(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システム内で性能を監視するための方法であって、
（Ａ）通信システムの光信号に対応する光自己相関関数の１つまたは複数のサンプルを生成するステップと、
（Ｂ）１つまたは複数のサンプルに基づいて光信号における減損を特徴付けるステップとを含み、
ステップ（Ａ）が、１つまたは複数のサンプルに基づいて１つまたは複数のスペクトル成分を生成するステップを含み、そしてステップ（Ｂ）が、１つまたは複数のスペクトル成分に基づいて減損を特徴付けるステップを含む方法。
【請求項２】
減損が、（ｉ）波長分散、（ｉｉ）パルス拡がり、および（ｉｉｉ）データ変調器とパルスカーバーの間の位置合せずれの１つであり、
減損がパルス拡がりである時、１つまたは複数のスペクトル成分が、低周波数成分と高周波数成分を含み、
減損がデータ変調器とパルスカーバーの間の位置合せずれである時、
光信号が、クロック周波数で変調されたデータ信号に基づき、データ変調器とパルスカーバーを使用して生成され、
１つまたは複数のスペクトル成分が、クロック周波数の約２分の１で位置付けられる成分を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
通信システム内で性能を監視するための方法であって、
（Ａ）通信システムの光信号に対応する光自己相関関数の１つまたは複数のサンプルを生成するステップと、
（Ｂ）１つまたは複数のサンプルに基づいて光信号における減損を特徴付けるステップとを含み、
ステップ（Ａ）が、１つまたは複数のサンプルに対応する１つまたは複数の振幅変化を測定するステップを含み、ステップ（Ｂ）が、１つまたは複数の振幅変化に基づいて減損を特徴付けるステップを含む方法。
【請求項４】
減損が、（ｉ）光信号のピークパワー変動、（ｉｉ）パワー変動、（ｉｉｉ）光信号におけるパルス間タイミングジッター、および（ｉｖ）擬似ランダム特性からの偏移の１つであり、
減損が光信号のピークパワー変動である時、１つまたは複数のサンプルが、０ビット遅延自己相関点を含み、
減損がパワー変動である時、１つまたは複数のサンプルが、１／２ビット遅延自己相関点を含み、
減損が光信号におけるパルス間タイミングジッターである時、１つまたは複数のサンプルが、１／２および１ビット遅延自己相関点を含み、
減損が擬似ランダム特性からの偏移である時、光信号が擬似ランダムデータ信号に基づき、
１つまたは複数のサンプルが、０および１ビット遅延自己相関点を含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
通信システム内で性能を監視するための方法であって、
（Ａ）通信システムの光信号に対応する光自己相関関数の１つまたは複数のサンプルを生成するステップと、
（Ｂ）１つまたは複数のサンプルに基づいて光信号における減損を特徴付けるステップとを含み、
ステップ（Ａ）が、１つまたは複数のサンプルに対応する１つまたは複数の平均振幅を測定するステップを含み、ステップ（Ｂ）が、１つまたは複数の平均振幅に基づいて減損を特徴付けるステップを含む方法。
【請求項６】
減損が、（ｉ）コントラストの減少、（ｉｉ）パルス拡がり、および（ｉｉｉ）データ変調の損失の１つであり、
減損がコントラストの減少またはパルス拡がりである時、１つまたは複数のサンプルが、０および１／２ビット遅延自己相関点を含み、
減損がデータ変調の損失である時、
ステップ（Ａ）が、光信号に対応する平均光パワーを測定するステップをさらに含み、
１つまたは複数のサンプルが、０ビット遅延自己相関点を含み、
データ変調の損失が、０ビット遅延自己相関点に対応する平均振幅と平均光パワーの２乗との比に基づいて特徴付けられる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
通信システム内で性能を監視するための方法であって、
（Ａ）通信システムの光信号に対応する光自己相関関数の１つまたは複数のサンプルを生成するステップと、
（Ｂ）１つまたは複数のサンプルに基づいて光信号における減損を特徴付けるステップとを含み、
ステップ（Ａ）が、
（Ａ１）光信号に対応する平均光パワーを測定するステップと、
（Ａ２）１つまたは複数のサンプルに基づいて１つまたは複数のスペクトル成分を生成するステップと、
（Ａ３）１つまたは複数のサンプルに対応する１つまたは複数の振幅変化を測定するステップと、
（Ａ４）１つまたは複数のサンプルに対応する１つまたは複数の平均振幅を測定するステップとを含み、
