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C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

(1)

目  次

ページ

序文 

1

1  適用範囲

1

2  引用規格

2

3  用語及び定義 

2

4  記号及び略語 

3

5  試験装置

3

5.1  光帯域透過フィルタ

4

5.2  受信器

4

5.3  クロック発信器

5

5.4  電気パルス発生器

5

5.5  サンプリングモジュール 

5

5.6  信号処理回路 

5

5.7  監視系パラメータ

5

6  手順

6

6.1  装置接続 

6

6.2  しきい値レベルの定義 

6

7  計算

7

附属書 A(規定)測定精度,信頼性及び感度 

10

附属書 B(参考)光帯域透過フィルタのクロストーク及び周波数ずれ 

14

附属書 C(規定)Q

ave

の上限 

17

附属書 D(参考)ビットレート依存性

19

附属書 E(参考)フォーマット依存性

20

附属書 F(参考)Q

ave

σ

1.ave

μ

1.ave

μ

0.ave

 |及び の波長分散及び OSNR 依存性

22

附属書 G(参考)PMD による劣化があるときの Q

ave

の 依存性 

24


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:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

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まえがき

この規格は,工業標準化法第 12 条第 1 項の規定に基づき,財団法人光産業技術振興協会(OITDA)及

び財団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して日本工業規格を制定すべきとの申出があり,

日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本工業規格である。

この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。

この規格に従うことは,次の者の有する特許権等の使用に該当するおそれがあるので,留意する。

−  氏名:日本電信電話株式会社

−  住所:東京都千代田区大手町二丁目 3 番 1 号

・光信号品質劣化要因監視方法及び装置(特許 3772132 号)

・光信号品質モニタ  (特許 3930886 号)

上記の,特許権等の権利者は,非差別的かつ合理的な条件でいかなる者に対しても当該特許権等の実施

の許諾等をする意思のあることを表明している。ただし,この規格に関連する他の特許権等の権利者に対

しては,同様の条件でその実施が許諾されることを条件としている。

この規格に従うことが,必ずしも,特許権の無償公開を意味するものではないことに注意する必要があ

る。

この規格の一部が,上記に示す以外の特許権等に抵触する可能性がある。経済産業大臣及び日本工業標

準調査会は,このような特許権等にかかわる確認について,責任はもたない。

なお,ここで“特許権等”とは,特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権又は出願公開後の実用新

案登録出願をいう。

JIS C 61280 の規格群には,次に示す部編成がある。

JIS C 61280-1-3  中心波長及びスペクトル幅測定

JIS C 61280-2-1  受信感度及びオーバロード測定

JIS C 61280-2-2  光アイパターン,光波形及び消光比測定

JIS C 61280-2-8  Q 値測定を用いた低ビット誤り率の決定法

JIS C 61280-2-9  高密度波長分割多重システムの光信号対雑音比測定

JIS C 61280-2-11  光信号品質評価のための強度ヒストグラム評価を用いた平均化 Q 値測定


   

日本工業規格

JIS

 C

61280-2-11

:2010

(IEC 61280-2-11

:2006

)

光ファイバ通信サブシステム試験方法−

光信号品質評価のための強度ヒストグラム評価を

用いた平均化 Q 値測定

Fiber optic communication subsystem test procedures-

Averaged Q-factor determination using amplitude histogram evaluation for

optical signal quality monitoring

序文 

この規格は,2006 年に第 1 版として発行された IEC 61280-2-11 を基に,技術的内容及び対応国際規格の

構成を変更することなく作成した日本工業規格である。

適用範囲 

この規格は,平均化 Q 値の定義及び平均化 Q 値強度ヒストグラムパラメータを用いて平均化 Q 値を測

定する手順について規定する。

平均化 Q 値強度ヒストグラムパラメータは,既設の光ネットワークの光信号品質変化の監視に有用であ

る。平均化 Q 値は,従来使用されている Q 値と相関がある。

平均化 Q 値測定法を用いることで,光信号対雑音比(OSNR)及び波形ひず(歪)みによる光信号品質

の劣化を監視することができる。

OSNR 劣化の要因は,次による。

−  増幅された自然放出光(ASE)の累積

−  伝送路の損失

−  チャネル間クロストーク

波形ひずみの要因は,次による(通常,同時に存在する。

−  波長分散

−  偏波モード分散(PMD)

−  非線形光学効果

注記 1  測定データを信号処理することによって,信号品質劣化の要因(OSNR 劣化又は波形ひずみ)

を判別できる場合がある。

注記 2  平均化 Q 値測定法では,タイミングジッタに起因する光信号品質の変化は測定できない。

注記 3  この規格の対応国際規格及びその対応の程度を表す記号を,次に示す。

IEC 61280-2-11:2006,Fibre optic communication subsystem test procedures−Part 2-11: Digital

systems−Averaged Q-factor determination using amplitude histogram evaluation for optical

signal quality monitoring(IDT)


2

C 61280-2-11

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なお,対応の程度を表す記号“IDT”は,ISO/IEC Guide 21-1 に基づき,

“一致している”

ことを示す。

引用規格 

次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。この引用

規格は,その最新版(追補を含む。

)を適用する。

ITU-T Recommendation G.959.1,Optical transport network physical layer interfaces

用語及び定義 

この規格で用いる主な用語及び定義は,次による。

3.1 

平均化 値(averaged Q-factor)

