(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザ送信器（２０１ａ−ｎ）を有する光学ネットワークのノードで、無線周波数（ＲＦ）信号を時分割多重化する方法において、
（Ａ）  クロック（２０７）と、前記レーザ送信器の各アノードに加えられる各トリガー出力（２２１ａ−ｎ）とを用いて、前記レーザ送信器をＯＮとＯＦＦ状態の間で、直接変調するステップと、
（Ｂ）  前記レーザ送信器の各カソードに、電気信号生成器（２０５ａ−ｎ）により生成された無線周波数（ＲＦ）信号を加えるステップと、
を有し、
これにより、無線周波数（ＲＦ）情報を搬送するサンプリングされ変調された光学信号を生成する
ことを特徴とする光学ネットワークノードで無線周波数（ＲＦ）信号を時分割多重化する方法。
【請求項２】
前記（ａ）ステップは、前記各レーザ送信器に対し別個のクロックを用いて、行う
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
（Ｃ）前記サンプリングされ変調された光学信号と他の光学信号とを、１本の光ファイバ（２１３）で伝送される結合光学信号になるよう、結合するステップ
を更に有する
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
サイトでダウンリンク光学信号を多重化するシステムにおいて、
前記サイトは、複数のレーザ送信器（２０１ａ−ｎ）にそれぞれ接続される複数の無線周波数（ＲＦ）信号トランシーバの基地局を有し、
前記レーザ送信器は、それぞれ光学信号を搬送する複数の光ファイバ（２１５ａ−ｎ）に接続され、
前記システムは、
（Ｘ）第１クロック周波数の直列クロック・パルスを生成するクロック（２０７）と、
（Ｙ）前記クロック・パルスを複数のトリガー出力に分割する直列から並列へのコンバータと、
前記トリガー出力は、分割されたそれぞれのクロック・パルスの部分を、第２クロック周波数で搬送し、
（Ａ）無線周波数信号を前記レーザ送信器の各カソードに引加する複数の電気信号生成器（２０５ａ−ｎ）と、
前記無線周波数信号とトリガー出力を組み合わせて、無線周波数信号からサンプリングされた光学信号を生成し、
（Ｂ）前記複数の光ファイバで搬送される光学信号とサンプリングされた光学信号とを、１本の光ファイバ（２１３）で搬送される多重化光学信号になるよう、結合する光学カプラ（２１１）と
を有する
ことを特徴とするサイトでダウンリンク光学信号を多重化するシステム。
【請求項５】
前記電気信号生成器（２０５ａ−ｎ）は、無線周波数信号生成器である
ことを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項６】
（Ｃ）複数の基地局トランシーバ（４０５ａ−ｎ）を更に有し、
前記基地局トランシーバは、レーザ送信器に接続される
ことを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項７】
（Ｄ）  前記１本の光ファイバに接続され、前記多重化された光学信号を多重化された電気信号に変換する光学受信器（４０８）と、
（Ｅ）  前記光学受信器の出力に接続され、前記多重化された電気信号を増幅する無線周波数増幅器（４１０）と、
（Ｆ）  前記無線周波数増幅器に接続され、前記多重化された電気信号を放送するアンテナ（４１３）と
を更に有する
ことを特徴とする請求項６記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学通信に関し、特に、光学信号を１本の光ファイバ上に多重化する方法に関する。具体的には、本発明の方法は、複数の信号をサンプリングし、このサンプリングされた信号を１本の光ファイバ上に結合する。本発明の光学多重化方法は、デジタル信号とＲＦアナログ信号の両方に有用で、既存の光ファイバ通信ネットワークを更新するため、あるいは新たに設置するために適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムにおける多重化は、いくつかの既存の技術により達成することができる。多重化技術の採用は、ネットワークのコスト、性能、アップグレード性（更新可能性）に大きな影響を及ぼす。１つの多重化技術は、波長分割多重化（wavelength division multiplexing（ＷＤＭ））である。ＷＤＭにおいては、データ信号は、それぞれ、個別の光波長に変調され、その後１本の光ファイバに結合される。光ファイバの遠方端では、異なる波長が光学的に分離され、個別に検出される。ＷＤＭシステムは、その結果、各異なる波長に対し、多数のレーザ・ソースと検出器を必要とする。
