JIS C 61280-2-9 : 2010 光ファイバ通信サブシステム試験方法－高密度波長分割多重システムの光信号対雑音比測定

C 61280-2-9：2010 (IEC 61280-2-9：2002)

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 ··················································································································· 3

4 試験装置························································································································· 3

4.1 回折格子形OSA ············································································································ 4

4.2 マイケルソン干渉計形OSA······························································································ 4

4.3 ファブリ・ペロー形OSA································································································· 4

4.4 OSAの性能要件 ············································································································ 5

5 サンプリング及び試験対象装置 ··························································································· 7

6 試験手順························································································································· 7

7 計算······························································································································· 7

8 測定の不確かさ ················································································································ 8

9 測定の記録 ······················································································································ 8

附属書A（参考）信号スペクトル幅による信号レベル測定の誤差··················································· 9

附属書B（参考）参考文献 ···································································································· 12

（1）

C 61280-2-9：2010 (IEC 61280-2-9：2002)

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。

また，令和2年6月22日，産業標準化法第17条又は第18条の規定に基づく確認公示に際し，産業標準

化法の用語に合わせ，規格中“日本工業規格”を“日本産業規格”に改めた。

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。

この規格の一部が，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に

抵触する可能性があることに注意を喚起する。経済産業大臣及び日本産業標準調査会は，このような特許

権，出願公開後の特許出願，実用新案権及び出願公開後の実用新案登録出願にかかわる確認について，責

任はもたない。

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

（2）

日本産業規格

JIS

C 61280-2-9：2010

(IEC 61280-2-9：2002)

光ファイバ通信サブシステム試験方法−

高密度波長分割多重システムの光信号対雑音比測定

Fiber optic communication subsystem test procedures-

Optical signal-to-noise ratio measurement for

dense wavelength-division multiplexed systems

序文

この規格は，2002年に第1版として発行されたIEC 61280-2-9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産業規格である。

波長分割多重（WDM）ネットワーク内の光インタフェースでは，伝送設備が正常に動作していること

を示す特性を測定することが望ましい。そのような特性は，ネットワーク管理上不可欠な要素として，ネ

ットワークの性能を監視するために必要である。これらの特性は，ネットワークの敷設及び保守のための

適切なシステム運用を確実にするためにも必要である。

理想的には，上記の特性は個々の光インタフェースにおける多チャネル搬送波のチャネルごとのビット

誤り率（BER）に直接相当する。Q値及び光アイパターンから算出された関連する特性は類似の情報を提

供し，これらもチャネルビット誤り率と相関する。しかしながら，多チャネルのインタフェースポイント

でこれらの特性を取得することは困難である。潜在する膨大なチャネルを分離し，チャネルごとのビット

誤り率，Q値又はアイパターン測定を実施する必要がある。

対照的に，多チャネル搬送波の光学的特性に関する有用な情報は，光スペクトラム測定によって容易に

取得される。波長分解された信号及び雑音レベルは，各チャネルの信号レベル，信号波長及び増幅された

自然放出光（ASE）の情報を提供する。しかし，スペクトル情報は，偏波モード分散（PMD）及び波長分

散に起因する波形劣化による信号劣化を示さない。また，符号間干渉及び時間ジッタも光信号対雑音比測

定から明らかにできない。これらの制約にもかかわらず，光信号対雑音比は，ITU-T勧告G.692“Optical

interfaces for multichannel systems with optical amplifiers（光増幅器を備える多チャネルシステムの光インタ

フェース）”にインタフェース特性として，記載している（附属書Bの参考文献[1]参照）。光信号対雑音比

は，ITU-T勧告G.959.1“Optical transport networks physical layer interfaces（光伝送ネットワーク物理層イン

タフェース）”にも記載されている（附属書Bの参考文献[2]参照）。

適用範囲

この規格は，特性の定義及び多チャネルインタフェースにおける光スペクトラムを測定する装置を用い

て光信号対雑音比（OSNR）を得るための試験方法について規定する。雑音測定は光スペクトラムアナラ

イザで行うので，測定された雑音は光源の相対強度雑音（RIN）及び受信器の雑音を含まない。

C 61280-2-9：2010 (IEC 61280-2-9：2002)