デジタル光信号の品質を監視するために,光信号を非同期サンプリングで測定したパラメータ。このパ

ラメータは,従来使用されている Q 値

[15]

と相関がある。

非同期サンプリングで得られた典型的な非同期アイパターン及び強度ヒストグラムを,

図 に示す。図

によって平均化 Q 値測定法の原理を説明する。ヒストグラムを構成するサンプリング点の中で,あらか

じめ定めたしきい値 μ

th1

よりも高いレベルのサンプリング点は“マーク”レベル(

“1”

)に属するとし,あ

らかじめ定めたしきい値 μ

th0

よりも低いレベルのサンプリング点は“スペース”レベル(

“0”

)に属すると

する。

平均化 Q 値は,式(1)によって求める

[13]

[18]

)

(

/

ave

.

0

ave

.

1

ave

.

0

ave

.

1

ave

σ

σ

μ

μ

+

=

Q

(1)

ここに,

Q

ave

平均化 Q 値

μ

1.ave

マークレベル分布の平均値

μ

0.ave

スペースレベル分布の平均値

σ

1.ave

マークレベル分布の標準偏差

σ

0.ave

スペースレベル分布の標準偏差

非同期サンプリングで得られるデータには,不要なアイパターンのクロスポイントのデータを含む。こ

のデータは,平均化 Q 値の測定値を劣化させる。このクロスポイントのデータを除くために,二つのしき

い値(μ

th1

及び μ

th0

)を設定する。

図 1−非同期アイパターン及び強度ヒストグラム 


3

C 61280-2-11

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平均化 Q 値測定法は,タイミング抽出を使用せずに非同期アイパターンを評価できるので,信号フォー

マット,変調フォーマット及びビットレートに依存しない品質監視を提供できる。

記号及び略語 

ASE

   増幅された自然放出光

(amplified spontaneous emission)

BER

   ビット誤り率

(bit error ratio)

DGD     群遅延時間差

(differential group delay)

EDFA     エルビウム(Er)添加ファイバ増幅器

(Er-doped fiber amplifier)

IM-DD  強度変調/直接検波

(intensity modulation direct detection)

NRZ   非ゼロ復帰

(non-return-to-zero)

OBPF     光帯域透過フィルタ

(optical bandpass filter)

OSNR     光信号対雑音比

(optical signal-to-noise ratio)

OTN   光トランスポートネットワーク

(optical transport networks)

PMD     偏波モード分散

(polarization mode dispersion)

RZ    ゼロ復帰

(return-to-zero)

SNR

   信号対雑音比

(signal-to-noise ratio)

WDM     波長多重

(wavelength division multiplexing)

B

opt

        光フィルタ帯域幅

Q

ave

       平均化 Q 値

試験装置 

平均化 Q 値の測定に使用する主な機器は,光帯域透過フィルタ,受信器,クロック発信器,電気パルス

発生器,サンプリングモジュール及び信号処理回路からなる(

図 参照)。

平均化 Q 値測定は,通常,線形中継器,再生中継器,光クロスコネクト又はその他のノードの光増幅器

直後で行う。信号品質測定に使用する信号のパワーは,光増幅器入力における OSNR を下回らないように

設定する。

装置の詳細を,5.15.7 に示す。

図 2−平均化 値測定系の構成


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5.1 

光帯域透過フィルタ 

光増幅器からの不要な ASE を除去し,WDM 信号から必要なチャネルを取り出すために,光帯域透過フ

ィルタ(OBPF)を使用しなければならない。光フィルタの帯域幅は光信号のビットレートより広くする。

平均化 Q 値の光フィルタの帯域幅依存性について,

附属書 に示す。OBPF の形状は,ITU-T G.959.1 

図 B.2 による。隣接チャネルのパワー抑圧比,中心周波数ずれなどのパラメータへの依存性については,

附属書 に示す。

5.2 

受信器

通常,受信器は,高速フォトダイオードなどの光/電気変換器(O/E 変換器)及び電気増幅機能で構成

する。光インタフェース規定点と O/E 変換器との接続は,直接又は光ファイバコードを適切な光コネクタ

を通して行う。

受信器選定の一般的なガイドラインを,a)g)に示す。

a)

  適切な許容入力波長範囲をもつ。

b)

  非同期アイパターンを形成するための適切な受信感度をもつ。

例えば,−15 dBm の平均光パワーで非ゼロ復帰(NRZ)の光データストリームを測定する場合,オ

シロスコープの目盛が 10 mV/div のとき,50 mV の非同期アイパターンを形成するためには,790 V/W

の受光感度が必要となる。

c)

  正確に測定可能な十分低い光雑音等価パワーをもつ。

例えば,−15 dBm の平均光パワーで NRZ の光データストリームを測定する場合,測定システムの

有効雑音帯域幅が 470 MHz,かつ,実効雑音が非同期アイパターン振幅の 5 %以下のとき,光雑音等

価パワーは,145 pW 以下にしなければならない。

d)

  高域遮断(−3 dB)周波数,B

re

 Hz を規定する。

再現性及び精度を確実にするために,受信器の高域遮断周波数(帯域幅)を規定しなければならな

い。NRZ 信号では,受信器の帯域幅は,一般にクロック周波数より狭くなる。入力光が NRZ 信号の

場合,−3dB 帯域が 0.75/T(ここで,T はデータ信号のビット間隔,単位は秒)の低域通過フィルタ

を使用することが多い。RZ 信号では,スペクトル帯域は,同じ信号ビットレートでも NRZ より広い。

したがって,受信器の帯域幅は,クロック周波数より広くなる。

e)

