JPH02500712A - 光学的多重化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学的多重化 本発明は、異なる受信局への伝送のために光学信号を多数の個別のチャンネルに 分割する方法、及びこのようなシステムを採用したネットワークに関する。この 種の方法は電話や他の形態のデータ伝送に使用される。

本発明の適用可能な代表的ネットワークは中央制御局、こめ中央制御局をノード に連結する一本のファイバ伝送ライン、及びこのノードから個々の加入者局へと 延びる多数のファイバ伝送ラインを含む。前記ノードまで含む光学システムの資 本費を可能な限り拡張するために、ユーザ間の設備費を拡大し、必要に応じて任 意のノードに結合される加入者の数を最大にすることが望まれる。実際には、時 分割多重化は単一のノードに１０００もの加入者を結合するために使用可能であ る。この結果、ある加入者とノードとの間のデータ伝送速度が非常に遅い場合で も、このノードがデータの「ボトルネック（隘路）」として作用するのでなけれ ば、このノード及び制御局間のデータ伝送速度をがなり高速にする必要がある。

従来の時分割マルチプレラス法によれば、高速及び低速データ転送速度間の変換 及び多数のマルチプレクス化チャンネルの組立／分解に対処するために、前記ノ ード及び／または各加入者局において要求される設備の複雑さは、費用及び信頼 性に関して相当の不利益をもたらすものである。これにより、多数の顧客を単一 のノードに結合することにより最初に得られた利益が大幅に減少されたり、ある 場合には全くなくなってしまう。

本発明の動態様によれば、光学通信システム用の光学エンコーダは、光学信号の 波長を変化させるように構成された同調手段を有して２もしくはそれ以上の情報 チャンネルの受信された時間領域マルチプレクス化信号に対応する光学信号を発 生するための光源を備え、この光学信号の、個々のチャンネルに対応する部分は 個別の波長で発生される。

本発明は、多数の光源に対する要求、即ち、例えば米国特許４．４６７．４６８ にミラー０４ｉ　１１ｅｒ）により記載されたシステムにおいて必要とされるよ うな各チャンネルに対して一つの光源を設けるという要求を避けるように、全て のチャンネルに対して単一の光源を使用することにより各チャンネルがマルチプ レクス波長にエンコードされるような時分割マルチプレクス化光学信号を提供す る。この発明のその他の利点は、チャンネルをビット毎にインターリーブする必 要がなく、可変ビット長部の非同期チャンネルを波長エンコードするために使用 可能であることにある。

本発明の第１の態様によるエンコーダは、本発明の第２の態様による光学通信シ ステム、即ち、制御局と、この制御局をノードに結合する第１光学路と、このノ ードを、２またはそれ以上の受信局に結合する第２光学路を有する光学通信シス テムにおいて使用される。該システムは、本発明の第１態様による光学エンコー ダと、前記制御局がらの光学信号を前記第１光学路を介して前記ノードに送信す る第１送信手段と、前記ノードにおいて個々の波長チャンネルを前記第２光学路 を介して前記受信局に向けるように構成された受動波長アナライザとを含む◎時 間領域マルチブレクス信号が、ビットインターリーブされたチャンネルをもつ場 合、予め定められた波長範囲にわたって光学周波数を繰り返しスィーブするよう に前記エンコーダを配置することが好ましい。このスィーブ速度は各チャンネル ビットが個別の波長にエンコードされるように選択され、この場合、この処理動 作はインターリーブされたチャンネルビットのセット毎に繰り返されることにな る。しかしながら、広義においては、本発明は各連続チャンネルに対する波長を ある順序にするということを要求することはなく、前記同調手段は前述したとこ ろのより一般的な非同期時間領域マルチプレクス化に対して動作中に要求される 順序で波長を選択する二とが可能である。

