OM4000 Series

コヒーレント光信号アナライザ
このデータ・シートの製品は、テクトロニクスでは販売終了となっています。

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特長

優れた柔軟性
  • リアルタイム・オシロスコープ、等価時間オシロスコープの両方に対応したコヒーレント光シグナル・アナライザ*2
  • PM-QPSK(偏波多重QPSK)、オフセットQPSK、QAM、差動BPSK/QPSK、その他最新の変調形式の優れたコヒーレント・シグナル解析システム
  • コンスタレーション・ダイアグラム、位相アイ・ダイアグラム、Qファクタ、Qプロット、スペクトラル・プロット、ポアンカレ球、信号対時間、レーザ位相特性、BERなどの表示とMATLABインタフェースによるプロットと解析が可能
  • 偏光多重信号の偏波モード分散(PMD)が測定可能
正確な光レシーバ
  • 優れたコヒーレント・レシーバ・ハードウェアにより温度、時間による変動が抑えられ、高い測定確度、高い安定度、偏波ダイバーシィ、偏波信号のディモジュレーションが可能に
  • 優れた直線性を持ったフォト・ディテクタにより、高いローカル・オシレータ、信号光パワー・レベルによる動作が可能になるため、電気増幅器が不要
  • ECDL波長可変レーザ・ペアがローカル・オシレータやその他のセルフテストで使用可能。どちらのレーザも業界トップクラスのライン幅とバンド内の任意の波長のチューニング・レンジを実現
  • コヒーレント光波シグナル・アナライザ・ソフトウェアの瞬時信号レーザ線幅:5MHz以上、DBR、DFBレーザなどの一般的なネットワーク波長可変信号源に相当
  • レーザ位相または周波数のロックは不要
  • 測定信号光の優れた偏波分離
ユーザ定義の拡張性
  • MATLAB*3インタフェースから直接内部関数にアクセス可能
  • Ethernetを介したリモート制御
  • 優れたユーザ・インタフェースとMATLABにより、視覚的に理解しやすい操作性を実現
  • コヒーレント光波シグナル・アナライザ・ソフトウェアを付属(OM1106型とOM4000シリーズ)

*1OM4106D型はテクトロニクスのオシロスコープが必要です。その他のOM4000シリーズはさまざまなオシロスコープに対応可能です。詳細については、当社お客様コールセンターまでお問い合わせください。

*2テクトロニクスのオシロスコープと使用した場合にのみ有効な機能があります。

*3MATLABは、MathWorks社の登録商標です。

はじめに

OM4000シリーズ・コヒーレント光信号アナライザ(CLSA)は、1550nm(C-およびL-バンド)光ファイバ・テスト・システムです。複雑な変調信号の観測、測定が行える、コヒーレント変調および強度変調の伝送システムの両方における優れたソリューションです。CLSAは偏波と位相をディモジュレートする受信器と解析ソフトウェアで構成されており、偏光多重(PM-)QPSKなど、最新の光通信で重要となる変調形式をすばやく測定することができます。CLSAのソフトウェアは、リアルタイム・バーストモード・コンスタレーション・ダイアグラム表示、アイ・ダイアグラム表示、ポアンカレ球、ビット・エラー検出など、すべての校正/処理が可能です。テクトロニクスのリアルタイム・オシロスコープと組み合わせることにより広帯域測定が可能になり、240Gbps以上のビット・レートの解析が可能になります。

柔軟性に優れたOM4000シリーズ

OM4000シリーズは、業界で唯一、リアルタイム・オシロスコープ、等価時間オシロスコープの両方に対応したコヒーレント光シグナル・アナライザです。この優れたアーキテクチャにより、一台のCLSAでいずれの取込形式にも対応できます。高いサンプル・レートが必要な場合は、CLSAとDPO73304D型などのリアルタイム・オシロスコープを使用します。変調器の特性評価など、高い垂直軸分解能の解析が必要な場合は、等価時間タイプのオシロスコープが適しています。テクトロニクスのオシロスコープと組み合わせることにより優れた帯域が実現でき、240Gbps以上のビット・レートの解析が可能になります。

OM4000シリーズのユーザ・インタフェース(OUI)

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図1. OM4000シリーズで表示される、輝度階調を伴ったカラー・グラフィック。シンボルは頻度によってカラー・グレーディングで表示される。112GbpsのPM-QPSKの例

