(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信網を動作する方法であって、該方法は、
複数の網素子の各々に光データ信号をそれぞれのタイムスロットで上流方向に送信させるステップと、
網素子のそれぞれに関して、網素子からの光データ信号を光学的に網素子に接続されたそれぞれのゲートされた光増幅器を用いて増幅するステップと、
網素子からの光データ信号が増幅された後、結合された信号を形成するために該増幅された光データ信号を結合するステップと、
光増幅器と網素子からの光データ信号を遅延メンバによって同期するステップを含み、
各光増幅器は、所望の入力信号を受信するときには増幅された出力信号を提供し、さもなければ実質的に出力信号を提供しないように、上流方向に送信される信号を選択的に増幅するように動作可能である、方法。
【請求項２】
複数の光パスが設けられ、各光パスはそれぞれの網素子を共通の結合器へ接続し、それぞれの増幅器は各光パス内に位置しており、
各網素子からの光データ信号をそれぞれの光パスにそって送信するステップと、
データ信号をそれぞれの増幅器を用いて増幅するステップと、
該増幅された光データ信号を該結合器で結合するステップと、
該結合された光信号を該結合器から送信し、それぞれの網素子からの光データ信号が共通の光ファイバにそって移動するステップと、をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各増幅器は増幅段階と切換段階を有し、切換段階が「オン」状態にあるときには、光信号が増幅器を通過することができ、切換段階が「オフ」状態にあるときには、光信号が増幅器を通過することができないように切換段階が構成され、増幅器の状態は切換段階の状態を「オン」状態と「オフ」状態との間でそれぞれ変更することによって増幅状態と非増幅状態との間で変更される請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
網素子からの光信号が増幅器に存在するかを判断するステップであって、光信号が所望の信号であるかノイズであるかを示す信号を提供するために検出器を使用するステップをさらに含む請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
入力信号が閾値レベルを超える大きさを有するならば、入力信号はノイズではないと判断される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
各網素子は、増幅器の１のみがいかなる所定の時間にも網素子からのデータを増幅することを要求されるようにデータを送信させられる請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、光網素子、とくに１または複数のこのような素子を含む光網に関する。
現在イギリスでは、遠隔通信網は実質的に完全に光ファイバによって構成されているトランク網、および実質的に完全に銅線対によって構成されているトランク網を含んでいる。将来は、全ての予測可能なサービス要求に対するキャパシティを有する顧客施設へ導かれる全てのラインにおいて固定式で、弾力性があり、透明な遠隔通信のインフラストラクチャを有することが非常に望ましい。これを達成する１つの方法は、全アクセストポグラフに対して完全に管理されたファイバ網を生成することである。好ましくは、このようなトポグラフは単一モードの光ファイバおよび帯域幅制限のない能動エレクトロニクスを含む受動光網（ＰＯＮｓ）を含むべきである。
ＰＯＮでは、単一のファイバはヘッドエンド（交換機）から供給され、キャビネットおよび分配点（ＤＰ）の受動光スプリットを介して光網ユニット（ＯＮＵ）へファンアウト（fan out）される。ＯＮＵは顧客施設内か、または多数の顧客にサービスする街路に配置することができる。光スプリッタを使用することによって、フィーダファイバと交換機応用ライン端末（ＯＬＴ）装置とを共用して、ＰＯＮのコストを廉価にすることができる。現在、ＰＯＮのシンプレックス配備、すなわち上流および下流の別々のＰＯＮを用意して、各顧客が２つのファイバをもつようにすることが選択として好ましい。下流ＰＯＮ（すなわちトラヒックがヘッドエンドによって伝送されて、顧客に受信されるようなＰＯＮ）はパッシブ（受動）光スプリッタを使用して、ＯＮＵへ供給する。同様に、上流ＰＯＮ（すなわちトラヒックが顧客によってヘッドエンドへ伝送されるようなＰＯＮ）はパッシブ光コンバイナを使用して、ヘッドエンドによる受信のために顧客のトラヒックを結合する。実際には、スプリッタおよびコンバイナは同一構造である。シンプレックス動作は回路当り２本のファイバを必要とするのでインフラストラクチャをより複雑にするが、このようなシステムは別々の送信路と受信路で、２５dBmより少ない反射を感知しないので、低光挿入損失（デュプレックスカップラがないことによる）および低リターン損失を長所とする。通常、ＰＯＮは４ウエイスプリット、およびその後に８ウエイスプリットを有するので、単一ヘッドエンドファイバで３２以内の顧客に供給することができる。