ステップ（Ｂ）が、１つまたは複数のスペクトル成分、振幅変化、平均振幅、および平均光パワー測定値に基づいて、光信号における２つ以上の減損を特徴付けるステップを含む方法。
【請求項８】
通信システム内で性能を監視するための装置であって、
（ａ）通信システムから光信号を受信し、光信号に対応する自己相関関数の１つまたは複数のサンプルを生成するように構成された光自己相関器（ＯＡＣ）と、
（ｂ）１つまたは複数のサンプルに基づいて光信号における減損を特徴付けるように構成された信号処理モジュール（ＳＰＭ）とを具備し、
前記ＳＰＭは、１つまたは複数のサンプルに基づいて１つまたは複数のスペクトル成分を生成するように構成された離散フーリエ変換（ＤＦＴ）要素を具備し、
前記ＳＰＭは、１つまたは複数のスペクトル成分に基づいて減損を特徴付けるように構成される装置。
【請求項９】
光信号に対応する平均光パワーを測定し、平均光パワー測定値をＳＰＭに提供するように構成されたパワー検出器（ＰＤ）をさらに具備し、ＳＰＭが、さらに、
１つまたは複数のサンプルに対応する１つまたは複数の振幅変化を測定するように構成された統計要素と、
１つまたは複数のサンプルに対応する１つまたは複数の平均振幅を測定するように構成された低域通過フィルター（ＬＰＦ）要素とを具備し、ＳＰＭが、１つまたは複数のスペクトル成分、振幅変化、平均振幅、および光パワー測定値に基づいて、光信号における２つ以上の減損を特徴付けるように構成される請求項８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、光通信システムに関し、さらに詳細には、光通信システムの性能の監視に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
この出願は、２００１年５月２３日に出願された「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ」という名称の米国仮特許出願第６０／２９３，０４７号から優先権を主張する。
【０００３】
【従来の技術】
光ファイバーネットワークは、現光の通信システム内でのデータ伝送のために、広く使用されている。データトラフィック量の増大により、ネットワークの監視および管理は、ますます重要になっている。たとえば、そのような監視は、ネットワークの特定点における１つまたは複数の光通信チャネルに対応する光信号の品質の測定を含む。光信号は、様々な減損、たとえば、タイミングジッター、波長分散等について分析される。得られた情報は、たとえば、ある減損が許容レベルを超えた場合に、ネットワークの性能を改善するために使用することができる。
【０００４】
光信号を分析する１つの周知の方法は、その信号を選び出し、光電（Ｏ／Ｅ）コンバーターを使用して電気信号に変換し、電気信号処理方法を使用して、減損について電気信号を分析することである。しかし、この方法の１つの欠点は、一般に高速電子回路を必要とすることである。さらに、比較的高いビット率では、利用可能な電子回路の感度または帯域幅が、光信号における減損を正確に、かつ／または費用効果的に測定するために不十分である可能性がある。結果的に、そのような手段によって、ある減損は喪失され、あるいは光信号を監視するためには非実際的である可能性がある。監視用電子回路が適切な帯域幅を有する時も、受信機の感度よりも低い振幅において現れる減損を監視することは、たとえば、（１）先制監視、すなわち、性能に衝撃を与える前に問題を識別すること、または、（２）送信機において信号を監視する、すなわち、受信機における信号と比べて比較的高い忠実度の条件下で信号を監視するために有利である。大きい透過性領域、すなわち、Ｏ／Ｅ変換点の間に大きな距離を有する光ネットワークにおいて、監視は、障害成分の位置を識別し、かつ／または減損の原因を診断するためにとくに重要になる。
【０００５】
光信号の監視に適用される光学的方法は、信号処理の少なくとも一部が光領域において行なわれるために、電気的方法よりも一定の利点を有する。これは、監視用電子回路に対する帯域幅の必要条件を低減する。たとえば、光パルスひずみを決定するためのパルス持続時間とパルス形状測定は、比較的遅い光検出器およびその対応する電子回路と結合された第二高調波発生（ＳＨＧ）など、非線形光学技術を使用して、短い光パルスに対して実現される。しかし、光信号の異なるパラメーターを測定するために、異なる非線形光学方法を適用する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