【０００３】
１個の波長チャネル上で高速データ・レートを達成するＷＤＭに対する別の構成例は、光学時分割多重化（optical time division multiplexing（ＯＴＤＭ））として公知である。一般的なＯＴＤＭシステムを図１に示す。同図のＯＴＤＭシステムは、１個の高速パルスレーザ１０１を有する。光学スプリッタ１０３は、パルス状のレーザ出力を分離する。外部変調器１０９を用いて各信号を光学キャリアに変調する。光学遅延線１０５は、例えばさまざまな長さの光ファイバであり、これを用いて異なるチャネルのパルス状信号をインターリーブ（inter-leave）する。光学信号は、その後、結合器１１１で１本の光ファイバ上に多重化される。
【０００４】
光ファイバ通信ネットワークの寿命期間中において、更なるファイバを必要とされるが、利用不可能な状況がしばしば発生し、更新が制限されることがある。それ故に、現場に設置された光ファイバ通信ネットワークを容易に更新できる方法は、利益のあることである。現在の多重化技術は、ネットワークが一端設置された後は、容易には更新することができない。例えば、ＷＤＭレーザを搭載しない光ファイバ通信ネットワークは、全てのレーザ送信器を置換し、波長分離化装置および／または光ファイバを受信端に設置せずにＷＤＭを用いて更新はすることができない。従来のＯＴＤＭネットワークを更新するには、正確な遅延量を有する光学遅延線の設置が必要であり、難しい設置作業が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
信号サンプリングにより既存のネットワークの光ファイバを自由に使えるようにし、且つ搭載が容易で最小数の既存のネットワーク構成要素だけを置換するだけで、光学時分割多重化方法を提供するのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の、複数の電気信号入力と、複数のレーザ送信器と、光信号を搬送する光ファイバとを有する光学ネットワークのノードでの光学信号の多重化方法は、（ａ）  第１クロック周波数のクロック・パルスを生成するステップと、（ｂ）  前記クロック・パルスをトリガー出力の数に分割し、前記クロック・パルスの分割されたそれぞれのクロック・パルス部分を、第２クロック周波数で搬送するステップと、前記第２クロック周波数は、第１クロック周波数を前記トリガー出力の数で割った値に等しく、（ｃ）  前記電気信号を、前記分割されたクロック・パルス部分でトリガーすることにより、サンプリングし、サンプリングされた電気信号を生成するステップと、前記サンプリングされた電気信号のサンプル期間は、前記クロック・パルスの幅に等しく、（ｄ）  前記レーザ送信器を前記サンプリングされた電気信号で変調することにより、前記サンプリングされた電気信号をサンプリングされた光学信号に変換し、前記サンプリングされた光学信号を光ファイバ上に出力するステップと、（ｅ）  前記サンプリングされた光学信号を１本の光ファイバ上に結合するステップとを有することを特徴とする。更に好ましくは、前記（ｃ）ステップは、（ｃ１）  前記トリガー出力をそれぞれのレーザ送信器に結合するステップと、（ｃ２）  前記電気信号をレーザ送信器に結合するステップとを含むことを特徴とする。更に好ましくは、前記（ｃ）のステップは、（ｃ３）  前記トリガー出力をそれぞれのレーザ送信器のアノードに結合するステップと、（ｃ４）  前記電気信号をレーザ送信器のカソードに接合するステップとを含むことを特徴とする。
【０００７】
複数の光ファイバを有し、複数の光学信号を送信する光学ネットワークのノードでの光学信号を多重化する本発明の方法は、（ａ）  第１クロック周波数のクロック・パルスを生成するステップと、（ｂ）  前記クロック・パルスをトリガー出力の数に分割し、前記クロック・パルスの分割されたそれぞれの部分を第２クロック周波数で搬送するステップと、前記第２クロック周波数は、第１クロック周波数を前記トリガー出力の数で割った値に等しく、（ｃ）  前記光学信号を光学変調器に入力し、前記光学変調器を前記分割された部分でトリガーすることにより、光学信号をサンプリングし、サンプリングされた光学信号を生成するステップと、（ｄ）  前記サンプリングされた光学信号を１本の光ファイバ上に結合するステップとを有することを特徴とする。