既知の配置、すなわちＴＰＯＮ（パッシブ光網の電話）では、ヘッドエンドステーションは時分割マルチプレックス（ＴＤＭ）フレームを網上の全端末へ放送する。送られたフレームは、トラヒックデータと制御データの両方を含む。各端末は、放送フレーム内で適切にアドレスされたデータ部分を認識して応答し、フレームの残りを無視する。上流方向では、各端末は所定の時間スロットでデータを伝送し、異なる端末からのデータはヘッドエンドステーションで所定のフォーマットの時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）フレームへアセンブルされる。
本発明の発明者は、ＴＤＭＡを使用して動作するＰＯＮ内で使用するビット移送システム（ＢＴＳ）を開発した。ＢＴＳは、欧州特許第318331号明細書、第318332号明細書、第318333号明細書、および第318335号明細書に記載されている。
最近では、ＰＯＮの原理を拡張して、いわゆるスーパーＰＯＮの概念が形成され、この概念では高電力光増幅器を使用して、非常に大きい高スプリットＰＯＮの形成が可能になった。例えば、光増幅器（例えばファイバ増幅器）を使用することによって、２００ｋｍ以内の距離に３５００までの顧客を単一のヘッドエンドステーションに接続することができる。
都合悪いことに、現在まで、上流スーパーＰＯＮで増幅器を使用することによって、増幅器からの増幅された誘導放出（ＡＳＥ）の重畳によってノイズの問題が生じるので、光増幅器は下流のスーパーＰＯＮでのみ使用されてきた。
本発明の第１の態様によると：
コンバイナと；
コンバイナを下流の網素子に接続する複数の光ファイバと；
コンバイナを上流の網素子に接続する複数の光ファイバとを含み；
前記複数の光ファイバがその中に各ゲートされた増幅器を配置し、各光増幅器が、上流方向に送られる信号を選択的に増幅して、所望の入力信号を受信するときに増幅された出力信号を供給し、さもなければ実質的に出力信号を供給しないように動作可能であることを特徴とする光網素子が提供される。
コンバイナおよび増幅器を単一の製品として集積するか、あるいは例えば互いに異なる構造物として配置できることが分かる。素子（component）という言葉の意味は、これらの両方の可能性を含むことを意図している。
本発明の幾つかの実施形態では、ゲートされた光増幅器は：
増幅された光信号を受信する入力と；
増幅された光信号を出力する出力と；
光入力信号を増幅する光増幅器と；
検出器が所定の大きさを越えた光信号の存在を検出したときに、増幅された光信号を出力させる光スイッチとを含む。
都合よく、光増幅器および光スイッチは、入力から出力へ導かれるに光ファイバに沿って配置することができる。
好ましくは、増幅器は、光信号の一部分が入力から出力へ送られる間にそれをタップ取りする光タップをさらに含み、タップ取りされた部分は検出器へ入力される。光タップは、光増幅器の入力側、光増幅器と光スイッチとの間、または光増幅器に沿って途中に配置することができる。
増幅器はさらに、光増幅器の出力側に配置された遅延手段をさらに含むことができる。好ましくは、遅延手段は調節可能な電気遅延手段を含む。
都合よく、光タップは溶融ファイバカップラであり、前記光信号の実質的に１０％をタップ取りして検出器へ、前記光信号のタップ取りされていない部分を光スイッチへ送る。
光増幅器は、ファイバ増幅器または半導体レーザ増幅器（ＳＬＡ）である。光増幅器がＳＬＡであるとき、ＳＬＡは光スイッチも構成することができる。さもなければ、光スイッチは電気吸収変調器（ＥＡＭ）または類似の光スイッチであってもよい。
その代りに、光スイッチが非線形光スイッチであるときは、そのスイッチング閾値は増幅された光信号がそこを通ることができるようにを設定され、さらにそれは検出器も構成する。好ましくは、非線形光スイッチは多量子ウエル（ＭＱＷ）または非線形ファイバループミラーのような飽和可能な吸収器である。
本発明の第２の態様によると、本発明の第１の態様にしたがう１または複数の素子を含む光網が用意される。
各ゲートされた増幅器は、関係するファイバに沿って上流に伝送される信号を増幅することが要求されるときのみオンにされ、また、ＰＯＮでの上流送信が一般に、各顧客端末が所定の時間スロットでデータを伝送し、異なる顧客端末からのデータがヘッドエンドステーションで所定のフォーマットのＴＤＭフレームへアセンブルされるように行われるので、所定の時間においては、増幅器の１つのみが下流の顧客端末の１つから信号を増幅するように要求される。したがって、この上流ＰＯＮは、増幅器からのＡＳＥの重畳によって生じる問題を避けることができる。
