JP2010175502A - Optical path monitoring device and optical path monitoring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光リフレクトメトリ技術を利用して光線路における反射率分布を測定することで該光線路を監視する光線路監視装置および光線路監視システムに関するものである。 The present invention relates to an optical line monitoring apparatus and an optical line monitoring system that monitor an optical line by measuring a reflectance distribution in the optical line using an optical reflectometry technique.
光ファイバ線路を用いて光通信を行う光通信システムにおいて、その光ファイバ線路の破断や伝送損失増加などの故障を検知することは重要である。特に、近年普及しつつある加入者系の光通信システムでは、光ファイバ線路や加入者端末で故障が発生した場合に、迅速に故障箇所を特定して修復することが要求されている。 In an optical communication system that performs optical communication using an optical fiber line, it is important to detect failures such as breakage of the optical fiber line and increase in transmission loss. In particular, in a subscriber optical communication system that has become widespread in recent years, when a failure occurs in an optical fiber line or a subscriber terminal, it is required to quickly identify and repair the failure location.
そこで、光通信システムにおいては、このような故障を検知するために光線路監視装置が設けられる。光線路監視装置は、光リフレクトメトリ技術を利用するものであって、光ファイバ線路等の光線路を監視光が伝搬する際に生じる反射光（フレネル反射光およびレイリー散乱光）に基づいて、その光線路における反射率分布を求めて、その光線路における故障の箇所を検知する。そして、このような光線路監視装置は、高い空間分解能で反射率分布を測定することが要求されている。 Therefore, in an optical communication system, an optical line monitoring device is provided to detect such a failure. The optical line monitoring device uses optical reflectometry technology, and based on reflected light (Fresnel reflected light and Rayleigh scattered light) generated when the monitoring light propagates through an optical line such as an optical fiber line, The reflectance distribution in the optical line is obtained, and the location of the failure in the optical line is detected. Such an optical line monitoring apparatus is required to measure the reflectance distribution with high spatial resolution.
光リフレクトメトリ技術として、パルス状の監視光が光線路を伝搬する際に生じる反射光の強度の時間変化に基づいて反射率分布を測定するＯＴＤＲ（Optical Time DomainReflectometry）が知られている。また、他の光リフレクトメトリ技術として、ＯＣＤＲ（OpticalCoherence Domain Reflectometry）も知られている（特許文献１および非特許文献１，２を参照）。 As an optical reflectometry technique, OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) is known which measures a reflectance distribution based on a temporal change in intensity of reflected light generated when pulsed monitoring light propagates through an optical line. Moreover, OCDR (Optical Coherence Domain Reflectometry) is also known as another optical reflectometry technique (see Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 and 2).
ＯＣＤＲでは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する監視光を発生させ、この監視光が光線路を伝搬する際に生じる反射光を入力するとともに、この監視光の一部を分岐して取り出した参照光をも入力し、これら反射光と参照光との干渉の大きさが両光の間の遅延時間差に依存することを利用して、光線路における特定位置における反射率を測定する。さらに、ＯＣＤＲでは、監視光における光周波数変調の間隔を変化させる等により、反射率を測定する位置を変化させて、光線路における反射率分布を求める。 In OCDR, the optical frequency is modulated to generate monitoring light having a comb-like optical wave coherence function, and the reflected light generated when the monitoring light propagates through the optical line is input, and a part of the monitoring light is The reference light taken out by branching is also input, and the reflectance at a specific position in the optical line is determined by utilizing the fact that the magnitude of interference between the reflected light and the reference light depends on the delay time difference between the two lights. taking measurement. Further, in the OCDR, the reflectance distribution in the optical line is obtained by changing the position where the reflectance is measured, for example, by changing the interval of the optical frequency modulation in the monitoring light.
光波コヒーレンス関数は、時刻ｔを変数とする関数である光の電場Ｖ(ｔ)の自己相関関数<Ｖ(ｔ)・Ｖ*(ｔ−τ)>を光強度で規格化したものであり、光パワースペクトルのフーリエ変換を光強度で規格化したものである。電場Ｖ(ｔ)の光が２分岐されて、これら２つの分岐光の間の遅延時間差がτであるとしたとき、これら２つの分岐光の干渉縞の大きさは、その光の光波コヒーレンス関数の実部により表される。また、光波コヒーレンス関数の絶対値は、可干渉度と呼ばれ、干渉の大きさを表す。 The light wave coherence function is a function obtained by normalizing the autocorrelation function <V (t) · V * (t−τ)> of the electric field V (t) of light, which is a function having time t as a variable, with light intensity. The Fourier transform of the optical power spectrum is normalized by the light intensity. When the light of the electric field V (t) is branched into two and the delay time difference between the two branched lights is τ, the size of the interference fringes of these two branched lights is the light wave coherence function of the light. Represented by the real part of Further, the absolute value of the lightwave coherence function is called coherence and represents the magnitude of interference.
ＯＣＤＲで用いられる監視光は、光周波数が変調されたものであって、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。具体例としては、光周波数を一定時間間隔で順にｆ0，ｆ0＋ｆs，ｆ0−ｆs，ｆ0＋２ｆs，ｆ0−２ｆs，ｆ0＋３ｆs，ｆ0−３ｆs，・・・ というように変調された光が監視光として用いられる。或いは、変調周波数ｆsで光周波数を正弦波状に変調された光が監視光として用いられる。このように光周波数が変調された監視光の光波コヒーレンス関数は、ｆsτが整数であるときにデルタ関数形状に類似した形状のピーク（コヒーレンスピーク）を有する。すなわち、これらの監視光は、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。ｆsが変化すると、コヒーレンスピークの位置も変化する。 The monitoring light used in the OCDR has a modulated optical frequency and has a comb-like light wave coherence function. As a specific example, the optical frequencies are sequentially set to f 0 , f 0 + f s , f 0 −f s , f 0 + 2f s , f 0 −2f s , f 0 + 3f s , f 0 −3f s ,.・ ・ The modulated light is used as monitoring light. Alternatively, light whose optical frequency is modulated in a sinusoidal shape with the modulation frequency f s is used as the monitoring light. The optical coherence function of the monitoring light whose optical frequency is modulated in this way has a peak (coherence peak) having a shape similar to the delta function shape when f s τ is an integer. That is, these monitoring lights have a comb-like lightwave coherence function. As f s changes, the position of the coherence peak also changes.
櫛歯状の光波コヒーレンス関数は、間隔(１／ｆs)で配置される複数のコヒーレンスピークを有する。そのうちの１つのコヒーレンスピークが光線路のうちの被測定区間に存在するように、コヒーレンスピークの配置の間隔(１／ｆs)より短い時間幅のゲートが監視光にかけられて監視光のパルスが切り出される。 The comb-like lightwave coherence function has a plurality of coherence peaks arranged at intervals (1 / f s ). As one of the coherence peaks exists in the section to be measured in the optical line, a gate having a time width shorter than the coherence peak arrangement interval (1 / f s ) is applied to the monitoring light, and a pulse of the monitoring light is generated. Cut out.
ＯＴＤＲで高い空間分解能を得るには、監視光のパルス幅を狭くすることが必要である。また、監視光のパルス幅を狭くすると、監視光のエネルギーの低下に因る測定の信号対雑音比（ＳＮＲ: Signal to Noise Ratio）の低下を補うために、監視光のパワーを高くすることが必要である。ところが、監視光のパワーを高くすると、光線路において誘導ブリルアン散乱などの非線形光学現象が発現することによって測定性能の低下や通信信号への干渉が生じる可能性がある。したがって、ＯＴＤＲでは、空間分解能は数メートル程度に制限される。 In order to obtain high spatial resolution with OTDR, it is necessary to narrow the pulse width of the monitoring light. Further, when the pulse width of the monitoring light is narrowed, the power of the monitoring light may be increased in order to compensate for the decrease in the signal-to-noise ratio (SNR) due to the decrease in the energy of the monitoring light. is necessary. However, when the power of the monitoring light is increased, non-linear optical phenomena such as stimulated Brillouin scattering appear in the optical line, which may cause a decrease in measurement performance and interference with communication signals. Therefore, in OTDR, the spatial resolution is limited to about several meters.
一方、ＯＣＤＲでは、ＯＴＤＲと比べると高い空間分解能を得ることができる。非特許文献１には、例えば５ｋｍ遠方の反射点を１９ｃｍの空間分解能で測定できることが示されている。 On the other hand, OCDR can provide a higher spatial resolution than OTDR. Non-Patent Document 1 shows that, for example, a reflection point at a distance of 5 km can be measured with a spatial resolution of 19 cm.
