28年 第1回 「線路設備」



28_1_senro_1_(1).png

問1
(1)
ア:⑩ なだれ増倍
イ:⑥ タイミング抽出
ウ:③ 自然放出
エ:⑬ 一括増幅

補足
・アバランシェフォトダイオード(Avalanche Photo Diode):光信号を電気信号に変換するPD(Photo Diode)のうち、なだれ増倍現象を利用することで高感度で超高速反応性を持たせた素子。高感度のため微弱な光信号の検出に適している。


・増幅器について
線形中継器:受信した光パルスを電子信号に変換せずに増幅行う中継器。光信号をそのまま増幅するため、累積したひずみや雑音などを整形することはできない。3R機能のうち、等化増幅のみを行う。
再生中継器:受信した光パルスの有無(1,0)を判別し、新しい光パルスを再現させて送信する中継器。この中継器を通すことで、累積したひずみや雑音をリセットできる。再生中継器は、3R機能とよばれる3つの機能を持っている。

中継器の3R機能
3R.png

・等化増幅(Reshaping):減衰し歪んだ波形を、パルスの有無(1,0の判別)が識別できる程度まで増幅する機能
・リタイミング(Retiming):等化増幅された信号パルスからタイミングパルスを抽出する
・識別再生(Regenerating):等化増幅された信号から1,0の情報を判別し、リタイミングされたタイミングパルスに乗せて、識別した信号を送出する

・光ファイバ増幅器で発生する雑音
下図は、光ファイバ増幅器(エルビウムドープ光ファイバ増幅器)の入力と出力の光パワーと光スペクトルを比較したものである。増幅後の出力を見ると、光信号である1550nmに加えて、広帯域なスペクトルが付加されている事がわかる。これは増幅時に副次的に発生する自然放出光に起因するものでAES雑音と呼ばれる。
AES雑音による雑音指数は、反転分布が完全に実現された理想的な場合、3dBになる。
anp_spectrum2.png

ASE(Amplified Spontaneous Emission:自然放射増幅光):増幅器の中で発生した自然放出光が増幅されたもの。




28_1_senro_1_(2)i.png

(2)
(ⅰ)
答え:①
解説
① 正しい
② WDM方式を用いた光ファイバ伝送システムにおける四光波混合による伝送品質の劣化を避ける方法の一つとして、ゼロ分散波長を伝送波長域に重ならないようにするために、カットオフシフト光ファイバ(正:非ゼロ分散シフト光ファイバ)といわれる光ファイバを用いる方法がある。
③ シングルモード光ファイバの構造パラメータのうち、シングルモードとなる最短の波長を規定する構造パラメータは、開口数(NA)(正:カットオフ波長)といわれる。NA(正:カットオフ波長)で規定された波長より短い光は、マルチモードになる。
④ 光ファイバの後方散乱係数(正:コアの屈折率分布)を制御して、材料分散と構造分散を相殺させることにより屈折率分布(正:分散値 0 付近で分散スロープ)をフラットに近づけた光ファイバは、分散フラット光ファイバといわれ、広い波長帯域において、波長分散を小さく抑えることができる。

補足
・分散シフト光ファイバ(DSF)と、波長分散特性の調整について
 波長分散を構成する材料分散と構造分散のうち、材料分散は、光ファイバの材料となる石英ガラスに依存しているため、調整することが難しい。しかし、構造分散は、コアとクラッドの屈折率に依存する値なので、調整することが可能である。この特性を利用して、屈折率分布を変えて構造分散を調整し、波長分散の特性を用途に合わせた様々な分散制御型のファイバが存在する。
その一つに分散シフト光ファイバ(DSF)がある。
分散シフト光ファイバ(DSF)は、ゼロ分散波長(分散の影響が一番小さい波長帯)が1.3μmにある標準的なシングルモード光ファイバから、構造分散を調整することによって、ゼロ分散帯域を1.55μmにシフトさせたファイバである(1.55μm帯域は、ファイバの損失も最小となる波長帯であるため伝送品質上都合が良い)。分散シフト光ファイバの屈折率分布は、セグメントコア型と呼ばれる形状で調整されている。
shift_fiber_bunpu.png