OSNR測定精度に影響する光スペクトラムアナライザ（以下，OSAという。）の3種類の実現法として，

回折格子形OSA，マイケルソン干渉計形OSA及びファブリ・ペロー形OSAが検討された。光信号対雑音

比の測定精度に影響するOSAの性能特性を提示する。

多チャネルインタフェースにおける典型的な光スペクトラムを，図1に示す。重要な特性を，次に示す。

− 公称上，ITU-T勧告G.694.1で定義するグリッド上にチャネルを配置する。

− 光分岐挿入器を備えて設計されたネットワーク又は特定のチャネルは非稼働であることから，個別の

チャネルは存在しないことがある。

− チャネルパワー及び雑音パワーの両方共，波長と相関関係がある。

光信号対雑音比を計算するために最適な雑音パワーの値は，チャネル波長における雑音パワー値である。

しかし，スペクトラムの直接測定では，チャネル波長における雑音パワーは信号パワーに含まれ，抽出す

ることは困難である。チャネル雑音パワーの推定値は，チャネル間雑音パワー値を補間して求める。

図1−多チャネル伝送システムの光インタフェースにおける典型的な光スペクトラム

注記　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 61280-2-9:2002，Fibre optic communication subsystem test procedures−Part 2-9: Digital systems

−Optical signal-to-noise ratio measurement for dense wavelength-division multiplexed systems

（IDT）

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。

ISO/IEC MISC UNCERT，Guide to the expression of uncertainty in measurement

C 61280-2-9：2010 (IEC 61280-2-9：2002)

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

光信号対雑音比（optical signal-to-noise ratio: OSNR）

式(1)で定義する，測定した光スペクトラムからのデシベル単位の比率。

OSNR

10 log

ここに，

10 log

······················································· (1)

Pi： i番目のチャネルにおけるワット単位の光信号パワー

Bm：　等価雑音帯域幅

Br：　基準光帯域幅

Ni：　雑音等価帯域幅Bmで測定したワット単位の雑音パワー

の補間値

(

− ∆

)

(

+ ∆

)

························································· (2)

i番目のチャネルにおいて，

λi： i番目のチャネル波長

Δλ： ITUグリッド間隔の1/2以下の補間オフセット

（Bm及びBrの単位は，周波数でも波長でもよいが統一する。）

一般的に，基準光帯域幅は0.1 nmとする（図2参照）。

注記　フィルタの雑音等価帯域幅は，その高さが実際のフィルタの中心波長における高さと同じ高さ

で，実際のフィルタと同じ面積の方形通過帯域幅をもつ同じ全雑音パワーを通過させるフィル

タの帯域幅である。

注記　各チャネルの光信号対雑音比は光スペクトラムの直接測定から得られる。

図2−波長多重システムの光スペクトラム例

試験装置

要求される試験装置には，式(1)の信号パワー及び雑音パワーを測定するために必要な性能をもつOSA

がある。OSAには，回折格子，マイケルソン干渉計及びファブリ・ペローエタロンの3種類の方法が一般

的に用いられている。

C 61280-2-9：2010 (IEC 61280-2-9：2002)

4.1

回折格子形OSA

回折格子形OSAを，図3に示す。広がった入力光が，回転可能な回折格子に入射する。波長に比例した

角度に回折光が生じ，光検出器への開口を通る。入力及び出力開口の大きさ並びに回折格子上のビーム径

が，フィルタのスペクトル幅を決定し，その結果，OSAの分解能を決める。アナログ／デジタル変換（A/D

変換）及びデジタル処理によって，一般的なOSAの表示を得る。

図3−回折格子形OSA

4.2

マイケルソン干渉計形OSA

マイケルソン干渉計形OSAを，図4に示す。入力光は，二つの経路に分岐される。一つの経路は，長さ

が固定であるが，他方は可変となる。マイケルソン干渉計は，フォトダイオードにおいて，入力光と遅延

された自分自身の光との間で干渉信号を発生する。その結果，得られる波形は，干渉波形と呼ばれ入力光

の自己相関となる。自己相関に対するフーリエ変換によって，光スペクトラムを得る。この形式のOSA

の分解能は，干渉計の経路差の遅延によって決まる。

図4−マイケルソン干渉計形OSA

4.3

ファブリ・ペロー形OSA

ファブリ・ペロー形OSAを，図5に示す。平行光束は，ファブリ・ペローエタロンを通過する。その自

C 61280-2-9：2010 (IEC 61280-2-9：2002)