  低域遮断(−3 dB)周波数を 0 Hz に規定する。

次の二つの理由から,直流結合とする。最初に,交流結合を使用した場合,直流成分が除去されて

“マーク”

“1”

)及び“スペース”

“0”

)の各レベルが変化するため,直流結合でなければ消光比測

定は十分正確に測定できない。2 番目に,交流結合を使用した場合,測定信号の低周波スペクトル成

分(受信器の低域遮断周波数より低い成分)が,検出した非同期アイパターンの振幅変調に重要なひ

ずみを引き起こす可能性がある。

f)

  測定を妨げないように,過渡応答時のオーバシュート,アンダーシュート及び他の波形異常を小さく

することが望ましい。

受信器の高域遮断周波数(帯域幅)は,主としてシステム過渡応答を決定する。

g)

 0

Hz から受信器の帯域幅より高い周波数にかけて,受信器の後段のサンプリングモジュールからの反

射が適切に抑圧されるように,十分高い電気的な反射減衰量をもつ。

大きな多重反射が存在する場合,時間領域測定は非常に不正確となる可能性がある。受信器の後段

に多くの機器を接続する場合,反射減衰量は 15 dB 以上が望ましい。信号強度は減衰するが,インラ

イン形の電気減衰器を使用することによって,受信器の反射減衰量を改善することができる。波形の


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C 61280-2-11

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直流成分が変化して平均化 Q 値測定に誤差が生じないように,

反射減衰量の要求は直流にも適用する。

5.3 

クロック発信器

クロック発信器は,サンプリング周波数のクロック信号を発生する。このクロック信号を,非同期サン

プリングのために光信号とは同期させずに,電気パルス発生器及び信号処理回路へ送る。クロック信号の

周波数は,1 MHz∼1 GHz の範囲となることがある。

5.4 

電気パルス発生器

電気パルス発生器は電気パルス列を発生し,サンプリングモジュールへ供給する。電気パルス列の繰返

し周波数は,サンプリング周波数と一致する。

5.5 

サンプリングモジュール

サンプリングモジュールでは,電気パルス発生器で発生した電気パルス列を用いて,既定のサンプリン

グ時間幅(=サンプリング窓)及び既定の繰返し周波数で光信号をサンプリングする。サンプリングで得

られた値は,信号処理回路へ送る。

平均化 Q 値の確度の時間分解能依存性を,

附属書 に示す。

5.6 

信号処理回路

信号処理回路では,サンプリングモジュールで得た値とクロック信号とを用いて,強度ヒストグラムを

計算する。次に,強度ヒストグラムから平均化 Q 値を計算する。信号処理の詳細を,箇条 に示す。

5.7 

監視系パラメータ

平均化 Q 値測定を実現するためには,測定系のパラメータを適切に選択しなければならない。処理の対

象である光信号の帯域幅及び OSNR は,光フィルタ帯域幅で決まる。受信器帯域幅は,O/E 変換器及び低

域通過フィルタで決まり,受信器から出力される電気信号の波形及び SNR に影響を与える。ゲーティング

処理の分解能である時間分解能は,電気サンプリングパルスの幅で決まる。時間分解能は非同期サンプリ

ングであるため,サンプリングクロックのジッタには依存しない。サンプリング数は,強度ヒストグラム

を形成するために使用するサンプリング点の数を表す。サンプリング数は,全サンプリング時間又は全測

定時間に影響を与える。全サンプリング時間,サンプリング数及びサンプリング周波数の間には,次の式

の関係がある。

samp

samp

samp

R

N

T

=

ここに,

T

samp

全サンプリング時間(s)

N

samp

サンプリング数

R

samp

サンプリング周波数(Hz)

これらの監視系パラメータを,

表 に示す。

表 1−監視系パラメータ

Q

ave

平均化 Q 値

B

opt

光フィルタ帯域幅

B

re

受信器帯域幅

T

res

時間分解能

N

samp

サンプリング数

R

samp

サンプリング周波数

T

samp

全サンプリング時間


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手順 

6.1 

装置接続 

図 に示すように,装置を接続する。伝送路からのパワーが不十分で受信器へ十分高い信号レベルを供

給できない場合,光帯域透過フィルタの前に EDFA を配置する。

EDFA を用いた場合,EDFA からの ASE によって OSNR が変化する。したがって,EDFA を用いても,

6.2 及び箇条 に示した平均化 Q 値測定によって想定する光信号品質の評価が実現できることを確認しな

ければならない。

6.2 

しきい値レベルの定義 

最初に,あらかじめ定めた時間内に測定した各強度レベルのサンプリング点を数えることによって,強

度ヒストグラムを形成する。ヒストグラムの水平軸はサンプリング点数であり,垂直軸は強度レベルを表

す。典型的な“マーク”信号及び“スペース”信号において,ヒストグラムは

図 のように二つのピーク

をもつ。前者は“スペース”レベルに,後者は“マーク”レベルに相当する。

特定のレベルを上回る振幅のヒストグラムを構成する抽出したポイントの全数は,数値の積分によって

得られる。抽出したポイントの積分した数は,選択する振幅レベルを低下することによって増加する。特

定のレベルで抽出したポイントの数が中間レベルに等しくなるとき,この振幅レベルは中間レベルと呼ば

れる。ここで,中間レベルを上回る抽出したポイント数を,式(2)のように定義する。

mark

duty

total

middle

R

R

N

N

×

×

=

 (2)