都合よく、複数のファイバの各々は、それぞれ別の光ファイバを介して別のパッシブ光コンバイナに接続することができる。より大きい網では、それぞれ別の光ファイバの各々は、さらに別の光コンバイナに接続され、それぞれが複数の顧客端末に接続される。
本発明の第３の態様によると：
各光ファイバによって搬送される複数の光入力を、単一の光ファイバによって搬送される単一の光出力に結合する段階を含む光遠隔通信網を動作する方法であり；
所望の信号が検出される光入力のみをいつでも選択的に増幅する段階を特徴とする光遠隔通信網を動作する方法が提供される。
ここで本発明の特定の実施形態を添付の図面を引用して例示的に記載する。
図１は、スーパーＰＯＮの一部分の概略図である。
図２乃至６は、本発明にしたがって製造され、図１のスーパーＰＯＮで使用するゲートされた増幅器の概略図である。
図面を参照すると、図１は上流スーパーＰＯＮのヘッドエンドステーション１を示しており、このヘッドエンドステーションは光ファイバ３によってコンバイナ２に接続されている。コンバイナ２は４本のファイバ（その中の２本のみが実線で示されている）によって供給され、各ファイバは別のコンバイナ（図示されていない）を介して１４４の顧客ＯＮＵ（図示されていない）に導かれている。各ゲートされた増幅器５は各ファイバ４に接続されている。
各ゲートされた増幅器５は、関係するファイバ４に沿って上流へ伝送される信号を増幅することが必要なときのみオンにスイッチされる。スーパーＰＯＮでの上流伝送は、各ＯＮＵが所定の時間スロットでデータを送信し、異なるＯＮＵからのデータをヘッドエンドステーション１で所定のフォーマットのＴＤＭフレームへアセンブルするように行われるので、所定の時間において増幅器５の１つのみが下流ＯＮＵの１つから信号を増幅することを要求される。したがって、上述の上流スーパーＰＯＮは、増幅器からのＡＳＥの重畳によって生じる問題を避けることができる。
図２は、第１の形態のゲートされた増幅器５、すなわち関係するファイバ４に沿って入力12で上流伝送を受信する光増幅器11を含むゲートされた増幅器を示している。光増幅器11の出力は光タップ13へ導かれ、光タップ13の出力は遅延メンバ15を介して光スイッチ14へ供給される。光スイッチ14は該光タップ13からタップ取りした光信号は閾値検出器16によって受信される。
光増幅器11はエルビウムドープファイバ増幅器であり、光スイッチ14は電子吸収変調器（ＥＡＭ）である。光タップ13は９０／１０溶融光カプラであり、信号の９０％を光スイッチ14へ、１０％を検出器16へ供給するように構成されている。遅延メンバ15は、粗の所定遅延を行う電子ケーブル、および追加の微調整可能な遅延を行う電気回路を含む。その代りに、遅延メンバはある長さの光ファイバを含んでもよい。閾値検出器16はＰＩＮＦＥＴ受信機である。
使用の際、ファイバ４に沿って上流に伝送される信号は光増幅器11によって増幅される。増幅された信号の１０％は光タップ13によって閾値検出器16へタップ取りされ、増幅された信号の残りの９０％は遅延メンバ15を介して光スイッチ14へ送られる。閾値検出器16は、所定のレベルより多くの入力信号を検出するとき、光スイッチ14をオンにする出力を生成する。ファイバ４が上流信号を搬送するときのみスイッチ14をゲートするようにこのレベルを選定することによって、スイッチはファイバ４によって搬送され、増幅器11によって増幅されるノイズに応答してオンになることはない。遅延メンバ15を含む光ファイバの長さは、光信号の主な部分がスイッチ14に到達する時と、検出器16から信号をゲートする時とを同期するように選択される。通常、遅延ファイバ15の長さは約数メートルである。加えて、細かくまたは粗く遅延を調節する手段を、制御パス内の光タップ13と光スイッチ14との間に配置してもよい。
もちろん、関係するファイバ４によって搬送される上流信号が送られると、スイッチ14をオフにする必要があるが−オフにしなければ、増幅器11は動作し続けるので、ヘッドエンドステーション１でノイズの増幅による問題が生じる可能性がある。データ伝送の終了時に光スイッチ14を閉じるときは、単安定を使用するか、またはビット期間を計数するか、または独特のデータ遷移あるいはシーケンスを探知してデータの終りを示すことによって設定することができる。例えば単安定は、伝送されるデータのパケット長に依存する固定遅延に設定することができる。ＡＴＭセルを伝送するとき、単安定は４２４ビット長の信号（すなわち、１ＡＴＭセル内にビット数が８×５３がある信号）を通すようにを設定される。