時分割マルチブレクス及び波長分割マルチプレクスを組み合わせて使用すること によりビットインターリーブされた時間領域マルチブレクス信号に対して、本発 明は、多数の波長チャンネルを含む広帯域幅を使用することにより、前記制御局 とノードとの間において高速データ転送速度を達成し、そして、異なるサンプリ ングレート間で切り換えるようなアクティブな処理を実行することなく、単一波 長チャンネル及び光学的狭帯域を使用することにより前記ノード及び各受信局間 において低速データ転送速度を達成することが出来る。時分割マルチブレクス／ デマルチブレクｘ　（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）は制御局で実行され、時 間スロットはエンコードされた波長であるので、前記ノードは受動型波長分析装 置のみをもてばよい。本発明による方法を使用すると、費用及び信頼性の点で顕 著な利点をもった光学ネットワークを構築することが可能である。この方法は、 各受信局に変調及び再送信のために信号を与えるためだけに使用可能であるが、 更にこれらの受信局にデータを送信するためにも容易に使用可能である。

好ましくは、本システムは、１つまたはそれ以上の受信局において受信信号を低 速データ転送速度で変調し、この変調された信号を前記ノードにより高速データ 転送光路を介して制御局に戻す過程を更に含む。好ましくは、１つまたは複数の チャンネルは制御局において非ゼロ論理レベルでパルスコード変調され、各加入 者局においては、受信光パワーが分配され、一部のパワーはデ変調器に供給され 、一部のパワーは受信局により変調され、再送信される。また、本発明は、１つ または複数の受信局から前記ノードへ信号を送信し、二〇ノードから制御局への 再送信のために、このノードにおいて１つまたは複数の波長チャンネルを変調す る過程を更に含む。

受信局ではなく前記ノードにおいて、再送信すべき信号を変調することにより、 本発明は、各受信局により要求される装置の複雑さ及び費用を軽減するのみなら ず、異なる受信局が前記ノードに対して異なる距離だけ離れている場合に、異な るチャンネルをそれらの適正な時間スロットに保持する難しさを除去している。

この問題は、チャンネルが制御局から単一の所定距離にあるノードにおいて変調 され、反射される場合には生じることはない。この発明は、各受信局が意図した データのみにしかアクセスしないので、データ保全という意味においても利点を もつものである。

この発明の更に別の態様によると、複数の情報チャンネルの、受信された時間領 域マルチプレクス化信号を光学的にエンコードする方法は、光学信号の、個々の チャンネルに対応した成分が個々の波長で発生されるように、光学信号の波長を 変化させながう、波長同調可能な光源により受信信号に対応した光学信号を発生 させる。

更にこの発明の別の態様によると、通信方法は、光学信号として、複数チャンネ ルの時間領域マルチプレクス化信号を、特許請求の範囲第８項及び９項のいずれ か一項に記載の方法により、制御局において光学的にエンコードし、 この光学信号をノードに送信し、 このノードにおいて、前記光学信号を構成波長成分に分割し、 これらの異なる構成波長成分を個々の受信局に送信する。

１つまたは複数の受信局からの信号に応答して１つまたは複数の波長チャンネル を変調し前記制御局に反射するように、前記ノードは受動波長アナライザに配置 された空間光変調器及びミラーを備えることが好ましい。光源は半導体レーザに より構成され、広範な波長範囲にわたって光をスィーブする手段は同調可能な外 部光学キャビティを含むことが好ましい。

本発明の方法及びシステムを、添付１図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は本発明の方法及びシステムを説明する図、第２図は本発明の方法または システムに使用される変調／復調方法を説明する図、 第３図は本発明の方法またはシステムに使用される変調器／アナライザを説明す る図である。

第１図に示したシステムにおいて、制御局１は広帯域光学ファイバ２を介してノ ード３に結合されている。このノード３は更に一連のノード４に結合され、これ らのノード制御局１はこのシステム用の光パワーを与える半導体レーザ６を含む 。この半導体レーザ６は従来方法により時分割マルチプレクス化チャンネルを与 えるように変調される。