ここに,

N

middle

ポイント数の中間レベル

N

total

抽出したポイントの数

R

duty

光信号のデューティ比(又はデューティ要素:パルス
幅のタイムスロットに対する比)

R

mark

マーク率(すなわち,強度変調直接検波デジタル送信
信号にマークレベルが現れる確率)

次に,二つのピークをもつヒストグラムにおける,低いレベルのピークポイントに一致する振幅レベル

は,平均値として確定される。マークレベルの平均値は,式(3)によって見積もることができる。

ave

.

0

ave

.

0

m

ave

1.

)

(

2

μ

μ

μ

μ

+

=

 (3)

ここに,

μ

1.ave

マークレベルの平均値

μ

m

振幅の中間レベル

μ

0.ave

スペースレベルの平均値

実際の光伝送システムでは,複数の伝送劣化要因が抽出したパワーレベルの分布を拡大するため,二つ

のピークをもつヒストグラムのマークレベルと一致するピークは,

鋭いピークとして明確には示されない。

さらに,マークレベルの分布のピークを確認することは,NRZ 信号よりも RZ 光信号の方がより困難とな

る。

上記の方法では,拡大したパワー分布の場合でも簡単にマークレベルの平均値を確認することができる。

ヒストグラムで“スペース”と“マーク”とを識別するスペースしきい値及びマークしきい値は,それ

ぞれ式(4)及び式(5)によって求める。

)

(

ave

.

0

1.ave

0.ave

th0

μ

μ

α

μ

μ

+

=

........................................................................... (4)

)

(

ave

.

0

1.ave

1.ave

th1

μ

μ

α

μ

μ

=

........................................................................... (5)

ここに,

μ

th0

スペースしきい値

μ

th1

マークしきい値

α: しきい値設定係数,

0

α

0.5

ここで,マークしきい値より高いレベルのポイントは“マーク”

(すなわち“

1

)に属し,スペースしき


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C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

い値より低いレベルは“スペース”

(すなわち“

0

)に属す。

計算 

マークレベルの分布から次に示す方法によって,平均及び標準偏差(μ

1.ave

及び σ

1.ave

)を計算する。スペ

ースレベル分布の平均及び標準偏差(μ

0.ave

及び σ

0.ave

)も同様に計算する。

その後,平均化

Q

値 Q

ave

は式

(1)

によって計算できる。

計算によって求まる,異なる α における Q

ave

の 依存性の例を,

図 に示す。

SNR

に依存するた

め,

図 は Q

ave

SNR

に対する依存性を示す。Q

ave

と との線形近似曲線は,最小二乗法を用いて計算し

た。Q

ave

の値のばらつきは,Q

ave

と との相関係数 を用いて推定できる。

平均化

Q

値測定法は,光信号品質の相対値及び絶対値のモニタに活用できる。光ネットワークにこの測

定法を適用する前に,Q

ave

と との間の関係(

図 参照)を測定することによって,及び

BER

の絶対値

を推定できる。その関係について情報がない場合でも,相対的なモニタ(の劣化検出)は可能となる。

B

opt

がビットレートの

4

倍(B

opt

4

×B

 Hz

)である α に対する の依存を示す計算例を,

図 に示す。

この図から α 

0.1

から

0.5

までのどの値であっても は高い値を維持する。α が小さくなるに従って,平

均及び標準偏差の値を決定するポイントの数が不十分になる。一方,α が大きくなると,アイパターン中

のクロスポイントがマーク及びスペースレベルに含まれるため,

平均及び標準偏差の値は変動する。

また,

α 

0.5

に近づくに従って,に対する Q

ave

の感度が低下し,線形近似曲線の傾斜は小さくなる。Q

ave

測定

のあいまい(曖昧)さを少なくするためには,B

opt

がビットレートの

4

倍(B

opt

4

×B

 Hz

)の場合,α は約

0.3

に設定するのがよい。α の最適値は B

opt

に依存する。

α の最適値の

OBPF

帯域 B

opt

依存性を,

図 に示す。ここでビットレート 

10 Gbit/s

に設定した。B

opt

が狭くなると,信号波形の上昇時間(慣用的には“立ち上がり時間”ともいう。

)及び下降時間(慣用的に

は“立ち下がり時間”ともいう。

)はフィルタリングする前よりも増加し,マーク又はスペースのレベルに

含まれるクロスポイントのサンプル数が増加する。平均値及び標準偏差値の変動を低減するためには,α

を大きな値に設定するのがよい。したがって,α の最適値は B

opt

が減少するに従って増大する。例えば,

40 GHz

及び

240 GHz

の B

opt

に対し,α の最適値はそれぞれ約

0.3

及び約

0.2

となる。

α 

0.1

から

0.5

までの間のどのような値のときにも,

0.99

を超える高い値を維持するが,可能な限

り Q

ave

の測定のあいまい(曖昧)性を排除するために,α の値は

図 を参照して選ぶことが望ましい。

Q

ave

の上限は

附属書 に示すように,α 及び信号の上昇(下降)時間に依存する。この測定法の特徴は,

タイミングの再生を使わず,非同期なアイパターンを評価することとなる。この特徴によって,信号フォ

ーマット,変調フォーマット及びビットレートに依存しない測定が可能となる(

附属書 及び附属書 

照)

