JP2601518B2 - 光遠隔通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、光通信網のビット同期化に係り、特に海洋
中に水没される通信網に関する。本発明は、信号が無発
光間隔により離散された発光パルス形態を呈するシステ
ムについて有用である。

（従来の技術） 大多数の海底ケーブルは二終端点のみ、即ち各端に一
終端点のみを有する。一方、大容量の光通信システム
は、例えば大西洋横断ケーブル又は太平洋横断ケーブル
等の海底ケーブルの超広域稼働を可能にし、かつ水没さ
れる光ケーブルを用いて水没される光通信中継点（複数
の入力ファイバーと一本の出力ファイバーを有する）に
接続される複数の終端点を提供するにあたり便宜であ
る。

水没される設備を可能な限り単純化する為に、複数の
中継点を全て受動性にすることが提案されている。即
ち、その中継点の出力を位相及び振幅の相互関係が保持
される種々の入力の単純結合とする。そのためには、複
数の入力パルスが同時発生すべきではなく、かつ中継点
における該入力の位相関係が適正であることが重要であ
る。

送信器は地理的に広域散在されるであろうが、この状
況においても、一定の位相関係が設定できよう。しかし
ながら、中継点における上記関係は光ファイバーに沿っ
た該中継点への伝送時間と関連する。ファイバーは海の
温度環境に晒されるため、その温度は例えば日周的又は
季節周期的に変動する。屈折率、延いては伝送速度は温
度に依存する。従って、送信器だけによって上記中継点
における位相関係を制御することは不可能である。

（発明が解決しようとする課題） 上述されたように従来技術においては、広域に亙る光
遠隔通信システムに使用される光ファイバーは環境温度
等の影響を受け屈折率が変化し、その結果、該光ファイ
バー内において伝送される複数のトラフィックパルス信
号の伝送速度が変化し該信号の位相相互関係が適正維持
されることができなくなるという問題があった。従っ
て、本発明の目的は、中継器において複数の信号を結合
するに際し該信号間の位相ずれ（位相エラー）を検出し
該エラーを表す信号を所定の送信局に返信し、該送信局
において伝送信号の位相調整を行ない以て安定した光遠
隔通信をもたらす光遠隔通信システムを提供するにあ
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段及び作用） 本発明によれば、パルス間隔均等性は中継点の後にお
いて、例えば中継点の後の最初の中継器において測定さ
れ、その不整合を示すエラー信号は所定の送信器へ返信
され、該送信器において上記信号によって示されるエラ
ーを減少するように、例えば位相遅延手段の調整によっ
てその送信位相を調整する。

本発明の好ましい実施例によれば、中継点は二本の入
力ファイバー及び一本の出力ファイバーを有する。二種
の入力信号、即ち上記二本の入力ファイバーの各信号は
等しいビット（伝送）速度を有する。各入力は“マーク
（mark）”と共に“スペース（space）”を有するた
め、出力ビットはインターリーブされる。本実施例にお
いては、エラー検出器は、便宜的に、結合された信号の
ビット速度の半分、即ち二種の入力信号の各ビット速度
に設定される狭通過帯域フィルターの構成を用いる。結
合された信号が等間隔を有するパルスから成る時、上記
フィルターの出力は最小となる。上記間隔が不均等にな
るとフィルターに出力が生じる。該フィルター出力は送
信器に返送される。該出力は例えば周期的にディジタル
信号に変換されて送信器に返送される。

二個の送信器のうち一方は位相固定（fixed phase）
送信器と称され、他方は位相可調整（adjustable phas
e）送信器と称される。この 可調整送信器は調整可能
な信号位相遅延手段を含む。従って、この送信器が位相
エラーを示すエラー信号を受信すると、該エラー信号を
最小化するように位相遅延が調整される。