光信号の幾つかのパラメータ（たとえば、非線形パルスひずみ）を測定するために実験室で実際に使用されるが、非線形光学方法は、光ファイバーネットワークにおける光性能の監視に適用されない。これは、主に、比較的コストの高い非線形光学構成要素、性能の制約および／またはシステムの複雑性による。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施形態によれば、たとえば、光ネットワークにおいて使用される、光性能モニター（ＯＰＭ）が提供される。ＯＰＭは、データで変調された光信号における１つまたは複数の減損を特徴付けるように構成される。ＯＰＭは、２光子吸収を使用して、光信号の自己相関関数をサンプリングするように構成された光自己相関器を有する。様々なビット遅延における自己相関点は、独立に、または平均光パワーと組み合わせて、以下の１つまたは複数を検出かつ／または数量化するために使用される。すなわち、データ変調の損失、信号コントラスト、パルス拡がり、ピークパワー変動、タイミングジッター、およびデータの擬似ランダム特性からの偏移である。加えて、ＯＰＭは、対応するスペクトル成分を得るために、自己相関点に基づいてフーリエ変換を行うように構成される。スペクトル成分は、波長分散、偏波モード分散、およびパルスカーバーとデータ変調器の位置合せずれの１つまたは複数を検出かつ／または数量化するために使用される。ＯＰＭは、さらに、たとえば、ネットワーク性能を改良するためにネットワークオペレータへのフィードバックを生成するように構成される。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、通信システムにおける性能監視装置において、（ａ）通信システムから光信号を受信し、光信号に対応する自己相関関数の１つまたは複数のサンプルを生成するように構成された光自己相関器（ＯＡＣ）と、（ｂ）１つまたは複数のサンプルに基づいて光信号における減損を特徴付けるように構成された信号処理モジュール（ＳＰＭ）とを具備する性能監視装置が提供される。
【０００９】
本発明の別の実施形態によれば、通信システムにおける性能監視法において、（Ａ）通信システムの光信号に対応する光自己相関関数の１つまたは複数のサンプルを生成するステップと、（Ｂ）１つまたは複数のサンプルに基づいて光信号における減損を特徴付けるステップとを含む性能監視法が提供される。
本発明の他の見地、特徴および利点は、次の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面からさらに十分に明らかになるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本明細書で、「一実施形態」とは、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、または特性が、発明の少なくとも１つの実施形態に包含されることを意味する。明細書の様々な箇所に出現する成句「一実施形態」は、かならずしも同一実施形態に言及するものではなく、他の実施形態とは相容れない独立または代替的な実施形態に言及するものでもない。
【００１１】
光性能モニター
図１は、本発明の一実施形態による光性能モニター（ＯＰＭ）１１０を使用する光ファイバーネットワーク１００を示す。ネットワーク１００は、ソースノード１０２から複数の中間ノード１０４を介して宛て先ノード１０８へのデータで変調された光信号を搬送するように構成される。リンク１０６など、長距離、メトロまたはアクセス光伝送リンクは、図１に示された中間ノード１０４Ａと１０４Ｂなど、一対のノードを連結する。リンク１０６は、たとえば、光ファイバーにおいて光吸収によって減衰された、光信号をブーストするように構成された光増幅器（不図示）を含む。ＯＰＭ１１０など、１つまたは複数の光性能モニターは、ネットワーク１００に沿った１つまたは複数の異なる地点に位置し、これらの地点において光信号の品質を監視する。図１において、ＯＰＭ１１０は、ノード１０４Ａと１０４Ｂの間のリンク１０６へ連結されるとして示される。
【００１２】
図２は、本発明の一実施形態によるＯＰＭ１１０を示す。この実施形態において、ＯＰＭ１１０は、光電子モジュール（ＯＥＭ）２０２と信号処理モジュール（ＳＰＭ）２０４を具備する。ＯＥＭ２０２は、（ｉ）たとえば、光タップを使用するリンク１０６から光入力信号２００を受信し、（ｉｉ）その信号を光学的に処理し、（ｉｉｉ）信号２００に対応する１つまたは複数の電気出力を生成し、ＳＰＭ２０４においてさらに処理するように構成される。ＳＰＭ２０４は、信号２００における１つまたは複数の減損を検出するために、ＯＥＭ２０２の１つまたは複数の電気出力を処理するように構成される。ＳＰＭ２０４は、たとえば、リンク１０６の性能を調整するために使用される、出力信号２１０を生成するようにさらに構成される。
