(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力したｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出することを特徴とするデジタル信号品質モニタ方法。
【請求項２】
入力したｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出することを特徴とするデジタル信号品質モニタ方法。
【請求項３】
前記識別後の信号の平均値を前記識別レベルで微分することで、入力信号の振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする請求項１記載のデジタル信号モニタ方法。
【請求項４】
前記識別後の信号の平均値を前記識別レベルで微分することで、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする請求項２記載のデジタル信号品質モニタ方法。
【請求項５】
前記識別レベルを時間に比例するように走査し、前記識別後の信号の平均値を時間で微分することで、入力信号の振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする請求項１記載のデジタル信号品質モニタ方法。
【請求項６】
前記識別レベルを時間に比例するように走査し、前記識別後の信号の平均値を時間で微分することで、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする請求項２記載のデジタル信号品質モニタ方法。
【請求項７】
予め無入力時の振幅方向の確率密度関数を求めておき、信号入力時に得られた確率密度関数を補正することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか記載のデジタル信号品質モニタ方法。
【請求項８】
さらに、前記確率密度関数から前記識別後の信号の平均値及び分散値を求め、この平均値及び分散値から前記品質パラメータを算出することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか記載のデジタル信号品質モニタ方法。
【請求項９】
さらに、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数からアイ開口度を算出することを特徴とする請求項４または６記載のデジタル信号品質モニタ方法。
【請求項１０】
常用系、予備系それぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号の品質をモニタして品質パラメータを求める品質モニタ回路と、
この品質モニタ回路で得られる品質パラメータに基づいて常用系のデジタル信号と予備系のデジタル信号とを選択的に導出する切替手段とを具備し、
前記品質モニタ回路は、前記常用系、予備系それぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記常用系、予備系それぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする常用系／予備系切替装置。
【請求項１１】
常用系、予備系それぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号の品質をモニタして品質パラメータを求める品質モニタ回路と、
この品質モニタ回路で得られる品質パラメータに基づいて常用系のデジタル信号と予備系のデジタル信号とを選択的に導出する切替手段とを具備し、
前記品質モニタ回路は、前記常用系、予備系それぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記常用系、予備系それぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする常用系／予備系切替装置。
【請求項１２】
波長分割多重ネットワークにおける各波長チャンネルにおけるｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号それぞれの伝送品質を監視する伝送品質監視装置において、
前記波長分割多重ネットワークの光伝送路から伝送光の一部を分岐する光分岐手段と、
この手段で分岐された伝送光から波長チャンネル別にデジタル信号を抽出するデジタル信号抽出手段と、
この手段で抽出された各デジタル信号を入力してそれぞれの品質パラメータを求める品質モニタ手段と、
この品質モニタ手段で得られる品質パラメータから前記波長チャンネル別に異常の有無を監視する監視手段と、
この手段で異常が検出されたとき異常検出信号を発する警報手段とを具備し、
前記品質モニタ手段は、前記波長チャンネルそれぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする伝送品質監視装置。
【請求項１３】
波長分割多重ネットワークにおける各波長チャンネルにおけるｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号それぞれの伝送品質を監視する伝送品質監視装置において、
前記波長分割多重ネットワークの光伝送路から伝送光の一部を分岐する光分岐手段と、
この手段で分岐された伝送光から波長チャンネル別にデジタル信号を抽出するデジタル信号抽出手段と、
この手段で抽出された各デジタル信号を入力してそれぞれの品質パラメータを求める品質モニタ手段と、
この品質モニタ手段で得られる品質パラメータから前記波長チャンネル別に異常の有無を監視する監視手段と、
この手段で異常が検出されたとき異常検出信号を発する警報手段とを具備し、
前記品質モニタ手段は、前記波長チャンネルそれぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする伝送品質監視装置。
【請求項１４】