（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。

第１図に示された通信網は二箇所の地上送信器、即ち
位相固定送信局10（第一の送信局）及び位相可調整送信
局11（第二の送信局）を含み、これらは水没された（海
底に埋設される）光ファイバー12,13を介して中継点14
（受動性の中継点）に接続される。中継点14は地上受信
局15に光ファイバー16によって接続される。光ファイバ
ー12,13,16はケーブル（図示せず）に含まれる。更にこ
のシステムは、例えば略50乃至100マイルの適当な間隔
をおいて存在する中継器を含むが、そのうちの一個の中
継器のみが第１図に示されている。これは中継点14の後
の最初の中継器であり一次中継器17（一次受信局）であ
る。中継器17は位相可調整送信局11における位相制御に
有用なモニタリング装置を具備する。これらの構成は本
発明の大きな特徴であり以下に詳細に説明する。信号波
形は中継器17において再度タイミングを図られるが、全
てのタイミングが再度図られる前に位相エラーが測定さ
れることが重要である。

光ファイバー12,13内の信号は、無発光間隔により離
散された発光パルス形態を呈するゼロ復帰（RZ）信号で
ある。標準的な間隔はパルスと同等の長さである。中継
点14は光方向性結合器である。光ファイバー16への出力
は入力信号の総和の非ゼロ復帰信号である。タイミング
の相互関係は保持される。

第２図は理想化された信号のタイミング（位相）を示
している。波形S1は位相固定送信局10から光ファイバー
12に到達するパルスを示し、波形S2は位相可調整送信局
11から光ファイバー13に到達するパルスを示している。
位相可調整送信局11の同期化は、完全作動時には、これ
らの二信号列の位相が全く重畳しないように調整され
る。従って、出力ファイバー16における信号は波形S3と
なる。

しかしながら、これらの信号の伝送速度は一定ではな
いため、結合された信号は随時第３図に図示されるよう
な凹凸波形になる。この凹凸波形は光ファイバー12,13
内の変化による。送信局10,11の双方とも凹凸波形発生
に関与するにも拘らず、一送信局のみが、例えば送信局
11のみが波形S3に示されるような等間隔を有するパルス
を保持する為の調整手段を含む。間隔を是正する構成は
中継器17と送信局11との間に配設される。

中継器17はその大部分において従来構成である。中継
器17は、光ファイバー16から光信号を受け該信号を電気
信号に変換し増幅し形成する検出回路40を具備する。中
継器17の出力は、システムの仕様に適応する信号を供す
る為に適合されたレーザー回路41によってもたらされ
る。

レーザー回路41は弁別器42によって制御され、該弁別
器は検出回路40からの信号及びフィルター43からのクロ
ック信号を受ける。これは入力信号を反復する新信号を
再生する為に適合される従来構成である。フィルター43
は、上記の結合信号のビット速度と等値の周波数に同調
された、例えば弾性表面波フィルター等の狭通過帯域フ
ィルターである。上述されたように、ケーブルは通常は
複数のファイバーから成り、従って、中継器17は各ファ
イバーにつき一個の複数の上記回路配列を含む。中継器
17は更に共通監視回路46を具備し、該監視回路は中継器
内の機能をモニターしてディジタル信号を監視チャンネ
ル47によって地上に返信する。（チャンネル47は通常、
時分割多重方式であり、データ項目及び各ファイバーに
よるデータは地上において分離されることができる。チ
ャンネル47は特殊な一本の光ファイバー又はトラフィッ
クとの複合として構成される。多くの海底光通信システ
ムにおいては、このチャンネルはケーブルの中心のキン
グワイヤーとファイバー及びキングワイヤーを取巻く管
状パワー導体により形成される同軸を用いた電気システ
ムとして構成される。）監視回路46から他の回路への接
続構成は公知であり図中には示されていない。

上記の構成要素に加えて、中継器17は複数の検出フィ
ルター44、好ましくは弾性表面波フィルターを更に具備
する。即ち、各ファイバーにつき一個の検出フィルター
44があり、従って各ファイバーの同期化は個々にモニタ
ーされ制御される。各検出フィルター44はフィルター43
の周波数の1/2の周波数、即ち第２図の波形S1,S2に定め
られた周波数の狭通過帯域を有する。検出フィルター44
の出力のパワー（又は他の等価パラメーター、例えば振
幅）はA/D変換器45においてディジタル化され監視回路4
6に送られ、該パワーはこの監視回路により監視チャン
ネル47を介して地上に送信される。