【００１３】
一実施形態において、ＯＥＭ２０２は、スプリッター２１２、光自己相関器（ＯＡＣ）２１４、およびパワー検出器（ＰＤ）２１６を具備する。スプリッター２１２は、信号２００を２つの光信号に分割し、それぞれ、ＯＡＣ２１４とＰＤ２１６に適用する。好ましい実施において、信号２００の大部分（たとえば、９９％）は、ＯＡＣ２１４へ向けられるが、ほんの小部分（たとえば、１％）は、ＰＤ２１６へ向けられる。一実施形態において、ＰＤ２１６は、信号２００の平均光パワーに比例する電気信号を生成するように構成された比較的遅い光検出器である。この電気信号は、ＯＥＭ２０２からＳＰＭ２０４へ出力される。
【００１４】
ＯＡＣ２１４は、信号２００の光自己相関関数を測定するように構成される。一般に、時間従属関数Ｓ（τ）の自己相関関数Ａ（ｔ）は、次のように、方程式（１）によって表される。
Ａ（ｔ）＝Ｓ（τ）Ｓ（ｔ＋τ）          （１）
Ａ（ｔ）は、Ｓ（τ）に時間間隔（ｔ、遅延期間）だけ遅らせたＳ（ｔ＋τ）を掛け算することにより獲得される。Ａ（ｔ）は、１セットの遅延期間を使用してサンプリングされる。応用により、種々の選択数のサンプルが、Ａ（ｔ）を表現するために使用される。一実施形態において、ＯＡＣ２１４は、Ｎ地点において信号２００の自己相関関数をサンプリングするように構成される。ここで、Ｎ≧１である。ＯＡＣ２１４は、さらに、Ｎサンプリング点に対応する電気信号をＳＰＭ２０４へ出力し、後続の処理をするように構成される。ＯＡＣ２１４の様々な実施形態の詳しい説明は、図３と図４に関連して以下に与えられる。
【００１５】
再び図２を参照すると、一実施形態において、ＳＰＭ２０４は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）要素２２２、低域通過フィルター（ＬＰＦ）要素２２４、および統計要素２２６を具備し、これらはすべてプロセッサー２２８ヘ連結される。プロセッサー２２８は、要素２２４〜２２６およびＰＤ２１６によって生成された信号を処理し、信号２００における減損を識別するように構成される。プロセッサー２２８は、信号２１０を生成し、たとえば、ネットワーク性能の改良のための補正措置を講ずるために、ネットワークオペレータヘフィードバックするように構成される。一実施形態において、プロセッサー２２８は、ルックアップテーブルとして実現される。他の実施形態において、プロセッサー２２８の異なる実現も使用される。加えて、プロセッサー２１８は、ＯＰＭ１１０へ連結された異なる装置の一部であってもよい。
【００１６】
ＦＦＴ要素２２２は、ＯＡＣ２１４によってサンプリングされたＮ個の自己相関点に基づいたフーリエ変換を生成するように構成される。一実施形態において、ＦＦＴ要素２２２はまた、フーリエ変換を生成する前に、Ｎサンプリング点をゼロ充填するように構成される。ＬＰＦ要素２２４は、たとえば、低域通過フィルターを使用して、Ｎサンプリング自己相関点内の１つまたは複数の選択点の平均振幅を測定するように構成される。統計要素２２６は、Ｎサンプリング自己相関点内の１つまたは複数の選択点に対応する振幅変化を測定するように構成される（この選択はＬＰＦ要素２２４によって測定されたものと同一またはそれとは異なる）。一実施形態において、ＬＰＦ要素２２４と統計要素２２６は、さらに、それぞれの選択点の相対平均振幅と相対振幅を測定するように構成される。
【００１７】
本発明の一実施形態において、ＯＡＣ２１４は、市販される自己相関器、たとえば、ニュージャージー州ＮｏｒｔｈｖａｌｅのＩＮＲＡＤ社から市販されるモデルＰｕｌｓｅＣｈｅｃｋ−１５０である。そのような自己相関器を使用して、自己相関関数は、干渉計の１つの脚を機械的に走査し、その脚からの光信号を、非線形媒体における別の脚からの信号と組み合わせることによりサンプリングされる。そのような技術はある応用に対して適切であるが、いくつかの欠点がある。たとえば、機械的走査の１つの欠点は、最新のネットワークにおいて必要とされる監視速度と比較して遅いことである。加えて、機械的走査において使用されるモーターは、定期保守および／または交換を必要とする。
【００１８】