更に、連続する時分割チャンネルが個々の波長チャンネル（λ１、λ２、・・・ λｎ）を占有するように、レーザ６の出力を種々の周波数の範囲にわたってスイ ープするために外部光学キャビティが使用される。周波数スィーブは、低速ビッ ト転送ファイバに沿った送信に望ましいデータ転送速度に等しい割合で、図示し たシステムにおいては６４ＫＨ２で繰り返し実行される。狭い光学帯域しか処理 していないが、前記低速転送ファイバはひどく拡散させることなく狭いパルスを 発生するのに充分広い電気的帯域をもっている。分散の結果としてこのシステム 内に微差遅延を与えるように各連続スィーブの前に遅延が挿入される。７ｋｍの 全信号路に対しては１５ナノ秒の遅延で充分である。０゜１ナノメータの波長間 隔でチャンネルを分割することが可能であることが分かった。従って、１００ナ ノメータの波長範囲にわたってレーザをスィーブすることにより、１０００以上 の個別の波長チャンネルが得られる。このように、このシステムは６４ＫＨｚと いう比較的低いサンプリングレートを使用しているが、光学カブラフによりファ イバ２に結合された制御局１からの出力は１０２４チヤンネルシステムの場合に 、６５．５メガビット／秒（１０２４ｘ６４キロビツト／秒）という高速のデー タ転送速度をもっことができる。

制御局１を離れたデータストリームにおける各チャンネルは個別の波長チャンネ ルを占有するので、このデータストリームは能動電子デバイスを使用することな く、簡単な受動波長アナライザを使用することによりデマルチプレクスされ得る 。第１図は２段デマルチプレクスシステムを示す。ファイバ２上の高速データ転 送速度の（広帯域の）データストリームは、広帯域信号を各々が１２８の初期の チャンネルを含むところの８個の低減された帯域グループに分解するノード３に おいて最初に取り込まれる。この８グループの各々はノード３から８個の低減帯 域ファイバ８の１つに出力される。低減帯域ファイバ８の各々はノード４へと延 びる（簡潔化のために、第１図においては２つの低減帯域ファイバ８及びノード ４を除いて全て省略している）。各ノード４は、低減帯域グループをその構成波 長チャンネルに分割し、各チャンネルを別の狭帯域（低速データ転送）ファイバ ２０に沿って１０２４個の受信局５の１つに出力するアナライザを含む（簡潔化 のために、１つの受信局５を除いてすべて省略しである）。

各受信局は、低速データ転送速度で動作する受信器により個々のチャンネル上で 変調された信号を検波し、かつ制御局に送信するために各チャンネルに対して更 に変調を実施するように配筺される。使用される変調／復調機構を第２図に図式 的に示す。信号は、バイナリパルスコード変調技術を使用して制御局において１ つまたは複数のチャンネルに与えられる。受信局自身は光出力源をもたないので 、これらに伝達されるパワーを最大にすることが必要である。

このために、パルスコード変調は、ゼロレベルへの変調の結果生じてしまうよう なパワーロスを避けるために、従来のオン−オフコーディングではなく２つの非 ゼロ論理レベルを使用している。各受信局５は、光を２分割する別のファイバカ ブラ９を有し、この光の一部はスレシッルド検出器１０を使用して変調信号を検 波するために使用され、残りの光パワーは変調器１２により変調され、ミラー１ ３により反射され、制御局１に再送信されるために使用される。

この制御局１において、光信号は検出器１１により受信され、この信号は少なく とも６５．５メガビット／秒のデータ転送速度をもつ受信器によりデコードされ る。受信局５における分割動作の前にパルスコード変調を使用することにより、 制御局１から受信局検出器１０までのパスにおいて６ｄＢのパワーロス、即ち、 オフ状態のために半分のパワーレベルを使用したために生ずる３ｄＢと、カブラ ーにおける更に別の３ｄＢが生じる。受信局から制御局に反射される信号におい て、特設のカブラ９を介して２回の通過があり、従って、５０：５０のカブラ比 があるとすると、全体でのロスは９ｄＢとなる。この９ｄＢの付加的ロスは、受 信局５から制御局１への通路における減衰量がより少なくなり、受信局がより高 感度になるので、不等のカップリング比をもつカブラを使用することにより減少 させることが可能である。このシステムの他の素子もパワーロスを引き起こす原 因となる。表１及び２は、制御局１から受信局５へ送信した時、及び制御局１か ら受信局５に送信し、更に制御局１に戻した時における全体のパワー配分を示す 。