しかし、ＯＣＤＲでは、光線路に沿って連続的に生じるレイリー散乱光を検出することができない。なぜなら、実現可能な変調技術では光波コヒーレンス関数のサイドローブ（コヒーレンスピーク以外の部分）をゼロに抑えることができないことから、異なる２つの位置からの反射光を厳密に分離することができず、光線路における接続点などで生じる大きな反射光によってレイリー散乱光がノイズに埋もれてしまうからである。したがって、ＯＣＤＲでは、光線路上の離散的な反射点を検出することはできるが、これらの反射点の間の区間で生じるレイリー散乱光を検出することができないので、光線路の断片的な情報しか得ることができず、故障検知能力が不十分である。 However, OCDR cannot detect Rayleigh scattered light continuously generated along the optical line. This is because, with the feasible modulation technique, the side lobe (portion other than the coherence peak) of the lightwave coherence function cannot be suppressed to zero, so that the reflected light from two different positions cannot be separated strictly. This is because Rayleigh scattered light is buried in noise due to large reflected light generated at connection points on the road. Therefore, OCDR can detect discrete reflection points on the optical line, but cannot detect Rayleigh scattered light generated in the section between these reflection points. Cannot be obtained, and the fault detection capability is insufficient.
また、ＯＣＤＲでは測定時間が長くなる問題がある。これは、光線路における所定の測定距離範囲を漏れなく測定するためには、少なくとも測定距離を空間分解能で割った値より大きな測定点数が必要になるからである。また、ＯＣＤＲでは、反射光を検出して得られる電気信号がフィルタを通して検出されることから、典型的には測定点１点当り１ｍｓ程度の測定時間が必要である。したがって、実用的な長さ２０ｋｍの光線路を１０ｃｍ程度の空間分解能で測定しようとすると、２００秒程度の時間が必要となる。空間分解能をさらに改善すると、それだけ測定時間は長くなる。 In addition, the OCDR has a problem that the measurement time becomes long. This is because, in order to measure the predetermined measurement distance range in the optical line without omission, at least the number of measurement points larger than the value obtained by dividing the measurement distance by the spatial resolution is required. In OCDR, since an electrical signal obtained by detecting reflected light is detected through a filter, typically, a measurement time of about 1 ms per measurement point is required. Therefore, when an optical line having a practical length of 20 km is to be measured with a spatial resolution of about 10 cm, a time of about 200 seconds is required. If the spatial resolution is further improved, the measurement time becomes longer.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光線路における反射率分布を高い空間分解能で短時間に測定することができる光線路監視装置および光線路監視システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides an optical line monitoring apparatus and an optical line monitoring system capable of measuring the reflectance distribution in an optical line with high spatial resolution in a short time. With the goal.
本発明に係る光線路監視装置は、(1) ＯＴＤＲまたはＯＣＤＲにより、第１監視光を光線路に伝搬させ、その第１監視光の伝搬の際に生じる第１反射光を受光して、光線路における光伝搬方向に沿った反射率分布を第１測定結果として取得する第１測定手段と、(2) ＯＣＤＲにより、第２監視光を光線路に伝搬させ、その第２監視光の伝搬の際に生じる第２反射光を受光して、光線路における光伝搬方向に沿った反射率分布を第２測定結果として取得する第２測定手段と、(3) 第１測定手段による第１測定結果の取得を第１空間分解能で行わせた後、その第１測定結果に基づいて決定される光線路の一部範囲について第２測定手段による第２測定結果の取得を第１空間分解能より小さい第２空間分解能で行わせる制御部と、を備えることを特徴とする。 The optical line monitoring apparatus according to the present invention is (1) propagating the first monitoring light to the optical line by OTDR or OCDR, receiving the first reflected light generated when the first monitoring light is propagated, And (2) the second monitoring light is propagated to the optical line by the first measuring means for obtaining the reflectance distribution along the light propagation direction in the road as the first measurement result, and the propagation of the second monitoring light is Second measurement means for receiving the second reflected light generated at the time and obtaining the reflectance distribution along the light propagation direction in the optical line as the second measurement result; and (3) the first measurement result by the first measurement means. Acquisition of the second measurement result by the second measurement means for a partial range of the optical line determined based on the first measurement result is smaller than the first spatial resolution. A control unit that performs the operation at two spatial resolutions, and That.
制御部が、第２測定結果に基づいて光線路における離散反射点の位置を求め、この求めた離散反射点の位置と第１空間分解能とに基づいて、離散反射点での反射による第１測定結果への寄与の程度を求め、この求めた寄与の程度に基づいて第１測定結果を補正して、その補正結果を出力するのが好適である。第１測定手段において第１監視光を出力する光源部と、第２測定手段において第２監視光を出力する光源部とが、共通の部品を含むのが好適である。また、第１測定手段において第１反射光を受光する検出部と、第２測定手段において第２反射光を受光する検出部とが、共通の部品を含むのが好適である。 The control unit obtains the position of the discrete reflection point in the optical line based on the second measurement result, and performs the first measurement by reflection at the discrete reflection point based on the obtained position of the discrete reflection point and the first spatial resolution. It is preferable to obtain the degree of contribution to the result, correct the first measurement result based on the obtained degree of contribution, and output the correction result. It is preferable that the light source unit that outputs the first monitoring light in the first measuring unit and the light source unit that outputs the second monitoring light in the second measuring unit include common parts. In addition, it is preferable that the detection unit that receives the first reflected light in the first measurement unit and the detection unit that receives the second reflected light in the second measurement unit include a common component.
本発明に係る光線路監視システムは、光線路により互いに光学的に接続された局側端末と加入者端末との間で光通信を行う光通信システムを監視するシステムであって、光線路の途中に設けられた光結合器と、この光結合器に光学的に接続された上記の本発明に係る光線路監視装置と、を備え、光線路監視装置から選択的に出力される第１監視光または第２監視光を、光結合器を経て光線路に伝搬させ、第１反射光または第２反射光を、光結合器を経て光線路監視装置に入力させることを特徴とする。 An optical line monitoring system according to the present invention is a system that monitors an optical communication system that performs optical communication between a station-side terminal and a subscriber terminal that are optically connected to each other via an optical line, and is provided in the middle of the optical line. And a first monitoring light selectively output from the optical line monitoring device. The optical monitoring device according to the present invention is optically connected to the optical coupler. Alternatively, the second monitoring light is propagated to the optical line via the optical coupler, and the first reflected light or the second reflected light is input to the optical line monitoring device via the optical coupler.
局側端末と複数の加入者端末とが光分岐器を介して光学的に接続されており、局側端末と光分岐器との間の光線路の途中に光結合器が設けられているのが好適である。また、複数の加入者端末それぞれが、第１監視光および第２監視光を波長選択的に反射する反射フィルタを含むのが好適である。 The station-side terminal and a plurality of subscriber terminals are optically connected via an optical splitter, and an optical coupler is provided in the middle of the optical line between the station-side terminal and the optical splitter. Is preferred. In addition, each of the plurality of subscriber terminals preferably includes a reflection filter that selectively reflects the first monitoring light and the second monitoring light.