図３は、ＯＡＣ２１４の代替的な実現を示し、この場合、走査速度は、市販される自己相関器と比較して高速である。図３のＯＡＣ２１４は、１×２スプリッター３０２、ＭＥＭＳ（超小形電子機械システム）スイッチ３０４、Ｎ固定ファイバー遅延脚３０６、Ｎ×１カプラー３０８、オプションの可調整遅延３１０、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）３１２、および出力インターフェース３１４を具備する。ＯＡＣ２１４は、次のように動作するように構成される。ＯＡＣ２１４に加えられた光信号は、スプリッター３０２を使用して、２つの光信号へ分割される。２つの光信号は、それぞれ、２つの異なる光路を通って送信される。すなわち、第１光信号は、スイッチ３０４、遅延脚３０６およびカプラー３０８を具備する第１光路を通り、第２信号は、オプションの遅延３１０を具備する第２光路を通って送信される。
【００１９】
第１光路において、スイッチ３０４のＭＥＭＳ鏡は、種々の遅延脚３０６に対応する位置に歩測され、第１光信号を特定の脚からカプラー３０８ヘ送信する。それから、第１光信号は、第２光路からの第２光信号とともにＡＰＤ３１２において処理され、自己相関関数の特定サンプルを生成する。一実施形態において、ＡＰＤ３１２は、２光子吸収により光信号を検出するように構成される。それ自体、ＡＰＤ３１２は、２つの信号の積に対応する電気信号を生成する。それから、その電気信号は、インターフェース３１４を使用して、ＯＡＣ２１４から出力される。ＭＥＭＳ鏡がＮ個の異なる遅延脚３０６に対応するＮ位置に歩測された後、自己相関関数のＮ個のサンプルが生成される。
【００２０】
一実施形態において、遅延脚３０６は、広範囲の固定遅延を含み、種々のビットレートの光信号の監視を可能にする。たとえば、遅延脚３０６は、次のように、１０Ｇｂ／ｓと４０Ｇｂ／ｓに対応する５個の個別遅延脚を含む。すなわち、（１）０ｐｓ、（２）１２．５ｐｓ（４０Ｇｂ／ｓに対して１／２ビット）、（３）２５ｐｓ（４０Ｇｂ／ｓに対して１ビット）、（４）５０ｐｓ（１０Ｇｂ／ｓに対して１／２ビット）、および１００ｐｓ（１０Ｇｂ／ｓに対して１ビット）である。種々の遅延は、可調整遅延３１０を使用することにより、同一セットの遅延脚３０６で実現される。
【００２１】
ＯＡＣ２１４の上記の実施形態において、自己相関関数のＮ個のサンプルは、異なるサンプル点が光信号における異なるデータセットに対応するようにシリアル式に獲得される。そのようなサンプリング化は、いくつかの応用に対して好都合である。
【００２２】
図４は、ＯＡＣ２１４の別の可能な実現を示し、この実現では、可動部品がなく、自己相関点を並列に生成するように構成される。結果的に、図４のＯＡＣ２１４を有するＯＰＭ１１０は、同一データセットに対応する自己相関点を生成する。図４の実現において、ＯＡＣ２１４は、３つの自己相関点をサンプリングするように構成される。種々の実現において、種々の数の自己相関点が、同様の原理を使用してサンプリングされる。
【００２３】
ＯＡＣ２１４は、４つの１×２スプリッター４０２、２つの固定または可変ファイバー遅延４０６、３つのＡＰＤ４１２Ａ−Ｃ、およびインターフェース４１４を具備する。各ＡＰＤ４１２は、図３のＡＰＤ３１２と同様である。一実施形態において、遅延４０６は、たとえば、１／２ビット遅延（４０Ｇｂ／ｓに対して１２．５ｐｓ）である。ＯＡＣ２１４に加えられた光信号は、スプリッター４０２を使用して、５つの光信号４１０Ａ−Ｅへ分割される。各光信号は、異なる光路を介して対応するＡＰＤ４１２に到来する。光信号４１０Ａ−Ｅに対応する相対遅延は、次などである。すなわち、（ｉ）４１０Ａ、４１０Ｂおよび４１０Ｄに対して０ビット、（ｉｉ）４１０Ｃに対して１／２ビット、（ｉｉｉ）４１０Ｅに対して１ビットである。ＡＰＤにおいて２つの選択光信号を処理することにより、特定の自己相関点が、サンプリングされる。たとえば、ＡＰＤ４１２Ｃは、光信号４１０Ｄと４１０Ｅを処理し、このため、１ビット遅延自己相関点をサンプリングする。同様に、ＡＰＤ４１２Ｂは、光信号４１０Ｂと４１０Ｃを処理し、ＡＰＤ４１２Ａは、光信号４１０Ａをそれ自体で処理し、このため、１／２ビットおよび０ビット遅延自己相関点をそれぞれサンプリングする。対応する光信号は、好ましくは、干渉じまのない構成において各ＡＰＤ４１２で処理される。そのような構成は、たとえば、ファイバー出力をＡＰＤ面へ互いに小角度で集束させるように構成されたレンズヘ並列ファイバー出力を向けらせることにより実現される。ＡＰＤ４１２によって生成された電気信号は、インターフェース４１４を介してＯＡＣ２１４からＳＰＭ２０４へ出力される。
【００２４】
ＯＡＣ２１４の付加的な実現は、種々の光プラットフォームを使用して実現される。たとえば、図３の実現は、ファイバーの代わりに自由空間光学系を使用して実現される。加えて、図４の実現は、平面導波路光学系を使用して実現される。
【００２５】
光信号減損
次に、本発明のＯＰＭを使用して監視される光信号における代表的減損を説明する。
【００２６】