入力したｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を（ｎ−１）個のしきい値と比較してデータ信号を復調する受信装置において、
前記入力デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出する品質モニタ手段と、
この手段で得られる品質パラメータが最良となる（ｎ−１）個の識別レベルを検出し、この（ｎ−１）個の識別レベルの値を前記（ｎ−１）個のしきい値として用いるしきい値制御手段とを具備することを特徴とする受信装置。
【請求項１５】
入力したｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を（ｎ−１）個のしきい値と比較してデータ信号を復調する受信装置において、
前記入力デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出する品質モニタ手段と、
この手段で得られる品質パラメータが最良となる（ｎ−１）個の識別レベルを検出し、この（ｎ−１）個の識別レベルの値を前記（ｎ−１）個のしきい値として用いるしきい値制御手段とを具備することを特徴とする受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システム等のデジタル伝送システムに用いられ、伝送信号の品質を容易にモニタすることができるデジタル信号品質モニタ方法とこの方法を用いた通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、デジタル伝送システムの分野にあっては、波長多重伝送技術や光スイッチ技術等の進展により、大容量で柔軟性の高い光ネットワークの実現が期待されている。特に、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）ネットワークは、各波長チャンネル毎に異なった伝送速度や伝送フレーム形式、変調方式を適用できるという特徴があり、非常に注目されている。
【０００３】
このようなネットワークでは、光ファイバ中を伝播する信号の品質を常時監視し、障害を生じた場合には冗長系に切り替える等の制御が必要になる。光ファイバ中の信号品質を劣化させる要因としては、光増幅器で発生する自然放出光（ＡＳＥ）雑音の増加によるＳ／Ｎ劣化、伝送路ファイバの波長分散や非線型特性の影響による波形劣化、信号波長の変動による他波長チャンネルへのクロストーク等が考えられる。
【０００４】
従来より、光ファイバ中を伝播する２値デジタル信号の品質をモニタするパラメータとして、Ｑ値がよく用いられる。Ｑ値は次式で定義されるＳ／Ｎを表すパラメータである。
【０００５】
【数１】
0004180738.tif 000002
【０００６】
ここで、μ1 、μ0 はそれぞれ、マークレベル及びスペースレベルの平均値、σ12、σ02はそれぞれマークレベル及びスペースレベルの雑音の分散値である。
【０００７】
Ｑ値を求める方法としては、識別しきい値を走査しながら受信誤り率を測定して求める方法（IEEE Photonics Tecnol. Lett.、 Vol.5、 No.3、 pp.304-306、 1993、 "Margin measurements in optical amplifier sysytem"、 N. S. Bergano et al. ）や、サンプリング技術を用いて得られたアイパターンの振幅ヒストグラムから求める方法（ECOC'98 pp.707-709、"Application of amplitude histograms for quality of service measurements of optical channels and fault identification"、K. Muller et al.）が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように誤り率の測定からＱ値を求めることで品質を評価するモニタ方法では、誤りを検出するために被測定信号から基準となるデータパターンを生成する必要があり、さらに誤りビットを計数する必要がある。また、サンプリングで得られたアイパターンの振幅ヒストグラムからＱ値を求めて品質を評価するモニタ方法では、サンプリングオシロスコープと同様のサンプリング回路やデータ処理回路が必要となる。このため、これらの品質モニタ方法を利用すると、構成する部品点数が多くなり、装置が大型になってしまう。また、測定アルゴリズムが複雑になるといった問題もある。
【０００９】
一方、受信信号の誤りを測定する方法として、ＳＴＭ−ｎ（Synchronous Transport Module - n）フレームにおける誤り監視バイトＢ1 、Ｂ2 を用いる方法もあるが、この方法を利用するとフレーム処理が必要となるばかりか、誤り率が非常に小さい場合には信号品質の測定が困難になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、受信したデジタル信号の品質を容易にかつ精度よくモニタできるデジタル信号品質モニタ方法とこの方法を用いた通信装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明に係るデジタル信号品質モニタ方法は、以下のように構成される。
【００１２】
（１）入力したｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出することを特徴とする。
【００１３】
（２）入力したｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から品質パラメータを算出することを特徴とする。
【００１４】
（３）（１）において、前記識別後の信号の平均値を前記識別レベルで微分することで、入力信号の振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出する。
