JPS62206997A - 光時分割交換方法およびその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光波長多重伝送を利用して時分割交換を行う
光時分割交換方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

光フアイバ伝送の普及に伴って、交換までを含めた光通
信網構成が検討されるようになってきた。

特に、加入者サービスの中心ノードである加入者線交換
機および中継線交換機への当技術の適用は。

網のディジタル統合化時代へ向けての大きなインパクト
を与えることが予想され、究極の形態として光ファイバ
ケーブルからの光信号をそのまま交換する光交換機の実
現が望まれている。この光交換機の研究は緒についた段
階であるが、方式アイディアはいくつか報告されている
。

第２図および第３図は従来の光交換方式の概略構成図を
示したものであり、共に時分割型方式の例である。まず
、第２図から説明する。複数の加入者からの画像信号を
多重化装置２０１で電気的に時分割多重化した信号は、
電気−光交換器２０２で光信号に変換される。この光信
号は、各タイムスロットごとに光時間スイッチ２０３を
構成する第１の光スィッチ２０４において異なる長さを
有する光フアイバ遅延線２０５に送り込まれ、各光フア
イバ所定の遅延時間後、第２の光スィッチ２０６で読み
出される。第２の光スィッチ２０６が読み出す光信号の
順序は、第１の光スィッチ２０４で、どの光信号をどの
光フアイバ遅延線２０５に送り込んだかによって変るの
で、光信号の時分割交換が実現される。つまり、光フア
イバ遅延線２０５は光メモリとして動作していることに
なる。その後、光信号は光−電気変換器２０７で再び電
気信号に変換され、分離装置２０８で各々の電気信号に
分離される。また、第３図の場合は、光フアイバ遅延線
の代りに双安定半導体レーザ３０４ａ＝ｄを用いたもの
で、この双安定半導体レーザは微弱な入力光によって大
きな出力を出す発振状態に移行するメモリ機能を有して
おり、書込み光スィッチ３０３によって各タイムスロッ
トごとに分けられた光信号の有無が双安定半導体レーザ
３０４ａ＝ｄのレーザ発振の有無の形で記憶される。こ
の記憶された状態を、希望する順序で読出し光スィッチ
３０５によって読み出せば１時分割交換が行われる。し
かし、これら従来例は、多重化装置、分離装置は電気系
であり、交換機内の通話路系が光・電気混合型で構成さ
れているため、超高速および広帯域、超多チャネル伝送
を実現する上での課題が残されている。また、時分割交
換のために光スィッチを用いているが。

挿入損失および消光比ならびに帯域特性にまだ課題があ
り、長距離伝送化が難しく、超高速および広帯域、超多
チャネル伝送を行う上で問題がある。

〔発明の解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、高速広帯域情報信号の交換という点に
配慮がされておらず、交換機内の通話路系が光・電気混
合型であるため、超高速および広帯域、超多チャネル伝
送の実現に障害となるという問題点があった。

本発明の目的は、簡単な構成で時分割多重交換を行うこ
とができ、かつ超高速および広帯域、超多チャネル伝送
ならびに長距離伝送も実現することができる新規の光時
分割交換方法とその装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、複数の端末側から、情報信号を含んだ波長
λ□の光信号と交換制御信号を含んだ波長λ２の光信号
とを合波した光信号をそれぞれの光ファイバケーブルに
より光交換機に伝送させ、光交換機において、波長λ２
の光信号を分波し。

これから交換制御信号を抽出してタイムスロット変換制
御信号をつくり出し、一方、波長λ１の光信号のなかの
情報信号の時分割多重化、時分割交換および多重分離を
上記タイムスロット変換制御信号を用いて実行し、分離
された情報信号を含む波長λ□の光信号を、再び複数の
端末側へ別の光ファイバケーブルにより並列伝送するこ
とによって、達成される。

〔作用〕

上記の構成により、複数の端末側からの合波された光信
号は、それぞれの光ファイバケーブル内を伝送して光交
換機に入り、光交換機内では、情報信号分の光信号によ
り、光信号のままで時分割多重化および分離交換を行っ
たのち、別の光ファイバケーブルにより複数の端末側へ
伝送される。