光信号のピークパワーの変動は、たとえば、自己相関関数の０ビット遅延点を使用して、監視される。ピークパワーは、一般に、データの頂部（または論理的１）レールに対応する。このため、ピークパワーの変動は、受信機においてビットエラーを導入する。変動は、たとえば、光増幅器において増殖ノイズまたは自然放出ビートノイズにより発生する。頂部レールに対する典型的なノイズ源は、広帯域であるために、通常、比較的低いか高い周波数において比例的に現れる。このため、たとえば、統計要素２２６（図２）を使用した、０ビット遅延点の変動の比較的遅い監視により、データの頂部レールにおいて全広帯域ノイズの測定がなされる。
【００２７】
同様の接近方法は、自己相関関数の１／２ビット遅延点を使用してデータの底部（または論理的ゼロ）レールに対して変動を監視するために実現される。そのような変動は、同様に、統計要素２２６を使用して測定される。
【００２８】
データの頂部および底部レールにおける平均パワーレベルは、ＬＰＦ要素２２４（図２）を使用して、各々０ビットおよび１／２ビット遅延点から獲得される。これらのレベルは、たとえば、光チャネルのアイを評価するために、光信号のコントラストを測定するために使用される。さらに、パルス拡がりはまた、光信号のコントラストを縮小する効果があるために、０ビットおよび１／２ビット遅延点を使用して監視される。加えて、データ変調の損失は、０ビット遅延点における平均パワーレベルとＰＤ２１６を使用して測定された平均光パワーの平方の比から検出される。たとえば、この比が１に近づくならば、光信号は、もはやデータで変調されない。他方、比較的大きなこの比の値は、対応する光チャネルの比較的広いアイを示す。
【００２９】
パルス間タイミングジッターは、１／２ビットおよび１ビット遅延自己相関点の振幅変化を使用して監視される。このタイプのジッターは、１ビット遅延点の振幅を同時に減少させながら、１／２ビット遅延点の振幅を増大させる効果を有する。
【００３０】
様々なタイムスケールにおけるタイミングジッターが、たとえば、１ビット遅延の倍数に対応する自己相関点を使用して、監視される。たとえば、１ビット遅延スケール（１０Ｇｂ／ｓに対して１００ｐｓ）においてタイミングジッターを評価するために、０ビットおよび１ビット遅延点が比較される。同様に、ｎビット遅延スケール（１０Ｇｂ／ｓに対してｎ×１００ｐｓ）においてタイミングジッターを評価するために、０ビットおよびｎビット遅延点が比較される。さらに具体的には、ジッターが高いほど、０ビットおよびｎビット遅延点に対応する振幅の比は減少する。
【００３１】
１ビットおよび０ビット遅延点の同時の監視は、偽論理１および／または０に付随した信号エラーを検出するために使用される。たとえば、擬似ランダムデータストリームに対して、これらの点における振幅の比は、約０．５である。偽論理１および／または０の存在は、０．５からの対応する比の偏差において出現するデータの擬似ランダム特性を破壊する。このため、０．５からの負または正偏差は、それぞれ、論理０または１に有利なエラーを示す。
【００３２】
次の説明は、本発明のＯＰＭを使用する分散監視に関する。分散監視の実現を詳細に記載する前に、輝度変調されたデータ信号のパワースペクトルにおける波長分散の効果を簡単に説明する。
【００３３】
波長分散は、搬送周波数のまわりの二次移相を伝搬信号のパワースペクトルに付加することが知られている。分散移相（Φｄ）は、次の方程式（２）によって表される。
0004047630.tif 000002
ここで、λ０は、中心周波数であり、ｆは、周波数であり、ｆ０は、中心周波数に対応する光周波数であり、Ｄは、全累積分散（通常ｐｓ／ｎｍで測定）であり、そしてｃは、光の速度である。方程式（２）を使用して、周波数ｆ＝ｆ０＋ｆｃにおいて現れる移相により全累積分散が記述される。ここで、ｆｃは、データ変調レート（１０Ｇｂ／ｓに対して１０ＧＨｚ）に対応するクロック周波数である。たとえば、１０Ｇｂ／ｓにおいて変調された信号に対する１０００ｐｓ／ｎｍの分散値は、中心周波数から１０ＧＨｚずれた周波数における約０．８πラジアンの移相に対応する。有意パルスひずみは、πラジアンの次元の移相に対して出現することが知られている。
【００３４】
図５Ａ〜図５Ｅは、擬似ランダム、零復帰（ＲＺ）、４０％デューティサイクルの光データ信号のパワースペクトルに及ぼす波長分散の効果を示す。図５Ａは、波長分散のない場合に代表的２１４ビットデータシーケンスの検出ＲＦ（無線周波数）パワースペクトルである。図５Ｂ〜図５Ｅは、多様な波長分散量、具体的には、０．５、１．０、２．０および３．０πラジアンの波長分散がある場合の同一データシーケンスのＲＦパワースペクトルを示す。図５Ａ〜図５Ｅの結果によって示された如く、波長分散の一効果は、スペクトルにおける周期ヌル列を伝えることであり、ヌルは、分散の増大とともに低周波数に伝搬し、ヌルの周期性は、波長分散の対応する量に比例する。このため、たとえば、ＲＦパワースペクトルを監視し、そのような周期性を測定することにより、波長分散量が決定される。