本発明によれば、光線路における反射率分布を高い空間分解能で短時間に測定することができる。 According to the present invention, the reflectance distribution in the optical line can be measured in a short time with high spatial resolution.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
（第１実施形態） (First embodiment)
図１は、第１実施形態に係る光線路監視装置１４Ａを備える光線路監視システム１Ａの構成を示す図である。この図に示される光線路監視システム１Ａは、局舎１０Ａに設けられた局側端末１１とＮ個の加入者端末２１１〜２１Ｎとが光分岐器２０を介して互いに光ファイバ線路により光学的に接続されていて、局側端末１１と各加入者端末２１ｎとの間で光通信を行うものである。ここで、Ｎは２以上の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。このような光通信システムの形態は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）と呼ばれる。分岐数Ｎは４〜３２が典型的である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical
局舎１０Ａには、局側端末１１の他に光結合器１２および光線路監視装置１４Ａが設けられている。局側端末１１と光結合器１２とは光ファイバ線路３１により光学的に接続されている。また、光結合器１２には光線路監視装置１４Ａも光学的に接続されている。光結合器１２と光分岐器２０とは第１の光線路３２により光学的に接続されている。光分岐器２０と各加入者端末２１ｎとは第２の光線路３３ｎにより光学的に接続されている。第１の光線路および第２の光線路は光ファイバで構成される線路であり、好ましくはＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２準拠のシングルモード光ファイバで構成される。
In addition to the station-
各加入者端末２１ｎの光線路に対する接続端には、通信光を透過させ監視光を反射させる光フィルタ２２ｎが接続されているのが好ましい。一般的には通信光として１.２６μｍ〜１.６２μｍの波長の光が用いられるので、監視光としては波長１.６５μｍ帯（１.６４〜１.６６μｍ）の光が用いられることが好ましく、したがって、各光フィルタ２２ｎは波長１.６５μｍ帯の光を選択的に反射するフィルタであることが好ましい。このような光フィルタはファイバグレーティングなどにより実現され得る。
An optical filter 22 n that transmits communication light and reflects monitoring light is preferably connected to a connection end of each
光線路監視装置１４Ａは、ＯＣＤＲ測定を行うＯＣＤＲ測定部１５、ＯＴＤＲ測定を行うＯＴＤＲ測定部１６、ＯＣＤＲ測定部１５およびＯＴＤＲ測定部１６のうちの一方を選択して光結合器１２に接続する光スイッチ１３、制御部１７、ならびに記憶装置１８を備える。光線路監視装置１４Ａは、測定対象のＰＯＮシステム（第１の光線路３２，光分岐器２０，第２の光線路３３ｎ，光フィルタ２２ｎ，加入者端末２１ｎ）を監視する。
The optical
なお、１つのＰＯＮシステムにはＯＣＤＲ測定部１５およびＯＴＤＲ測定部１６のうちの一方が接続されるが、他方は別のＰＯＮシステムに接続されてもよく、それによって測定部の稼働率を高めて複数のＰＯＮシステムを監視対象に含めることができるので、加入者当りの監視コストを低減することができる。
One PON system is connected to one of the
ＯＣＤＲ測定部１５は、光源４１、強度変調器４２、光分岐器４３、監視光ゲート部４４、光サーキュレータ４５、偏波変調器４６、遅延光ファイバ４７、光結合器５１、バランス検波器５２、第１フィルタ５３、電気信号ゲート部５４、第２フィルタ５５、ＲＦ検波器５６、ＡＤ変換器５７、制御部６１および信号発生器６２〜６５を備える。
The
光源４１は、出力光の光周波数を変調することができるものであって、例えば半導体ＤＦＢレーザ光源や外部共振器付き半導体レーザ光源等である。光源４１は、信号発生器６２から出力される周期的な直接変調信号Ａを入力して、この直接変調信号Ａに基づいて光周波数が周期的に変調された光を出力する。この光源４１からの出力光は櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。
The
強度変調器４２は、信号発生器６３から出力される周期的な外部変調信号Ｂを入力して、この外部変調信号Ｂに基づいて光源４１からの出力光を強度変調して出力する。外部変調信号Ｂは直接変調信号Ａに同期した周期的な信号である。この強度変調器４２からの出力光は、強度変調によって光スペクトルが整形されたものとなり、光波コヒーレンス関数に含まれるノイズが低減されたものとなる。
The
光分岐器４３は、光源４１から出力され必要に応じて強度変調器４２により強度変調された光を入力し、この入力光を監視光と参照光とに２分岐して、そのうち監視光を監視光ゲート部４４へ出力し、参照光を偏波変調器４６へ出力する。
The
監視光ゲート部４４は、光分岐器４３から出力された監視光を入力し、また、信号発生器６４から出力された監視光ゲート信号Ｃをも入力する。監視光ゲート信号Ｃは、一定周期Ｔでゲート幅ｗ１のパルスを有する周期的な信号である。監視光ゲート信号Ｃのゲート幅ｗ１は、直接変調信号Ａおよび外部変調信号Ｂそれぞれの変調周期にほぼ等しい。監視光ゲート部４４は、このような監視光ゲート信号Ｃのゲート幅ｗ１のパルスの期間のみ、光分岐器４３から出力された監視光を光サーキュレータ４５へ出力する。
The monitoring
光サーキュレータ４５は、監視光ゲート部４４からパルス化されて出力された監視光を入力し、その監視光を光結合器１２へ出力する。また、光サーキュレータ４５は、光結合器１２から到達した光を入力し、その光を光結合器５１へ出力する。
The
光サーキュレータ４５から出力された監視光は、光スイッチ１３および光結合器１２を経て第１の光線路３２へ送出され、さらに、第１の光線路３２，光分岐器２０，第２の光線路３３ｎを経て光フィルタ２２ｎに達する。この監視光の伝搬の際に生じる反射光（フレネル反射光やレイリー散乱光）は、監視光の伝搬経路と逆方向の経路を辿って、光結合器１２、光スイッチ１３および光サーキュレータ４５を経て光結合器５１に入力される。このとき、各第２の光線路３３ｎの末端と加入者端末２１ｎとの間に光フィルタ２２ｎが配置されていることにより、ＯＴＤＲ測定およびＯＣＤＲ測定の際に光フィルタ２２ｎにより監視光が反射されて生じた反射光を検出することで光線路の断線などの異常を検出することができる。
The monitoring light output from the
特に、光フィルタの反射率Ｒ［ｄＢ］は、光分岐器の分岐数をＮとして、下記（１）式を満たすことが好ましい。ここで、Ｒ０は、光サーキュレータ４５、光結合器１２、第１の光線路３２および光分岐器２０における内部反射率であり、典型的には−４０ｄＢである。この（１）式を満たすことにより、光フィルタ２２ｎで反射されて監視装置に到達する反射光のパワーは、光分岐器２０の上流（監視装置側）での意図しない反射により生じた反射光のパワーに比べて大きくなるので、光分岐器２０上流での意図しない反射による雑音の影響が相対的に低減され、測定時間が短縮される。
In particular, the reflectance R [dB] of the optical filter preferably satisfies the following expression (1), where N is the number of branches of the optical branching unit. Here, R0 is an internal reflectance in the
Ｒ ＞ Ｒ０＋ ２０log10（Ｎ） …（１） R> R0 + 20log 10 (N) (1)
光分岐器４３と光結合器５１との間の参照光の光路に遅延光ファイバ４７が設けられているのが好ましい。遅延光ファイバ４７は、光サーキュレータ４５から光結合器５１に入力される反射光（監視光の戻り光）と、光分岐器４３から光結合器５１に入力される参照光と、の間の遅延時間を設定する。測定する距離範囲内の任意の位置で監視光が反射されて生じた反射光と参照光との間の遅延時間が、光源４１の出力光のコヒーレンス時間より長くなるように、遅延光ファイバ４７の長さを設定するのが好ましい。遅延時間がコヒーレンス時間より短い範囲では空間分解能は遅延時間と共に増大し、遅延時間がコヒーレンス時間より長い範囲では空間分解能は略一定値となるので、遅延時間を上記のように設定することにより、測定範囲内での空間分解能のバラツキを低減することができる。
A delay
光分岐器４３と光結合器５１との間の参照光の光路に偏波変調器４６が設けられているのも好ましい。偏波変調器４６は、光分岐器４３から出力された参照光を入力し、その参照光の偏波状態を変えて出力する。反射光（監視光の戻り光）と参照光とを互いに干渉させて検出する際、その検出効率は２つの光の偏波状態の相対関係に依存するので、反射光および参照光の少なくとも一方の偏波状態を変えながら測定を行い、複数の偏波状態で測定した結果に対して平均化などの演算処理を施して、偏波状態に依存しない測定結果を得ることが好ましい。
It is also preferable that a
光結合器５１は、光サーキュレータ４５から出力された反射光（監視光の戻り光）を入力するとともに、光分岐器４３から出力されて偏波変調器４６および遅延光ファイバ４７を経た参照光を入力し、これら入力した反射光と参照光とを合波してバランス検波器５２へ出力する。光結合器５１として例えば３ｄＢカプラが用いられる。
The
バランス検波器５２は、光結合器５１により合波された反射光および参照光を入力して、これら反射光と参照光とが互いに干渉してなる干渉光の強度を示す電気信号を第１フィルタ５３へ出力する。すなわち、バランス検波器５２は、干渉光の強度に応じた値の電気信号を出力する光電変換部として作用する。
The
第１フィルタ５３は、バランス検波器５２から出力される電気信号を入力し、この電気信号に含まれる不要雑音を除去して、その除去後の電気信号を電気信号ゲート部５４へ出力する。第１フィルタ５３は、入力した電気信号の直流成分を除去するフィルタであることが好ましい。直流成分の雑音は、光結合器５１およびバランス検波器５２におけるバランスの誤差によって生じるが、これを第１フィルタ５３により除去することにより、後段の電気信号ゲート部５４における雑音発生量を低減することができる。
The