これによって、光交換機内では、時分割多重化および分
離交換をすべて光信号のままで行い、通話系もすべて光
化することができる。

また、上記時分割多重化、分離交換に必要なタイムスロ
ット変換制御信号は、光交換機に入った光信号のうちの
交換制御信号分の光信号を分波してつくり出すので、装
置を簡単にすることができる。

〔実施例〕

以下、第１図により本発明の詳細な説明する。

本実施例は、テレビ電話システムを想定した加入者と子
局交換機間の光交換系の構成例であり、加入者の数が１
６の場合のものである。

第１図において、１−１〜１−１６は各加入者のカメラ
装置である。３−１〜３−１６は各加入者ごとに設けら
れた。電気−光変換部と光合波装置とからなる装置であ
る。すなわち、この装置は、カメラ装置からの映像情報
を波長λ□の光信号に変換する機能、交換制御信号を波
長λ２の光信号に変換する機能、および上記波長λ２、
λ２の２つの光信号を合波器で合波して、その光信号を
矢印１７−１〜１７−１６のごとく光ファイバケーブル
５−１〜５−１６内を伝搬させ光交換機ユヘ伝送させる
機能を有している。光交換機ユは、光時分割多重化機能
と時分割交換機能とを有する光装置部旦、光時分割多重
分離部主、交換制御信号受光用光デバイス部１０、およ
びタイムスロット変換制御用電子回路部１１からなって
いる。各加入者からの光信号は光装置部旦に入力するが
、その光信号のうち、交換制御信号を含んだ波長λ２の
各光信号は交換制御信号受光用光デバイス部１０に分波
されて、それぞれ光−電気変換され、タイムスロット、
変換制御用電子回路部１１に入力される。そして、タイ
ムスロット変換制御用電子回路部１１の出力信号１４と
１５を、光装置部旦と光時分割多重分離部主にそれぞれ
フィードバックすることにより、時分割多重交換を行っ
た光信号と、時分割多重分離を行った光信号を得ること
ができる。上記タイムスロット変換制御用電子回路部１
１の出力信号１４と１５は、光装置部旦および光時分割
多重分離部主のサンプリング光パルス信号発生用のレー
ザアレイの発光時間順序を制御する。光装置部炙で時分
割交換された光信号１９は、光時分割多重分離部主に入
力され、ここで光多重分離が実行され、光ファイバケー
ブル６−１〜６−１６により所望の加入者へそれぞれ伝
送される。以上のように１本実施例では１時分側条重化
、交換、および分離の各処理をすべて光で行うことがで
きるので、超高速および広帯域、超多チャネル伝送に適
している。

第４図は、本発明で用いる光装置部主の原理を説明する
ための図である。第４図において、１７−１〜１７−１
６は第１図に示したように、それぞれの光ファイバケー
ブル５−１〜５−１６内を伝搬してきた光信号である。

これらの光信号は、分布屈折率平板マイクロレンズアレ
イ２０内に入り、それぞれのレンズ２０−１〜２０−１
６で平行光に変換される。上記マイクロレンズアレイ２
０の出力光信号は、マトリクス型光合分波器２７に入射
する。このマトリクス型光合分波器２７は、例えば、入
射側に干渉膜フィルタを、そのすぐ後にハーフミラ−を
それぞれ設けた構成の素子２７−１〜２７−１６からな
る。そして、上記干渉膜フィルタは、それぞれ波長λ１
の光信号を透過させ、波長λ２の光信号を反射させるも
のであり、またハーフミラ−は、それぞれ波長λ、の光
信号に対して約半分を透過させ、残りの約半分の光信号
を反射させるものである。従って、上記素子２７−１〜
２７−１６に入射した光信号のうち、まず波長λ２の交
換制御信号を含んだ光信号は、上記素子２７−１〜２７
−１６でそれぞれ反射され、波長λ２の光信号のみを通
す干渉膜フィルタ２５に入射する。そして、この干渉膜
フィルタ２５を通過した光信号は受光素子アレイ２６の
各々の受光素子２６−１〜２６−１６に入射し、光−電
気変換されてタイムスロット変換制御用電子回路部１１
に入力される。他方、上記素子ｚ７−１〜２７−１６に
入射した波長λ、の光信号（各加入者からの映像情報信
号）は、該素子２７−１〜２７−１６でそれぞれ約３ｄ
Ｂ減衰して通過し、光ＡＮＤゲートアレイ２８に入射す
る。また。

