JP4336377B2 - 光学的マルチチャネルシステム - Google Patents

Description

背 景
出願人の発明は、光ファイバを使用する電気通信網に関係する。
光学的システムおよび回路は、データ通信システムにとってますます重要なものになってきた。光ファイバ網は、電磁気的干渉とグラウンドループの問題無しに、大送信容量を有するので、電気通信システム内で、とりわけ有用である。

通信容量への需要が増大するにつれて、例えば広帯域マルチメディア電気通信でのように、光学的マルチチャネルシステムへの需要が存在する。これから数年間に、マルチチャネルシステムは、おそらく通信網の設計戦略を変えるであろう。マルチチャネル技法の使用により、伝送容量と柔軟性の増加が、既存のファイバケーブル上で実現させることが、変調速度の増加や、より複雑な制御機能の付加無しに、可能になる。

リングアーキテクチャは、電気通信網に一般的であり、光ファイバを使用するときは、リングには、一方向に通常のトラフィックを運ぶ一つのファイバと、ファイバのブレイク（ｂｒｅａｋ）によるトラヒックへの損害に対する保護のために他の方向に同一トラフィックを運ぶもう一つのファイバとを有する。この方法において、通信網上の核ノードには、唯一の光ファイバケーブルにより、二つの独立した方法で到達できるので、もし一方向にファイバの断線が起こっても、トラヒックは他のファイバ上を他の方向へ転送され得る。

光ファイバ増幅器は、信号減衰を補償するために、通常提供される。エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が最も一般的で、今のところ最良であるが、他にも候補がある。そうした増幅器は信号の減衰を補償するが、それらはまた、それら自身の自発的な信号をも拡大して、リングアーキテクチュア内の問題になることもあり得る。特に、特別の防止措置を講じない場合は、光増幅器からの増幅された自発的放射（ＡＳＥ）がループ内を循環することがある。このＡＳＥ循環は、飽和、より高いノイズレベル、発振へ導く。この問題は、光学フィルタで容易に処理できないように見える。

望ましい信号保護を供給する一つの方法が、Ａ．Ｆ．エルレファイほか、「４ファイバマルチ波長オフィス間リング回線網におけるファイバ増幅器カスケード」、ＩＥＥＥ ＬＥＯＳ １９９４会報、光学回線網およびその有効化技術、３１頁−３２頁、に記載されている。このシステムの一つの限界は、循環ＡＳＥ問題である。

循環ＡＳＥおよびそれに対応する技法は、Ｋ．バラ他、「波長経路光学回線網における周期」、同上、７頁−８頁に記載されている。このシステムは、発振周期をブレークすることによりＡＳＥ問題を解決するが、双方向バス回線網の望ましい保護を提供しない。

スケーラブルな、マルチ波長の、多重反射（ｍｕｌｔｉ−ｈｏｐ）光学回線網および光学的マルチチャネルシステムの種々の面が、Ｃ．Ａ．ブラケットほか、「スケーラブルなマルチ波長多重反射光学的回路網」、ＩＥＥＥ Ｊ．光波技術、ＬＴ−１１巻、７３６頁−７５３頁（１９９３年５月／６月）に記載されている。このシステムは、チャネル波長の数のスケーリングと複数の波長の再構成に考えを集中しているが、循環するＡＳＥの問題を解決しない。

光学的マルチチャネルシステムの他の面と、そうしたシステムに有用な構成部品については、Ｃ．Ｍ．ミラーほか、「透明光学回線網のための受動的同調可能なファブリペローフィルタ」、フォトニクス回線網、構成部品、および応用についての第３回ＩＥＥＥ国際ワークショップ会報、ジョージア州、アトランタ、（１９９３年）；Ｖ．ミツライほか、「４チャネルファイバ格子デマルチプレクサ、」、エレクトロニクスレター、第３０巻、第１０号、（１９９４年）；Ｊ．Ｅ．バランほか、「アポダイズした（ａｐｏｄｉｚｅｄ）音響光学スイッチのマルチ波長性能」ＯＦＣ’９４論文番号ＴｕＭ５、に記述されている。これらの刊行物は、波長分割マルチプレクシング（ＷＤＭ）すなわち、複数の異なった波長のチャネルを選択するための光学回線網のノード内で使用できる種々なフィルタリング装置を、詳細に記述している。

島岡ほかへの米国特許第４９７３９５３号は、リング形式でリンクされたノードの間のデータを伝送する伝送システムを開示する。各ノードは、反対方向にデータとフレームの信号を同時的に送信するための二つの送信回路と、データ転送の故障を検出し、システム内の故障の位置に従ってデータ転送を監視するための制御回路を有する。それでもやはり、島岡のシステムは光学システムではなく、全く電気的なシステムであり、またこの島岡のシステムは、マルチチャネルシステムではなく、シングルチャネルの（電気的）システムに過ぎない。また、島岡のシステムは、各ノード内で電気信号を終結し、加工し、再転送する。こうして、島岡のシステムは、ノードからノードへの直接の通信を提供しない。