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図2. OM4000シリーズで表示される等価時間測定例

コヒーレント光信号アナライザの製品ラインアップに共通しているのがOUIであり、データの操作、表示を制御しています。このOUIは、他のコヒーレント・レシーバ・システムでも解析できるよう、OM4000シリーズとは別にご注文いただけます。OUIソフトウェアのデータ取込みと解析機能のみがOM1106になります。データは、カラー・グレーディング、パーシスタンス、カラーキー・オプションで表示できます。図1の例では、IQのデータ・シーケンスに相対的なタイミングにより、垂直軸に比べて水平方向のトランジションの頻度が少ないことがわかります(図の上部中央)。図の下部中央のコンスタレーションは、シンボル・ポイントのみがカラー・グレーディングで表示されています。カラー・グレーディングは、アイ・ダイアグラムにも適用されます(図の右下)。

OM4000シリーズ・ユーザ・インタフェース(OUI)とMATLABの処理

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図3. OUIでコントロールされるデータ・フロー

IQのデータ・シーケンスに相対的なタイミングにより、垂直軸に比べて水平方向のトランジションの頻度が少ないことがわかります(図の上部中央)。図の下部中央のコンスタレーションは、シンボル・ポイントのみがカラー・グレーディングで表示されています。カラー・グレーディングは、アイ・ダイアグラムにも適用されます(図の右下)。

OM4000シリーズ・ユーザ・インタフェース(OUI)とMATLABの処理

ユーザによって提供された信号に関するデータは、オシロスコープによって取込まれたデータとともにOUIによってMATLABのワークスペースに送られます(図3を参照)。次に、MATLABのスクリプトが呼び出され、データを処理し、フィールド変数を生成します。OUIはこの変数を読みだして測定結果をプロットします。ユーザは、OUI経由でテストを実行するか、MATLABを使用して直接OM4000シリーズのMATLABワークスペースにアクセスすることにより、自動試験を実行できます。MATLABに精通している必要はなく、OUIがMATLABとのやりとりすべてを管理します。しかし、MATLABに精通したユーザはMATLABのインタフェースを介してOUI内部関数にアクセスすることができます。ユーザ定義のデモジュレータ、アルゴリズム、独自の解析表示方法を設定することもできます。

信号処理

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図4.「 コア・プロセス」エンジンによるデータ・フロー

リアルタイム・システムの場合、データを取込んだ後、クロック抽出、偏光分離し、それに続くアルゴリズムのために、シンボル中心で1シンボルにつき1サンプルの割合でデータを割り当て直します(図4の上部を参照)。また、ボーレートの10倍(ユーザ設定可能)でリサンプルし、シンボルをつなげてアイ・ダイアグラムまたはコンスタレーションを生成します(図の下部を参照)。クロック・リカバリの手法は、選択される信号の種類によって異なります。レーザの位相は、シンボル中心のサンプルによってリカバされます。レーザの位相がリカバされると、各トリビュタリの期待されるデータとなるように変調の位置が割り当てられます。この時点において、データ極性のすべてのあいまいさを把握した後、実際のデータと期待されるデータの差を見てビット・エラーをカウントします。最も小さなBERの極性が選択されます。実際のデータがわかったならば、レーザの位相ジャンプによるエラーを除去することにより2番目の位相を推定します(データパターンの位相合わせ)。電界の変数をMATLABで計算処理後、OUIによって読み出し、表示できるようになります。ステップごとにデータ・タイプに最適なアルゴリズムが選択されるため、必要がない限りユーザが介入する必要はありません。

使いやすいOUIによる迅速な操作性

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図5. OM4000シリーズのユーザ・インタフェース(OUI)によるQAM測定例

コヒーレント光信号アナライザのユーザ・インタフェースはOUIと呼ばれています。OUIを使用すること、設定や測定結果の表示が簡単になり、WCFまたは.NET通信によりサードパーティのアプリケーションも制御できます。MATLABまたはLabVIEWで制御することもできます。QAM測定のための設定例を図5に示します。プロットは移動、固定、大きさを変えることもできます。それぞれのプロットは、必要に応じて閉じたり、作成したりすることができます。

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図6. OM4000シリーズのユーザ・インタフェース(OUI)による測定一覧表の例

プロットには数値による測定結果が表示されますが、その他にも測定ウィンドウに測定結果がサマリ表示され、統計値も表示されます。実際の測定例を図6に示します。

迅速な調整

オシロスコープで取込んだデータを迅速にMATLABのワークスペースに送るようにOUIは設計されており、優れたデータ・リフレッシュ・レートを実現しています。送られデータはMATLABで処理され、変数が表示されます。