。波長分散依存性,

OSNR

依存性及び

PMD

依存性を,

附属書 及び附属書 に示す。


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C 61280-2-11

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計算の条件は,次による。

T

r

=1/4×T

slot

 s

B

re

=0.75×B Hz

B

opt

=4×B Hz

T

res

=1/256×T

slot

 s

N

samp

=16 384 (=2

14

)

図 3−異なる α における Q

ave

の 依存性

計算の条件は,次による。

T

r

=1/4×T

slot

 s

B

re

=0.7×B Hz

B

opt

=4×B Hz

T

res

=1/256×T

slot

 s

N

samp

=16 384 (=2

14

)

図 4の α 依存性


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C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

計算の条件は,次による。

T

r

=1/4×T

slot

 s

B

re

=0.75×B Hz

T

res

=1/64×T

slot

 s

N

samp

=16 384 (=2

14

)

B=10 Gbit/s

図 5α の最適値の B

opt

依存性


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附属書 A

(規定)

測定精度,信頼性及び感度

測定精度は,測定信頼性の影響を受ける。

測定した Q

ave

及び の変化量を,それぞれ

Δ

Q

ave

及び

Δ

として定義し,及び Q

ave

の線形近似傾斜を

slope と定義する。

Δ

Q

ave

Δ

及び slope は,それぞれ測定精度,測定信頼性及び測定感度のパラメータを

意味する。

図 A.1 から,

Δ

は式

(A.1)

で表せる。

slope

Q

Q

ave

  Δ

=

Δ

.....................................................................................................(A.1)

ここに,

ΔQ: 測定信頼性

ΔQ

ave

測定精度

slope: 測定感度

図 A.1ΔQ

ave

及び Δの定義 


11

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

計算の条件は,次による。

T

r

=1/4×T

slot

 s

B

re

=0.7×B Hz

B

opt

=4×B Hz

T

res

=1/256×T

slot

 s(0.3 s 以下)

Q=16 dB

図 A.2Q

ave

の標準偏差の N

samp

依存性

測定信頼性は,サンプリングポイント数である N

samp

に依存する。

図 A.2 は,複数回測定の変動の N

samp

に対する依存性を示す。縦軸は,一例として式(A.1)の ΔQ

ave

に関係する八つの測定ポイントの標準偏差を

表す。N

samp

が増大するに従って,8 ポイントの標準偏差は,縮小する。

評価はクロスポイントデータを含まないが,Q

ave

評価はクロスポイントデータの一部を含むので,一

般に,slope の値は 1 より小さい。

図 A.3 に示すように,slope の値は密接に B

opt

に依存する。

式(A.1),

図 A.2 及び図 A.3 を用いて B

opt

及び N

samp

を決める。例えば,Δの要求値が 0.60(BER の 10

10

と 10

9

との間の違いに一致する。

)であるとき,ΔQ

ave

の slope に対する比は,同様に 0.60 よりも小さくな

ければならない(ΔQ

ave

/slope=<0.60)。B

opt

が 20×のとき,slope 

図 A.3 から 0.56 に設定され,ΔQ

ave

は式(A.1)から 0.34 より小さくなければならない。ΔQ

ave

が 2×(標準偏差)とすると,許容する標準偏差

値は 0.17 よりも小さい。したがって,

図 A.2 から測定信頼性を維持するための N

samp

への要求値は,13 000

ポイント以上となる。


12

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

   

計算の条件は,次による。

T

r

=1/4×T

slot

 s

B

re

=0.7×B Hz

T

res

=1/256×T

slot

 s

α=0.3

図 A.3Q

ave

及び の線形近似 slope の B

opt

依存性

時間分解能(サンプリング窓)T

res

の複数回測定の変動の依存性を,

図 A.4 に示す。縦軸は,8 回の測定

の Q

ave

値の標準偏差である。サンプリングポイント数と同様の解析を用いると,測定信頼性を維持するた

めには,

図 A.4 から NRZ 信号では 1/8×1/B s より小さい T

res

値にしなければならない。

以上のように,

図 A.2 及び図 A.4 で,パラメータを決めることができる。


13

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

計算の条件は,次による。

T

r

=1/4×T

slot

 s

B

re

=0.75×B Hz

B

opt

=4×B Hz

N

samp

=16 384(=2

14

)

α=0.3

図 A.4Q

ave

の 回測定の標準偏差の T

res

依存性


14

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

   

附属書 B

(参考)