ハラーほかへの米国特許第４７０４７１３号は、リング内のノードの一つが故障しても作動できる光ファイバリングを開示する。各ノードは、その固有の主要受信機または上流ノードに直接隣接した送信機の故障を診断できる。いずれの場合も、その主要受信機から代替受信機へノードがスイッチして上流のノードをバイパスし、同時にリングの他の部分が機能し続けるように作動させる。ハラーのシステムにおいて、１ノードまたは２ノード下流のトラフィックを送るために、２波長が使用される。こうして、ハラーの特許は、広く理解されている用語の意味での光学的マルチチャネルシステムを記述していない。その上、このハラーの特許は、ノードの故障の処理に向けられていて、ケーブルのブレイクには向けられていない。

デギュエンヌへのヨーロッパ特許公告番号ＥＰ ０４８７３９２号は、一つの光ファイバループの周りを双方向に送信するために、異なった波長を使用する双方向光学マルチプレクシングシステムを開示している。このノードは、同一ファイバを通じて４波長により双方向に通信する。それでもやはり、これらのチャネルは各ノード内で終結する。

要 約
出願人の発明によれば、双方向母線アーキテクチャを有する通信回線網が提供され、その中で各ノードは少なくとも一つのオン／オフノードスイッチを、すなわち、さもなければリングであろうもののまわりの伝送を許可したりブロックしたりするスイッチを有する。任意の与えられた時に、少なくとも一つのスイッチはオフであり、これにより、増幅された自発的な放射が循環する問題を回避している。もしファイバのブレイクが起これば、このブレイクと隣接するノード内にあり、ブレイクとノード同じ側にあるノードスイッチ（または複数のノードスイッチ）はオフに切り替わり、ブレイクの前にオフに切り替わったノードスイッチ（または複数のノードスイッチ）はオンに切り替わる。これにより、回線網は、ほぼ以前と同様に作動できる。こうして、出願人の発明は、保護ケーブルが最短距離に引かれて、リング構造に導く双方向母線を提供する。

出願人の発明の一つの面において、波長チャネル上で情報を伝送するための光ファイバ通信回路網は、二つの光ファイバを有するケーブルと、ケーブルにより接続された多数のノードと、各ノードごとに一つずつの多数のノードスイッチとを含んでなる。複数のノードはリングに配列され、ノードとケーブルは双方向の母線を形成する。一つ以外の全てのノードスイッチは情報伝送可能なオン位置にあり、一つのノードスイッチは情報をブロックするオフ位置にある。回線網は更に、ケーブル中のブレイクを検出する装置と、ブレイクの検出に応答して、オフ位置にあるノードスイッチをオン位置に切り換え、ブレイクに隣接しオフ位置へのブレイクとノードの同じ側にあるノードスイッチをオン位置に切り換える装置を含む。

出願人の発明のもう一つの面において、波長チャネル上に情報を伝送するための光ファイバ通信網が、二つの光ファイバを有するケーブルを含んでなり；このケーブルに接続された複数のノードは、一つのリング内に配列され、ノードとケーブルが一つの双方向母線を形成し；複数のノードスイッチが、各ノードの各側に一つずつ有り、第１のノードは片側にオフ位置にある第１のスイッチを有し、第１のスイッチと同じ側で第１のノードに隣接する第２のノードはその同じ側にオフ位置にある第２のスイッチを有し、第１および第２のスイッチは伝送をブロックし、他の全てのスイッチは情報の伝送を許す位置にある。回線網は更に、ケーブル内のブレイクを検出する装置および、ブレイクの検出に応答して、オフ位置にある第１および第２のノードスイッチをオン位置へ切り換え、ブレイクの両側でブレイクに隣接するノードスイッチをオフ位置へ切り換える装置を含んでなる。

こうした通信網において、各ノードは、それぞれの波長のために少なくとも二つの受信機と一つの送信機を有し、光前置増幅器を有する。各回線網は更に波長の再利用のための波長再構成装置を有し、この波長再構成装置は回線網中で使用される波長の数をＭ（Ｍ−１）／２から（Ｍ^２−１）／４へ減少させるが、ここでＭはノードの数である。波長再構成装置は、光サーキュレータとファブリペローエタロンであるアドドロップ（ａｄｄ−ｄｒｏｐ）フィルタ、光サーキュレータとファイバ格子、音響光学伝送フィルタを含み得る。

他の面では、出願人の発明は、多数のノードと二つの光ファイバを含む一つのケーブルを有する光ファイバ通信回線網内の波長チャネル上の情報の伝送方法を提供し、これらノードはリングに配列され、ノードとケーブルは双方向母線を形成し、各ノードは一つのノードスイッチを含む。この方法は、情報の伝送を許可する位置にある一つを除いて全てのノードスイッチを設定するステップと；一つのノードスイッチを情報の伝送をブロックするオフ位置にセットするステップと；ケーブル中のブレイクを検出するステップと；ブレイクが検出されたときに、オフ位置にあるノードスイッチをオン位置へセットし、ブレイクに隣接しブレイクとノードの同じ側にあるノードスイッチをオフ位置へセットするステップを含んでなる。