・分散制御光ファイバの種類
構造分散の調整(屈折率分布の調整)により分散特性を変えた光ファイバは、ほかにも多数あるが、主なものとして以下のようなものがある。
・分散フラット光ファイバ(DFF):材料分散と構造分散を相殺させるような形で構造分散を調整することで1.3~1.6 μmの広い波長帯域にわたって分散値を低く抑えたファイバ。
・非ゼロ分散シフト光ファイバ(NZ-DSF):WDMのような複数の波長を使うシステムでは、分散を0にしてしまうと、
非線形光学効果である四光波混合の影響が大きくなってしまう。そこで1.55μm帯で分散値をゼロ付近にしている分散シフト光ファイバ(DSF)から、ゼロ波長帯を若干ずらした非ゼロ分散シフト光ファイバ(NZ-DSF)が使われる。
bunsan_seigyo_fiber.png

四光波混合:光ファイバ中に、3つの異なった波長の波を入射した際に、3つの光の波長とは異なる4つ目の光(アイドラ光)が発生する現象。

・光ファイバの構造に関連するパラメータ
fiber_pal.png

カットオフ波長(遮断波長):シングルモード光ファイバでは、波長が短くなるとマルチモードでの通信になってしまう。シングルモードとマルチモードの境目となる波長をカットオフ波長といい、シングルモードで伝搬できる最短の波長として定義される。

開口数:入射光線がコア内で内部全反射するためにもてる最大角の度合い。
下記の図では、θの角度より小さい場合は、コア内を全反射して進める(黄色い矢印)が、θの角度が大きくなると、コア部から漏れてしまう(赤い矢印)。このθの値を最大受光角という。
このθに対して、開口数NAは下記のように表せる。
\( NA=sin\theta \)
kaikou_suu.png





28_1_senro_1_(2)ii.png

(ⅱ)
答え:③
解説
① 1,000心のスロットロッド型光ファイバケーブルは、中心部に抗張力体を持ち、スロットロッドの周りに15個(正:13個)のスロットを有する構造であり、8心テープ型光ファイバ心線が10テープずつ10個(正:12個)のスロットに、4心(正:8心)テープ型光ファイバ心線が10テープずつ5個(正:1個)のスロットにそれぞれ積層されている。
② テープスロット型光ファイバケーブルの布設時における最小許容曲げ半径は、布設が一過性であるため(正:動的圧力が加わるため)、一般に、固定時における最小許容曲げ半径と比較して小さくとることができる(正:大きくとる必要がある)
③ 正しい
④ クマゼミ対策用として用いられるドロップ光ファイバケーブルは、外被が高強度化されており、所要の許容張力が確保されているため(正:確保されていないため)、一般に、テンションメンバを備えていない(正:備えている)

補足
・1000心のスロットロッド型光ファイバケーブル
1000心のスロットロッド型光ファイバケーブルは、スロットロッドの周りに13個のスロットを有している。
13個のスロットのうち、12個は、8心光ファイバテープ心線が10本入っている。
13個のスロットのうち、1個は、8心光ファイバテープ心線が5本入っている。
心線数を計算すると、以下のように1000心となる。
 12(スロット)×10(テープ)×8(心線)=960
 1(スロット)×5(テープ)×8(心線)=40
 960+40=1000

slot.png

IFケーブル(Induction Free Cable):テンションメンバにFRP(繊維強化プラスチック)などの非金属材料を使用することで誘電対策を施したケーブル
HSケーブル(High Strength Cable):ステンレステープで外被が保護されたケーブル。キツツキや鼠、リス等の鳥獣害対策が使われる。
FRケーブル(Frame Retardant Cable):難燃性を持たせたケーブル

電磁誘導障害:送電線に流れる電流によって隣接する通信に電圧が生じ、通信障害などの悪影響を与える現象。
FRP(Fiber Reinforced Plastics:繊維強化プラスチック):、ガラス繊維や炭素繊維を複合して強度を向上させた合成強化プラスチック。
クマゼミによある光ファイバ心線の断線故障:西日本に生息するクマゼミは、枯れ木の内部に産卵するが、枯れ木を間違えてドロップ光ファイバケーブルの内部に産卵してしまい、光ファイバの心線を傷つけ通信障害を発生させる。