由スペクトル領域（FSR）は，使用を計画しているチャネルより広く，フィネスは，必要な分解能帯域幅

を与えられるように選択する。圧電素子がファブリ・ペローのミラーの間隔を制御し，通過するスペクト

ラムを調整する。デジタル信号処理は，スペクトル表示又は表形式データのいろいろな組合せを提供する。

図5−ファブリ・ペロー形OSA

4.4

OSAの性能要件

（附属書Bの参考文献[3]参照）

4.4.1

波長範囲

波長範囲は，最も高いチャネル及び最も低いチャネルの雑音を測定するため，チャネル配置及びその両

端におけるグリッド間隔の1/2を加えた幅を，十分にカバーできるものとする。

4.4.2

感度

OSAの感度は，指定の精度でスペクトルパワーが測定可能な最低レベルとして定義する。OSAの感度は，

最も低い予想雑音レベルの測定に対して，十分なものでなければならない。光信号対雑音比の測定に必要

な感度は，式(3)の関係となる。

RS＝MCL−OSNR······································································ (3)

ここに，

RS：　必要感度（dBm）

MCL：　最低チャネル・レベル（dBm）

OSNR：　光信号対雑音比（dB）

例えば，最低チャネル・レベルが，−10 dBmで35 dBの光信号対雑音比を測定するために必要な感度は，

−10−35＝−45 dBm

となる。

4.4.3

分解能帯域幅

分解能帯域幅は，変調された各チャネルのパワーレベルを正確に測定するために，十分に広くなければ

ならない。適切な分解能帯域幅の設定は，ビットレートで決まる。例えば，ゼロチャープの10 Gbit/sで変

調したレーザの信号パワーにおいて，0.1 nmの分解能帯域幅では，広い分解能帯域幅で測定したときより

0.8 dB低く測定される。これは，変調信号が0.1 nmの分解能帯域幅外にスペクトルパワーの一部をもつこ

とによって生じる。仮に，分解能帯域幅を0.05 nmまで下げると，信号パワーは2.5 dB低く測定される。

この効果は，レーザチャープが存在すると悪化し，送信器のレーザ変調回路の帯域幅制限が増加すると軽

減する。これらを，附属書Aに示す。

C 61280-2-9：2010 (IEC 61280-2-9：2002)

4.4.4

分解能帯域幅精度

雑音測定の精度は，OSAの分解能帯域幅の精度に直接影響を受ける。最高精度を得るには，OSAの等価

雑音帯域幅Bmを校正しなければならない。OSAのフィルタ特性は長方形ではないため，一般的に分解能

帯域幅はBmと異なる。

4.4.5

ダイナミックレンジ

OSAのダイナミックレンジは，大信号の近傍波長における低レベル信号及び雑音を測定するOSAの能

力の尺度となる。分解能帯域幅を狭くすることは，必ずしもダイナミックレンジの改善につながらない点

に注意することが重要となる。分解能帯域幅は，3 dB帯域幅又はフィルタ特性の等価雑音帯域幅の尺度と

なる。一方で，ダイナミックレンジは，フィルタ特性の急傾斜及びOSAの雑音レベルの尺度でもある。ダ

イナミックレンジは，中心波長λiとグリッド間隔の1/2の波長差λi±Δλとにおけるフィルタ伝達特性のdB

単位での比率で定義する。

図6は，多チャネルスペクトラムのうちの2チャネル，OSAのフィルタ特性，OSAの感度限界及び測定

された伝送システム雑音を示す。雑音測定波長において，ダイナミックレンジは，正確な測定のために光

信号対雑音比より十分に広くなければならない。不確かさの寄与は，式(4)から予測できる。

−

光信号対雑音比の不確かさ＝

10 log 1

＋

dB ··························· (4)

ここに，

D： OSAのダイナミックレンジが，光信号対雑音比を超え

た値

例えば，30 dBの光信号対雑音比測定において，（ITUグリッド間隔の1/2において）40 dBのダイナミ

ックレンジは，0.42 dBの誤差を発生する。

注記 OSAの不十分なダイナミックレンジは，測定不確かさの一つの原因である。

図6−多チャネルスペクトラムの例

一般的に，OSAの感度限界又はダイナミックレンジのいずれかが，測定可能な光信号対雑音比の値を制

C 61280-2-9：2010 (IEC 61280-2-9：2002)