他の面では、出願人の発明は、多数のノードと二つの光ファイバを含むケーブルを有する光ファイバ通信回線網内の波長チャネル上の情報の伝送方法を提供し、これらノードはリングに配列され、ノードとケーブルは双方向母線を形成し、各ノードは一つのスイッチを含む。この方法は、第一ノードの片側にある第１スイッチをオフ位置にセットし、第１スイッチと同じ側にある第１ノードに隣接した第２ノード内の第２スイッチをオフ位置にセットして、第１および第２スイッチはデータの伝送をブロックするステップと；全ての他のノードスイッチを情報の伝送を許可する位置にセットするステップと；ケーブル内のブレイクを検出するステップと；ブレイクが検出されると、オフ位置にある第１および第２のノードスイッチをオン位置へセットし、ブレイクの両側でブレイクに隣接したノードスイッチをセットするステップを含んでなる。

各々の方法は更に、ネットワーク内の波長を再構成して、一つの波長の再使用を可能にし、ネットワーク内の波長の数をＭ（Ｍ−１）／２から（Ｍ^２−１）４へ減少するステップを含む。この再構成のステップは、光サーキュレータとファブリペローエタロン、光サーキュレータとファイバ格子、二つの３ポートファブリペローエタロン、音響光学伝送フィルタのうち一つにより遂行されるアドドロップフィルタリングのステップを含み得る。

詳細な説明
出願人の回線網は、リング構造を維持すると同時に循環ＡＳＥの問題を解決するフレキシブル双方向回線網アーキテクチュア（ＦＢＤＮＡ）を反映している。それはまた、一方向リングと比較してファイバまたは波長の数を全く浪費することなく、ケーブルのブレイクによる伝送損失に対する望ましい保護を提供する。（双方向母線は、一方向リングよりも、より少ない波長しか必要としない。）それはまた、他の解決法に比べて比較的少ない、それほど先進的でない構成部品しか必要としないので、経済的な解決である。

図１ａ、１ｂは、二本の光ファイバ５、６のループとして構築された回線網構造１０を図示し、各光ファイバのループ５、６は、ノードからノードへの波長チャネルλ１−λ６を伝送するための一つの双方向母線を光学的に構成する。図１ａ、１ｂは、各四つのノード１、２、３、４を示すが、より多いノードまたはより少ないノードが使用可能であることを理解すべきである。ノード１、２、３、４の各々はオン／オフスイッチング装置２０を含み、これらのスイッチのうち、一つを除く全ては、伝送中（オン）の位置にある。図１ａ、１ｂは、ノード１の拡大図を示し、これは一つのスイッチ２０を含む。この母線は、一つのブロッキング（オフ）スイッチにおいて出発および停止し、こうして循環ＡＳＥの問題は何も発生しない。スイッチング装置２０は、オンおよびオフに切り替えできる従来の光スイッチまたは一対の光増幅器であり得る。

各ノードはまた、希望する波長チャネルを選択する手段を含んでいる。セレクタ、またはフィルタは、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）または通常の光ファイバカプラと光ファイバの組み合わせであり得る。（後者は、波長の再使用を除外する）。

各ノードはまた典型的に、各波長チャネルについて、各ファイバ５、６のためのそれぞれの受信器Ｒを含む。図１ａ、１ｂ内で示すように、ノード１は、６個の受信器Ｒと６個のＷＤＭ２２、２４、２６、２８、３０、３２を有し、ファイバ５、６のそれぞれは、３個の受信器Ｒと３個のＷＤＭを有しているので、ノード１は、６つの波長チャネルλ１−λ６のうちの３つを受信できることが理解されよう。二本のファイバ５、６のうちの一本にしか信号が存在しないので、希望する信号は、同一波長におけるノードの二つの受信器のうちの一つにしか達しないであろう。

適切な受信器を選択するために、標準的なソフトウェアまたはスイッチを使用できるが、その詳細はこの発明に必須ではないので、ここで更には説明しない。

各ノードは更に、一つまたはそれ以上の送信機Ｔを含んでいて、これはＷＤＭまたは通常のカプラによって、光ファイバ５、６の両方に結合されて、送信機Ｔが双方向に送信できるようにしている。図１ａに示すように、ノード１は３個の送信機Ｔを有し、それらは二つのカプラ３４、３６によりファイバ５、６に結合されている。図１ｂは、カプラ３４、３６によりファイバ５、６に結合された６個の送信機Ｔを有する波長再使用可能な回線網を示す。

送信機Ｔは、半導体ダイオードレーザまたは他の適当な光源であり得る。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、広い複数の波長スペクトルを有し、従って、それらは互いに他から分離するのが困難なので、一般に送信機に適していない。もしＬＥＤを使用すれば、ＬＥＤがファイバの使用可能なスペクトルを満たしてしまうので、僅かなチャネルしか送信できず、特別なタイプのフィルタを使用しなければならない。送信機に適当な半導体レーザには、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）レーザが含まれる。狭いチャネル間隔のためには、レーザは殆どチャープ無しでなければならない。チャープを防止するのによい一つの方法は、レーザによる集積電気光学変調器を使用する事である。

受信器と送信機は、標準的な構成部品または前述の文献に記述されているコーヒレントトランシーバのような、より進歩した装置であり得る。コーヒレントシステムの利点の一つは、電気的なフィルタリングである。