クマゼミ対策用の光ドロップケーブルについて
kumazemi_drop_cable2.png
ドロップケーブルは、工事作業員が光ファイバ心線を外被から取り外しやすいようにするために、ノッチといわれる切込みがついている(上図の(a))。しかし、クマゼミの産卵がノッチ付近に集中していることから、クマゼミ対策ケーブルとして、ノッチをなくし、ファイバ心線の両方向に防護壁を持たせたドロップケーブルが作られた(上図の(b))。しかし、ノッチをなくしたことで工事作業員の外被の取り外しや、防護壁の除去などの負担が増え、作業効率の悪化を招いた。そこで、従来通りのノッチをもどし防護壁をやめて、クマゼミの産卵管の突き刺しに対応できるだけの強度を持った外被を持った新しいドロップケーブルが開発された(上図の(c))。※いずれにしても、ドロップケーブルにはテンションメンバは入っている。

参考:作業性を向上させた,経済的なクマゼミ対策ドロップ光ファイバの開発:NTT R&D:https://www.ntt.co.jp/journal/1102/files/jn201102075.pdf





28_1_senro_1_(3)i.png

(3)
(ⅰ)
答え:② Bのみ正しい
解説
A:光増幅器には、光ファイバ増幅器、半導体光増幅器などがある。光ファイバ増幅器は半導体光増幅器と比較して、利得の偏波依存性が大きいが(正:がなく)、高利得及び高出力といった優れた特徴を有している。
B:正しい
C:エルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)は、一般に、エルビウム添加光ファイバ、励起光源、光変調回路、信号光と励起光を合分波する光アイソレータ(正:エルビウム添加光ファイバ、励起光源、光アイソレータ、信号光と励起光を合分波する光合分波器)などから構成される。

補足
EDFA(Erbium Doped optical Fiber Amplifier:エルビウム添加光ファイバ増幅器)の仕組み:
石英ファイバにエルビウムイオンを添加した光ファイバを利用して1.55μm帯の光信号を増幅する装置。エルビウムイオンは、1.48μmおよび0.98μmの波長帯の光で励起し、誘導放出時に1.55μm帯の光を放出する性質を持っている。そのため、EDFAでは、励起光源として、1.48μmまたは0.98μmを使い、反転分布(励起状態)を作り出し、通信路から1.55μm帯の光が入ってくると、その光により誘導放出が発生し、1.55μmタ帯の光が増幅される。

EDFA_detail.png



28_1_senro_1_(3)ii.png

(ⅱ)
答え:③
解説
① EDFAの励起光源としては、一般に、低雑音増幅を目的とする場合は1.48μm帯(正:0.98μm帯)、高出力動作を目的とする場合は1.65μm帯(正:1.48μm帯)のLDが用いられる。
② EDFA の雑音特性を示す指標として、雑音指数が用いられる。雑音指数はEDFAの出力端におけるSN比と入力端における信号レベルの比(正:入力端における SN 比と出力端における SN 比)で表される。
③ 正しい
④ EDFAの増幅利得は入力信号レベルを増加するにつれて減少し、利得の飽和が生ずる(正:飽和出力パワーは低下する)。利得の飽和特性において、一般に、励起光パワーを増加するにつれて飽和出力パワーは低下(正:利得の飽和が生ずる)する。

補足

EDFA(Erbium Doped optical Fiber Amplifier:エルビウム添加光ファイバ増幅器)の仕組み:
石英ファイバにエルビウムイオンを添加した光ファイバを利用して1.55μm帯の光信号を増幅する装置。エルビウムイオンは、1.48μmおよび0.98μmの波長帯の光で励起し、誘導放出時に1.55μm帯の光を放出する性質を持っている。そのため、EDFAでは、励起光源として、1.48μmまたは0.98μmを使い、反転分布(励起状態)を作り出し、通信路から1.55μm帯の光が入ってくると、その光により誘導放出が発生し、1.55μmタ帯の光が増幅される。

EDFA_detail.png


1.48μm帯と0.98μm帯の励起光源の違い
 1.48μm帯の励起光は変換効率が高い特徴があり、0.98μm帯の励起光は変換効率は低いものの、雑音指数が低い特徴がある。
 そのため、高出力が要求されるブースターアンプでは1.48μm帯が、雑音を抑えたいプリアンプでは、0.98μm帯の励起光が使われる傾向にある。
 ・ブースターアンプ:送信側に設置され、伝送距離を延ばすため使用される。高出力なアンプが利用される。
 ・プリアンプ:受信側に設置され、伝送されてきたパルスを認識できるレベルまで増幅するためのアンプ。出力は比較的小さいが、雑音指数が小さいものが利用される。
 ・インラインアンプ:線路上の中間で減衰したパルスを増幅するためのアンプ。ブースターアンプとプリアンプの中間の性能のものが利用される。