光帯域透過フィルタのクロストーク及び周波数ずれ

平均化 Q 値法の特性は,OBPF の帯域幅及び隣接チャネルのパワー抑圧比に依存する。三つの 10 Gbit/s

NRZ 光信号の光スペクトラム及び OBPF の周波数応答を,図 B.1 に示す。中心チャネルの 及び Q

ave

OBPF を用いたフィルタリングの後で検査する。OBPF の 3 dB 帯域幅 Δf

obpf

,隣接チャネルのパワー抑圧比

及び WDM 信号のチャネル間隔

Δf

WDM

を,

図 B.1 に示すように定義する。OBPF の周波数応答にはガウス

関数を用い,数値シミュレーションを実行する。

図 B.1WDM 信号及び OBPF の周波数応答の定義 

Δf

WDM

が 100 GHz,50 GHz 及び 25 GHz のときの,QQ

ave

及び の Δf

obpf

依存性を,

図 B.2 に示す。隣

接チャネルの WDM クロストークは,

高い 及び Q

ave

を維持するために−20 dB より小さくするのがよい。

Δf

obpf

の上限は 0.8×Δf

WDM

であり,10 Gbit/s の NRZ 光信号に対して Δf

WDM

が 100 GHz,50 GHz 及び 25 GHz

のとき,80 GHz,40 GHz 及び 20 GHz に対応する。Δf

WDM

が 25 GHz の結果は,100 GHz の Δf

WDM

で 40 Gbit/s

の NRZ 光信号にも適用する。Δf

obpf

が 10 GHz より狭くなると 及び Q

ave

が急速に減少する理由は,Δf

obpf

が 10 Gbit/s NRZ 信号のすべての光スペクトラム成分を通過するには小さすぎるためである。したがって,

Q

ave

値を偏差 1 dB 未満に維持するための Δf

obpf

の範囲は,中心周波数のずれが無視できるとき,1.5×

上,かつ,0.8×Δf

WDM

以下である。


15

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

a)  Δf

WDM

が 100 GHz のとき b)  Δf

WDM

が 50 GHz のとき 

c)  Δf

WDM

が 25 GHz のとき 

図 B.2−Δf

WDM

に対する 及び Q

ave

の Δf

obpf

依存性

次に,この測定法の OBPF の中心周波数ずれ δf

c

の特性を計算する。中心周波数のずれ δf

c

を,

図 B.3 

定義する。Δf

WDM

が 100 GHz,50 GHz,25 GHz のときの Q

ave

の δf

c

依存性を,

図 B.4 に示す。

中心周波数のずれは,測定するチャネルのパワーの抑圧と隣接チャネルのパワーの増大とを引き起こす。

測定するチャネルのパワー透過率を高く保つために,Δf

obpf

を広くすることは効果的である。しかし,Δf

obpf

が広すぎると隣接チャネルからのクロストークによる劣化を引き起こす。

図 B.4 a)及び図 B.4 b)から,Δf

WDM

が 10 Gbit/s NRZ 光信号に対し各々100 GHz,50 GHz,25 GHz であるとき,中心周波数の許容範囲を広く

するための

Δf

obpf

の最適な範囲は,0.4×Δf

WDM

以上,かつ,0.6×Δf

WDM

以下である。

図 B.2 c)では 15 GHz

(1.5×ビットレート)より狭い Δf

obpf

に対して Q

ave

は急速に減少している。これは,Δf

obpf

が狭くなりすぎ

ると 10 Gbit/s NRZ 信号のすべての光スペクトラム成分が通過することができないためである。

図 B.2 c)

図 B.4 c)から,Δf

WDM

が 10 Gbit/s NRZ 光信号に対し 25 GHz であるとき,中心周波数の許容範囲を広く

するための Δf

obpf

の範囲は,1.5×B 以上,かつ,0.6×Δf

WDM

以下である。

これらの結果に基づき,Δf

obpf

をおおよそ 0.6×Δf

WDM

に設定することによって,Q

ave

を高く保ち中心周波

数の許容範囲を広くすることが可能となる。この場合,期待される中心周波数の許容範囲は,±1/5×Δf

WDM

である。


16

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

   

図 B.3OBPF 中心周波数のずれ δf

c

の定義 

a)  Δf

WDM

が 100 GHz のとき b)  Δf

WDM

が 50 GHz のとき 

c)  Δf

WDM

が 25 GHz のとき 

図 B.4−Δf

WDM

に対する Q

ave

の δf

c

依存性 


17

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

附属書 C 
(規定)

Q

ave

の上限

図 C.1 に示すように,Q

ave

の測定によって 10

24

以下の非常に低い BER(Q>20 dB)を評価することが

できる。が 14 dB から 20 dB までのシミュレーション結果による線形近似曲線を,

図 C.1 に示す。シミ

ュレーションでは,ガウス形雑音を仮定した。が 20 dB を超える領域では,Q

ave

には制限がある。この

制限は,Q

ave

を見積もるためにクロスポイントデータの一部を含むことに起因する。上限は,雑音成分を

無視することによって見積もることができる。従来の Q 値測定法では,マーク及びスペースレベルの分布

の標準偏差は,ともにゼロとなるため上限がない(すなわち,は無限大である。

。しかし,

図 C.1 に示

す平均化 Q 値の測定法では,マーク及びスペースレベルの分布の標準偏差は,ともに雑音成分がないとき

でもこの分布にクロスポイントデータの一部分が含まれるため,

ゼロにはならない。

雑音を無視するとき,

Q

ave

の上限は α 及び電気的な NRZ 信号の上昇(下降)時間に依存する。α が 0.3 のときの Q

ave

の上限と O/E

変換器後の上昇時間との関係を,

図 C.2 に示す。T

r

が 1/4×T

slot

s 及び B

re

が 0.75×B Hz のとき,O/E 変換器

後の上昇時間は 0.7 s となる。

図 C.2 に示すように,O/E 変換後の上昇時間が 0.7 s のとき,Q

ave

の上限は

14.5 dB である。この結果は,図 C.1 に示す結果と一致する。これによって,同期デジタルハイアラーキ

(SDH/SONET)レイヤで可能な測定法より高い感度で信号品質の劣化を検出することができる。言い換え

れば,純粋なデジタル監視及びビット誤り処理では,適度な測定時間内にこのような感度のよい傾向分析

を実現することは,非常に難しい。

図 C.1が 10 Gbit/s のときの Q

ave

の 依存性:T

r

1/4×T

slot

 s 

B

re

0.75×B HzB

opt

4×B GHzT

res

1/256×T

slot

 sN

samp

16 384(2

14

)α0.3 


18

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

   