MATLABとの連携

データはMATLAB内で完全に処理されるため、エンジニアは各ステップにおける処理の様子を調べて理解することができます。研究/開発においては、開発中の新しい技術のMATLABアルゴリズムを記述することで、MATLABとの優れた統合機能を活かすことが可能になります。

最適なアルゴリズムの使用

使用するアルゴリズムに悩む必要はありません。例えば、OUIで信号をPM-QPSKと選択すると、その信号の種類のデータに最適なアルゴリズムが適用されます。それぞれの信号の種類に最適に設計された信号処理が用意されており、ただちに結果が得られます。

レーザ位相ノイズ

電気無線信号用に設計された信号処理アルゴリズムは、複雑な光変調信号で使用されるノイズの多いソースでは十分に機能しないことがあります。当社の信号処理方法は位相ノイズにも十分に対応できるため、従来は差動または直接検出での測定が必要だったDQPSKなどの信号もテストできます。

正しいBERの検出

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Qプロット

Qプロットを使用すると、データの信号品質が把握できます。データ取込後、膨大な数のBER測定対デシジョン・スレッスョルドが行われます。BER対デシジョン・スレッショルドをプロットすることで、信号のノイズ特性がわかります。ガウシャン・ノイズは、Qプロット上では直線になります。適切なデシジョン・スレッショルドと推定BERも計算されます。これにより、実際にカウントされたエラーの数÷カウントされたビットの数、BERが小さ過ぎてすぐに測定できない場合に使用される推定BERの2つの値が得られます。

コンスタレーション・ダイアグラム

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コンスタレーション・ダイアグラム

レーザの位相、周波数変動が除去されると、複素平面で電界がプロットされます。シンボル中心の値のみがプロットされたものを、コンスタレーション・ダイアグラムと呼びます。複素平面で連続波形として表示されるものを、位相ダイアグラムと呼ぶこともあります。連続波形は表示をオン/オフできるため、どちらもコンスタレーション・ダイアグラムと呼ぶことにします。シンボル・ポイントの分散は、変調が理想にどれだけ近いかを示しています。この分散は、付加されるノイズ、トランスミッタのアイの閉じ、ファイバの不具合などが原因となって発生します。この分散量は、シンボルの標準偏差、エラー・ベクトル振幅、またはマスク違反として測定できます。

コンスタレーション・ダイアグラムの測定値は、それぞれのグラフィック・ウィンドウといっしょに表示されます。コンスタレーションの測定項目を以下に示します。

コンスタレーションの測定項目

測定項目概要
ElongationQとIの変調振幅の比であり、特定の偏光信号のI、Q成分の変調バランスの具合を示します。
Real Biasコンスタレーションが左右にシフトする程度をパーセントで示しています。Real(同相)バイアスがゼロでない場合は、トランスミッタの変調器の同相属性が、アイを中心として対称になっていないことを示します。
Imag Biasコンスタレーションが上下にシフトする程度をパーセントで示しています。Imag(直交)バイアスがゼロでない場合は、トランスミッタの変調器の直交属性が、アイを中心として対称になっていないことを示します。
Magnitudeプロットで使用されている単位による、すべてのシンボルの平均の振幅値。2つの偏光信号の相対サイズを知るのに利用されます。
Phase AngleトランスミッタのI-Q位相バイアス。通常は90ºです。
StdDev by Quadrantプロットで使用されている単位による、平均シンボルからシンボル・ポイントの距離の標準偏差。BPSK、QPSKで表示されます。
EVM (%)理想のシンボル位置からの各シンボル・ポイントの実効値距離を、理想のシンボル振幅で割ったもののパーセントとして表示されます。
EVM TabMainタブの右にあるのがEVMタブであり、コンスタレーション・グループごとのEVM%が表示されます。表示される数値は、シンボルの位置と対応しています。トランスミッタの変調器バイアス設定に適しており、左側のグループが右側のグループに比べてEVMが大きい場合は、同相のトランスミッタ変調器のバイアスを調整する必要があることを意味します。
Mask Tab一番右にあるのがMaskタブであり、コンスタレーション・グループごとのマスク違反の数が表示されます。表示される数値は、シンボルの位置と対応しています。マスクのスレッショルドはEngineウィンドウで設定し、トランスミッタのパス/フェイル・テストで使用されます。