【００１５】
（４）（２）において、前記識別後の信号の平均値を前記識別レベルで微分することで、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする。
【００１６】
（５）（１）において、前記識別レベルを時間に比例するように走査し、前記識別後の信号の平均値を時間で微分することで、入力信号の振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする。
【００１７】
（６）（２）において、前記識別レベルを時間に比例するように走査し、前記識別後の信号の平均値を時間で微分することで、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数を求め、この確率密度関数から前記品質パラメータを算出することを特徴とする。
【００１８】
（７）（３）〜（６）のいずれかにおいて、予め無入力時の振幅方向の確率密度関数を求めておき、信号入力時に得られた確率密度関数を補正することを特徴とする。
【００１９】
（８）（３）〜（６）のいずれかにおいて、さらに、前記確率密度関数から前記識別後の信号の平均値及び分散値を求め、この平均値及び分散値から前記品質パラメータを算出することを特徴とする。
【００２０】
（９）（４）または（６）において、さらに、入力信号の各識別タイミングにおける振幅軸方向の確率密度関数からアイ開口度を算出することを特徴とする。
【００２１】
本発明のデジタル信号品質モニタ方法を用いた通信装置として、以下のものが考えられる。
【００２２】
（１０）前記常用系、予備系それぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号の品質をモニタして品質パラメータを求める品質モニタ回路と、この品質モニタ回路で得られる品質パラメータに基づいて常用系のデジタル信号と予備系のデジタル信号とを選択的に導出する切替手段とを具備する常用系／予備系切替装置であって、前記品質モニタ回路は、前記常用系、予備系それぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を（ｎ−１）個の識別レベルと比較してｎ値のレベルを検出しつつ、前記（ｎ−１）個の識別レベルを走査し、識別後のｎ値のレベルそれぞれの平均値を検出し、それらの平均値から前記常用系、予備系それぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする。
【００２３】
（１１）常用系、予備系それぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号の品質をモニタして品質パラメータを求める品質モニタ回路と、この品質モニタ回路で得られる品質パラメータに基づいて常用系のデジタル信号と予備系のデジタル信号とを選択的に導出する切替手段とを具備する常用系／予備系切替装置であって、前記品質モニタ回路は、前記常用系、予備系それぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記常用系、予備系それぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする。
【００２４】
（１２）波長分割多重ネットワークにおける各波長チャンネルにおけるｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号それぞれの伝送品質を監視する伝送品質監視装置において、前記波長分割多重ネットワークの光伝送路から伝送光の一部を分岐する光分岐手段と、この手段で分岐された伝送光から波長チャンネル別にデジタル信号を抽出するデジタル信号抽出手段と、この手段で抽出された各デジタル信号を入力してそれぞれの品質パラメータを求める品質モニタ手段と、この品質モニタ手段で得られる品質パラメータから前記波長チャンネル別に異常の有無を監視する監視手段と、この手段で異常が検出されたとき異常検出信号を発する警報手段とを具備し、前記品質モニタ手段は、前記波長チャンネルそれぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする。
【００２５】
（１３）波長分割多重ネットワークにおける各波長チャンネルにおけるｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号それぞれの伝送品質を監視する伝送品質監視装置において、前記波長分割多重ネットワークの光伝送路から伝送光の一部を分岐する光分岐手段と、
この手段で分岐された伝送光から波長チャンネル別にデジタル信号を抽出するデジタル信号抽出手段と、この手段で抽出された各デジタル信号を入力してそれぞれの品質パラメータを求める品質モニタ手段と、この品質モニタ手段で得られる品質パラメータから前記波長チャンネル別に異常の有無を監視する監視手段と、この手段で異常が検出されたとき異常検出信号を発する警報手段とを具備し、前記品質モニタ手段は、前記波長チャンネルそれぞれのｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出することを特徴とする。
【００２６】
（１４）入力したｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を（ｎ−１）個のしきい値と比較してデータ信号を復調する受信装置において、前記入力デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベルを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出する品質モニタ手段と、この手段で得られる品質パラメータが最良となる（ｎ−１）個の識別レベルを検出し、この（ｎ−１）個の識別レベルの値を前記（ｎ−１）個のしきい値として用いるしきい値制御手段とを具備することを特徴とする。