表　１ 使用可能なシステムロス　７ＯｄＢ カブラ（５０：５０）　３　ｄＢ ファイバ（３，５ｋｍ）　２．５ｄＢ 第１段ＭＵＸ　６ｄＢ 第２段ＭＵＸ　［ｉｄＢ カツラ（９０：１０）　１０　ｄＢ 非ゼロのオフ状態に対するペナルティ　３　ｄＢ表　２ （顧客に対する個々の変調器） 発信パワー　Ｏｄ８ ６５．５メガビット／秒での感度　−４９ｄＢ使用可能なシステムロス　４９　 ｄＢ カブラ（５０：５０）　ａ　ｄＢ ファイバ　２．５ｄＢ 第１段ＭＵＸ　６ｄＢ 第２段ＭＵＸ　６ｄＢ カブラ（９０：　１０）　０．５ｄＢ 変調器／反射器　２　ｄＢ 第２段ＭＵＸ　８ｄＢ 第１段ＭＵＸ　６ｄＢ 非ゼロのオフ状態に対するペナルティ　３　ｄＢシステムロス　４０．５ｄＢ　 ４０．５ｄＢシステムマージン　８．５ｄＢ 本発明の別の実施例において、制御局１への再送信のための光の変調は、個々の 受信局５ではなく、ノード４において実行される。この場合、ノード４における 波長アナライザは第３図に示すように光学変調器を含む。上述した単純なアナラ イザと同様に、アナライザ／変調器は、個々の波長を特定のファイバに結合する ためにスペース内の所定ポイントに指向するように配置されたところの反射回折 格子１４及び凹面ミラー１５を含む。しかしながら、更に、第３図のアナライザ ／変調器は空間光変調器（ＳＬＭ）１８を含む。このＳＬＭＩｇは透過的なもの （例えば、磁気光学セルまたは液晶構造）であってもよく、この場合、ミラー（ 図示せず）が入射光を反射するようにこの裏面に取り付けられる。また、このＳ ＬＭｌｇはもともと反射性のもの（例えば、シリコンミクロ加工面）であっても よい。

ビームスプリッタ１９は光の一部を受信局に結合されたファイバ及びＳＬＭｌｇ に指向する。制御局１からの入射光は分析されて、通常時には、適当な受信局に 指向される。

しかしながら、受信光の一部を変調及び再送信するように受信局を配置する代わ りに、各受信局がその波長チャンネルに対応したＳ　Ｌ　Ｍ　１８のアレイ上の ポイントに電気的に結合されて、この結果、このＳＬＭｌｇから制御局１に反射 された光の一部の変調を制御する。

このネットワークは、付加的なマルチプレクス化されたレーザ信号のカプリング により、同一顧客波長チャンネルにおいて連続的な広帯域動作へと容易にグレー ドアップできる。

本発明が非同期時間領域マルチプレクス化信号を光学的にエンコードするために 使用される場合には、光源６の同調動作はこの光源が任意の波長にセットされる 周期、及び受信時間領域マルチプレクスにおけるチャンネルの順序に左右される ところの、波長のセットされる順序に応じて不均一となる種々のチャンネルのタ イミングに従って変化するように制御される。