図２ａないし２ｄは、回線網１０’を示し、その中の複数のノード、例えばノード１’は、光ファイバ中の信号の減衰を補償するための、光前置増幅器ＯＡを含む。（光前置増幅器の利得は、典型的に波長と共に変化するので、チャネルの間に小さな分離があるのが望ましい。これにより、各チャネルについて、ほぼ一様な利得が確保される。）図２ａの回線図において、例えば、各受信器Ｒ内の支配的なノイズは、熱のノイズではなく、光信号とＡＳＥの間のビーティング（ｂｅａｔｉｎｇ）によるノイズである。そうした条件の下では、受信された信号のパワーを減少させることはは、枢要ではない。波長チャネルセレクタの各ペア（例えば、ＷＤＭ２２と２８）から導かれる出力ファイバは、二つの別々の受信器へではなく、各チャネルについてそれぞれ単一の受信器Ｒへ結合される。この実施例は、適切な受信器を選択するために、スイッチおよび／またはソフトウェアを何も必要としない。

各ノードは更に、ケーブルのブレイクを検出する手段を含む。二つのノードの間のケーブルのブレイクは、一つの方向からノードへはいるＡＳＥの損失、または一つの方向からの全波長チャネルの損失として検出できる。ケーブルのブレイクのこれら二つの主要な検出方法は、その上、ノード制御が集中されているか、ローカルであるかによって、回線網を制御するのに使用される。図１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂは、集中的に制御されている回線網を描く。集中的に制御される回線網では、ノードの間で信号を送ることは、回線網管理回路４０により制御される。図２ｃと２ｄは、ローカル的に制御される回線網を描く。ローカル的に制御される回線網では、ノードの間で信号を送ることは、各ノード内の電子装置により制御される。

集中化したノード制御を有する回線網については、どのチャネルが損失しているかが最初に検出され、それからどこでブレイクが起きたかが決定される。次に、回線網管理回路４０の制御によりブロッキング（オフ）ノードスイッチが解放され（オンに切り換えられ）、またケーブルのブレイクと同じ側にあるノードスイッチは閉鎖（オフに切り換え）される。図１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂに描くように、集中化したノード制御の回線網は、各ノード内に２方向のスイッチを含まなければならない。

チャネルが存在するか否かを検出する一つの方法は、チャネル上にパイロットトーン（ｐｉｌｏｔ ｔｏｎｅ）を重ね合わせる事である。図３に図解するように、それからノードは、チャネルを識別するパイロットトーンを、単純な電子回路を含む簡単なカプラと検出器により、容易に抽出できる。図３の検出器は、光パワーの不在またはパイロットトーンの存在を、ファイバ中の光パワーの小部分、例えば５％にのみ基づいて、チャネルを変調して、検出する。パイロットトーン検出の技法は、Ｇ．Ｒ．ヒル他「光回路素子に基づく転送ネットワーク層」、ＩＥＥＥ Ｊ．光波技術、ＬＴ．１１巻、６６７頁−６７６頁、（１９９３年５／６月）、本書の参考文献に組込まれている、に開示されている。

パイロットトーン代わりに、独立の波長チャネルを、ケーブルのブレイクの検出に使用できる。この独立のチャネルは低ビット伝送速度のチャネルで良く、従って、チャネルの検出に光フィルタは不要である。

ケーブルのブレイクの検出のもう一つの方法は、ＡＳＥの検出、すなわち、一つのノードに到着する光パワーの検出による。もし、或るノードが全てのチャネルを失えば、すなわち、ノードのスイッチが配置されている側へはいるパワーが失われれば、そのノード内のスイッチはオフに切り替わり、このノードは、回線網管理回路４０の制御により、一つまたはそれ以上のチャネルへパイロットトーンを送り始め、元々オフになっていたこのノードが、オンへ切り替わる事を知らせる。

図２ｃおよび２ｄに図示するようなローカルで制御する回線網において、決定は全てのノードで行われ、回線網全体の状態は、行動をとるために知られている必要はない。図２ｃは、ローカル的に制御されるノードを有する回線網を示し、全てのノード内に一つのスイッチＳと、各スイッチの前に配置されたパワーまたはパイロットトーンの検出器Ｄを有する。各検出器の検出結果は、電気的接続７を介して、それぞれのスイッチＳへ送られる。各検出器Ｄは、図３に例示する形式を取り得る。

ブレイクが起こる前の回線網の状態は、或るノードで、そのスイッチＳがブロックの（オフ）位置で、他の全てのスイッチが伝送の（オン）状態にある。もしあるノードが、スイッチがオンであるノードの側に来る全てのチャネルを失えば、その時は、そのノード内にあるスイッチは閉鎖される。元々閉鎖されていたノードは、そのオン側からの全てのチャネル信号をもはや検出しないが、しかし閉鎖されたノードからそのオフ側へ来るチャネル信号を検出する。従って、元々閉鎖していたノードが、そのスイッチをオンにする。ノードの間の接続は、こうして再設定される。

例えば、図２ｃを参照して、ノード１’中のスイッチＳがＡＳＥの循環を防止するために、最初はオフであると仮定する。もしノード３’と４’の間でケーブルのブレイクが起これば、ノード４’内の検出器Ｄがこのブレイクを検出して、接続７に沿って一つの信号が送られ、ノード４’内のスイッチＳをオフへ切り換える。ノード１’がノード２’および３’からのチャネルをそのオン側で検出し、ノード４’から通知された一つのチャネルを、そのオフ側から検出して、ノード１’内のスイッチＳをオンに切り換える。