雑音指数:増幅回路等における、入力S/Nと、出力S/Nの比を表す値。
入力側をSi/Ni、出力側をSo/Noとしたとき雑音指数Fは、
\( F=\frac{S_i/N_i}{S_o/N_o} \)
と表せる。

・EDFAのファイバ長さと利得の関係
下のグラフでは、入力信号として1.533μmと1.553μmの2つの波長を使い、エルビウムイオンを添加した光ファイバの長さを変えていった場合の利得係数(励起パワー当たりの利得)の値を表している。このグラフでは、2つの波長いずれでもファイバ長さ12mで最大の利得係数となり、それ以上、それ以下の長さでは減少傾向にあることが分かる。
EDFA_fiber_length.png

参考:エルビウム添加ファイバ増幅器のゲイン特性(https://www.lucklaser.jp/news/laser-1350


・EDFAの増幅利得と入力信号レベル/励起光パワーの関係
下のグラフのうち、「(a)入力信号光と利得の関係」では、入力信号光が強くなるにつれて、増幅利得は減少傾向にあることが分かる。
また、「(b)励起光パワーと利得の関係」では、励起光パワーが強くなると、増幅利得は段々と飽和状態になっていくことが分かる。
EDFA_gain_vs_power.png






※問2~5の全問題の解答及び解説は、238円でコンテンツ購入して頂くことでご覧になれます。
※単体コンテンツのため、一度のマガブロ購入で無期限で閲覧できるようになります。(月額支払は発生しません)
Purchase and enjoy MagabloSM!
This content is a MagabloSM (pay-to-view).
Purchase this content to continue to read!
What is MagabloSM?
  

設備・データ通信 過去問演習

:HPの更新履歴は、Twitterに投稿します。また過去問分析などお役立ち情報もツイートします。


・過去問演習用のページです。不具合等ありましたら掲示板に報告頂けると幸いです。
・問2~5の解説は、マガブロ購入ユーザのみに公開しています。
・マガブロ購入ユーザには広告が表示されません。

過去問演習
類題検索型
設備の過去問演習
年度/回ごとの過去問で演習することができます。

データ通信の過去問演習
年度/回ごとの過去問で演習することができます。
  
  見直しチェック演習
見直しチェックボックスにチェックを入れた問題を復習することができます。
※読み込みに少し時間がかかります

設備/データ通信 類題検索 過去問演習
キーワード検索で抽出した問題で演習することができます。
詳細検索条件


頻出問題 過去問題集
<電話関連>
IP電話
VoIP
SIP
公衆交換電話網(PSTN)
No.7共通線信号方式

<プログラミング>
プログラム言語
スクリプト言語
Java
オブジェクト指向

<伝送技術>
PON
GE-PON
光アクセス
移動通信
無線アクセス
ギガビットイーサネット
CATV
xDSL
VDSL
ADSL
WDM
OADM

<ネットワーク基盤>
OSI参照モデル
IMS(IP Multimedia Subsystem)
無線LAN
NGN
OTN(Optical Transport Network)
P2P
xDSL
広域イーサネット
SAN(Storage Area Network)

<ルーティング・スイッチング技術>
ルーティングプロトコル
RIP
OSPF
BGP
NAT
VLAN
IEEE802.1Q
MPLS
スパニングツリープロトコル(STP)
QoS
キューイング
SDN
OpenFlow

<プロトコル>
TCP/IP
TCP
UDP
IPv6
DHCP
DNS
FTP
RTP
NTP
ARP
PPP

<サーバ・データベース・電子メール>
負荷分散
ストリーミング
データベース
DBMS
SQL
電子メール
SNMP
POP
IMAP

<管理・JIS関連>
QC七つ道具・新QC七つ道具
ISMS(情報セキュリティマネジメントシステム)
ディペンダビリティ(信頼性)用語
施工管理
アローダイアグラム
UML
MTBF

<設備>
光ファイバ
アンテナ
無停電電源装置(UPS)

<セキュリティ>
セキュリティ
暗号方式
ファイアウォール
パケットフィルタリング
RADIUS
IEEE802.1X
PKI
デジタル署名
トンネリングプロトコル
VPN
IPsec
侵入検知システム(IDS)
侵入防止システム(IPS)
シンクライアント

<コンピューティング>
CPU
キャッシュメモリ
デバイスドライバ
半導体メモリ
フラッシュメモリ
マルチコアプロセッサ
RAM (DRAM・SRAMなど)
RAID
動画像圧縮