インターレースが完全である時には、検出フィルター
44からの出力は存在しない（しかし僅かなノイズは通常
存在する）。例えば第３図に示されるようにインターレ
ースが不規則になると、検出フィルター44のパワー出力
は増大し、従って、より大なる値がチャンネル47により
地上に返信される。

第３図において、どの局からパルスが発生しているか
については判別不能であることに注意されたい。従って
エラー信号は、エラーの大きさのみ示し方向は示さな
い。

エラー信号（全ファイバーに関する）は、共通の監視
チャンネル47を介して、送信局11及び該送信局に関連す
る第５図に示された部分に送られる。この送信局の大部
分はボックス50によって示され、該ボックスは例えばレ
ーザー51等の光伝送手段を位相可変遅延手段52を介して
制御する。監視チャンネル47を介して受信されるエラー
信号はマイクロプロセッサー53内に格納される。エラー
信号はエラーの方向を示さないため、上記マイクロプロ
セッサーは無作為選択された方向に僅かな位相調整を行
ない、該選択の結果を確める為に待機状態となる。エラ
ーが良化する場合、マイクロプロセッサーはエラーを除
去する為に上記方向と同一方向に更なる調整を行なう。
エラーが悪化する場合は上記方向と反対方向に第二の調
整が行われる。従って、送信局11はファイバー16におけ
る均等間隔を保持する為の位相遅延調整が可能である。

実際の使用に際しては、送信局11は通信システムの部
分を形成し該システムからのトラフィック信号を受信す
る。システム及び送信局11のビット速度を規定するシス
テム仕様はあるだろう。しかしながら、送信局11は上記
システムを制御できず、特に、受信するトラフィック信
号の位相即ちタイミングを制御することはできない。送
信局11の出力はその信号が中継器17において適正な位相
関係を有するようにタイミングが図られる。従って、上
記出力のタイミングは位相固定送信局10により（間接的
に）制御され、位相可調整送信局11はそれによっては制
御できない二種のタイミングの要請に従わなければなら
ない。

従って、送信局11内に緩衝記憶装置（以下、バッファ
と略称する）を含むことは有用である。このバッファは
トラフィック信号到達時にそれを受信し格納するように
接続される。更にこのバッファは、各ビットが伝送され
る瞬間を決定するクロック（即ち各ファイバーにつき一
クロック）の制御下でファイバー13にトラフィック信号
をもたらす為にも接続される。上述された位相補正は上
記クロックの位相調整により達成される。高性能である
為には中継器17における正確な位相調整が要請されるこ
とから、クロックの独立した各調整はビット期間（bit
period）の微小部分である。従って、各クロック調整は
バッファに僅かな差異のみもたらし、即ちバッファ内ト
ラフィック残留時間を極めて僅かに増加又は減少する。

例えば数秒間までの短ビット期間については、入力ビ
ット速度は出力ビット速度に正確に一致しており、上述
されたクロックの微調整は送信局11の他部分又は入出力
の平衡に何の影響も及ぼさない。それに対して、例えば
数時間又は数日の、長ビット期間については、上記平衡
は要請されないことがある。従って、一年を超える伝送
時間の変動は略500ビット期間（数100マイルの距離だけ
離れた中継点14への伝送速度600Mbits/secに関する）の
オーダーである。従って、多くの調整の蓄積結果は500
ビット期間（又は平均値から＋250乃至−250ビット期
間）に達することが予測される。上記変動に対処するに
充分な規模のバッファを提供することは困難であろう。

一般に、遠隔通信システムを規定ビット速度に対して
正確に制御することは困難であり、従って伝送時間変動
がない場合においても同様の矛盾が予想される。従っ
て、送信局11は、公知の概同時的な（pleisiochronou
s）システムにおけるエラー補正を行う概同時的操作及
び技術の一例である。非本質的なビットが適宜挿入削除
される補正（justification）はこの種のシステムの一
例である。