上記素子２７−１〜２７−１６には、図の下方側から、
レーザアレイ２２のそれぞれのレーザ２２−１〜２２−
１６からのサンプリング用の光パルス信号（波長λ１）
が、分布屈折率平板マイクロレンズアレイ２１のそれぞ
れのレンズ２１−１〜２１−１６を通して入射され、該
素子２７−１〜２７−１６でそれぞれ約３ｄＢ減衰して
反射し、上記光ＡＮＤゲートアレイ２８に入射する。

この光ＡＮＤゲートアレイ２８は、光ＡＮＤゲート素子
２８−１〜２８−１６がアレイ状に配列されたもので、
例えば、ニス　ディー　スミス（Ｓ、Ｄ、Ｓ＋ａｉｔｈ
）氏ほかによる［ルーム　テンペレイチャ　ビジプル　
ウェイブレンゲス　オプティカル　パイスタビリテイ　
イン　Ｚｎ５ｅ　　インターフェレンスフィルタズ（Ｒ
ｏｏｍ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ、　Ｖｉｓｉｂｌｅ　
Ｗａｖｅ−１ｅｎｇｔｈ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｂ１５ｔａ
ｂｉｌｉｔｙ　Ｉｎ　Ｚｎ５ｅ　Ｉｎｔｅｒ−ｆｅｒｅ
ｎｃｅ　Ｆｉｌｔｅｒｓ）　Ｊ、オプティックス　コン
ミュニケーションズ（Ｏｐｔｉｃｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃ
ａｔｉｏｎｓ）、ｖｏｌ。

５１、Ｎｏ、５、ｐ３５７−３６２．１９８４、なる文
献に記載の半導体差動利得デバイスを用いることによっ
て実現可能である。すなわち、第５図に上記光素子の入
出力特性を示すが、同図３１に示すような光入出力特性
において、サンプリング光パルス信号発生用のレーザ（
例えば２２−１　）の光ＡＮＤゲート入力端での光パル
ス振幅を、入出力の非線形的変化が生ずる光入力レベル
よりわずか低い値に設定しておき、加入者からの光信号
（例えば１７−１　）と合流した光レベル３２−１が、
上記非線形的変化が生ずる光入力レベルを超えるように
設定すれば。

サンプリング光パルスが存在する時間だけ出力光パルス
が生ずることになり、光サンプリングを行うことができ
る。

以上のようにして得られた時系列光信号は、分布屈折率
平板マイクロレンズアレイ２９のそれぞれのレンズ２９
−１〜２９−１６を通ってファイバカプラ３０に入力さ
れる。このファイバカプラ３０は、入力ポートが１６で
出力ポートが１のいわゆる１６対１型フアイバカプラで
ある。従って、上記レンズ２９−１〜２９−１６で集光
されたそれぞれの光信号は、ファイバカプラ３０のそれ
ぞれの入力ポートに入射し、出力ポートには１６個の合
波された時系列光信号が取り出され、第１図に矢印１９
で示すごとく伝搬し、次段の光時分割多重分離部主に入
力される。

また、第４図において、タイムスロット変換制御用電子
回路部１１の出力信号１４は、レーザアレイ２２のサン
プリング光パルス信号発生用の駆動回路アレイ２３のそ
れぞれの駆動回路２３−１〜２３−１６を駆動するため
の順序指定回路２４にフィードバックされている。すな
わち、加入者から送られてきた光信号１７−１〜１７−
１６のパルス幅τに対して、τ／１６周期ずつ時間をず
らしてサンプリング光パルス信号を出すように発光時間
順序を制御する。なお、時分割多重化の方式には、電気
系においてよく知られているように、各チャネルの信号
を１フレーム内に１ビツトずつ多重化するピットインタ
リーブ、１つのチャネルに何ビットかをまとめて多重化
するワードインタリーブなどがあるが、ここでは簡単の
ため、ピットインタリーブの場合を示す。