【００３５】
時間従属関数の自己相関関数のフーリエ変換は、時間従属関数のパワースペクトルに対応することが知られている。このため、波長分散量を決定する一方法は、（１）ＯＡＣ２１４（図２）を使用して自己相関関数をサンプリングし、（２）ＦＦＴ要素２２２を使用してパワースペクトルを獲得し、（３）たとえば、プロセッサー２２８を使用して、パワースペクトルの変調周期性からの分散度を決定するものである。この方法は、たとえば、ＯＡＣ２１４が比較的大きな自己相関点数をサンプリングするように構成される時、使用される。しかし、サンプリング点数が比較的小さいならば、異なる方法が、適用される必要がある。
【００３６】
一実施形態において、図２のＯＰＭ１１０は、非常に少数の自己相関点をサンプリングするように構成された安価なＯＡＣ２１４を有する。次は、０、１／２および１ビット遅延に対応する３つの自己相関点のみをサンプリングするように構成されたＯＡＣ２１４を使用して、波長分散量がいかに監視されるかを示す例である。これらの点によって表現された自己相関関数のフーリエ変換は、周波数領域において３つの成分（スペクトル成分）を有する。Ｔがビット周期であるならば、スペクトル成分は、０（またはＤＣ）、１／Ｔ、および１／（２Ｔ）に対応する周波数において位置する。
【００３７】
図６は、図５Ａ〜図５Ｅに示されたパワースペクトルに対応して、上記で獲得された３つのスペクトル成分の振幅に及ぼす波長分散の効果を示す。図６の結果は、１／Ｔ成分は、０〜０．５πラジアンの波長分散変化に最も感応することを示す。しかし、０．５πラジアンを超える成分の使用は、振幅と波長分散値の間に１対１対応を与えず、こうして、測定を曖昧にする。図６の結果は、さらに、１／（２Ｔ）成分の使用は、約１．０πラジアンまで非曖昧性を拡大することを示す。しかし、この拡大は、波長分散変化への感度を低下させて達成される。感度と監視される必要のある波長分散範囲に対する必要条件により、いずれかの成分が、波長分散度を決定するために使用される。
【００３８】
信号処理技術は、自己相関関数の３つのサンプルを使用して監視される波長分散範囲をさらに拡大するために適用される。たとえば、サンプルをウィンドウ処理する方法（文献では時間領域におけるアポジゼーションまたはフィルター化と呼ばれる）が当分野で良く知られている。スペクトルのいくつかの特性は、スペクトルを畳み込むことにより改良され、限定数のサンプル（打ち切り変調）のために、スペクトルに有効に適用された正弦波よりも満足する形状を有する。周波数領域における畳み込みは、時間領域における掛け算と等価であるために、ウィンドウ処理する一方法は、フーリエ変換の前のサンプルに時間領域のウィンドウ関数を掛け算するものである。そのようなウィンドウ関数の実施例としては、三角関数がある。他のウィンドウ関数、たとえば、指数関数等も使用される。
【００３９】
図７は、図５Ａ〜図５Ｅに示されたパワースペクトルに対応して、次のように獲得された３つのスペクトル成分の振幅に及ぼす波長分散の効果を示す。自己相関関数は、０、１／２、および１ビット遅延点においてサンプリングされる。付加的なゼロが、３／２ビット遅延においてサンプルヘ付加（ゼロ充填）される。結果の４つの点は、遅延の大きい順に４つの点に対応する振幅１、２／３、１／３および０によって表現された三角関数によって掛け算（時間領域フィルター）される。それから、ゼロ充填され、時間領域フィルターされた自己相関関数は、フーリエ変換され、ＤＣ、１／（３Ｔ）、２／（３Ｔ）および１／Ｔに対応する周波数に位置する４つのスペクトル成分を生ずる。これらの４つのスペクトル成分の内の３つ、すなわち、ＤＣ、１／（３Ｔ）および１／Ｔが、図７において示される。
【００４０】
図７に示された如く、ＤＣおよび１／Ｔ成分は、図６の対応する成分と同様な挙動をする。しかし、１／（３Ｔ）成分は、図６の１／（２Ｔ）成分に対する約１．０πラジアンと比較して、約３．０πラジアンと単調である。このため、１／（３Ｔ）成分を使用して、広範囲の波長分散値がアクセスされる。
【００４１】