電気信号ゲート部５４は、バランス検波器５２から出力されて第１フィルタ５３を経た電気信号を入力し、また、信号発生器６５から出力された電気信号ゲート信号Ｄをも入力する。電気信号ゲート信号Ｄは、一定周期Ｔでゲート幅ｗ２のパルスを有する周期的な信号である。電気信号ゲート信号Ｄの周期Ｔは監視光ゲート信号Ｃの周期Ｔとほぼ等しい。電気信号ゲート信号Ｄのパルス中心は、監視光ゲート信号Ｃのパルス中心に対してゲート遅延時間ｄだけ遅れている。
The electric
電気信号ゲート部５４は、このような電気信号ゲート信号Ｄのゲート幅ｗ２のパルスの期間のみ、第１フィルタ５３から出力された電気信号を第２フィルタ５５へ出力する。電気信号ゲート部５４から第２フィルタ５５へ出力される電気信号はパルス信号となる。電気信号ゲート部５４としては、電気信号ゲート信号Ｄのレベルに応じてＯＮ／ＯＦＦ動作するオペアンプ回路が用いられる。
The electric
第２フィルタ５５は、電気信号ゲート部５４から出力されたパルス状の電気信号を入力し、その入力した電気信号の特定周波数帯域のものを選択的にＲＦ検波器５６へ出力する。第２フィルタ５５における上記特定周波数帯域は、電気信号ゲート信号Ｄの繰り返し周波数ｆ（＝１／Ｔ）の整数倍の周波数ｎｆ（ただしｎは自然数）を含まないことが好ましい。特に、上記特定周波数帯域はｆ（＝１／Ｔ）の半奇数倍の周波数を含みｆ／２以下の帯域幅を持つことが好ましい。電気信号ゲート部に入力される信号は、直流および１／ｐの整数倍の周波数に雑音を持っており、この雑音が電気信号ゲート部を通過することにより、ｆの整数倍の周波数に雑音が拡散する。しかし、上記のように周波数帯域を設定することにより、電気信号ゲート部５４において生じる雑音の影響を低減することができ、測定のＳＮ比を改善することができて、測定時間を短縮することができる。
The
ＲＦ検波器５６は、第２フィルタ５５から出力される電気信号を入力し、干渉成分の大きさに相当する電気信号に変換してＡＤ変換器５７へ出力する。ＡＤ変換器５７は、ＲＦ検波器５６から出力される電気信号を入力し、この電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、このデジタル信号を制御部６１へ出力する。このデジタル信号の値は、光源４１における光周波数変調の周期ｐおよびゲート遅延時間ｄにより決定される光線路上の位置ｚにおいて生じた反射光のパワーを表す。
The
制御部６１は、ＡＤ変換器５７から出力されたデジタル値を入力して、このデジタル値と位置ｚとを互いに関連付けて記憶する。制御部６１は、信号発生器６２〜６５それぞれを制御して、信号発生器６２から出力される直接変調信号Ａの変調周期ｐ、信号発生器６３から出力される外部変調信号Ｂの変調周期ｐ、信号発生器６４から出力される監視光ゲート信号Ｃの周期Ｔおよびゲート幅ｗ１、信号発生器６５から出力される電気信号ゲート信号Ｄの周期Ｔおよびゲート幅ｗ２、ならびに、ゲート遅延時間ｄを指定する。これにより、制御部６１は、測定対象である光線路上の測定位置ｚを指定して、その位置ｚにおいて生じた反射光のパワーを表すデジタル値をＡＤ変換器５７から取得する。そして、制御部６１は、光線路における監視光伝搬方向に沿った反射率分布を求める。
The
ＯＴＤＲ測定部１６は、光源７１、光サーキュレータ７２、光検出器７３、ＡＤ変換器７４、制御部７５、および信号発生器７６を備える。
The
光源７１は、信号発生器７６から出力されるパルス信号を入力して、このパルス信号により駆動されてパルス状の監視光を発生する光源であり、例えば半導体レーザを用いることができる。光サーキュレータ７２は、光源７１から出力された監視光を入力し、その監視光を光結合器１２へ出力する。また、光サーキュレータ７２は、光結合器１２から到達した光を入力し、その光を光検出器７３へ出力する。
The
光検出器７３は、光サーキュレータ７２から光を入力して検出し、その光強度に応じた電気信号を出力する。電気信号は時間とともに変化し、その変化は光線路に沿った反射率の分布を反映する。ＡＤ変換器７４は、検出器７３から電気信号を入力し、この電気信号（アナログ信号）を逐次デジタル信号に変換し、デジタル信号系列として制御部７５へ出力する。制御部７５は、ＡＤ変換器７４から出力されたデジタル信号系列を入力して、ＯＴＤＲ測定結果として記録する。
The
制御部１７は、ＯＣＤＲ測定部１５の制御部６１およびＯＴＤＲ測定部１６の制御部７５と接続され、これらの制御部６１，７５に対して測定範囲などの測定条件を出力するとともに、制御部６１，７５から測定結果のデータを入力する。また、制御部１７は記憶装置１８に接続されている。記憶装置１８には、監視装置から各光フィルタ２２ｎまでの距離や、光フィルタ２２ｎおよび加入者端末２１ｎの設置位置（建物の名称や建物内での位置など）などの情報が格納される。
The
制御部１７は、反射率分布の中から光フィルタ２２ｎに由来する反射率のピークを検出し、事前に準備された光フィルタ２２ｎまでの距離の情報と反射率ピークの距離とを照合して、各光フィルタ２２ｎからの反射光が検出されたか否かを判定する。そして、制御部１７は、反射光が検出される加入者端末と反射光が検出されない加入者端末とが混在する場合は、後者の加入者端末が所属する加入者側光ファイバに断線などの異常があると判定し、異常を表示する。
The
また、制御部１７は、光フィルタ２２ｎまでの距離情報に基づいて、光フィルタ２２ｎの近傍に限定してＯＣＤＲ測定を行い、光フィルタ２２ｎからの反射光の有無や反射率の大きさを知ることにより、その光フィルタ２２ｎが属する第２の光線路３３ｎの異常の有無を判定するための時間を短縮することができる。
The
さらに、制御部１７は、ＯＣＤＲ測定部１５に対してＯＣＤＲ測定を行わせて取得させたＯＣＤＲ測定結果と、ＯＴＤＲ測定部１６に対してＯＴＤＲ測定を行わせて取得させたＯＴＤＲ測定結果とに基づいて、後述するような所定の演算を行う。
Further, the
次に、図２〜図４を用いて、直接変調信号Ａ、外部変調信号Ｂ、監視光ゲート信号Ｃ、電気信号ゲート信号Ｄ、および、ＲＦ検波器５６から出力される電気信号、等について説明する。
Next, the direct modulation signal A, the external modulation signal B, the monitoring light gate signal C, the electric signal gate signal D, the electric signal output from the
図２は、直接変調信号Ａ、外部変調信号Ｂ、監視光ゲート信号Ｃおよび電気信号ゲート信号Ｄそれぞれの波形を示す図である。同図（ａ）は、信号発生器６２から光源４１に与えられる直接変調信号Ａの波形を示す。同図（ｂ）は、信号発生器６３から強度変調器４２に与えられる外部変調信号Ｂの波形を示す。同図（ｃ）は、信号発生器６４から監視光ゲート部４４に与えられる監視光ゲート信号Ｃの波形を示す。また、同図（ｄ）は、信号発生器６５から電気信号ゲート部５４に与えられる電気信号ゲート信号Ｄの波形を示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating waveforms of the direct modulation signal A, the external modulation signal B, the monitoring light gate signal C, and the electric signal gate signal D. FIG. 6A shows the waveform of the direct modulation signal A given from the
図３は、反射光（戻り監視光）と参照光との相関強度、監視光ゲート信号Ｃと電気信号ゲート信号Ｄとの重なり（パルスウィンドウ）、および、反射光の検出感度それぞれを、光線路上の位置ｚとの関係において示す図である。同図（ａ）は、反射光（戻り監視光）と参照光との相関強度分布を示す。同図（ｂ）は、監視光ゲート信号Ｃと電気信号ゲート信号Ｄとの重なり（パルスウィンドウ）を示す。また、同図（ｃ）は、反射光の検出感度分布を示す。 FIG. 3 shows the correlation intensity between the reflected light (return monitoring light) and the reference light, the overlap (pulse window) of the monitoring light gate signal C and the electric signal gate signal D, and the detection sensitivity of the reflected light on the optical line. It is a figure shown in relation to position z. FIG. 4A shows the correlation intensity distribution between the reflected light (return monitoring light) and the reference light. FIG. 4B shows the overlap (pulse window) of the monitoring light gate signal C and the electrical signal gate signal D. FIG. 3C shows the detection sensitivity distribution of reflected light.
図４は、図３（ａ）中に示された光線路における位置ｚ１，ｚ２それぞれからの反射光による干渉信号のスペクトルを示す図である。同図（ａ）は、図３（ａ）中に示された相関が高い位置ｚ１からの反射光による干渉信号のスペクトルを示す。また、同図（ｂ）は、図３（ａ）中に示された相関が低い位置ｚ２からの反射光による干渉信号のスペクトルを示す。 FIG. 4 is a diagram illustrating a spectrum of an interference signal caused by reflected light from the positions z1 and z2 in the optical line illustrated in FIG. FIG. 6A shows the spectrum of an interference signal due to reflected light from the position z1 having a high correlation shown in FIG. FIG. 3B shows a spectrum of an interference signal caused by reflected light from the position z2 having a low correlation shown in FIG.