また、フレーム内には同期用の信号等も必要となるが、
信号交換においては本質的ではないので。

ここでは説明を省略すＱ。

第６図に１以上に説明した光装置部且の具体例を示すゆ
同図において、第１図、第４図と同一符号を付したもの
は同じ機能を有するものである。

同図において、光ファイバケーブル５−１〜５−１６は
４行４列に配列されている。、符号２０．２１．２９で
示す分布屈折率平板マイクロレンズアレイは、第７図に
示すように、４行４列に配列されたレンズからなってい
る。このレンズアレイはすでによく知られたものである
。符号２７で示すマトリクス型光合分波器は２例えば第
８図に示すように、２つの三角形状のガラスブロック３
３−１〜３３−２との間に干渉膜フィルタ３４とハーフ
ミラ−３５とを挿入してなるものである。符号２２はサ
ンプリング用の光パルス信号を発振させるレーザアレイ
であり、由由、伊賀両氏によるｒ　Ｇ　ａ　Ｉ　ｎ　Ａ
　ｓ　Ｐ　／　Ｉ　ｎ　Ｐ面発光２次元レーザアレイ（
昭和６０年度電子通信学会総合全国大会、Ｎｏ、９３２
）　Ｊなる文献に記載のものを応用することにより１例
えば第９図に示すような構成のものが考えられる。これ
は１面発光レーザ２２−１〜２２−１６が４行４列に１
６個形成されたものである。符号２５は干渉膜フィルタ
であり、これは具体的にはガラス平板に誘電体多層膜が
形成されたもので、よく知られているものである。符号
２６は４行４列の受光素子からなる受光素子アレイであ
り、これも、例えば第９図のような構造のもので。

同様に実現可能である。なお、干渉膜フィルタ２５と受
光素子アレイ２６との間に光信号集光用の分布屈折率平
板マイクロレンズアレイを挿入してもよい。符号２８で
示す光ＡＮＤゲートアレイは、光ＡＮＤゲート素子が４
行４列に１６個配列されたものである。符号３０は１６
対１型フアイバカプラで、第１０図にその概略図を示す
。これは、入力側ファイバが４行４列に配列されており
、出力側はテーパ状にひねり、融着、延伸された形状部
３６を有しており、出力側にそれぞれの光が合波されて
矢印１９方向に出射される。

次に、前に述べた光時分割多重分離部主の具体例を説明
する。第１１図にその概略図を示す。同図において、第
６図と同一符号を付したものは同じ機能を有するもので
ある。同偏中、符号３７は符号２２と同様のレーザアレ
イであるが、第１３図のタイムチャート（ｄ）に示すよ
うなホールドパルス光を発生させるようにしたものであ
る。なお、このレーザアレイ３７は、もう一つのレーザ
アレイ２２と同期がとられている。符号３８は双安定半
導体デバイスプレイであり、前に述べた　ニス　ディー
スミス氏らの文献にある差動利得デバイスの使用条件を
変えることにより、得ることができる。その光入出力特
性を第１２図に示すが、光入力信号に対して光出力はヒ
ステリシス特性をもっている。