【００２７】
（１５）入力したｎ（ｎは２以上の自然数）値デジタル信号を（ｎ−１）個のしきい値と比較してデータ信号を復調する受信装置において、前記入力デジタル信号を識別レベルと比較して識別しつつ、前記識別レベル及び識別タイミングを走査し、識別後の信号の平均値を検出し、それらの平均値から前記波長チャンネルそれぞれの品質パラメータを算出する品質モニタ手段と、この手段で得られる品質パラメータが最良となる（ｎ−１）個の識別レベルを検出し、この（ｎ−１）個の識別レベルの値を前記（ｎ−１）個のしきい値として用いるしきい値制御手段とを具備することを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施形態を説明するに先立ち、本発明の品質モニタ方法の原理を入力信号が２値デジタル信号の場合を例にとって説明する。
【００２９】
図１は入力信号（受信したデジタル信号）に対する確率密度関数及び分布関数の関係を示すもので、（ａ）は入力信号のアイパターン、（ｂ）は入力信号の振幅ｘに対する確率密度関数ｆ(ｘ)、（ｃ）はｘ≦α（αは識別レベル）である確率を表す分布関数Ｆ(α)を示している。このとき、次式が成り立つ。
【００３０】
【数２】
0004180738.tif 000003
【００３１】
図２は本発明の品質モニタ方法を具現化した品質モニタ回路の構成を示すもので、入力信号は識別部１に供給され、識別レベルαにより２値に変換された後、平均値検出部２で平均化され、微分処理部３で微分されて、モニタ結果として出力される。
【００３２】
すなわち、識別部１では、入力信号の振幅ｘがα以下の場合にはスペースと識別して出力値としてＤ0 を出力し、入力信号の振幅ｘがαより大きい場合にはマークと識別してＤ1 を出力する。ここで、入力信号をマークと識別する確率をＰ1(α)、スペースと識別する確率をＰ0(α)とすると、
【数３】
0004180738.tif 000004
【００３３】
であるから、平均値検出部２で得られる識別出力の平均値Ｍ(α)は、
【数４】
0004180738.tif 000005
【００３４】
と表現される。Ｄ0 及びＤ1 は、識別部１の処理によって決まる既知の値であるので、
【数５】
0004180738.tif 000006
【００３５】
より、識別後の平均値から、図１（ｃ）に示すような入力信号の分布関数Ｆ(α)が得られる。
【００３６】
さらに、識別レベルαを変化させ、微分処理部３にて識別後の平均値をαで微分すると、
【数６】
0004180738.tif 000007
【００３７】
が得られる。したがって、
【数７】
0004180738.tif 000008
【００３８】
より、図１（ｂ）に示すような入力信号の確率密度関数ｆ(ｘ)が得られる。
【００３９】
以上述べたことから、識別部１で識別レベルαを走査しながら、平均値検出部２で識別出力について平均値を検出することにより入力信号の分布関数Ｆ(α)が得られ、さらに微分処理部３の微分演算処理により確率密度関数ｆ(ｘ)が得られることがわかる。分布関数や確率密度関数が得られることにより、例えば入力信号のマークレベル及びスペースレベルの平均値μ1 、μ0 、また各レベルの分散値σ12、σ02を演算処理により求めれば、品質パラメータであるＱ値を得ることが可能になる。
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を図３乃至図９を参照して詳細に説明する。尚、以下の説明では、光強度変調−直接検波（Intensity Modulation - Direct Detection）伝送方式によるＮＲＺ符号の２値デジタル光信号のモニタに適用した場合の回路について説明する。
【００４１】
（第１の実施形態）
図３は本発明を適用した品質モニタ回路の第1の実施形態を説明するブロック図である。図３において、４は入力される２値デジタル光信号を電気信号に変換する線形動作の光／電気変換回路（Ｏ／Ｅ）であり、ここで得られた信号は識別回路５に供給され、識別電位発生回路６で発生される識別電位Ｖthに基づいて２値化される。この識別回路５の２値化出力は平均値検出回路７により平均化され、Ａ／Ｄ（Analogue to Digital）変換回路８にてデジタル信号に変換されてデータ処理回路１０に供給される。このデータ処理回路１０は、Ａ／Ｄ変換回路９にてデジタル化された識別電位Ｖthを入力し、この識別電位値Ｖthに対する平均値Ｖm の特性を求めて、Ｑ値などの信号品質パラメータを算出する。
【００４２】
すなわち、光ファイバ中を伝播する光信号は、光／電気変換回路４によって電気信号に変換されて識別回路５に供給され、識別電位発生回路６からの識別電位Ｖthと比較される。ここで、識別電位発生回路６において、識別電位Ｖthを例えば所定間隔でステップ状に変化させる。識別回路５では、識別電位発生回路６から供給される識別電位Ｖthと電気信号に変換された入力信号の電位とを比較することで、入力信号電位が識別電位Ｖthよりも大きい場合はマーク電位Ｖ1 、入力信号電位が識別電位Ｖthよりも小さい場合はスペース電位Ｖ0 となる２値信号を生成する。この２値信号は平均値検出回路７に供給される。
【００４３】
この平均値検出回路７では入力されたマーク電位Ｖ1 、スペース電位Ｖ0 による２値信号の平均値Ｖm を検出する。ここで得られた平均値Ｖm はＡ／Ｄ変換回路９にてデジタル信号に変換されてデータ処理回路１０に供給される。また、識別電位発生回路６で発生される識別電位ＶthはＡ／Ｄ変換回路９によりデジタル信号に変換されてデータ処理回路１０に供給される。
【００４４】
このデータ処理回路１０では、入力した平均値Ｖm から分布関数を求め、識別電位値Ｖthの変化に基づいて分布関数を微分することで確率密度関数を求めて、Ｑ値などの信号品質パラメータを算出する。
【００４５】