図２（ａ）に示されるように、直接変調信号Ａは、周期ｐを有する周期的な信号であって、光源４１からの出力光を光周波数変調するための信号である。周期ｐは、光線路における測定位置ｚを規定する。測定対象である光線路の位置ｚで反射・散乱されて生じた反射光（戻り監視光）の参照光に対する遅延時間差ｄが下記（２）式の条件を満たすときに、その位置（図３（ａ）中の位置ｚ１）からの反射光と参照光との変調の位相が同期して反射光と参照光との相関が高まる。一方、下記（２）式の条件を満たさない位置（図３（ａ）中の位置ｚ２）で反射・散乱されて生じた反射光（戻り監視光）は参照光との相関が低い。
As shown in FIG. 2A, the direct modulation signal A is a periodic signal having a period p, and is a signal for optical frequency modulating the output light from the
ｄ／ｐ＝整数 …（２） d / p = integer (2)
反射光（戻り監視光）と参照光との相関が高い場合（図３（ａ）中の位置ｚ１の場合）、には両光による干渉信号のスペクトルは監視光の線幅と同程度の周波数帯域に局在する（図４（ａ）参照）。一方、相関が低い場合（図３（ａ）中の位置ｚ２の場合）には、干渉信号のスペクトルは監視光の光周波数変調の振幅と同程度の周波数帯域にわたって拡散される（図４（ｂ）参照）。したがって、監視光の線幅より大きな振幅で光周波数変調を施すことにより、特定の測定位置からの反射光を選択的に検出することができる。空間分解能は光周波数変調の振幅にほぼ逆比例するので、周波数変調の振幅は大きいほうが好ましい。一方、光源４１としてのレーザダイオードに注入することができる電流の上限値は損傷閾値で規定され、下限値はゼロであるので、それによって振幅の上限が規定される。なお、直接変調信号Ａの波形は、本実施形態では正弦波であるが、矩形波や三角波などの様々な周期的波形であってもよい。
When the correlation between the reflected light (return monitoring light) and the reference light is high (in the case of the position z1 in FIG. 3A), the spectrum of the interference signal due to both lights has a frequency approximately equal to the line width of the monitoring light. It is localized in the band (see FIG. 4A). On the other hand, when the correlation is low (in the case of the position z2 in FIG. 3A), the spectrum of the interference signal is spread over a frequency band approximately equal to the amplitude of the optical frequency modulation of the monitoring light (FIG. 4B). )reference). Therefore, reflected light from a specific measurement position can be selectively detected by performing optical frequency modulation with an amplitude larger than the line width of the monitoring light. Since the spatial resolution is approximately inversely proportional to the amplitude of the optical frequency modulation, it is preferable that the amplitude of the frequency modulation is large. On the other hand, since the upper limit value of the current that can be injected into the laser diode as the
より好ましくは、空間分解能は９ｃｍ以下とすることが好ましい。それにより、異なる第２の光線路に属する光フィルタの反射ピークの重なりを避けるためには、第２の光線路の長さを互いに９ｃｍ以上異ならせれば十分であり、各第２の光線路には９ｃｍの余長を確保すれば良い。一方、第２の光線路として用いられる光ファイバとしては一般的にはＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２準拠のシングルモード光ファイバのうち、曲げ特性を強化して許容曲げ半径を１５ｍｍとした光ファイバが普及している。この許容曲げ半径１５ｍｍで１周巻くことにより、９ｃｍの余長を収納することができるので、空間分解能を９ｃｍ以下とすることにより、余長収納のスペースを最小化することができる。 More preferably, the spatial resolution is preferably 9 cm or less. Thereby, in order to avoid overlapping of reflection peaks of optical filters belonging to different second optical lines, it is sufficient to make the lengths of the second optical lines different from each other by 9 cm or more. It is sufficient to secure an extra length of 9 cm. On the other hand, as an optical fiber used as the second optical line, in general, an optical fiber having an allowable bending radius of 15 mm is strengthened among single mode optical fibers compliant with ITU-T G.652. is doing. By winding one turn at this allowable bending radius of 15 mm, a surplus length of 9 cm can be accommodated. Therefore, by setting the spatial resolution to 9 cm or less, the surplus length accommodation space can be minimized.
図２（ｂ）に示されるように、外部変調信号Ｂは、直接変調信号Ａに同期した周期的な信号であって、光源４１からの出力光を強度変調器４２により直接変調信号Ａに同期して強度変調するための信号である。これによって、強度変調器４２から出力される光のスペクトルを整形することができる。ＯＣＤＲにおける反射光検出感度は距離の関数として表され、この距離の関数は光波コヒーレンス関数として知られる。特定の測定位置からの反射光を選択的に検出するためには、光波コヒーレンス関数はデルタ関数列に近いことが好ましい。一方、光波コヒーレンス関数は光のパワースペクトルのフーリエ変換で与えられるので、強度変調によってスペクトルを整形することにより、ＯＣＤＲによる反射光測定の位置選択性を高めることができる。
As shown in FIG. 2B, the external modulation signal B is a periodic signal synchronized with the direct modulation signal A, and the output light from the
図２（ｃ）に示されるように、監視光ゲート信号Ｃは、一定周期Ｔでゲート幅ｗ１のパルスを有する周期的な信号であって、監視光ゲート部４４から出力される監視光をゲート幅ｗ１のパルスの期間のみに選択するための信号である。また、図２（ｄ）に示されるように、電気信号ゲート信号Ｄは、一定周期Ｔでゲート幅ｗ２のパルスを有する周期的な信号であって、電気信号ゲート部５４から出力される電気信号をゲート幅ｗ２のパルスの期間のみに選択するための信号である。
As shown in FIG. 2 (c), the monitoring light gate signal C is a periodic signal having a pulse with a gate width w1 at a constant period T, and the monitoring light output from the monitoring
電気信号ゲート信号Ｄの周期Ｔは監視光ゲート信号Ｃの周期Ｔと等しい。電気信号ゲート信号Ｄのパルス中心は、監視光ゲート信号Ｃのパルス中心に対してゲート遅延時間ｄだけ遅れている。このようにすることにより、光線路における特定の測定距離範囲（パルスウィンドウ）からの反射光が選択的に検出される（図３（ｂ），（ｃ）参照）。 The period T of the electrical signal gate signal D is equal to the period T of the monitoring light gate signal C. The pulse center of the electrical signal gate signal D is delayed from the pulse center of the monitoring light gate signal C by a gate delay time d. By doing in this way, the reflected light from the specific measurement distance range (pulse window) in an optical line is selectively detected (refer FIG.3 (b), (c)).
直接変調信号Ａの周期ｐ、監視光ゲート信号Ｃのゲート幅ｗ１および電気信号ゲート信号Ｄのゲート幅ｗ２が、下記（３）式の関係を満たすことが好ましい。このようにすることにより、パルスウィンドウの中心において反射光（戻り監視光）と参照光との相関がピークとなるようにゲート遅延時間ｄを定めれば、パルスウィンドウの中に存在し得る相関ピークは１つに制限される。 It is preferable that the period p of the direct modulation signal A, the gate width w1 of the monitoring light gate signal C, and the gate width w2 of the electric signal gate signal D satisfy the relationship of the following expression (3). In this way, if the gate delay time d is determined so that the correlation between the reflected light (return monitoring light) and the reference light has a peak at the center of the pulse window, a correlation peak that can exist in the pulse window. Is limited to one.