<Web技術>
Webアプリケーション
HTML
XML
SOAP(Simple Object Access Protocol)
類題検索型 演習問題


設備の過去問演習
データ通信の過去問演習

本HPの使い方

-過去問演習Webアプリの使い方

過去問演習Webアプリ

-電気通信システム
-伝送設備・データ通信
-線路設備
-法規
-演習履歴

学習支援

-過去問PDFダウンロード
-法規の攻略法
-解説間違い/システム不具合-掲示板
-有料コンテンツ購入

過去問検索データベース

-電気通信システム
-伝送設備・データ通信
-線路設備
-法規

令和3年 過去問解説

第1回

令和3年第1回-電気通信システム
令和3年第1回-伝送設備
令和3年第1回-法規

令和2年 過去問解説

第2回(第1回は中止)

令和2年第2回-電気通信システム
令和2年第2回-伝送設備
令和2年第2回-線路設備
令和2年第2回-データ通信
令和2年第2回-法規

令和元年(平成31年) 過去問解説

第2回

令和元年第2回-電気通信システム
令和元年第2回-伝送設備
令和元年第2回-線路設備
令和元年第2回-データ通信
令和元年第2回-法規

第1回

平成31年第1回-電気通信システム
平成31年第1回-伝送設備
平成31年第1回-線路設備
平成31年第1回-データ通信
平成31年第1回-法規

平成30年 過去問解説

第2回

平成30年第2回-電気通信システム
平成30年第2回-伝送設備
平成30年第2回-線路設備
平成30年第2回-データ通信
平成30年第2回-法規

第1回

平成30年第1回-電気通信システム
平成30年第1回-伝送設備
平成30年第1回-線路設備
平成30年第1回-データ通信
平成30年第1回-法規

平成29年 過去問解説

第2回

平成29年第2回-電気通信システム
平成29年第2回-伝送設備
平成29年第2回-線路設備
平成29年第2回-データ通信
平成29年第2回-法規

第1回

平成29年第1回-電気通信システム
平成29年第1回-伝送設備
平成29年第1回-線路設備
平成29年第1回-データ通信
平成29年第1回-法規

平成28年 過去問解説

第2回

平成28年第2回-電気通信システム
平成28年第2回-伝送設備
平成28年第2回-線路設備
平成28年第2回-データ通信
平成28年第2回-法規

第1回

平成28年第1回-電気通信システム
平成28年第1回-伝送設備
平成28年第1回-線路設備
平成28年第1回-データ通信
平成28年第1回-法規

平成27年 過去問解説

第2回

平成27年第2回-電気通信システム
平成27年第2回-伝送設備
平成27年第2回-データ通信
平成27年第2回-法規

第1回

平成27年第1回-電気通信システム
平成27年第1回-伝送設備
平成27年第1回-データ通信
平成27年第1回-法規

平成26年 過去問解説

第2回

平成26年第2回-電気通信システム
平成26年第2回-伝送設備
平成26年第2回-データ通信
平成26年第2回-法規

第1回

平成26年第1回-電気通信システム
平成26年第1回-伝送設備
平成26年第1回-データ通信
平成26年第1回-法規

平成25年 過去問解説

第2回

平成25年第2回-電気通信システム
平成25年第2回-伝送設備
平成25年第2回-データ通信
平成25年第2回-法規

第1回

平成25年第1回-電気通信システム
平成25年第1回-伝送設備
平成25年第1回-データ通信
平成25年第1回-法規

平成24年 過去問解説

第2回

平成24年第2回-電気通信システム
平成24年第2回-伝送設備
平成24年第2回-データ通信
平成24年第2回-法規

第1回

平成24年第1回-電気通信システム
平成24年第1回-伝送設備
平成24年第1回-データ通信
平成24年第1回-法規

説明および注意

※無断転載を禁止します。

※【解説】について
・正誤を問う問題
誤った文章と、その誤り箇所、そして、正しい文言および文章を記載します。
 赤:誤っている箇所
 青:正しい文言
 緑:注釈

※「★」部分は、編集中箇所です。
※本サイトは、管理人がインターネットを使用して作成した解答です。内容の作成には、間違えがないよう細心の注意を心がけておりますが、内容の正確性は保証し兼ねます。ご了承ください。

・更新履歴は、下記のTwitterアカウントに投稿します。