上記構成によれば、従来のように誤り率の測定、あるいはアイパターンの振幅ヒストグラムの測定といった処理を行うことなく、単に識別電位に基づく２値化処理、平均値検出、データ処理といった簡易な回路構成で、受信したデジタル信号の品質を精度よくモニタすることができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
図４は本発明を適用した品質モニタ回路の第２の実施形態を説明するブロック図である。尚、図４において、図３と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
【００４７】
本実施形態では三角波発生回路１１によって識別電位Ｖthを与えている点と、平均値検出回路７の出力を微分回路１２に入力し、時間微分後の出力をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路１３でデジタル化してデータ処理回路１４に入力している点が、図３に示した第１の実施形態と異なっている。
【００４８】
すなわち、図４において、三角波発生回路１１は時間に比例して三角波状に変化する識別電位Ｖthを発生して識別回路５に供給すると共に、その変化点のタイミング信号をデータ処理回路１４に供給する。また、微分回路１２は入力される平均値検出回路７の出力の時間微分信号を出力する。微分回路１２の出力はＡ／Ｄ変換回路１３によりデジタル信号に変換されてデータ処理回路１４に供給される。
【００４９】
上記データ処理回路１４の処理内容について、図５を参照して説明する。
【００５０】
まず、識別電位Ｖthが時間に比例した電位になっているので、平均値の時間微分後の信号は、平均値を識別電位で微分した信号、すなわち確率密度関数に比例した信号になる。これを数式よって表すと、以下のようになる。
【００５１】
【数８】
0004180738.tif 000009
【００５２】
より、
【数９】
0004180738.tif 000010
【００５３】
図５は本実施形態による信号モニタの各部の信号の実際の例を示している。図５中左側は入力光信号のアイパターンであり、マーク率１／２、信号速度２．５［Gb/s］の２値デジタル信号光に光雑音（光ファイバ増幅器のＡＳＥ雑音）を付加し、信号光パワーと光雑音パワーの合計が一定の条件下で、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に光雑音の割合をより多くして生成することで、Ｓ／Ｎの異なる入力信号となっている。図５の右側の図は対応する左側の光信号を入力した時の、モニタ各部の時間波形を示している。図中、Ｖthの波形が識別回路５に印加されている三角波状の識別電位波形である。Ｖm は平均値検出回路７の出力電位波形であり、入力信号の分布関数に対応した信号になっている。また、ｄＶm ／ｄｔの波形は平均値検出回路７から出力される時間微分後の波形であり、入力信号の確率密度関数に対応した信号になっている。
【００５４】
尚、識別電位波形が三角波状であることから、得られたＶm 及びｄＶm ／ｄｔの波形は、識別電位波形の傾きが変化した点で折り返された波形になっている。
【００５５】
図５の各波形から、入力した光信号中の雑音の割合が多くなるに従い、確率密度関数に相当する微分信号における二つのピーク（マークレベル及びスペースレベルの平均値に相当）の差が小さくなると共に、各ピークのプロファイルの幅（マーク及びスペースの分散に相当）が広がり、ピークの高さも変化していることがわかる。したがって、データ処理回路１４にて、微分回路１２の出力信号波形を解析することにより、例えばＱ値等の入力光の信号品質を表すパラメータを得ることが可能である。
【００５６】
尚、本実施形態においては、微分回路１２を設けて、時間微分後の信号をデータ処理回路１４に入力しているが、平均値信号を直接データ処理回路１４に入力して、時間微分作用をデータ処理回路内で演算処理により実現しても同様の効果が得られる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図６は、本発明を適用した品質モニタ回路の第３の実施形態を説明するブロック図である。本実施形態は、第１の実施形態に改良を加え、識別電位を走査するだけでなく、識別タイミングも走査するようにしたものである。図６において、図３と同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００５８】
図６において、１５は非線型抽出方式やＰＬＬ方式により、光／電気変換回路４からの２値デジタル信号からデータ信号成分に同期したクロック信号を抽出するクロック抽出回路であり、ここで抽出されたクロック信号は可変移相器１６に供給される。この可変移相器１６は入力したクロック信号の位相を識別点制御回路１８からの指定量だけシフトするもので、その出力は識別回路１９に供給される。また、１７は識別電位発生回路であり、基本的に図３に示したものと同様にステップ状に変化する識別電位Ｖthを発生するものであるが、その変化点は識別点制御回路１８からの制御信号によって決められる。
【００５９】
上記識別点制御回路１８は、可変移相器１６及び識別電位発生回路１７を制御することによって識別点を制御すると共に、データ処理回路２０に識別点の情報を通知する。また、識別回路１９は、入力デジタル信号を入力クロック信号の立ち上がりタイミングで、識別電位を基準にマークまたはスペースを識別する。データ処理回路２０は、デジタル化された識別結果平均値を識別点情報に基づいて演算処理することで、品質パラメータを求めるものである。
【００６０】
本実施形態の構成では、識別点制御回路１８を用いて可変移相器１６及び識別電位発生回路１７を可変制御することで、識別電位及び識別位相の双方を走査する。これにより、平均値検出回路７の出力から入力デジタル信号の所定のタイミングにおける分布関数を得ることが可能である。そこで、データ処理回路２０において、先に述べた手法によってＱ値を求めるだけでなく、アイ開口度等の時間軸方向の情報を含む品質パラメータを求める。これらの品質パラメータによれば、光ファイバの波長分散や非線型効果等による波形の変化の度合いも求めることが可能となり、より高精度に品質をモニタすることができる。