次に、第１１図に示した光時分割多重分離部主の動作を
、第１３図のタイムチャートを用いて説明する。第１１
図において、光装置部炙からの出力光信号１９は、１６
対１型フアイバカプラ３０内に入射される。該ファイバ
カプラ３０の４行４列に配列された１６本の光ファイイ
バの出射端には、上記光信号が１６に分かれて出力され
１分布屈折率平板マイクロレンズアレイ２０に入射する
。該マイクロレンズアレイ２０に入射した各々の光信号
は平行光に変換され、マトリクス型光合分波器２７に達
し、ここで、サンプリング光パルスを発振させるレーザ
アレイ２２の光信号が合流され、光ＡＮＤゲートアレイ
２８に入射する。上記の光信号系において、ファイバカ
プラ３０の各出射ファイバからの時系列信号は、例えば
第１３図（ａ）に示すようなもので、時間幅τの１フレ
ーム内に１６チヤネルの信号が１ビツトずつ多重化され
ている。また、第１３図（ｂ）は、レーザアレイ２２の
１つのレーザからのサンプ−リング光パルスの波形を示
したもので、前に述べた光装置部旦９場合と同様に、光
ＡＮＤゲートの動作により、同図（Ｑ）のような、時分
割多重化信号から１チャネル分の信号を抽出した波形が
得られる。このような操作が１６対１型フアイバカプラ
３０の各出力ファイバの出力光に対してなされ、時分割
多重化信号は１６の空間的に分割された各チャネル信号
に変換される。光ＡＮＤゲートアレイ２８の光出力信号
は、第２のマトリクス型光合分波器２７に入り、前に述
べたレーザアレイ３７からのホールドパルス光（第１３
図（ｄ））と合流して、双安定半導体デバイスアレイ３
８に入射する。この双安定半導体デバイスアレイ３８の
各素子は、前述した第１２図のような光入出力特性を有
しているので、ホールドパルスの振幅を、双安定半導体
デバイスアレイ３８の各双安定素子の入力側で第１２図
の■の値となるように設定し、各チャネルの信号パルス
幅との和が各双安定素子の出力側で■のレベルを超える
ようにしておけば、入力パルスがない場合は、光双安定
素子からの出力はホールドパルスが存在しても■→■→
■の軌跡をたどるが、入力パルスがあると、■→■→■
→◎→◎の軌跡をたどり。

入力パルスが消滅してもホールドパルスが存在するかぎ
り光出力が得られる。従って、ホールドパルスの終端部
に、第１３図（ｄ）に示すようなリセット部分を設けて
おけば、双安定半導体デバイスアレイ３８の各双安定素
子の出力には、第１３図（８）に示すような時分割多重
化以前のパルス幅を有する光信号が得られ、光多重分離
が行われる。そして、その光信号は分布屈折率平板マイ
クロレンズアレイ２９で集光されて、光ファイバケーブ
ル６−１〜６−１６の中の１本の光フアイバ内に入射し
、加入者側に送られる。

以上の実施例は加入者と子局交換機との間の光交換系の
場合について説明したが、本発明は上記実施例のみに限
定されるものではなく、例えば、一つの子局から他の子
局へ、あるいは子局から親局へつながるようにする場合
にも適用できる。また、加入者数も１６に限定されるも
のではなく、さらに多くてもまた少なくてもよい。さら
に、加入者側からの送信情報も、従来考えられているも
のを使うことができる。情報伝送サービスとしては、上
記映像情報以外に、電話、データ、ファクシミリ、さら
にはこれらを複合したものでもよい。また、用いた符号
については、単極ＮＲＺ符号で示したが、他の符号１例
えば単極ＲＺ符号でもよい。