波長分散の監視に加えて、図６と図７に示されたスペクトル成分はまた、他の信号減損を監視するために使用される。たとえば、パルスカーバーと送信機におけるデータ変調器の間の位置合せずれは、１／（２Ｔ）成分を使用して監視される。位置合せずれの存在は、変調クロック周波数の約０．５に対応する周波数に位置するパワースペクトルにおいて溝を作り出す。このため、１／（２Ｔ）成分の振幅の減少は、位置合せずれを指示する。他方、そのスペクトル成分の最大振幅は、適正な位置合せに対応する。一実施形態において、１／（２Ｔ）成分の振幅に基づいたフィードバック信号は、プロセッサー２２８を使用して生成され、たとえば、パルスカーバーへ適用され、位置合せずれを縮小する。
【００４２】
たとえば、偏波モード分散による、光パルス拡がりは、たとえば、２つ以上のスペクトル成分を使用して、監視される。パルス拡がりのスペクトル効果は、比較的低い周波数の寄与を増しながら、比較的高い周波数のパワースペクトルへの寄与を縮小するために、低域通過フィルターに類似する。このため、パルス拡がりを検出するために、少なくとも１つの比較的高い周波数のスペクトル成分と少なくとも１つの比較的低い周波数のスペクトル成分を監視することができる。さらに具体的には、同時の前者の減少と後者の増大は、ＯＰＭの位置に到来する光パルスの拡がりに対応する。
【００４３】
前記のように、本発明のＯＰＭは、種々のタイプの光信号減損を監視するように構成される多目的装置である。時間領域自己相関点、または対応するスペクトル成分のいずれか、あるいはこれら両者が、そのような監視において使用される。特定の実現により、ＯＰＭは、互いに多様に遅延された異なる数の自己相関点をサンプリングするように構成される。ＯＰＭは、ＦＦＴ要素を有するとして記載されたが、技術における当業者は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）要素も使用されることを認めるであろう。加えて、ＯＰＭは、様々な波長、波形、および／または変調レートに対応する光信号をサンプリングするように構成される。さらに、ＯＰＭは、各変調レートに対して適切なサンプル点を選択することにより、２つ以上の変調レートで動作するように適合される。本発明の実施形態が、ＯＡＣ検出器など、アバランシェフォトダイオードを使用して記載されたが、他のタイプの検出器および／または非線形光学成分、たとえば、ＳＨＧクリスタル（ＫＴＰ等）と線形フォトダイオードも使用される。加えて、高次非線形光学プロセス、たとえば、３光子吸収が、光性能監視のために同様に使用される対応する高次信号自己相関を獲得するために使用される。
【００４４】
この発明が例示の実施形態を参照して記載されたが、この説明は、限定的な意味において解釈されてはならない。記載された実施形態の多様な修正並びに発明が属する技術における当業者には明らかな他の実施形態も、特許請求の範囲において記載された発明の原理および範囲内に入るものと考えられる。
【００４５】
請求の範囲の方法の諸ステップは、対応するラベルにより特定の順番で列挙されるが、これらのステップの部分または全体を実現するために特定の順番を指定しないならば、これらのステップは、その特定の順番における実現に限定されることは意図されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による光性能モニターを使用する光ファイバーネットワークを示す。
【図２】本発明の一実施形態による図１の光ファイバーネットワークにおいて使用される光性能モニターを示す。
【図３】本発明の一実施形態による図２の光性能モニターに使用される光自己相関器を示す。
【図４】本発明の別の実施形態による図２の光性能モニターに使用される光自己相関器を示す。
【図５Ａ】擬似ランダム、ゼロ復帰（ＲＺ）光データ信号のパワースペクトルにおける波長分散の効果を示す。
【図５Ｂ】擬似ランダム、ゼロ復帰（ＲＺ）光データ信号のパワースペクトルにおける波長分散の効果を示す。
【図５Ｃ】擬似ランダム、ゼロ復帰（ＲＺ）光データ信号のパワースペクトルにおける波長分散の効果を示す。
【図５Ｄ】擬似ランダム、ゼロ復帰（ＲＺ）光データ信号のパワースペクトルにおける波長分散の効果を示す。
【図５Ｅ】擬似ランダム、ゼロ復帰（ＲＺ）光データ信号のパワースペクトルにおける波長分散の効果を示す。
【図６】３つの自己相関点に基づいて獲得された３つのスペクトル成分の振幅における波長分散の効果を示す。
【図７】図６に示されたスペクトル成分を生成するために使用され、ゼロ充填と三角時間領域窓関数を使用して獲得された３つの自己相関点に対応する３つの異なるスペクトル成分の振幅における波長分散の効果を示す。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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