【００６１】
（第４の実施形態）
図７は、本発明を適用した品質モニタ回路の第４の実施形態を説明するブロック図である。本実施形態は、第２の実施形態に第３の実施形態と同じ改良を加え、識別電位を走査するだけでなく、識別タイミングも走査するようにしたものである。図７において、図４及び図６と同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００６２】
本実施形態の構成においても、識別点制御回路１８を用いて可変移相器１６及び識別電位発生回路１７を可変制御することで、識別電位及び識別位相の双方を走査する。これにより、平均値検出回路７の出力から入力デジタル信号の所定のタイミングにおける分布関数を得ることが可能である。そこで、データ処理回路２１において、先に述べた手法によってＱ値を求めるだけでなく、アイ開口度等の時間軸方向の情報を含む品質パラメータを求める。これらの品質パラメータによれば、光ファイバの波長分散や非線型効果等による波形の変化の度合いも求めることが可能となり、より高精度に品質をモニタすることができる。
【００６３】
（第５の実施形態）
図８は、本発明を適用した品質モニタ回路の第５の実施形態を説明するブロック図である。本実施形態は、第３の実施形態にさらに改良を加え、モニタ系が発生する雑音を補償するための構成を付加したものである。図８において、図６と同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００６４】
まず、モニタ系が発生する雑音を補償する方法の原理を式を用いて説明する。以下の説明では、モニタ系の雑音と入力信号のマークレベル及びスペースレベルの確率密度関数がガウシアンであるものとする。
【００６５】
入力信号の識別タイミングにおける確率密度関数ｆ(ｘ)は次式で表せる。
【００６６】
【数１０】
0004180738.tif 000011
【００６７】
ここで、Ｍはマーク率、μ1 、μ0 はそれぞれマークレベル及びスペースレベルの平均値、σ12、σ02はそれぞれマークレベル及びスペースレベルの分散値である。
【００６８】
一方、本発明を適用して得られる確率密度関数ｆ'(ｘ)は、モニタ系の雑音を含んだものとなっている。モニタ系が発生する雑音の影響により、マーク及びスペースそれぞれの平均値は変化せず、分散が元の信号の分散とモニタ系の雑音の分散の和になるから、ｆ'(ｘ)は次式で表わされる。
【００６９】
【数１１】
0004180738.tif 000012
【００７０】
ここで、σn2はモニタ系の雑音の分散値である。
【００７１】
上式より、予め無入力の状態でモニタ系の雑音の分散を求めておき、信号入力時に得られた確率密度関数より求めた分散と雑音の分散の差をとることにより、元の信号の分散を求めることができる。
【００７２】
次に本実施形態について図８を用いて詳細に説明する。図８において、２２は入力ポートＰ1 、Ｐ2 に入力されるいずれか一方の信号を切り替えて出力ポートＰ3 に出力する光スイッチ（ＳＷ）であり、Ｐ1 には被モニタ信号である光信号が入力されているが、Ｐ2 は無入力となっている。この光スイッチ２２は光ＳＷ駆動回路２３によって駆動される。制御回路２４は、図６の第３の実施形態に示した識別点制御回路１８と同様に、可変移相器１６及び識別電位発生回路１７に対してそれぞれ位相、識別電位を走査制御するものであるが、さらに光ＳＷ駆動回路２３を通じて光スイッチ２２を切替制御し、光スイッチ切替情報や識別点の情報をデータ処理回路２５に通知する。
【００７３】
次に、制御回路２４における制御手順と、各制御ステップにおけるデータ処理内容について説明する。
【００７４】
まず、光スイッチ２２をＰ2 側に切り替えておき、識別電圧を走査する。データ処理回路２５においては、マーク及びスペースレベル平均値から分布関数及び確率密度関数を求める。この時、モニタ系の雑音は識別タイミングに依存しないことから、可変移相器１７の走査は行わない。データ処理回路２５では、得られた確率密度関数からモニタ系が発生する雑音の分散を算出して記録しておく。
【００７５】
次に、光スイッチ２２をＰ1 側に切り替え、識別電位及び識別位相の双方を走査する。このとき、データ処理回路２５では、入力信号の所定のタイミングにおける分布関数及び確率密度関数を求め、得られた確率密度関数から入力信号のマーク及びスペースそれぞれの平均と分散を求める。そして、得られた分散値と先に求めておいたモニタ系の雑音の分散値との差を算出することにより、入力信号の真の分散を算出する。このようにして得られた平均値と分散値により、Ｑ値やアイ開口度などの品質パラメータを算出する。
【００７６】
したがって、本実施形態の構成によれば、モニタ系の雑音を補償することができるので、入力信号の品質をさらに高精度にモニタすることが可能になる。
【００７７】
（第６の実施形態）
図９は、本発明を適用した品質モニタ回路の第６の実施形態を説明するブロック図である。本実施形態は、第４の実施形態にさらに第５の実施形態と同じ改良を加え、モニタ系が発生する雑音を補償するための構成を付加したものである。図９において、図７及び図８と同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００７８】
図９において、制御回路２４における制御手順と、各制御ステップにおけるデータ処理内容は以下の通りである。
【００７９】
まず、光スイッチ２２をＰ2 側に切り替えておき、識別電圧を走査する。データ処理回路２６においては、マーク及びスペースレベル平均値の時間微分結果から分布関数及び確率密度関数を求める。この時、モニタ系の雑音は識別タイミングに依存しないことから、可変移相器１７の走査は行わない。データ処理回路２６では、得られた確率密度関数からモニタ系が発生する雑音の分散を算出して記録しておく。