ｗ１＋ｗ２＜２ｐ …（３） w1 + w2 <2p (3)
監視光ゲート信号Ｃおよび電気信号ゲート信号Ｄそれぞれの周期Ｔは直接変調信号Ａの周期ｐの整数倍であることが好ましい。第２フィルタ５５の透過帯域は、監視光ゲート信号Ｃおよび電気信号ゲート信号Ｄそれぞれの繰り返し周波数ｆ（＝１／Ｔ）の整数倍の周波数を含まないことが好ましい。
The period T of each of the monitoring light gate signal C and the electric signal gate signal D is preferably an integral multiple of the period p of the direct modulation signal A. It is preferable that the transmission band of the
これは以下の理由による。バランス検波器５２に入力される反射光（戻り監視光）の電界の複素振幅をＥ１とし、バランス検波器５２に入力される参照光の電界の複素振幅をＥ２とすると、バランス検波器５２から出力される電気信号（電流Ｉ１）は、比例係数を省略すると、下記（４）式で表される。この式の第１項は非干渉性の雑音である。εはバランス検出による同相成分の減衰係数を示す。εは、ゼロであることが理想的であるが、実際には１０−５またはそれ以上の値をとることが多く、雑音の原因となる。第２項は干渉信号である。
This is due to the following reason. If the complex amplitude of the electric field of the reflected light (return monitoring light) input to the
Ｉ１ ＝ ε(|Ｅ１|２＋|Ｅ２|２) ＋ ２Ｒｅ[Ｅ１・Ｅ２＊] …（４） I1 = ε (| E1 | 2 + | E2 | 2 ) + 2Re [E1 · E2 * ] (4)
非干渉雑音は、光強度に比例し、スペクトル成分としては、平均パワーに相当する直流成分と、光源４１での寄生強度変調および外部強度変調による変調成分（周期ｐ）とを有する。非干渉雑音は、第１フィルタ５３によって直流成分が減衰された後、電気信号ゲート部５４において電気信号ゲート信号Ｄによってパルスが切り出される。
The non-interference noise is proportional to the light intensity, and has, as spectral components, a DC component corresponding to the average power, and a modulation component (period p) due to parasitic intensity modulation and external intensity modulation at the
電気信号ゲート部５４から出力される電気信号（電流Ｉ２）は下記（５）式で表される。ここで、Ｆは、電気信号ゲート信号Ｄであり、周期Ｔを有する。この式の第１項は非干渉性雑音であり、第２項は干渉信号である。
The electrical signal (current I2) output from the
Ｉ２ ＝ εＦ(|Ｅ１|２＋|Ｅ２|２) ＋ ２Ｆ・Ｒｅ[Ｅ１・Ｅ２＊] …（５） I2 = εF (| E1 | 2 + | E2 | 2 ) + 2F · Re [E1 · E2 * ] (5)
この（５）式の第１項の非干渉性雑音は、周波数(１／ｐ)の関数と周波数(１／Ｔ)の関数との積であるから、ｉ，ｊを整数として、周波数(ｉ／ｐ＋ｊ／Ｔ)に出現する雑音となる。ここで、監視光ゲート信号Ｃおよび電気信号ゲート信号Ｄそれぞれのパルス繰返し周期Ｔが直接変調信号Ａの変調周期ｐの整数倍に等しくなるようにパルス周期を設定すると、非干渉性の雑音が生じる周波数は、ｉを整数として、ｉ／Ｔに限定される。したがって、周波数(ｉ／Ｔ)を含まない周波数帯域の成分を第２フィルタ５５により切り出して検出帯域とすることにより、雑音の少ない測定結果を得ることができる。
The incoherent noise of the first term of the equation (5) is a product of a function of frequency (1 / p) and a function of frequency (1 / T). / P + j / T). Here, when the pulse period is set so that the pulse repetition period T of each of the monitoring light gate signal C and the electric signal gate signal D is equal to an integral multiple of the modulation period p of the direct modulation signal A, incoherent noise is generated. The frequency is limited to i / T, where i is an integer. Therefore, a measurement result with less noise can be obtained by cutting out the component of the frequency band not including the frequency (i / T) by using the
次に、図５〜図８を用いて、第１実施形態に係る光線路監視装置１４Ａの動作について説明するとともに、ＯＴＤＲ測定および複数のＯＣＤＲ測定により光線路に沿った反射率分布の高分解能での測定のための時間を短縮する方法について説明する。 Next, the operation of the optical line monitoring apparatus 14A according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 8 and with high resolution of the reflectance distribution along the optical line by OTDR measurement and a plurality of OCDR measurements. A method for shortening the time required for the measurement will be described.
図５は、第１実施形態に係る光線路監視装置１４Ａの動作を説明するフローチャートである。図６は、第１実施形態に係る光線路監視システム１Ａの構成を簡略化して示す図である。図７および図８は、第１実施形態に係る光線路監視システム１Ａにおいて反射率分布を測定した場合の測定波形の計算結果を示す図である。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the optical line monitoring apparatus 14A according to the first embodiment. FIG. 6 is a diagram showing a simplified configuration of the optical
図６に示されるように、ここではＮ値が４とされ、光線路監視システム１Ａには４つの加入者端末２１１〜２１４が含まれ、加入者端末の光線路への接続端には光フィルタ２２１〜２２４が挿入されているとする。光線路監視装置１４Ａから光フィルタ２２１までの距離は１９００４ｍであり、光線路監視装置１４Ａから光フィルタ２２２までの距離は１９００５ｍであり、光線路監視装置１４Ａから光フィルタ２２３までの距離は１９００６ｍであり、光線路監視装置１４Ａから光フィルタ２２４までの距離は１９００７ｍであるとする。各光フィルタ２２ｎの反射率は−５ｄＢであるとする。このときの反射率分布は図７（ａ）に示されており、この分布を光線路監視装置１４Ａによって以下の手順で測定する。
As shown in FIG. 6, the N value is 4 here, the optical
初めにＯＴＤＲによる測定が行われる（ステップＳ１）。ＯＴＤＲ測定に際しては、ＯＴＤＲ測定部１６の光源７１からパルス状の監視光が出力され、その監視光が光線路を伝搬する際に生じる反射光がＯＴＤＲ測定部１６の光検出器７３により受光され、その反射光の強度が時間の関数として測定される。そのＯＴＤＲ測定結果は、ＡＤ変換器７４によりデジタルデータに変換され、制御部７５により取得され、さらに制御部１７により取得される。
First, measurement by OTDR is performed (step S1). In the OTDR measurement, pulsed monitoring light is output from the
典型的な光線路の長さは約２０ｋｍ以下であり、光線路中の光速は約２×１０８ｍ／ｓであるから、監視光が反射されて戻ってくるまでの時間は長くても１００μｓである。したがって、短時間でＯＴＤＲ測定することが可能である。一方、ＯＴＤＲの空間分解能は、パルス幅を小さくした場合のＳＮ比の低下などにより、実用的には約２ｍが下限となる。このときのＯＴＤＲ測定結果は、図７（ｂ）に示されるように、１ｍ間隔の４つの光フィルタを個々に識別することができず、１つの広い反射ピークとして測定される。 The length of a typical optical line is about 20 km or less, and the speed of light in the optical line is about 2 × 10 8 m / s. Therefore, the time until the monitoring light is reflected and returned is at most 100 μs. It is. Therefore, it is possible to perform OTDR measurement in a short time. On the other hand, the spatial resolution of OTDR has a practical lower limit of about 2 m due to a decrease in SN ratio when the pulse width is reduced. As shown in FIG. 7B, the OTDR measurement result at this time cannot be individually identified as four optical filters with an interval of 1 m, and is measured as one wide reflection peak.
続いて、上記のＯＴＤＲ測定結果に対して閾値処理が施される（ステップＳ２）。この閾値処理により、反射光パワーが閾値以上となる距離範囲Ｒ１が抽出される。閾値は、反射ピークにおけるパワーと光線路からのレイリー散乱による反射光パワーとの間で設定される。図７（ｂ）において、測定範囲Ｒ１は１９０００ｍ〜１９０１１ｍにわたる１１ｍの範囲となる。 Subsequently, threshold processing is performed on the above OTDR measurement result (step S2). By this threshold processing, a distance range R1 in which the reflected light power is equal to or greater than the threshold is extracted. The threshold is set between the power at the reflection peak and the reflected light power due to Rayleigh scattering from the optical line. In FIG.7 (b), measurement range R1 becomes a range of 11m ranging from 19000m to 19011m.
続いて、距離範囲Ｒ１を測定範囲として第１のＯＣＤＲ測定が行われる（ステップＳ３）。第１のＯＣＤＲ測定では空間分解能は２０ｃｍとされる。測定範囲Ｒ１における第１のＯＣＤＲ測定の結果と、測定範囲Ｒ１以外の範囲におけるＯＴＤＲ測定の結果とを連結して得られる測定結果が、図７（ｃ）に示されている。第１のＯＣＤＲ測定により、１ｍ間隔の４つの光フィルタは４つの反射ピークとして個々に識別される。 Subsequently, the first OCDR measurement is performed using the distance range R1 as the measurement range (step S3). In the first OCDR measurement, the spatial resolution is 20 cm. FIG. 7C shows a measurement result obtained by connecting the result of the first OCDR measurement in the measurement range R1 and the result of the OTDR measurement in a range other than the measurement range R1. With the first OCDR measurement, four optical filters with 1 m spacing are individually identified as four reflection peaks.
続いて、第１のＯＣＤＲ測定結果に対し閾値処理が施される（ステップＳ４）。この閾値処理により、反射光パワーが閾値以上となる距離範囲Ｒ２が抽出される。図７（ｃ）において、測定範囲Ｒ２は、１９００３.６０〜１９００４.４２ｍ、１９００４.６０〜１９００５.４２ｍ、１９００５.６０〜１９００６.４２ｍ、および、１９００６.６０〜１９００７.４２ｍの４つの部分範囲を含み、全体として３２８ｃｍ（＝８２ｃｍ×４）の範囲となる。 Subsequently, threshold processing is performed on the first OCDR measurement result (step S4). By this threshold processing, a distance range R2 where the reflected light power is equal to or greater than the threshold is extracted. In FIG. 7 (c), the measurement range R2 has four partial ranges of 19003.60 to 19904.42m, 19004.60 to 19005.42m, 19005.60 to 19006.42m, and 19006.60 to 19904.42m. And the whole area is 328 cm (= 82 cm × 4).