図２ｃ、２ｄに示すようなローカルに制御される回線網は、全てのノード内のスイッチの前に、二方向スイッチＳおよびパワー、またはパイロットトーン、検出器Ｄを必要とする。そうした回線網は検出器Ｄを有していないファイバのみにおけるブレイクに対してしか保護しない。単一のファイバのブレイク、すなわちファイバ５またはファイバ６に沿って一方向だけにおけるブレイクに対して保護するために、ノードは図２ｄに従って構成可能であり、これは各々二つのスイッチＳと二つのパワー、またはパイロットトーン、検出器Ｄを含み、各検出器はそれぞれのスイッチの前に接続されている。

一つのブレイクが起きる前に、第１のノードはその右側を閉鎖したスイッチを有し、第１ノードの右に直接するノードは左側を閉鎖したスイッチを有する。全ての他のスイッチは伝送の（オン）位置にある。もしあるノードが片側からの全てのチャネルを失えば、すなわちそのノードの片側から来るパワーが失なわれれば、このノードのこの側にあるスイッチは閉鎖する。このスイッチの閉鎖は両方向をブレイクするので、ブレイクの反対側にあるノード内のスイッチもパワーの損失を検出して閉鎖する。こうして、もしパワーが消失すればケーブルのブレイクの両側にあるスイッチが閉鎖して、ただ一つのファイバーにおけるブレイクが指摘されることを確実にする。

たとえば図２ｄを参照して、最初にノード１’の右側にあるスイッチＳとノード２’の左側にあるスイッチＳがオフであって、ＡＳＥの循環を防止していると仮定する。もしノード３’と４’の間でケーブルのブレイクが発生すれば、ノード３’の左側にある検出器ｄとノード４’の右側にある検出器Ｄがこのブレイクを検出する。接続７に沿って信号が送られ、ノード３’の左側にあるスイッチＳとノード４’の右側にあるスイッチＳをオフに切り換えさせる。それからノード３’と４’はノード１’と２’に通信し、ノード１’の右側にあるスイッチＳとノード２’の左側にあるスイッチＳを、一つまたはそれ以上のパイロットトーンまたは独立の波長チャネルによりオンに切り換えさせる。

出願人の発明によれば、ケーブルのブレイクが起きたときに、もともとはブロックの（オフ）スイッチを有するノードがそのスイッチを伝送の（オン）位置にリセットし、ケーブルのブレイクに隣接するノードスイッチ（または複数のスイッチ）は閉鎖し、後者は双方向におけるブレイクに備えるためである。この方法において、ケーブルのブレイクの発生場所により出発点と停止点を偏向できる母線が提供される。一つの大きな長所はいずれのノードもケイブルのブレイクにより、絶縁されないということであり、すべての送信機と受信器がブレイクの前と同一の作動条件のまま残れることである。

回線網の光帯域幅が限られているので、必要とされる波長の数を最小に保つことが望ましい。波形の再構成により、波長を再使用することが可能になりこうして回線内に必要とされる波長の数が減少する。もしケーブルのブレイクが起きたときに波長の再構成が許されれば、必要とされる波長の数はＭ（Ｍ−１）／２から（Ｍ^２−１）／４へ減少し、ここでＭはノードの数である。（もちろんもしノードの数が偶数であれば必要とされる波長の数はＭ（Ｍ−１）／２からＭ^２／４へ減少する）。波長を再構成することにより、必要とされる波長の数を増加することなく回線内のノードの数を増加できる。これは回線網の大きな成長のためにより多くの数のユーザへのサービスを可能にする。

波長の再構成は、可変波長レーザまたはエキストラレーザー（ｅｘｔｒａ ｌａｓｅｒ）をノードの中に使用して実行できる。可変波長レーザは、特定の該当する情報のためのキャリアとして特定の波長を選択することを可能にし、また後により詳しく説明するが、アドドロップフィルタのような可変波長フィルタは、特定の波長を選択するための可変波長レーザ内の波長選択素子として有用である。受信端において図１ｂのセレクタ２２ないし３２のような可変波長フィルタを使用することは、フィルタによる希望のチャネルの同時的な選択を提供し、またフィルタに接続された受信器によるチャネルの検出を提供する。

図４ａないし４ｆは、上記のような回線網のためのアドロップフィルタの例をしめす。図４ａないし４ｄおよび図４ｆに描かれたアドロップフィルタは、特定波長上で運ばれた情報をドロップして、同一波長上で運ばれた異なった情報を加えることにより、波長の再使用を可能にする。

図４ａは、光サーキュレータ５０と調節可能なファイバのファブリペローエタロン（ＦＰＥ）５２を含むアッドドロップフィルタを示す。受信器Ｒと送信機Ｔが、ファイバＦＰＥ５２へ光スプリッタ５４のような適当な装置により結合されている。もちろんこのＦＰＥ５２の後に、単一の送信機または受信器を備えることができる。光サーキュレータ５０は、通常の方法でポートからポートへ波長チャネルを伝搬し、ＦＰＥはこれら波長チャネルから選ばれた一つを通過させるように調節されている。図４ａにおいて、ノードに到着する情報λ３はＦＰＥ５２を通過し、ＦＰＥ５２は波長λ３と受信器Ｒに同調されていて、またＦＰＥ５２を通過する送信機Ｔにより、放射された出発情報λ３により置き換えられる。