第２光路は前記ノード及び受信局間の電気的結線により置換可能である。

「−ンゞ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．光学信号の波長を変更するように配列された同調手段を有し、２またはそれ 以上の情報チャンネルの受信された時間領域マルチプレクス化信号に対応した光 学信号を発生するための光源を備え、この光学信号の、個々のチヤンネルに対応 した部分が個別の波長で発生されるところの光学通信システム用の光学エンコー ダ。
2. ２．前記光源は同調可能な外部光学キヤビティを含む半導体レーザであるところ の特許請求の範囲第１項記載の光学エンコーダ。
3. ３．前記同調手段は前記光学信号を所定の波長範囲にわたって繰り返しスイープ するように配置されたところの特許請求の範囲第１項及び第２項のいずれか一項 に記載の光学エンコーダ。
4. ４．制御局、この制御局をノードに結合する第１光学路及．びこのノードを複数 の受信局に結合する第２光学路をもち、特許請求の範囲第１項ないし３項のいず れか一項に記載のエンコーダと、前記制御局からの光学信号を前記第１光学路を 介して前記ノードに送信する第１送信手段と、前記ノードにおいて個々の波長チ ャンネルを前記第２光学路を介して前記受信局にそれぞれ指向する受動波長アナ ライザとを備えた光学通信システム。
5. ５．前記受信局の中の少なくとも１つは変調手段を有し、これにより前記ノード から受信された光学信号を変調し、このノードを介して前記制御局に戻すところ の特許請求の範囲第４項記載の光学通信システム。
6. ６．前記光学エンコーダは非ゼロ論理レベルをもつパルスコード変調された光学 信号を発生するところの特許請求の範囲第５項記載の光学通信システム。
7. ７．前記受信手段の中の少なくとも１つからの信号を前記ノードに送信する送信 手段と、このノードから前記制御局へ再送信するためにこのノードにおける１つ または複数の個々の波長チャンネルを変調するための、このノードにおけるノー ド変調手段とを更に備えた特許請求の範囲第４項ないし６項のいずれか一項に記 載の光学通信システム。
8. ８．光学信号の、個々のチャンネルに対応した成分が個々の波長で発生されるよ うに、この光学信号の波長を変化させながら、波長同調可能な光源により受信信 号に対応した光学信号を発生させるところの、複数の情報チャンネルの、受信さ れた時間領域マルチプレクス化信号を光学的にエンコードする方法。
9. ９．前記光学信号の波長は所定の波長範囲にわたって繰り返しスイープされると ころの特許請求の範囲第８項記載の光学的に信号をエンコードする方法。
10. １０．光学信号として、複数チャンネルの時間領域マルチプレクス化信号を、特 許請求の範位第８項及び９項のいずれか一項に記載の方法により、制御局におい て光学的にエンコードし、 この光学信号をノードに送信し、 このノードにおいて、前記光学信号を構成波長成分に分割し、 これらの異なる構成波長成分を個々の受信局に送信するところの通信方法。
11. １１．前記受信局の中の少なくとも１つにおいて受信された信号を変調しこの変 調信号を前記ノードを介して前記制御局に戻すところの特許請求の範囲第１０項 記載の通信方法。
12. １２．前記光学信号の、前記情報チャンネルに対応した部分は前記制御局におい て非ゼロ論理レベルをもつパルスコード変調され、当該または各対応する受信局 は復調器を含むところの特許請求の範囲第１１項記載の通信方法。
13. １３．当該または各対応する受信局において、受信光学パワーは分割され、この パワーの一部は前記復調器に指向され、このパワーの一部は変調されて前記受信 局により前記制御局を介して前記ノードに再送信されるところの特許請求の範囲 第１２項記載の通信方法。
14. １４．前記ノードを介して前記制御局への再送信のためにこのノードに戻された 少なくとも１つの波長チャンネルを変調するように前記受信局の中の少なくとも １つから前記ノードヘと信号を送信するところの特許請求の範囲第１０項ないし １３項のいずれか一項に記載の通信方法。
15. １５．制御局、この制御局をノードに結合する第１光学路及びこのノードを複数 の受信局に結合する第２光学路をもち、特許請求の範囲第１項ないし３項のいず れか一項に記載のエンコーダと、前記制御局からの光学信号を前記第１光学路を 介して前記ノードに送信する第１送信手段と、前記ノードにおいて個々の波長チ ヤンネルを前記受信局に電気出力を送出する光学検出器に指向するように配置さ れた受動波長アナライザとを備えた光学通信システム。