図 C.2α が 0.3 のときの Q

ave

の上限と O/E 変換器後の上昇時間との関係


19

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

附属書 D 
(参考)

ビットレート依存性

平均化 Q 値測定法は,基本的にはビットレートに依存しない。T

r

B

re

B

opt

及び 1/T

res

の値は,ビットレ

ート の倍数で表される。異なるビットレート(B=2.5,10 及び 40 Gbit/s)に対する T

r

B

re

B

opt

及び T

res

の値を,

表 D.1 に示す。図 D.1 に示すように,Q

ave

の 依存性は,ビットレートにかかわらず,おおよそ

同じ特性を示す。

表 D.1T

r

B

re

B

opt

及び T

res

の値

ビットレート

T

r

 (ps)

B

re

 (GHz)

B

opt

 (GHz)

T

res

 (ps)

2.5 Gbit/s

100

1.75

60

1.6

10 Gbit/s

25

7

240

0.4

40 Gbit/s

6.25

28

960

0.1

図 D.1−異なるビットレートに対する Q

ave

と との関係例


20

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

   

附属書 E

(参考)

フォーマット依存性

平均化 Q 値測定法では,NRZ 及び RZ 光信号の平均化 Q 値を評価することが可能である。RZ 光信号に

対する Q

ave

の 依存性の例を,

図 E.1 及び図 E.2 に示す。図 E.1 及び図 E.2 に示す例はシミュレーション

結果であり,式(E.1)に示す RZ 光信号パルスを光信号源として使う。

⎟⎟

⎜⎜

=

2

0

2

2

exp

)

(

t

t

t

f

...........................................................................................(E.1)

ここに,

f(t): 光信号の時間波形

t: 時間

t

0

光信号強度がピーク強度の e

0.5

倍となる時間

式(E.1)は,標準偏差 t

0

のガウス形状のインパルス応答として与えられる。t

0

は,式(E.2)に示すように T

fwhm

に依存する。

[

]

5

.

0

0

fwhm

)

2

ln(

2t

T

=

.........................................................................................(E.2)

ここに,

T

fwhm

光パルスの半値全幅

図 E.1D0 ps/nmR

duty

0.4B

re

0.6×B HzB

opt

240 GHzT

res

1/64×T

slot

 s 

N

samp

16 384(2

14

)及び α0.2 又は 0.3 のときの Q

ave

の 依存性の例 


21

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

図 E.2D1 020 ps/nmR

duty

0.4B

re

0.6×BB

opt

240 GHzT

res

1/64×T

slot

 s 

N

samp

16 384(2

14

)及び α0.2 又は 0.3 のときの Q

ave

の 依存性の例 


22

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

   

附属書 F

(参考)