続いて、距離範囲Ｒ２を測定範囲として第２のＯＣＤＲ測定が行われる（ステップＳ５）。第２のＯＣＤＲ測定では空間分解能は４ｃｍとされる。測定範囲Ｒ２における第２のＯＣＤＲ測定の結果と、測定範囲Ｒ２以外の範囲における第１のＯＣＤＲ測定の結果（ＯＴＤＲ測定の結果も含む）とを連結して得られる測定結果が、図７（ｄ）に示されている。第２のＯＣＤＲ測定により、４つの光フィルタの反射ピークの幅がさらに狭まり、ピークの位置をより高い精度で決定することが可能となる。 Subsequently, the second OCDR measurement is performed using the distance range R2 as the measurement range (step S5). In the second OCDR measurement, the spatial resolution is 4 cm. A measurement result obtained by connecting the result of the second OCDR measurement in the measurement range R2 and the result of the first OCDR measurement in the range other than the measurement range R2 (including the result of the OTDR measurement) is shown in FIG. ). By the second OCDR measurement, the width of the reflection peak of the four optical filters is further narrowed, and the peak position can be determined with higher accuracy.
続いて、第２のＯＣＤＲ測定結果に対しピーク検出処理が施される（ステップＳ６）。このピーク検出処理により、４つの光フィルタの位置が認識され、離散反射点の位置および強度（反射光パワーのピーク値）のデータが得られる。このデータが図８（ａ）にプロットで示されている。 Subsequently, peak detection processing is performed on the second OCDR measurement result (step S6). By this peak detection process, the positions of the four optical filters are recognized, and the data of the positions and intensities (peak values of reflected light power) of the discrete reflection points are obtained. This data is shown as a plot in FIG.
続いて、記憶装置１８に記憶されている離散反射点の位置および強度のデータと、第１のＯＣＤＲ測定のインパルス応答とが畳み込み演算され、第１のＯＣＤＲ測定のインパルス応答が測定結果へ与える寄与が計算される（ステップＳ７）。インパルス応答は、反射点が１つだけ存在した場合に得られる測定結果である。４つの離散反射点の各々に畳み込まれた４つのインパルス応答が図８（ａ）に点線で示されている。
Subsequently, the position and intensity data of the discrete reflection points stored in the
これらのインパルス応答が測定範囲Ｒ２以外の範囲において合算されることにより、インパルス応答による第１のＯＣＤＲ測定への寄与が求められる。これが図８（ａ）に実線で示されている。インパルス応答による寄与が第２のＯＣＤＲ測定の結果（図７（ｄ））から減算されることにより、第１のＯＣＤＲ測定のインパルス応答が補正された反射率分布が得られる。この補正後の反射率分布が図８（ｂ）に示されている。 By adding these impulse responses in a range other than the measurement range R2, the contribution of the impulse response to the first OCDR measurement is obtained. This is indicated by a solid line in FIG. By subtracting the contribution due to the impulse response from the result of the second OCDR measurement (FIG. 7D), a reflectance distribution in which the impulse response of the first OCDR measurement is corrected is obtained. The corrected reflectance distribution is shown in FIG.
同様にして、記憶装置１８に記憶されている離散反射点の位置および強度のデータと、ＯＴＤＲ測定のインパルス応答とが畳み込み演算され、ＯＴＤＲ測定のインパルス応答が測定結果へ与える寄与が計算される（ステップＳ８）。４つの離散反射点の各々に畳み込まれた４つのインパルス応答が図８（ｃ）に点線で示されている。
Similarly, the position and intensity data of the discrete reflection points stored in the
これらのインパルス応答が測定範囲Ｒ２以外の範囲において合算されることにより、インパルス応答による第１のＯＣＤＲ測定への寄与が求められる。これが図８（ｃ）に実線で示されている。インパルス応答による寄与が、第１のＯＣＤＲ測定のインパルス応答が補正された反射率分布（図８（ｂ））から減算されることにより、ＯＴＤＲ測定のインパルス応答が補正された反射率分布が得られる。この補正後の反射率分布が図８（ｄ）に示されている。図８（ｄ）に示されるように、測定すべき反射率分布（図７（ａ））に良く一致する測定結果が得られる。 By adding these impulse responses in a range other than the measurement range R2, the contribution of the impulse response to the first OCDR measurement is obtained. This is shown by the solid line in FIG. The contribution due to the impulse response is subtracted from the reflectance distribution in which the impulse response of the first OCDR measurement is corrected (FIG. 8B), thereby obtaining a reflectance distribution in which the impulse response of the OTDR measurement is corrected. . The corrected reflectance distribution is shown in FIG. As shown in FIG. 8D, a measurement result that closely matches the reflectance distribution to be measured (FIG. 7A) is obtained.
以上のように、インパルス応答を補正する処理を行わない場合は、図７（ｄ）に示されるように、インパルス応答に起因する測定結果の不連続性が測定範囲の境界部に生じる。これに対して、インパルス応答を補正する処理を行うことにより、図８（ｄ）に示されるように、不連続性が低減された測定結果が得られる。反射率分布の測定結果における不連続性は、光線路中の反射や光学損失などの特徴点が測定結果に与える寄与と区別することがしばしば困難であるので、不連続性を低減することによって誤った特徴点検出を低減することができる。 As described above, when the process for correcting the impulse response is not performed, as shown in FIG. 7D, discontinuity of the measurement result due to the impulse response occurs at the boundary of the measurement range. On the other hand, by performing the process of correcting the impulse response, a measurement result with reduced discontinuity can be obtained as shown in FIG. Discontinuities in the reflectance distribution measurement results are often difficult to distinguish from contributions to the measurement results, such as reflections in the optical line and optical losses, so by reducing discontinuities, Feature point detection can be reduced.
なお、インパルス応答の補正処理を実現するために、ＯＣＤＲ測定およびＯＴＤＲ測定それぞれのインパルス応答の波形を記憶装置１８に記憶させておくことが望ましい。また、光線路監視装置内または光線路内に意図的に反射点を設け、この反射点を測定することによってインパルス応答を求めても良い。
In order to realize the impulse response correction processing, it is desirable to store the impulse response waveforms of the OCDR measurement and the OTDR measurement in the
また、上述したように、ＯＴＤＲ測定（分解能２ｍ）、第１のＯＣＤＲ測定（分解能２０ｃｍ）および第２のＯＣＤＲ測定（分解能４ｃｍ）を組み合わせて測定することにより、広い距離範囲を対象として離散反射点を高い空間分解能で短時間に検出することができる。仮に、上に示したように約２０ｋｍの距離範囲を分解能４ｃｍのＯＣＤＲで漏れなく測定しようとすると、ＯＣＤＲの測定点数は５０万点となる。典型的なＯＣＤＲ測定では、約１ｍｓ／点が必要となるから、測定時間は５００秒が必要となる。一方、本実施形態では、ＯＴＤＲによる測定時間は１００μｓであり、第１のＯＣＤＲ測定（測定範囲Ｒ１の長さ＝１１ｍ、分解能＝２０ｃｍ）の測定時間は５５ｍｓ（＝５５点×１ｍｓ／点）であり、第２のＯＣＤＲ測定（測定範囲Ｒ２の長さの合計＝３２８ｃｍ、分解能＝４ｃｍ）の測定時間は８２ｍｓ（＝８２点×１ｍｓ／点）であるから、測定時間は１３７ｍｓに短縮される。
In addition, as described above, a discrete reflection point can be obtained over a wide distance range by combining the OTDR measurement (resolution 2 m), the first OCDR measurement (
（第２実施形態） (Second Embodiment)
図９は、第２実施形態に係る光線路監視装置１４Ｂを備える光線路監視システム１Ｂの構成を示す図である。図１に示された第１実施形態に係る光線路監視システム１Ａと比較すると、この図９に示される第２実施形態に係る光線路監視システム１Ｂは、局舎１０Ａに替えて局舎１０Ｂを備える点で相違し、局舎が光線路監視装置１４Ａに替えて光線路監視装置１４Ｂを備える点で相違する。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an optical
また、図１中の光線路監視装置１４Ａの構成と比較すると、図９中の光線路監視装置１４Ｂは、ＯＣＤＲ測定部１５およびＯＴＤＲ測定部１６に替えてＯＣＤＲ／ＯＴＤＲ測定部１５Ｂを備える点で相異する。また、図１中のＯＣＤＲ測定部１５の構成と比較すると、図９中のＯＣＤＲ／ＯＴＤＲ測定部１５Ｂは、光スイッチ６６およびＡＤ変換器６７を備える点で相違する。
Compared to the configuration of the optical line monitoring device 14A in FIG. 1, the optical
光スイッチ６６は、光分岐器４３と偏波変調器４６との間に設けられていて、光分岐器４３から分岐されて出力される光の通過／遮断を行う。ＡＤ変換器６７は、バランス検波器５２から出力される電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、このデジタル信号を制御部６１へ出力する。
The
ＯＣＤＲ／ＯＴＤＲ測定部１５Ｂは、ＯＣＤＲ測定およびＯＴＤＲ測定の双方を行うことができる。ＯＣＤＲ／ＯＴＤＲ測定部１５ＢがＯＣＤＲ測定を行う場合、光スイッチ６６は開通状態とされる。ＯＣＤＲ／ＯＴＤＲ測定部１５Ｂのその他の構成要素は図１中のＯＣＤＲ測定部１５と同じように動作して、ＯＣＤＲ測定を実現する。
The OCDR /
ＯＣＤＲ／ＯＴＤＲ測定部１５ＢがＯＴＤＲ測定を行う場合、光スイッチ６６は遮断状態とされ、光分岐器４３から分岐されて出力される光はバランス検波器５２に入力されない。信号発生器６２はパルス信号を出力し、そのパルス信号が入力された光源４１はパルス状の監視光を出力する。光強度変調器４２および監視光ゲート部４４は開通状態とされ、光源４１から出力されたパルス状の監視光は、そのまま光強度変調器４２および監視光ゲート部４４を通過する。
When the OCDR /
或いは、光源４１から連続光を出力させ光強度変調器４２または監視光ゲート部４４で光強度を変調することでパルス状の監視光を発生させても良い。後者の場合、光源４１において周波数変調を行って光スペクトルを拡散させることにより、光線路中での誘導ブリルアン散乱の発生を抑制し、より高いパワーの監視光を光線路に送出することが可能となる。その結果、測定のＳＮ比が改善されるとともに、測定距離が延伸され、許容される光線路損失の拡大が実現され得る。