単安定の期間は、外部キャパシタンスおよびレジスタンスと同調して、データバーストの長さに等価する時間を与えることができる。しかしながら、キャパシタンスとレジスタンスの値は、正確な周期を定めるには十分に精密ではない。したがって、データバーストを短くしないことを保証するためにデッド期間が必要である。その代りに、データバースト内のビット数（ＡＴＭセル当たり４２４ビット）に設定したカウンタを使用することもできる。カウンタはこのデータレートで（または自由走行クロックによって）クロックされ、データバーストの始まりを検出したときに作動する。カウンタはゼロにカウントを下げたあとで、リセットされ、光スイッチ14は閉じる。この方法によってスイッチ14の正確なゲート制御が可能となる。さらに別の方法としては、顧客伝送内にフラグを立てる−例えば、各伝送の終了時に１６の“０”を配置して−この伝送の終了を示すものもある。
上述のゲートされた増幅器を多数の方法で変更できることは明らかである。例えば、エルビウムドープファイバ増幅器11を半導体レーザ増幅器（ＳＬＡ）に置換することができ、スイッチ14を構成する電子吸収変調器は、マッハツエンダ装置すなわちリチウムニオブスイッチ、またはシステムの要件を満たす他の光スイッチに置換することができる。
図３は、図２のゲートされた増幅器の素子の変形構造を示す。図３のゲートされた増幅器は基本的に図２の増幅器と同じ素子を使用しているので、同じ部分に対して同じ参照番号を使用し、変更部分のみを詳細に記載する。したがって、図３の実施形態の光タップ13は、光増幅器11の入力側に位置する。増幅器11の入力で到来する光信号をタップ取りすることとは別に、図３のゲートされた増幅器は、図２の増幅器と全く同じ方法で動作する。同様に、図２の素子を変更したのと類似の方法で図３の素子を変更することができる。
図４は、図２の増幅器の別の変形構造を示しており、同様に、類似の部分に対して同じ参照番号を使用している。この実施形態と図２の実施形態との間で唯一相違していることは、光タップ13を光増幅器11に沿って途中に配置していることである。ここで再び、素子変更に関して上述の２つの実施形態と同じ選択肢が適用される。
図５の変形構造では、光タップ13および遅延メンバ15は光増幅器11の入力に配置されている。好ましくは、光増幅器11はＳＬＡであり、スイッチおよび増幅器の両方として機能することができる。この場合、別の光スイッチは必要なく、検出器16の出力を使用して増幅器11の動作を制御する。この実施形態では、ファイバ増幅器よりも迅速に動作するＳＬＡを使用することが好ましい。しかしながら、スイッチング速度があまり重要でない応用では、ファイバ増幅器を使用することもでき、その場合は検出器の出力を使用してファイバ増幅器のポンプレーザを制御する。ここで再び、上述の実施形態と同様に素子の変更に対する類似の選択肢が与えられる。図６は、図５の実施形態に対する別の変形構造を示している。したがって、光増幅器11はスイッチおよび増幅器の両方として再び機能するが、増幅器は光タップ13を介して検出器16に接続されており、その途中でタップをとられる。図５の実施形態に関して、増幅器11は好ましくはＳＬＡであるが、ファイバ増幅器を使用することも可能である。
別の実施形態（図示されていない）では、非線形光スイッチを使用して、光スイッチ14および閾値検出器16の機能を満たすことができる。例えば、非線形光ファイバループミラーを光増幅器11の出力に配置することができる。ループミラーは、非対称カップラおよび簡単なファイバループか、またはファイバループ内の増幅器を備えた対称カップラを有することができる。何れの場合においても、ループミラーは２つの伝搬方向に異なる非線形特性を示して、スイッチとして機能し、低強度のノイズ素子に対して低い伝送を、データパルスに対して高い伝送を行う。この方法の長所は、閾値検出器が実際に光スイッチに構成され、この閾値が低伝送から高伝送への変遷ポイントになることである。したがって、この形式のスイッチは自動的なスイッチングの同期化をもたらす。ファイバループミラーが増幅器を含むとき、これはファイバ増幅器かまたは半導体増幅器の何れかになることができる。飽和可能な吸収器のような他の形式の非線形スイッチ、−例えば多重量子化ウエル（ＭＱＬ）−を使用することもできる。
当業者は、伝送品質を許容できないほどに劣化せずに、網を介してヘッドエンドファイバへ接続可能なＯＮＵの数を網で使用されるビットレートに依存させることを実現するであろう。ビットレートが低いとき、上述の実施形態で示された数よりも少なくＯＮＵの数を減少することが必要である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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