カラー機能

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カラー・グレーディングによるコンスタレーション表示

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カラー・グレードと細い波形

カラー・グレード機能では、無限パーシスタンスによってプロットを表示します。ポイントの発生頻度によってプロットの色が変わります。モノクロではわかりにくいパターンがはっきりと表示されます。下の表示例では、下のコンスタレーションは上のコンスタレーションに比べてEVMが大きいことがわかります。これは、多くの場合、直交変調器のバイアスが正の側に対して大きく離れていることを示します。これは、交差しているポイントがほぼ正しいということの証明にはなりません。この例では、正しくバイアスされていない変調器が原因で不適切にバイアスされたドライバ・アンプになっていることを示しています。

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カラー・キー・コンスタレーション - 前のシンボルが第一象限(右上)にあった場合は、現在のシンボルは黄色で表示されます。前のシンボルが第二象限(左上)にあった場合は、現在のシンボルはマゼンタで表示されます。前のシンボルが第三象限(左下)にあった場合は、現在のシンボルはライト・ブルー(シアン)で表示されます。前のシンボルが第四象限(右下)にあった場合は、現在のシンボルはソリッド・ブルー(濃い青)で表示されます。

カラー・キー・コンスタレーション・ポイントは、カラー・グレードにはない特殊な機能です。この機能では、シンボルのカラーは前のシンボルの値によって決まります。これにより、パターンの依存性がわかります。ここでは、パターンの依存性によって他のグループのEVMが悪化していることがわかります。RFケーブルの損失による変調器の非直線性は、通常このタイプのパターン依存性になりますが、ここでは不適切な変調器のバイアスによって光信号に転送されています。

アイ・ダイアグラム

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フィールド・アイ・ダイアグラム

アイ・ダイアグラムは、最適な変調形式によって選択できます。サポートされるアイの形式には、次の3種類があります。FieldEye - 複素平面の位相波形の実部、Power Eye - テクトロニクスのオシロスコープの光入力で表示されるアイをシミュレート、Diff-Eye - 1ビットの遅延ラインを持った干渉計を使用して生成されるアイをシミュレート。コンスタレーション・プロットで右クリックすると、カラー・オプションも選択できます。Field Eyeのダイアグラムでは、以下の項目が測定できます。

Field Eyeでの測定項目

測定項目概要
Q (dB)アイのリニア・デシジョン・スレッショルドQファクタの20Log10を計算します。
Eye Height1レベルの平均値から0レベルの平均値までの距離 (プロットの単位)
Rail0 Std Devデシジョン・スレッショルドQファクタ測定から得られる0レベルの標準偏差
Rail1 Std Devデシジョン・スレッショルドQファクタ測定から得られる1レベルの標準偏差


マルチレベルの信号では、上記の測定はプロットのアイ開口の順にリスト表示され、一番上の行の値は一番上のアイ開口のものになります。

Qファクタを使用する上記の機能では、Bergano*4氏によるデシジョン・スレッショルド法を使用しています。測定インターバルにおけるビット・エラーの数が少ない場合は、多くの場合、ビット・エラー・レートから得られるQファクタでは信号品質を正確に測定できないことがあります。しかし、デシジョン・スレッショルドによるQファクタは、設定された境界を横切るものだけでなく、すべての信号の値をベースとするため、正確なものになります。

*4N.S. Bergano, F.W. Kerfoot, C.R. Davidson, “Margin measurements in optical amplifier systems,” IEEE Phot. Tech. Lett., 5, no. 3, pp. 304-306 (1993).

オフセットのないフォーマットにおける追加測定項目

測定項目概要
Overshoot信号のわずかなオーバーシュート。トリビュタリでは1つの値が、マルチレベル(QAM)の信号ではオーバーシュートの平均値がレポートされます。
Undershoot信号のわずかなアンダーシュート(負極性に遷移する信号のオーバーシュート)
Risetime信号の10~90%レベルにおける立上り時間。トリビュタリでは1つの値が、マルチレベル(QAM)の信号では立上り時間の平均値がレポートされます。
Falltime信号の90~10%レベルにおける立下り時間
Skew特定のトリビュタリの交差ポイント間における、中間点のパワー・アイの中心に対する時間
Crossing Point立上りエッジ、立下りエッジの交差における垂直ポジション


測定対時間

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測定対時間プロットでのエラー・シンボル

アイ・ダイアグラムだけでなく、信号対時間の観測も重要になります。例えば、ビット・エラー付近のフィールド値の測定も重要です。シンボルセンターの値を示すすべてのプロットは、そのシンボルが赤で表示されているかどうかによってエラーかどうかがわかります(データはパターンと同期していると仮定した場合)。測定対時間のプロットは、ノイズ、パターンの依存性、またはパターン・エラーが区別できるため、非常に有効です。