上述されたように、クロックは中継器17における位相
を制御するが、多くの微調整の蓄積結果は、バッファに
格納されるトラフィックの総量が不都合に過剰又は過少
になることを誘起するであろう。上記補正システムは、
上記のバッファ内容が過少時にはビットを挿入し該内容
が過剰時にはビットを削除する。従って、そのバッファ
内容は実質的な蓄積結果にも拘らず好都合なレベルに維
持される。（クロック及びバッファは図示せず）。

変形例（図示せず）においても補正方向は決定され
る。この場合には、ファイバー13内の信号の振幅はファ
イバー12内の信号の振幅の99％乃至95％に維持される。
この非対称性は位相調整が完全な時においても非ゼロ出
力をもたらす。更にこの非対称性は、クロック信号をト
ラフィック信号から引出可能にしかつフィルター出力の
該引出クロック信号に対する位相ずれ（移相）の測定を
可能にする。従って、大きさ及び方向を含むエラー信号
が得られ、これにより補正が容易になる。このような構
成は水没された設備がより複雑な場合は不利となろう。

二局以上からの信号の結合も可能である。例えば、四
局からの信号を結合する為に、二組の信号対は第４図に
示されている中継器17を夫々有する二箇所の中継点を用
いて結合される。その後、この二系統は第三の中継点及
びエラー信号を二箇所の地上局に送信する中継器を用い
て結合される。数局からの信号が結合される際にこれら
最初の送信局が前述のスペース（space）より長い間隔
の使用が必要となろう。四箇所の送信局がある場合、イ
ンターレース可能である為には間隔は（少なくとも）パ
ルスの三倍長でなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は水没された中継点及び中継器を含む海底通信網
に適用される本発明の光遠隔通信システムの一実施例を
示す図、第２図は第１図に示した中継点の前後に発生す
る信号の理想化された波形を示す図、第３図は位相エラ
ーに起因した不均等間隔の信号波形を示す図、第４図は
本発明による中継器を示す図、第５図は本発明による送
信局を示す図である。 10,11……送信局、12,13,16……光ファイバー、14……
中継点、15……受信局、17……一次中継器、40……検出
回路、41……レーザー回路、42……弁別器、43……フィ
ルター、44……検出フィルター、45……A/D変換器、46
……監視回路、47……監視チャンネル、50……ボック
ス、51……光伝送手段（レーザー）、52……位相可変遅
延手段、53……マイクロプロセッサー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルッツ・シー・ブランク イギリス国、シーオー １・２ アール ジー、コルチェスター、リッチフィール ド・クロース ６ (56)参考文献 特公 昭59−16453（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4606023（ＵＳ，Ａ) 欧州特許公開131662（ＥＰ，Ａ) ＡＴ＆Ｔ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏ ｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．66，Ｎｏ．１，Ｊ ａｎｕａｒｙ−Ｆｅｂｒｕａｒｙ 1987，Ｐ．95−107

