第 3 章 光ループバックを用いた光中継器監視方法
3.4 ループバック信号の検出
図 3.5 光ループバック回路損失量とQファクタの関係
( )
t a s(
t s) ( )
ntx = ⋅ −τ + (3.1)
で表される．ここで，aは受信されたループバック信号の強度， は雑音成分 である．つぎに，波形 と 波形との相互相関関数を求める.
( ) ( ) ( )
(
τ τ) ( )
τ ττ
ns R s Rs a
dt t s t x Rxs
+
−
=
−
=
∫
−∞∞ (3.2)ここで， は波形 の自己相関関数， は波形 と雑音成分 と の相互相関を示している．自己相関関数 R
( )
υ は υ =0 で最大値をもつ性質があ るから， において ，すなわち基準信号波形 の遅延量とループバ ック信号の伝搬時間が一致する場合，最大値が得られる．一方，雑音成分は，線路 で生じる自然放出光雑音に起因するビート雑音の他，多中継の場合には他の中継器 からのループバック信号の累積も無視できなくなる．しかし M 系列符号の最大の 特徴は，その自己相関関数が υ =0 で1，それ以外では −1/q（qは符号長の周期）となることから，十分に長い周期の符号系列を使用することにより，これをランダ ム信号として扱える，よって，それぞれ伝搬時間が異なるループバッタ信号はお互 いに無相関と考えることができる．従って とみなせるため，目的とする ループバック信号の自己相関関数 が抽出でき，またその強度 が求めら れる．
3.4.2 ループバック信号の受信 SNR
以下では，ループバック信号に対する受信SNRの解析を行う．ループバック信 号の受信に際しては，中継系で生じる自然放出光雑音に起因するビート雑音以外に，
中継数が多く監視信号の変調数が大きい場合，各中継器からのループバック信号の 累積が，所望のループバック信号に対する受信SNRを支配する主雑音となる．以 下では解析を簡略化するために，対向する伝送路のレベルダイヤは同一とし，受信 レベルは中継器出力レベルと同じとする．また監視信号は監視用搬送波を M 系列 符号で平衡変調したものとする．
( )
tn
( )
t x s( )
t(
s)
Rsτ −τ s
( )
t Rns( )
τ s( )
t n( )
t(
s)
Rsτ −τ τ =τs s
( )
t( )
τ →0 Rns(
s)
Rsτ −τ a
ループバック損失をL，信号パワーをPs，監視信号の変調度をmとすると，検 波出力に現われるループバック信号電力 は，
(3.3)
である．ここで，eは電子の電荷，ηは受光器の効率，hはプランク定数，νは光 周波数である．一方，ループバック数（中継器数）をkとすると，累積ループバッ ク信号による雑音NLBは次式で表される．
ν (3.4)
また，監視信号の変調度が小さいインサービス監視時では，対向線路信号と対 向線路で生じる自然放出光雑音間のビート雑音 Ns-sp，および自然放出光雑音問の ビート雑音Nsp-spが支配的となる．これらは次式により表される，
4 2
(3.5)
4 2
(3.6)
ここで，Paseは自然放出光雑音の単一偏波，単位周波数（Hz）当りの光電力密 度，Δfは光受信帯域，Bは監視信号の符号速度である．また監視信号は平衡変調信 号であることから主ロープ帯域は2Bとなるため，受信帯域を（2B）とした．従っ て，光検波出力における所望のループバック信号のSNReleは，次式により表される．
S
SNR (3.7)
ここで，Tは積分時間である．従って，光領域に換算したSNRoptは，
SNR (3.8)
である．以上から，例えば9,000kmシステム（中継器数300）で，ループバッ ク損失が45dBの場合，変調度100%では10分で23.6dBのSNR（光領域換算）
が得られることがわかる．
3.4.3 線路監視装置の構成
図 3.6に線路監視装置の構成を示す．LMEは，以下の信号処理系から構成され ている．
(1)監視信号の発生
監視信号には，数MHz帯の搬送波をM系列信号で2値位相変調した信号を用 いた．監視信号を伝送端局装置の主信号光に強度的に重畳し，光ループバック回路 を介して中継伝送系に送信する．また主信号光重畳の変調度を可変することによっ てインサービスおよびアウトオブサービス監視を可能とした．
(2)復調回路
光受信回路で電気変換されたループバック信号は，帯域フィルタ（BPF:
Band-Pass Filter）を通し，直交位相同期検波回路によって復調される．局部発振
信号は監視信号の発生に用いた搬送波を使用している．また位相検波したI，Q信
号は，2系統のA/D（Analog-to-Digital）変換器によってディジタル信号に変換さ
れる．
SP SP SP S LB
elc N N N
SBT
−
− +
= +
opt
∞ SNR
elc(3)相関係数検出回路
信号処理回路（DSP: Digital Signal Processor）では，復調回路でディジタル変 換した信号と，送信した監視信号と同符号系列で，かつ測定を行う中継器位置に相 当する遅延量を与えた符号系列との相互相関関数を求めると共に，SNR を改善す るために長時間積分を行うディジタル信号処理を施し，目的とする中継器ループバ ック信号を抽出する．これらのディジタル信号処理に必要なPN信号発生回路，遅 延回路，相関回路および積分回路は，ASIC（Application Specific Integrated
Circuit）化により小型化し，同路の安定化と高信頼化を行っている．1台の中継器
に一つの信号処理回路を割り当てる並列処理を行うことによって，複数中継器の同 時測定を行い，測定時間の短縮を図った．本回路は．最大システム長10,000kmま で対応し，中継器識別分解能約2km，距離精度200m以下の性能を有する．
図 3.6 線路監視装置の構成