限する。一般的に，マイケルソン干渉計形OSAは，感度限界で制限され，回折格子形OSAはダイナミッ

クレンジで制限される。

4.4.6

スケール忠実度

表示直線性とも呼ばれるスケール忠実度は，入力レベル範囲内で発生する振幅の相対的な誤差である。

スケール忠実度は，光信号対雑音比の測定不確かさに直接寄与する。

4.4.7

偏波依存

一般的に，雑音Niは無偏光であるが，信号Piは強く偏光している。OSAの偏波依存は，信号測定の不

確かさに直接寄与する。

4.4.8

波長データ数

OSAによって収集されたデータポイントの最小の数は，波長スパンを等価雑音帯域幅で除した値の2倍

以上でなければならない。

サンプリング及び試験対象装置

試験対象装置（DUT）は，多チャネル光ファイバ伝送システム又はネットワークである。試験装置は，

光ファイバへの直接接続又は広帯域モニタ端子経由でネットワークのどの点にも接続する。

試験手順

a) 伝送光ファイバ又はモニタ端子に，OSAを接続する。

b) 信号パワーを正確に測定できるよう十分に広く，チャネルのピーク波長から±Δλの雑音を測定するの

に十分なダイナミックレンジの分解能帯域幅の値を選択する。Δλは，ITUグリッド間隔の1/2である

（附属書A，表A.2及び4.4.5参照）。

c) すべてのチャネルを含み，最も低いチャネルの下側及び最も高いチャネルの上側に，ITUグリッド間

隔の少なくとも1/2を加えた波長範囲を設定する。

d) nチャネルのうち，i番目の信号ピークにおけるパワーレベルを測定する。この値がPi＋Niである（図

2参照）。

e) 信号のピーク波長から±Δλにおける雑音を測定する。等価雑音帯域幅Bmで校正された分解能帯域幅

を使用する。測定された値は，N (λi−Δλ)及びN (λi＋Δλ)の値である。

各チャネル波長における雑音の補間値を計算する［式(2)参照］。

(

− ∆

)

(

+ ∆

)

g) d)で得られた値からNiを引いてPiを計算する。

h) d)からg)までの処理をnチャネルすべてについて繰り返す。

注記　この手順は二通りの分解能帯域幅設定で実施できる。信号のトータルパワーを測定するため

に，十分広い分解能帯域幅設定及びピークチャネル波長から±Δλにおける雑音を測定するた

めに十分なダイナミックレンジの分解能帯域幅設定である。

計算

nチャネルの各々に対して，式(2)を用いて雑音パワーの補間値Niを計算する。

nチャネルの各々に対して，式(1)から光信号対雑音比を計算する。

C 61280-2-9：2010 (IEC 61280-2-9：2002)

測定の不確かさ

測定の不確かさは，ISO/IEC MISC UNCERTに基づいて計算する。

考慮されなければならない不確かさの寄与は，次による。

− 変調された信号パワー（4.4.3及び附属書A参照）

− OSAの等価雑音帯域幅（4.4.4参照）

− OSAのダイナミックレンジ（4.4.5参照）

− OSAのスケール忠実度（4.4.6参照）

− OSAの偏波依存（4.4.7参照）

測定の記録

測定ごとに，次の情報を記録する。

− 測定日

− 規格番号

− 測定する伝送システムの識別及び測定場所

− 使用した機器の概要

− 光信号対雑音比データ

− 等価雑音帯域幅 Bm

− 基準光帯域幅 Br

− 雑音測定に対するオフセット波長Δλ，又はITUグリッド間隔

− 測定の不確かさ

C 61280-2-9：2010 (IEC 61280-2-9：2002)

附属書A

（参考）

信号スペクトル幅による信号レベル測定の誤差

序文

この附属書は，本体の規定を補足するものであって，規定の一部ではない。

各チャネルのスペクトル幅は，次のような理由によってCWレーザより広がっている。

− レーザチャープ

− 信号伝送のための強度変調

− 誘導ブリユアン散乱を抑圧するための変調（SBS）

− 自己位相変調（SPM）

− 相互位相変調

一般に，外部変調を使用する高密度波長分割多重システムでは，レーザチャープは要因ではない。SBS

抑圧及びSPMによる広がりは，通常2.5 Gbit/s以上の伝送速度における信号変調による広がりに比べ小さ

い。

図A.1及び図A.2は，それぞれ10 Gbit/s及び2.5 Gbit/sの伝送速度で強度変調されたレーザについて計

算したスペクトラムを示している。変調は，ワード長27−1のNRZ（非ゼロ復帰）PRBS（擬似ランダム

ビットパターン）である。光フィルタ及び電気フィルタの特性値を，表A.1に示す。参考までに，分解能

帯域幅0.1 nmにおける典型的なOSAのフィルタ特性も示す。

信号パワーの一部がOSAに取り込めないため，測定した信号パワーに誤差が生じる。図A.3及び図A.4

は，それぞれ10 Gbit/s及び2.5 Gbit/sの伝送速度に対する誤差の大きさを示す。

表A.1−信号パワーレベル誤差を決定するためのシミュレーションに使用するフィルタ特性

変調速度

電気フィルタ帯域幅

光フィルタ帯域幅