Q

ave

σ

1.ave

,|

μ

1.ave

μ

0.ave

|及び の波長分散及び OSNR 依存性

システムの主な劣化要因は,波長分散(D)及び SNR の劣化である。B

opt

が 40 GHz のときの 10 Gbit/s NRZ

光信号に対する Q

ave

σ

1.ave

,|μ

1.ave

μ

0.ave

|及び の波長分散依存性を,図 F.1 a)に示す。変数の評価に使っ

た係数 α は 0.3 である。それぞれの変数を,光増幅器の入力部での光パワーP

s

が−35 dBm 及び波長分散 D

が 0 ps/nm のとき見られる値によって規格化する。

図 F.1 a)と同様な規格化を行った同じ変数に対する

OSNR 依存性を,図 F.1 b)に示す。OSNR は,P

s

が減少するとともに劣化する。

a)  波長分散依存性 b)  OSNR 依存性 

図 F.1B

opt

が 40 GHz 及び α が 0.3 のとき 10 Gbit/s NRZ 光信号に対する 

σ

1

μ

1

μ

0

 |及び Q

ave

の波長分散依存性及び OSNR 依存性 


23

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

a)  波長分散依存性 b)  OSNR 依存性 

図 F.2B

opt

が 240 GHz 及び α が 0.2 のとき 10 Gbit/s NRZ 光信号に対する 

σ

1

μ

1

μ

0

 |及び Q

ave

の波長分散依存性及び OSNR 依存性 

図 F.1 の a)と b)とを比べると,σ

1.ave

及び|μ

1.ave

μ

0.ave

|が異なる応答をすることは明らかである。σ

1.ave

は波

長分散の変化(波形のひずみ)に対し,|μ

1.ave

μ

0.ave

|より高い感度で変化する。一方,|μ

1.ave

μ

0.ave

|の変化は,

光増幅器の入力部での光パワーが減少(SNR が劣化)するとき,σ

1.ave

の変化より大きい。これは,SNR 及

び波形ひずみの両方を監視することが可能であり,かつ,BER 劣化の起因を区別することが可能であるこ

とを意味する。Q

ave

の低下が検出された場合,Q

ave

の低下の原因を認識するために σ

1.ave

及び|μ

1.ave

μ

0.ave

|の

変化を調べるだけでよい。

B

opt

が 240 GHz の場合の 10 Gbit/s NRZ 光信号に対する Q

ave

σ

1.ave

,|μ

1.ave

μ

0.ave

|及び の波長分散依存性

並びに OSNR 依存性を,

図 F.2 に示す。このときの変数を評価するための係数 α は,0.2 である。B

opt

及び

α が異なる値の場合でも同じ特性が見られる。

図 F.2 a)に示す波長分散依存性の図では,波長分散による符号間干渉はより複雑になるため,が 800

ps/nm を超えるとき σ

1.ave

に限界がある。2.5 Gbit/s 及び 40 Gbit/s のビットレートに対する の制限は,各々

約 13 000 ps/nm 及び 50 ps/nm である。


24

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

   

附属書 G 
(参考)

PMD

による劣化があるときの Q

ave

の 依存性

偏波モード分散(PMD)は,システムにとって主な劣化の一つである。PMD があるときの 10 Gbit/s NRZ

光信号に対する Q

ave

の 依存性の例を,

図 G.1 に示す。この例は,シミュレーション結果に基づき,サン

プリング点数は 5 000 である。このシミュレーションでは,高い PMD リンクに対するモデルとして複屈折

セグメントのランダム接続を用いる。したがって,この PMD モデルはマクスウェル分布に依存する高次

の変化も含む。このシミュレーションでは,PMD なしでの光信号の は,19 dB である。DGD の平均値

を,タイムスロットの 30 %に相当する 30 ps に設定する。この DGD 値は,ITU-T G.691 に記載する 1 dB

ペナルティに相当する。

図 G.1 で実線は,OSNR による劣化だけの Q

ave

の 依存性を示す。係数 α は 0.3 であり,他の条件は

の条件と同じである。数値シミュレーションに基づくと,図 に示すように平均化 値と実際の 値と

の間には,線形の関係が見られる。

図 G.1−平均 DGD が 30 ps のときの Q

ave

の 依存性

が 18.5 dB から 18.7 dB までの範囲にある場合の Q

ave

のヒストグラムを,

図 G.2 に示す。Q

ave

の平均値

及び標準偏差は,13.3 dB 及び 0.10 dB である。この標準偏差 0.10 dB は,

附属書 に示す値(0.17 dB 未満)

と一致する。

図 G.1 及び図 G.2 から PMD による劣化があるときの Q

ave

の 依存性は,OSNR による劣化があるとき

の依存性とおおよそ同じ特性を示す。したがって,Q

ave

の試験方法は,平均 DGD がタイムスロットの 30 %

以下のとき,PMD にかかわらず光信号品質の監視に使うことができる。


25

C 61280-2-11

:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

図 G.2が 18.5 dB18.7 dB の範囲にあるときの Q

ave

のヒストグラム

参考文献   

[1]  JIS C 61280-2-2  光ファイバ通信サブシステム試験方法−光アイパターン,光波形及び消光比測定

注記  対応国際規格:IEC 61280-2-2,Fibre optic communication subsystem basic test procedures−Part

2-2: Test procedures for digital systems−Optical eye pattern, waveform, and extinction ratio(IDT)

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rd


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:2010 (IEC 61280-2-11:2006)

   

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26th European Conference on Optical Communication (ECOC2000), 2000, vol. 4, pp. 113-116

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[15]  SHAKE, I., TAKARA, H., UCHIYAMA, K. and YAMABAYASHI, Y. Quality monitoring of optical signals

influenced by chromatic dispersion in a transmission fiber using averaged Q-factor evaluation. IEEE Photonics

Tech. Lett., Vol. 13, No. 4, pp. 385-387, 2001

[16]  SHAKE, I., OTANI, E., TAKARA, H., UCHIYAMA, K., YAMABAYASHI, Y. and MORIOKA, T. Bit rate

flexible quality monitoring of 10 to 160 Gbit/s optical signals based on optical sampling. Electron. Lett., 2000,

25, pp. 2087-2088

[17]  SHAKE, I., TAKARA, H. and MORIOKA, T. Determination of the origin of BER degradation utilizing

asynchronous amplitude histograms. The 4th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics

(CLEO/Pacific Rim 2001), 2001, Vol. II, pp. 560-561

[18]  MUELLER, K., HANIK, N., A. GLADISCH, FOISEL, H.-M. and CASPAR, C. Application of amplitude

histograms for quality of service measurements of optical channels and fault identification. 24th European

Conference on Optical Communication (ECOC’98), 1998, pp. 707-708

[19]  ITU-T Sup.39 (Sup.dsn): 2003, Optical System Design and Engineering Considerations

[20]  ITU-T Recommendation G.697: 2004, Optical monitoring for DWDM systems

[21]  SHAKE, I. and TAKARA, H. Chromatic Dispersion Dependence of Asynchronous amplitude histogram

evaluation of NRZ signal. JLT, 2003, Vol. 21, pp. 2154-2161

[22]  ITU-T Recommendation G.691, Optical interfaces for single channel STM-64 and other SDH systems with

optical amplifiers