【００８０】
次に、光スイッチ２２をＰ1 側に切り替え、識別電位及び識別位相の双方を走査する。このとき、データ処理回路２６では、入力信号の所定のタイミングにおける分布関数及び確率密度関数を求め、得られた確率密度関数から入力信号のマーク及びスペースそれぞれの平均と分散を求める。そして、得られた分散値と先に求めておいたモニタ系の雑音の分散値との差を算出することにより、入力信号の真の分散を算出する。このようにして得られた平均値と分散値により、Ｑ値やアイ開口度などの品質パラメータを算出する。
【００８１】
したがって、本実施形態の構成によれば、モニタ系の雑音を補償することができるので、入力信号の品質をさらに高精度にモニタすることが可能になる。
【００８２】
（応用例）
上記の各実施形態に基づく本発明のモニタ回路は、構成簡易にして高精度なモニタが可能であることから、以下のような装置に利用すると、その効果を発揮することができる。
【００８３】
図１０は、本発明に係る品質モニタ回路を常用系／予備系切替装置に適用した場合の構成を示すブロック図である。図１０において、常用系光ファイバ１０１、予備系光ファイバ１０２によって伝送される信号光は、光スイッチ１０３によって選択的に出力光ファイバ１０４へ送出される。この出力ファイバ１０４には光カプラ１０５が装着されており、伝送光は分岐されて本発明に係る品質モニタ回路１０６に入力される。この品質モニタ回路１０６は、先に述べた各実施形態の構成が適用可能であり、Ｑ値等の品質パラメータを求める。切替制御回路１０７は、光スイッチ１０３を駆動制御するもので、通常、常用系を選択させ、品質モニタ回路１０６で得られた品質パラメータが規定値を下回るとき、光スイッチ１０３を予備系に切り替える。
【００８４】
この構成によれば、品質モニタ回路１０６において、信号光を復調する必要がないので、例えば中継装置に本切替装置を組み込む場合に全段光デバイスで構成することができるようになる。
【００８５】
図１１は、本発明に係る品質モニタ回路をＷＤＭネットワークにおける伝送品質監視装置に適用した場合の構成を示すブロック図である。図１１において、本線の光ファイバ１１１には各波長チャンネル毎に伝送速度や伝送フレーム形式、変調方式の異なった多波長信号光（波長チャンネル数をｎとする）が伝送されている。
【００８６】
この光ファイバ１１１に対し、伝送品質監視装置は以下のように構成される。すなわち、光ファイバ１１１の所定箇所に光カプラ１１２を装着して伝送されている多波長信号光を分岐し、光分波器１１３によって波長チャンネル別に分波する。各分波出力は対応的に設けられた本発明に係る品質モニタ回路１１４１〜１１４ｎに送られ、個々に品質パラメータが求められる。異常検出回路１１５は各品質モニタ回路１１４１〜１１４ｎで得られる品質パラメータを規定値と比較して監視し、その規定値を下回る波長チャンネルがある場合には異常検出信号を発して、管理者に品質異常があることを報知する、あるいは予備系がある場合には予備系に切り替えるように指示する。
【００８７】
上記構成によれば、品質モニタ回路の構成が従来のものに比して非常に簡易であり、小型化が可能であるため、多数の波長チャンネルに対応して多大な数の品質モニタ回路が必要であっても、全体として装置規模を小さくすることが可能である。また、各品質モニタ回路は、伝送速度や伝送フレーム形式、変調方式に影響されないので、全て同一構成でよく、量産化によるコスト低減も期待できる。
【００８８】
図１２は、本発明に係る品質モニタ回路を光受信装置に適用した場合の構成を示すブロック図である。図１２において、入力光信号は２値デジタル光信号であり、この光信号は光／電気変換回路（Ｏ／Ｅ）１２１により電気信号に変換されて識別回路１２２に供給され、同時にクロック抽出回路１２３に供給されてクロック信号が抽出される。このクロック信号は移相器１２４によって位相調整されて識別回路１２２に供給される。この識別回路１２２はクロック信号のタイミングで入力デジタル信号の値を識別することでデータ信号を復調するもので、その識別には識別電圧発生回路１２５からの識別電圧が用いられる。
【００８９】
また、上記Ｏ／Ｅ１２１の出力は、品質モニタ回路１２Ａの識別回路Ａ１にも供給される。この識別回路Ａ１は、Ｏ／Ｅ出力を識別電圧発生回路Ａ２で発生される識別電圧を識別レベルとしてマークレベル、スペースレベルに識別するもので、そのマークレベル、スペースレベル識別結果は平均値検出回路Ａ３でそれぞれ平均化され、Ａ／Ｄ変換回路Ａ４でデジタル化されてデータ処理回路Ａ５に供給される。
【００９０】
このデータ処理回路Ａ５は、平均値検出回路Ａ３の出力を入力し、識別電圧値に対する平均値の特性を求めて、Ｑ値などの信号品質パラメータを算出する。制御部Ａ６は識別電圧発生回路Ａ２の発生電圧をステップ状に可変制御して、それぞれの識別電圧に対する品質パラメータをデータ処理回路Ａ５から受け取り、最良の品質パラメータが得られる識別電圧値を求め、その電圧値に復調系の識別電圧発生回路１２５の発生電圧をセットする。
【００９１】
上記構成によれば、データ識別のための電圧値をその入力信号の品質に応じて自動的に最適レベルにセットすることができるようになる。
【００９２】
図１３は、本発明に係る品質モニタ回路を光受信装置に適用した場合の他の構成を示すブロック図である。尚、図１３において、図１２と同一部分には同一符号を付して示す。図１３において、入力光信号は２値デジタル光信号であり、この光信号は光／電気変換回路（Ｏ／Ｅ）１２１により電気信号に変換されて識別回路１２２に供給され、同時にクロック抽出回路１２３に供給されてクロック信号が抽出される。このクロック信号は可変移相器１２６によって位相調整されて識別回路１２２に供給される。この識別回路１２２はクロック信号のタイミングで入力デジタル信号の値を識別することでデータ信号を復調するもので、その識別には識別電圧発生回路１２５からの識別電圧が用いられる。
【００９３】