適当な光サーキレータはいくつかの製造者から商業的に利用可能であり、その中にはＪＤＦＪＤＳフィッテルにより製作されたＣＲ１５００型が含まれる。ファブリペローエタロンは商業的に利用可能なタイプのもので、ミクロンオプティクスで製作されるＦＦＰ−ＴＦのようなものである。ファブリペロエタロンフィルタ高水準の安定性と性能、与えられた波長へのチューニングとロッキングの容易さ、また小さな頑丈な包装を示しＷＤＭアプリケーションのために理想的である。前に引用したＣ．Ｍ．ミラー他の論文はこれを一層詳細に説明しており、本書の参考文献に組込まれている。

図４ｂはファイバ格子を使用するアッドドロップフィルタを図解し、その性能は前に引用したＶ．ミツラフィ他の論文に説明されており、本書の参考文献に組込まれている。このフィルタは光サーキュレータ５０、受信器Ｒ、送信機Ｔ、および図４ａで図解したフィルタに類似した仕方で配置された光スプリッタ５４のような装置を含んでいる。ＦＰＥ５２のかわりに三つのファイバ格子５６、５８、６０は、キャリア波長λ３を通過させるための単純なバンドパス伝送フィルタとして集合的に作用する。格子５６、５８、６０の各々は、一つの波長を拒絶しそれらが共にノード内で使用されない全ての波長を拒絶する。希望の波長λ３は格子のスロップバンドの間を影響されずに通過する。図４ｂにおいて到着する情報λ３は、ファイバ格子から受信器Ｒへ通過する出発情報ファイバ格子をλ３によって置き換えられ、チャネル、λ１、λ２、λ４に追加される。ファイバ格子は単純で、偏りに反応せず、フラットなパスバンドを有し、光ファイバに整合する。ファイバ格子はまたすぐれたクロストーク性能を有し、典型的に小さなチャネル間隔を必要とするＷＤＭ光通信システムに本質的に適している。

図４ｃは、アットドロップフィルタのもう一つの実施例を図解し、これは二つのサンポートＦＰＥ６２、６４を示し、その各々がエタロンから拒絶された（反射された）光パワーを捕捉し、これにより第３のポートが可変波長のバンドストックまたはノッチフィルタとして作動するようにしている。

サンポートＦＰＥは、図５ａおよび５ｂに例を描いているように、片側に一つのインポートとアウトポートを有し、他の側に一つのアウトポートまたはインポートを有するエタロンである。図４ｃのＦＰＥ６２は、図５ｂでのように二つのインポートを各側に一つずつ有している。図４ｃにおいて、サンポートＦＰＥ６２は、チャネルλ３に同調され、送信機Ｔにより放射された出発情報λ３が受信器Ｒへ通過するのを防止する。

図４ｄは、音響光学的送信フィルタ（ＡＯＴＦ）を含みその一つは前に引用したＪ．Ｅ．バラン他の論文に説明されていて、本書の参考文献に組込まれている。このＡＯＴＦは、二つのポートのいずれかに近接したチャネルに同時的かつ独立的に指向する。ＡＯＴＦは、印加された音響周波数Ｒｆの倍数である光周波数を有するキャリアの偏波状態をフリップすることによりチャネルを分配する。印加された音響周波数Ｒｆの倍数である周波数を有する光チャネルは、ＡＯＴＦの一つのポートへ向けられ、一方他の光チャネルは他のＡＯＴＦの他のポートへ向けられる。図４ｄにおいて、印加された音響周波数Ｒｆは波長λ２に対応する周波数と波長λ４に対応する周波数とを含み、これにより到着する旧情報λ２およびλ４が同一の出力ポートへ向けられ、チャネルλ１、λ３、λ５が他の出力ポートへ向けられるようにする。同時にＡＯＴＦの他の入力ポートに供給された新しい出発情報λ２，λ４は、他の出力ポートへ向けられるようにする。

ＡＯＴＦは、実質上アトランダムに選択された多くの波長チャネルを同時的にたどることが可能であるので、ＷＤＭアプリケーションに唯一適合している；光周波数と印加された音響周波数の間の関係以外には、選択される周波数の順序および隣接に何の制限もない。集積回路のＡＯＴＦは、まだ商業的に利用できないが離散構成部品としてＡＯＴＦを商業的に作ることができる。

図４ｅと４ｆに示すようにアッドドロップフィルタの実装の他の方法も使用できる。一つのフィルタにチャネルを追加するもっとも単純な方法は、図４ｅに示すように通常のカプラ６６、６８を使用することである。図４ｅのアドロップフィルタは波長の再使用ができない。波長の再使用を可能にするには、図４ｆに示すようにファイバ格子５６、５８、６０が、二つのカプラ６６、６８の間に配置されなければならない。集積回路のマッハツェンテェルフィルタも使用できる。波長の再使用は高性能のアッドドロップフィルタを必要とする。上記したフィルタのあるものは必要な要件を満たす前に更なる開発を必要とするかもしれない。