3D表示ツール

複雑な変調信号は時間に対して同相成分と直交成分が変化するため、本来3D(三次元)になっています。3Dアイ・ダイアグラムは、コンスタレーションとアイ・ダイアグラムを一つの3Dダイアグラムにしたものあり、ビット周期を通してどのように複素量が変化したかを視覚的に表現しています。このダイアグラムは、回転したり、スケールを替えたりすることができます。3Dは、ポアンカレ球でも利用できます。3D表示は、シンボルごとの偏光状態の観測にも役立ちます。熟練ユーザの間では、シンボルはポアンカレ球上で表現されていることが知られています。正規化されていないストークス・ベクトルも、この表示方法でプロットできます。

解析制御

Analysis Controlsウィンドウは、システムとその測定に関するパラメータを設定することができます。

解析パラメータ

パラメータ概要
Frequencyクロック・リカバリはソフトウェアで実行されるため、期待されるクロック周波数の周波数レンジのみが必要になります。
Signal Type信号の種類(PM-QPSKなど)により、データを処理するアルゴリズムが決まります。
Data Patternsエラー・カウント、コンスタレーションの向き、2ステージの位相推定を許容する、物理トリビュタリによる既知のPRBSまたはユーザ・パターンを規定します。


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MATLABウィンドウ

ユーザ・パターンは、ここに示すMATLABウィンドウで割り当てられます。データ・パターンは、MATLABまたはSNRの高い因業の測定から直接入力することができます。

信号スペクトラム

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シグナル・スペクトラム・ウィンドウ

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レーザ位相スペクトラム・ウィンドウ

相関性のある電界対時間をFFTすることにより、データ信号の詳細がわかります。非対称またはシフトしているスペクトラムは、過度のレーザ周波数エラーが考えられます。スペクトラムの周期性は、データ・トリビュタリ間に相関性のあることを示します。レーザ位相対時間をFFTすると、レーザ位相ノイズが測定できます。

ポアンカレ球

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ポアンカレ球ウィンドウ

偏光データ信号は、一般的に、最初はPMファイバの軸によく一致します。しかし、一度標準のシングルモード・ファイバに入ると、偏光はドリフトを始めます。それでもまだ、偏光の状態を測定し、偏光の消光比を求めることはできます。ソフトウェアはそれぞれの偏光信号にロックします。2つの信号の偏光状態は、ポアンカレ球の1つの面に円形状に表示されます。背面の状態は青のマーカで示されます。直交の角度は背面を反転することで確認できるため、直交信号は常に異なった色で同じ位置に表示されます。したがって、青は背面(ストークス・ベクトル成分の負の値)を、×はXトリビュタリを、○はYトリビュタリを示し、ストークス・ベクトルは左、下、青がすべてポアンカレ球で負になるようにプロットされます。

InvertedRearFaceのボックスをチェックすると、2つの直交偏光が常に上にくるようにポアンカレ球表示の背面を反転します。

障害測定の補正

伝送障害を調べる場合、長いファイバまたは光コンポーネントで生ずる障害を補正できることが重要になります。OM4000シリーズのソフトウェアで測定できる2つの重要なリニア障害が、波長分散(CD)と偏波モード分散(PMD)です。PMD測定は、受信信号と連続した伝送信号の比較を元に実行されます。適応フィルタを元にした推測でない、直接的なPMD測定が行えます。CD補正アルゴリズムには制約はなく、何千ps/nmもの補正が行えています。

記録と再生

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ワークスペースの記録と再生

OfflineタブのRecordボタンを使用すると、.MATファイルのシーケンスとしてワークスペースを記録することができます。あらかじめ変更がない場合、通常はMATLABの作業ディレクトリがデフォルトとなってそこに記録されます。HomeタブのOffline CommandsセクションのLoadボタンを押すことで.MATファイルのシーケンスが再生できます。シーケンスのロードは、Ctrlキーでロードするファイルをマークし、マウスでファイル名をマークします。Shiftキーを押しながら最初のファイルを指定し、マウスで次々にファイルを指定すると連続したファイルがロードできます。HomeタブのOffilineCommandsセクションでRunボタンを選択すると、記録した.MATファイルが連続的に再生できます。すべてのフィルタリング、処理は、再生時において記録されたファイルで実行されます。

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