また、上記Ｏ／Ｅ１２１の出力は、品質モニタ回路１２Ｂの識別回路Ｂ１にも供給される。また、クロック抽出回路１２３で抽出されたクロック信号は、品質モニタ回路１２Ｂの可変移相器Ｂ３に供給される。この可変移相器Ｂ３は、入力したクロック信号の位相を制御部Ｂ７からの指定量だけシフトするもので、その出力は識別回路Ｂ１に供給される。また、Ｂ２は識別電圧発生回路であり、制御部Ｂ７の制御によってステップ状に変化する識別電圧を発生する。
【００９４】
上記制御部Ｂ７は、可変移相器１６及び識別電位発生回路１７を制御することによって識別点を制御すると共に、データ処理回路Ｂ６に識別点の情報を通知する。また、識別回路Ｂ１は、入力デジタル信号を入力クロック信号の立ち上がりタイミングで、識別電圧を基準にマークまたはスペースを識別する。ここで識別されたマークレベル及びスペースレベルはそれぞれ平均値検出回路Ｂ４で平均化され、Ａ／Ｄ変換回路Ｂ５でデジタル信号に変換されてデータ処理回路Ｂ６に供給される。このデータ処理回路２０は、デジタル化された識別結果平均値を識別点情報に基づいて演算処理することで、Ｑ値などの信号品質パラメータを算出する。
【００９５】
制御部Ｂ７は識別電圧発生回路Ｂ２の発生電圧をステップ状に可変制御し、可変移相器Ｂ３の移相量を走査して、それぞれの識別電圧に対する品質パラメータをデータ処理回路Ｂ６から受け取り、最良の品質パラメータが得られる識別電圧値、移相量を求め、その電圧値、移相量に復調系の識別電圧発生回路１２５の発生電圧、可変移相器１２６の移相量をセットする。
【００９６】
上記構成によれば、データ識別のための電圧値、移相量をその入力信号の品質に応じて自動的に最適レベルにセットすることができるようになる。
【００９７】
尚、上記実施形態、応用例では、光伝送路の場合について説明したが、メタル伝送路においても適用可能である。また、上記実施形態、応用例では、入力デジタル信号が２値の場合について説明したが、３値以上のｎ値デジタル信号の場合でも、しきい値の数を（ｎ−１）として、各しいき値について同様の処理を行うことで、同様の効果が得られることは勿論である。
【００９８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、受信したデジタル信号の品質を容易にかつ精度よくモニタできるデジタル信号品質モニタ方法とこの方法を用いた通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る品質モニタ方法の原理を説明するための図。
【図２】  本発明に係る品質モニタ方法を具現化した構成を示すブロック図。
【図３】  本発明を適用した品質モニタ回路の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図４】  本発明を適用した品質モニタ回路の第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図５】  第２の実施形態による各部の信号の例を示す図。
【図６】  本発明を適用した品質モニタ回路の第３の実施形態の構成を示すブロック図。
【図７】  本発明を適用した品質モニタ回路の第４の実施形態の構成を示すブロック図。
【図８】  本発明を適用した品質モニタ回路の第５の実施形態の構成を示すブロック図。
【図９】  本発明を適用した品質モニタ回路の第６の実施形態の構成を示すブロック図。
【図１０】  本発明に係る品質モニタ回路を常用系／予備系切替装置に適用した場合の構成を示すブロック図。
【図１１】  本発明に係る品質モニタ回路をＷＤＭネットワークにおける伝送品質監視装置に適用した場合の構成を示すブロック図。
【図１２】  本発明に係る品質モニタ回路を光受信装置に適用した場合の構成を示すブロック図。
【図１３】  本発明に係る品質モニタ回路を光受信装置に適用した場合の他の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１…識別部
２…平均値検出部
３…微分処理部
４…光／電気変換回路（Ｏ／Ｅ）
５…識別回路
６…識別電位発生回路
７…平均値検出回路
８、９…Ａ／Ｄ変換回路
１０…データ処理回路
１１…三角波発生回路
１２…微分回路
１３…Ａ／Ｄ変換回路
１４…データ処理回路
１５…クロック抽出回路
１６…可変移相器
１７…識別電位発生回路
１８…識別点制御回路
１９…識別回路
２０、２１…データ処理回路
２２…光スイッチ（ＳＷ）
２３…光ＳＷ駆動回路
２４…制御回路
２５、２６…データ処理回路
１０１…常用系光ファイバ
１０２…予備系光ファイバ１０２
１０３…光スイッチ
１０４…出力光ファイバ
１０５…光カプラ
１０６…品質モニタ回路
１０７…切替制御回路
１１１…光ファイバ
１１２…光カプラ
１１３…光分波器
１１４１〜１１４ｎ…品質モニタ回路
１１５…異常検出回路
１２１…光／電気変換回路
１２２…識別回路
１２３…クロック抽出回路
１２４…移相器
１２５…識別電圧発生回路
１２６…可変移相器
Ａ１，Ｂ１…識別回路
Ａ２，Ｂ２…識別電圧発生回路
Ａ３，Ｂ４…平均値検出回路
Ａ４，Ｂ５…Ａ／Ｄ変換回路
Ａ５，Ｂ６…データ処理回路
Ａ６，Ｂ７…制御部
Ｂ３…可変移相器
【図１】
0004180738.tif 000013
【図２】
0004180738.tif 000014
【図３】
0004180738.tif 000015
【図４】
0004180738.tif 000016
【図５】
0004180738.tif 000017
【図６】
0004180738.tif 000018
【図７】
0004180738.tif 000019
【図８】
0004180738.tif 000020
【図９】
0004180738.tif 000021
【図１０】
0004180738.tif 000022
【図１１】
0004180738.tif 000023
【図１２】
0004180738.tif 000024
【図１３】
0004180738.tif 000025