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一の送信局と、第二の送信局と、一次受
   信局とを具備して成る光遠隔通信システムにおいて、前
   記第二の送信局は該送信局の伝送信号の位相遅れを調整
   する位相可変遅延手段を含み、前記一次受信局は光ファ
   イバーケーブルにより前記第一及び第二の送信局に接続
   され以て前記第一及び第二の送信局からの独立したパル
   ス状光トラフィック信号を受信するように適合され、か
   つ該トラフィック信号中のパルス間隔に応答して該トラ
   フィック信号の不均等性を示すエラー信号を生成するエ
   ラー検出手段と、前記エラー信号を前記光ファイバーケ
   ーブルを介して前記第二の送信局へ伝送するエラー信号
   伝送手段とを含み、前記第二の送信局は、前記位相可変
   遅延手段を制御するように機能的に接続され前記エラー
   信号を受信し該エラー信号により示される位相エラーを
   最小化する制御手段を含むことを特徴とする光遠隔通信
   システム。
2. 【請求項２】前記光ファイバーケーブルは、前記第一の
   送信局に接続される第一の入力ケーブルと、前記第二の
   送信局に接続される第二の入力ケーブルと、前記一次受
   信局に接続される一本の出力ケーブルとを含み、前記光
   遠隔通信システムは前記第一及び第二の入力ケーブルが
   前記出力ケーブルに接続される受動性の中継点を含むこ
   とを特徴とする請求項１に記載の光遠隔通信システム。
3. 【請求項３】請求項１に記載の光遠隔通信システムに有
   用な受信局において、前記パルス状光トラフィック信号
   を受信しかつ電気信号に変換する手段と、該電気信号の
   間隔不規則性に応答するエラー検出手段と、前記エラー
   検出手段により生成されたエラー信号を伝送する伝送手
   段とを具備して成ることを特徴とする一次受信局。
4. 【請求項４】前記エラー検出手段は前記トラフィック信
   号周波数の1/2に同調されたフィルター及び該フィルタ
   ーの出力をディジタル信号に変換するA/D変換器の構成
   を用いることを特徴とする請求項３に記載の受信局。
5. 【請求項５】前記フィルターは弾性表面波フィルターで
   あることを特徴とする請求項４に記載の受信局。
6. 【請求項６】請求項１に記載の光遠隔通信システムに有
   用な送信局において、光ファイバー内へのトラフィック
   信号伝送に好適な光伝送手段と、該光伝送手段の出力信
   号の位相を調整する位相可調整遅延手段と、前記送信局
   の外部で発生される位相エラー信号を受信するように適
   合される制御手段とを具備して成り、前記制御手段は前
   記位相可調整遅延手段に機能的に接続され以て受信信号
   により示される位相エラーを減少する為に前記位相遅れ
   を調整することを特徴とする送信局。
7. 【請求項７】複数の光ファイバー内にトラフィック信号
   を伝送する複数の光伝送手段を具備して成り、前記光伝
   送手段の各々は各出力信号の位相を調整する個々の位相
   可調整遅延手段を有し、前記光伝送手段の全てに関する
   位相エラー信号を受信しかつ該位相エラー信号を分離し
   以て夫々の伝送手段に関する位相エラーデータにより前
   記位相遅延手段の各々を制御するように制御手段が適合
   されることを特徴とする請求項６に記載の送信局。
8. 【請求項８】第一の地上送信局と、第二の地上送信局
   と、水没された一次中継器とを具備して成る光遠隔通信
   システムにおいて、前記第二の地上送信局は該送信局の
   伝送信号の位相遅れを調整する位相可変遅延手段を含
   み、前記水没された一次中継器は水没された光ファイバ
   ーケーブルシステムにより接続され、該光ファイバーケ
   ーブルシステムは前記第一の地上送信局に接続される第
   一の入力ケーブルと、前記第二の地上伝送局に接続され
   る第二の入力ケーブルと、前記水没された一次中継器に
   接続される一本の出力ケーブルと、前記第一及び第二の
   入力ケーブルが前記出力ケーブルに接続される受動性の
   中継点とを含み、前記水没された一次中継器が前記第一
   及び第二の送信局からの独立したパルス状光トラフィッ
   ク信号を受信するように適合されており、前記水没され
   た一次中継器はトラフィック信号中のパルス間隔に応答
   して前記トラフィック信号の不均等性を示すエラー信号
   をもたらすエラー検出手段と、前記水没された光ファイ
   バーケーブルシステムを介して前記エラー信号を第二の
   地上送信局に伝送するエラー信号伝送手段とを含み、更
   に前記第二の地上送信局は前記エラー信号を受信するよ
   うに適合されたデータ処理手段を含み、前記データ処理
   手段は前記位相可変遅延手段に機能的に接続され以て前
   記受信エラー信号により示される位相エラーを最小化す
   ることを特徴とする光遠隔通信システム。