Alternatively, pulsed monitoring light may be generated by outputting continuous light from the
監視光は、光サーキュレータ４５および光結合器１２を経て測定対象のＰＯＮシステム（第１の光線路３２、光分岐器２０，第２の光線路３３ｎ、光フィルタ２２ｎ）に送出され、測定対象中で発生した反射光は、光結合器１２および光サーキュレータ４５を経てバランス検波器５２に達する。バランス検波器５２は、ＯＴＤＲ測定の場合は、非バランス動作し、反射光パワーに比例した電気信号を出力する。バランス検波器５２から出力された電気信号は２分岐され、一方は第１フィルタ５３等を経てＡＤ変換器５７へ出力され、他方はＡＤ変換器６７へ出力される。このうちＡＤ変換器６７からの出力が制御部６１によって読み取られ、ＯＴＤＲ測定結果として記憶される。
The monitoring light is transmitted to the PON system (first
以上のようにしてＯＣＤＲ／ＯＴＤＲ測定部１５Ｂにより取得されたＯＣＤＲ測定結果およびＯＴＤＲ測定結果は、制御部１７において、第１実施形態における処理と同様に処理される。
The OCDR measurement result and the OTDR measurement result acquired by the OCDR /
このように、本実施形態では、ＯＴＤＲ測定およびＯＣＤＲ測定における光源部および検出部が共通化されている。このようにすることにより、共通化しない場合に比べて、光源波長のバラツキおよび検出部の感度のバラツキによって生じるＯＴＤＲ測定結果とＯＣＤＲ測定結果と間の不整合が低減され得る。このような不整合は、第１実施形態で説明したインパルス応答の補正処理では除去され得ず、測定結果の不連続性の原因となる。これに対して、本実施形態のように光源部および検出部を共通化することによって、そのような不連続性が低減され、光線路中の特徴点の誤検出が低減され得る。 Thus, in this embodiment, the light source unit and the detection unit in OTDR measurement and OCDR measurement are shared. By doing so, incompatibility between the OTDR measurement result and the OCDR measurement result caused by the variation in the light source wavelength and the variation in the sensitivity of the detection unit can be reduced as compared with the case where they are not shared. Such inconsistencies cannot be removed by the impulse response correction processing described in the first embodiment, and cause discontinuities in the measurement results. On the other hand, by sharing the light source unit and the detection unit as in the present embodiment, such discontinuity can be reduced, and erroneous detection of feature points in the optical line can be reduced.
１Ａ，１Ｂ…光線路監視システム、１０Ａ，１０Ｂ…局舎、１１…局側端末、１２…光結合器、１３…光スイッチ、１４Ａ，１４Ｂ…光線路監視装置、１５…ＯＣＤＲ測定部、１５Ｂ…ＯＣＤＲ／ＯＴＤＲ測定部、１６…ＯＴＤＲ測定部、１７…制御部、１８…記憶装置、２０…光分岐器、２１１〜２１Ｎ…加入者端末、２２１〜２２Ｎ…光フィルタ、３１，３２，３３１〜３３Ｎ…光ファイバ線路、４１…光源、４２…強度変調器、４３…光分岐器、４４…監視光ゲート部、４５…光サーキュレータ、４６…偏波変調器、４７…遅延光ファイバ、５１…光結合器、５２…バランス検波器、５３…第１フィルタ、５４…電気信号ゲート部、５５…第２フィルタ、５６…ＲＦ検波器、５７…ＡＤ変換器、６１…制御部、６２〜６５…信号発生器、６６…光スイッチ、６７…ＡＤ変換器、７１…光源、７２…光サーキュレータ、７３…光検出器、７４…ＡＤ変換器、７５…制御部、７６…信号発生器。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ＯＣＤＲにより、第２監視光を前記光線路に伝搬させ、その第２監視光の伝搬の際に生じる第２反射光を受光して、前記光線路における光伝搬方向に沿った反射率分布を第２測定結果として取得する第２測定手段と、
前記第１測定手段による前記第１測定結果の取得を第１空間分解能で行わせた後、その第１測定結果に基づいて決定される前記光線路の一部範囲について前記第２測定手段による前記第２測定結果の取得を前記第１空間分解能より小さい第２空間分解能で行わせる制御部と、
を備えることを特徴とする光線路監視装置。 The first monitoring light is propagated to the optical line by OTDR or OCDR, the first reflected light generated when the first monitoring light is propagated is received, and the reflectance distribution along the light propagation direction in the optical line is obtained. A first measuring means for obtaining a first measurement result;
By the OCDR, the second monitoring light is propagated to the optical line, the second reflected light generated when the second monitoring light is propagated is received, and a reflectance distribution along the light propagation direction in the optical line is obtained. Second measurement means for obtaining two measurement results;
After the first measurement result is obtained with the first spatial resolution by the first measurement means, the second measurement means determines the partial range of the optical line determined based on the first measurement result. A control unit for obtaining a second measurement result with a second spatial resolution smaller than the first spatial resolution;
An optical line monitoring device comprising:
前記第２測定結果に基づいて前記光線路における離散反射点の位置を求め、
この求めた離散反射点の位置と前記第１空間分解能とに基づいて、前記離散反射点での反射による前記第１測定結果への寄与の程度を求め、
この求めた寄与の程度に基づいて前記第１測定結果を補正して、その補正結果を出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光線路監視装置。 The control unit is
Based on the second measurement result, find the position of the discrete reflection point in the optical line,
Based on the position of the obtained discrete reflection point and the first spatial resolution, a degree of contribution to the first measurement result by reflection at the discrete reflection point is obtained,
Correcting the first measurement result based on the determined degree of contribution, and outputting the correction result;
The optical line monitoring apparatus according to claim 1.
前記第１測定手段において前記第１反射光を受光する検出部と、前記第２測定手段において前記第２反射光を受光する検出部とが、共通の部品を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の光線路監視装置。 The light source unit that outputs the first monitoring light in the first measurement unit and the light source unit that outputs the second monitoring light in the second measurement unit include common parts,
The detection unit that receives the first reflected light in the first measurement unit and the detection unit that receives the second reflected light in the second measurement unit include common parts.
The optical line monitoring apparatus according to claim 1.
前記光線路の途中に設けられた光結合器と、この光結合器に光学的に接続された請求項１〜３の何れか１項に記載の光線路監視装置と、を備え、
前記光線路監視装置から選択的に出力される前記第１監視光または前記第２監視光を、前記光結合器を経て前記光線路に伝搬させ、
前記第１反射光または前記第２反射光を、前記光結合器を経て前記光線路監視装置に入力させる、
ことを特徴とする光線路監視システム。 A system for monitoring an optical communication system that performs optical communication between a station terminal and a subscriber terminal that are optically connected to each other by an optical line,
An optical coupler provided in the middle of the optical line, and the optical line monitoring device according to any one of claims 1 to 3 optically connected to the optical coupler,
The first monitoring light or the second monitoring light selectively output from the optical line monitoring device is propagated to the optical line via the optical coupler,
The first reflected light or the second reflected light is input to the optical line monitoring device via the optical coupler,
An optical line monitoring system characterized by that.
前記局側端末と前記光分岐器との間の光線路の途中に前記光結合器が設けられている、
ことを特徴とする請求項４に記載の光線路監視システム。 The station side terminal and a plurality of subscriber terminals are optically connected via an optical branching unit,
The optical coupler is provided in the middle of the optical path between the station-side terminal and the optical splitter,
The optical line monitoring system according to claim 4.
The optical line monitoring system according to claim 5, wherein each of the plurality of subscriber terminals includes a reflection filter that selectively reflects the first monitoring light and the second monitoring light.
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