また、レーザアレイ２２の代りに、発光ダイオードを用
いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、時分割多重化および光分離を電気信号
に変換することなくすべて光で行い、また回線交換を行
う通話系もすべて光で行えるので高速広帯域情報信号を
取扱うことができる。また、光で信号処理を行うので、
耐雑音性を大幅に向上させることが可能となり、さらに
、小形化、経済性の向上も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の装置を示す構成図。 第２図および第３図は従来の光交換方式を示す概略構成
図、第４図は本発明で用いる光装置部の原理を説明する
ための図、第５図は該光装置部で用いる光ＡＮＤゲート
素子の原理を説明するための特性図、第６図は該光装置
部の具体例を示す図、第７図ないし第１０図は該光装置
部に用いる光デバイスの具体例を説明するための図、第
１１図は本発明で用いる時分割多重分離部の具体例を示
す構成図、第１２図は該分離部に用いる光デバイスの具
体例を説明するための図、第１３図は該分離部の動作を
説明するためのタイムチャートである。 符号の説明 １−１〜１−１６・・・カメラ装置 ２−１〜２−１６・・・モニタ装置 ３−１〜３−１６・・・電気−光変換部と光合波装置か
らなる装置 ５−１〜５−１６．６−１〜６−１６・・・光ファイバ
ケーブル １・・・光交換機 且・・・光装置部 ９−・・・光時分割多重分離部 １０・・・交換制御信号受光用光デバイス部１１・・・
タイムスロット変換制御用電子回路部代理人弁理士　　
中　村　純之助 ；？１　図 ２−（〜２−１６　　モ＄り張徽 才２図 ２０１　　　多食４乙螢１ ２０２　　電１咬を要港 ２０３　　　　　　　ＬＦ”ｒＰＩＩ　　スｌ−ｔ’ｒ
２０４　　　語７ｎｔスイ１．７す ２０５　　　ファイバ″互延ｊ梨 ２０６　　　　　＄ｚ褐景５ヌイ１，７→−２０７光−
債′賀事」炙り好 ２０８　　　９１Ｍ’ｉＫ’！ ２０９　　　李ワ忰ｒｊ？ ２１０　　　−７７メラ ２１１　　　セうタ オ′３へ１ ３０７　　　セ１轢Ｐ回話 ３０８　　　　刀メヤ ３０９　　　　毛シフ ３１０　　　　ピ′テ゛才特号務 ３１１　　　　　ビデ゛才４Ｘ号巻 才６（２） 旦 旦老父夏部 ２７７ｌ−１）クフ？！史イシ全甥〔各２８　　光ＡＮ
Ｄ昨ドアＬイ ３０　　　を乙り寸１９７フイハ゛カフ゛う９７図 ３５　ハーフミラ− 矛９図 才１０図 ６−１〜６−１６　　　光７フイハ’？−７”１ｚ２７
　マトリクズゼ光イレ分づ及港 ２８　　光ＡＮＤラー゛ニトアしイ ３０　／ｚ対対型型７ｒイバ°ｊプ ラ３フレーがヤレイ ３８　７ノ隻づ乙’ｌ−卑４ｔ−ｅ’ハ゛°イズアムイ
オ１２図 ｔ−１３ぶ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の端末側から、情報信号を含んだ波長λ＿１の
   光信号と交換制御信号を含んだ波長λ＿２の光信号とを
   合波した光信号をそれぞれの第１の光ファイバケーブル
   により光交換機に並列伝送させ、該光交換機において、
   伝送されてきた光信号のうち波長λ＿２の光信号から交
   換制御信号を抽出してタイムスロット変換制御信号をつ
   くり出すとともに、該タイムスロット変換制御信号を用
   いて、波長λ＿１の光信号のなかの情報信号の時分割多
   重化と、時分割多重化された光信号列に基づく各回線ご
   との光信号の時分割交換と、時分割交換された光信号列
   に基づく情報信号の各回線ごとの多重分離とを行い、分
   離された情報信号を含んだ波長λ＿１の光信号を、再び
   複数の端末側へ第２の光ファイバケーブルにより並列伝
   送することを特徴とする光時分割交換方法。 ２、複数の端末側からそれぞれ第１の光ファイバケーブ
   ルにより並列伝送されてきた、情報信号を含んだ波長λ
   ＿１の光信号と交換制御信号を含んだ波長λ＿２の光信
   号とを合波した光信号を入力して、波長λ＿２の光信号
   を分波するとともに、波長λ＿１の光信号のなかの情報
   信号を時分割多重化し、時分割多重化された光信号列に
   基づいて各回線ごとの光信号の時分割交換を行う光装置
   部と、時分割交換された光信号列に基づいて情報信号を
   各回線ごとに分離し、分離された情報信号を含んだ波長
   λ＿１の光信号を、再び複数の端末側へ第２の光ファイ
   バケーブルにより並列伝送させる光時分割多重分離部と
   、前記光装置部で分波された波長λ＿２の光信号を受光
   する交換制御信号受光用光デバイス部と、該交換制御信
   号受光用光デバイス部からの信号を入力して、前記光装
   置部および前記光時分割多重分離部にそれぞれ交換制御
   信号を出力するタイムスロット変換制御用電子回路部と
   から構成されたことを特徴とする光時分割交換装置。