出願人のＦＢＤＮＡは、光回路網内のトラフィックの保護スイッチングの問題を、リング構造と双方向母線構造の長所を組み合わせることによる容易な方法で解決する。ＦＢＤＮＡは、光学的に双方向母線であるので、それは循環ＡＳＥに伴う問題も解決する。ＦＢＤＮＡ少数のあまり先進的でない構成部品しか必要としないので従って通信への便利で経済的なアプローチである。出願人の発明の特定の実施例を説明し図解してきたが、この発明がこれに限られないことを理解すべきである。この出願は次の請求の範囲に定義される出願人の発明の精神と範囲内に入るあらゆる修正を想定している。

出願人の発明は、以下に好ましい実施例に関して一層詳細に説明されるが、それは例示および添付図面の図解によってのみ与えられる。すなわち、
ａは、出願人の発明による回線網の線図である。ｂは、出願人の発明による波長の再利用が可能な回線網の線図である。 ａ〜ｄは、出願人の発明による他の回線網を描く。 波長チャネルが存在するか否かを決定するための装置を図解する。 ａ〜ｆは、一つの回線網のためのアドドロップフィルタの複数の例を図解する。 ａ〜ｂは、３ポートのファブリペローエタロンフィルタのための代わりの装置を描く。

Claims (22)

