンプリングクロック発生手段
14  電圧保持手段
15  トリガ信号発生手段
16  電気信号処理手段
21  光電変換手段
22  光信号電気サンプリング手段
23  サンプリングクロック発生手段
32  光信号光サンプリング手段
33  サンプリング光パルス列発生手段
【図１】
0003987001.tif 000017
【図２】
0003987001.tif 000018
【図３】
0003987001.tif 000019
【図４】
0003987001.tif 000020
【図５】
0003987001.tif 000021
【図６】
0003987001.tif 000022
【図７】
0003987001.tif 000023
【図８】
0003987001.tif 000024
【図９】
0003987001.tif 000025
【図１０】
0003987001.tif 000026