1. 波長チャネル上に情報を伝送するための光ファイバ通信回線網であって、
   二つの光ファイバを有するケーブルと、
   ケーブルに接続された複数のノードであって、これらのノードはリングに配置され、これらのノードとケーブルは双方向母線を形成するものと、
   各ノードについて情報を伝送するための各ノード内の波長を選択する手段と、
   ノード間での信号伝送を制御するための回路網管理回路と、
   各ノードについて一つずつ配されたノードスイッチであって、一つ以外の全てのノードスイッチは情報の伝送を可能とするオン位置にあり、また前記一つのスイッチは情報の伝送をブロックするオフ位置にあるものと、
   各ノードに含まれる、ケーブル内の光信号が入射する光ファイバのブレイクを検出する手段と、
   ブレイクの検出に応答して、ブレークを検出したノードから他のノードへブレークの発生を前記回路網管理回路を介して通知する手段と、
   前記通知を受領するとオフ位置にあるスイッチをオン位置へ切り替え、かつ、ブレイクの隣のノードのブレイクと同じ側にあるブレイクを検出したノードのノードスイッチをオフ位置へ切り換える手段とを含んでなる、前記光ファイバ通信回線網。
2. 各ノードはそれぞれの波長チャネルのために少なくとも二つの受信器と一つの送信機を含む請求項１の回線網。
3. 各ノードは各波長チャネルのために少なくとも二つの受信器と一つの送信機を含む請求項１の回線網。
4. 波長チャネル選択手段は、波長の再使用を可能にする波長再構成手段を含み、この波長再構成手段は改正網内で使用される波長の数をＭ（Ｍ−１）／２から（Ｍ^２−１）／４へ減少させ、ここでＭは、ノードの数である、前記請求項１の回線網。
5. 波長再構成手段は、アドドロップフィルタを含みこのアドドロップフィルタは、光サーキュレータおよびファブリペローエタロン、光サーキュレータおよびファイバー格子、二つの３ポートファブリペローエタロン、音響光学伝送フィルタを含むグループの一つを含んでなる、請求項４の回線網。
6. 多数のノードと二つの光ファイバを含む一つのケーブルを有する光ファイバ通信回線網内の波長チャネル上に情報を伝送する方法であって、ノードはリングに配列されノード及びケーブルは双方向母線を形成し、各ノードは一つのノードスイッチを含み、この方法は、
   情報を伝送するために各ノード内の波長チャネルを選択するステップと、
   一つ以外の全てのノードスイッチを情報の伝送を可能にするオン位置にセットするステップと、
   前記一つのノードスイッチを情報の伝送をブロックするオフ位置にセットするステップと、
   によって前記選択した波長チャネルによって情報を伝送可能とされており、
   各ノードに含まれる、ケーブル内の光信号が入射する光ファイバのブレイクを検出する手段によってケーブル内のブレイクを検出するステップと、
   ブレイクが検出されたら、ブレークを検出したノードから他のノードへブレークの発生を、ノード間での信号伝送を制御するための回路網管理回路を介して、通知するステップと、
   前記通知を受領すると、オフ位置にあるノードスイッチをオン位置へセットし、ブレイクに隣接するノード内にあり、しかもブレイクと、同じ側にあるブレイクを検出したノードのノードスイッチをオフ位置へセットするステップを含んでなる、前記方法。
7. 波長チャネルを選択するステップは回線網内の波長を再構成して、回線網内の波長の数をＭ（Ｍ−１）／２から（Ｍ^２−１）／４へ減少させ、ここでＭは、ノードの数である、ステップを含む請求項６の方法。
8. 再構成ステップは、アドドロップフィルタリングのステップを含み、アドドロップフィルタリングのステップは、光サーキュレータおよびファブリペローエタロン、光サーキュレータとファイバ格子、二つの３ポートファブリペローエタロン、音響光学伝送フィルタを含んでなるグループの一つにより、遂行される請求項７の方法。
9. 波長チャネル上に情報を伝送するための光ファイバ通信回線網であって、
   二つの光ファイバを有するケーブルと、
   ケーブルにより、接続された多数のノードであって、これらノードはリングに配列されノードとケーブルは双方向の母線を形成し、
   各ノードについて情報の伝送のために各ノード内の波長を選択する手段と、
   各ノードの両側に一つずつ配されたノードスイッチであって、第１ノードはオフ位置にある片側の第１ノードスイッチを有し、第１スイッチと同じ側でこの第１ノードに隣接する第２ノードはその同じ側にオフ位置にある第２ノードスイッチを有し、第１および第２ノードスイッチは伝送をブロックし、全ての他のスイッチは情報の伝送を可能にするオン位置にある前記多数のノードスイッチと、
   によって前記選択した波長チャネルによって情報を伝送可能とされており、
   各ノードに含まれる、ケーブル内の光信号が入射する光ファイバのブレイクを検出する手段と、
   ノード間での信号伝送制御ための回路網管理回路と、
   ブレイクの検出に応答して、ブレークを検出したノードから他のノードへブレークの発生を、ノード間での信号伝送を制御するための前記回路網管理回路を介して、通知する手段と、
   前記通知を受領すると、ブレークを検出していないオフ位置にある第１および第２ノードスイッチをオン位置にスイッチし、ブレイクの両側のノードのでブレイクに隣接するノードスイッチをオフ位置に切り換える手段を含んでなる、前記光ファイバ通信回線網。
10. 各ノードはそれぞれの波長チャネルについて少なくても二つの受信器と一つの送信機を含む請求項９の回線網。
11. 各ノードは各波長チャネルについて少なくても二つの受信器と一つの送信機を含む請求項９の回線網。
12. 波長チャネル選択手段は波長チャネルの再使用を可能にする波長チャネル再構成手段を含み、波長チャネル再構成手段は回線内で使用される波長の数をＭ（Ｍ−１）／２から（Ｍ^２−１）／４へ減少させ、ここでＭはノードの数である、請求項９の回線網。
13. 波長再構成手段はアドドロップフィルタを含み、このアドドロップフィルタは、光サーキュレータおよびファブリペローエタロン、光サーキュレータおよびファイバ格子、二つの３ポートファブリペローエタロン、音響光学伝送フィルタを含んでなるグループの一つである、請求項１２の回線網。
14. 多数のノードと、二つの光ファイバを含む一つのケーブルを有する光ファイバ通信回線網内の波長チャネル上に情報を伝送する方法であって、ノードはリングに配列され、ノードおよびケーブルは双方向バスを形成し、各ノードはノードの両側に一つずつのノードスイッチを含んでおり、この方法は、
    情報を伝送するために各ノード内の波長チャネルを選択するステップと、
    第１ノードの片側の第１ノードスイッチをオフ位置にセットし、第１ノードスイッチと同じ側で第１ノードに隣接する第２ノード内の第２ノードスイッチをオフ位置にセットし、この第１及び第２ノードスイッチは情報の伝送をブロックするステップと、
    全ての他のノードスイッチをオン位置にセットして情報の伝送を可能にするステップと、
    によって前記選択した波長チャネルによって情報を伝送可能とされており、
    各ノードに含まれる、ケーブル内の光信号が入射する光ファイバのブレイクを検出する手段によってケーブル内のブレークを検出するステップと、
    ブレイクが検出されたら、ブレークを検出したノードから他のノードへブレークの発生を、ノード間での信号伝送を制御するための回路網管理回路を介して、通知するステップと、
    前記通知を受領すると、ブレークを検出していないオフ位置にある第１および第２ノードスイッチをオン位置へセットし、ブレイクの両側のノードのブレイクに隣接するノードスイッチをオフ位置にセットするステップを含んでなる方法。
15. 波長チャネルを選択するステップは、波長の再使用を可能にするために回線網内の波長を再構成するステップを含み、回線網内の波長の数をＭ（Ｍ−１）／２から（Ｍ^２−１）／４へ減少させ、ここでＭは、ノードの数である請求項１４の方法。
16. 波長再構成のステップは、アドドロップフィルタリングのステップを含み、このアドドロップフィルタリングのステップは、光サーキュレータおよびファブリペローエタロン、光サーキュレータおよびファイバ格子、二つのサンポートファブリペローエタロン、音響光学伝送フィルタを含んでなるグループの一つにより、遂行される請求項１５の方法。
17. 波長チャネルセレクタ手段は、一つのアドドロップフィルタを含み、このアドドロップフィルタは、光カプラとフィルタを含んでなる請求項１の回線網。
18. 波長チャネルを選択するステップは、アドドロップフィルタリングのステップを含み、アドドロップフィルタリングのステップは、光カプラおよびフィルタで遂行される請求項６の方法。
19. 波長チャネル選択手段はアドドロップフィルタを含み、アドドロップフィルタを光カプラとフィルタを含んでなる請求項９の回線網。
20. 波長チャネルを選択するステップはアドドロップフィルタリングのステップを含み、アドドロップフィルタリングのステップは光カプラおよびフィルタにより、遂行される請求項１４の方法。
21. 各ノードは光前置増幅器を含む請求項１の回線網。
22. 各ノードは光前置増幅器を含む請求項９の回線網。

Images