【０００８】
レーザ送信器にそれぞれ接続された複数の基地局トランシーバと、光学信号を搬送する複数の光ファイバに接続されたレーザ送信器とを有するサイトで、ダウンリンク光学信号を多重化する本発明のシステムにおいて、（ａ）  第１クロック周波数のクロック・パルスを生成するクロックと、（ｂ）  前記クロック・パルスをトリガー出力の数に分割し、前記クロック・パルスの分割されたそれぞれの部分を第２クロック周波数で送信する直列／並列コンバータと、前記第２クロック周波数は、第１クロック周波数を前記トリガー出力の数で割った値に等しく、（ｃ）  前記トリガー出力にそれぞれ接続された複数のレーザ送信器と、前記光学信号は、前記分割された部分でレーザを駆動することによってサンプリングされ、（ｄ）  前記複数の光ファイバを、多重化された光学信号を搬送する１本の出力用光ファイバに結合する光学カプラとを有することを特徴とする。本発明のシステムは、（ｅ）  前記出力用の光ファイバに接続され、前記多重化された光学信号を多重化された電気信号に変換する光学受信器と、（ｆ）  前記光学受信器の出力に接続され、前記多重化された電気信号を増幅するＲＦ増幅器と、（ｇ）  前記ＲＦ増幅器に接続され、前記多重化された電気信号を放送するアンテナとをさらに有することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、光学信号を１本の光ファイバ上に多重化するシステムと方法に関する。特に、本発明のシステムと方法は、複数の信号をサンプリングし、このサンプリングされた信号を１本の光ファイバ上に光学的に結合するステップを含む。本発明は、既存のネットワークを更新する際に、および光ファイバ通信ネットワークを新たに設置する際に、用いられる。
【００１０】
個々の複数の信号をサンプリングし、このサンプリングされた信号を１本の光ファイバに結合することにより、光学信号を多重化する本発明のシステムと方法の原理と動作は、以下の説明と図面を参照することにより容易に理解できる。
【００１１】
以下、本発明は、ＲＦアナログ信号で光学多重化を例に議論するが、別の構成として、デジタル・データ信号を用いて構築することもできる。
【００１２】
信号が、本発明の一実施例により多重化されると、分離化は従来公知の方法を用いて達成できる。中速度のデジタル・データ・レートにおいては、多重化は、例えば時間領域における公知のクロックとデータ再生を用いて達成できる。高速度、すなわち高周波数信号に対しては、ゲーティングされた光学外部変調器（gated optical external modulation）を用いることができる。
【００１３】
本発明を詳述する前に理解すべき点として、本発明は、設計の詳細な適用および明細書と図面で述べた構成要素の配列に限定されるものではない。本発明は、他の実施例でも実現可能であり、またさまざまな方法で実現できる。本明細書で用いた表現および用語は、本発明の説明のためであり、限定的に解釈すべきではない。
【００１４】
本発明の開示が基づいた技術的概念は、本発明のいくつかの目的を実行する他の構造、方法、システムを設計するためのベースとして容易に用いることができる。それ故に、特許請求の範囲は、本発明の精神を逸脱しない限り、等価の構造体も含む。
【実施例】
【００１５】
図２を参照すると、複数本の光ファイバで搬送される信号を１本の光ファイバに多重化し、残りの光ファイバを自由に利用可能にして、光学ネットワークでさらに利用できるようなシステムと方法を示す。既存の光学通信ネットワークは、複数のレーザ送信器２０１ａ−２０１ｎを含む。レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎは、直接変調される。これは、信号生成器２０５ａ−２０５ｎにより生成された電気信号により、レーザ送信器２０１のレーザ・ダイオードにかかる電流バイアスを変化させることにより行われる。この変調された光学信号は、光ファイバ２１５ａ−２１５ｎにより搬送される。本発明による多重化システムは、クロック２０７を用い、これにより一連のクロック信号、例えば正確な周波数の一連のパルスを生成する。クロック・レートは、好ましくはナイキスト理論により、チャネル毎に送信される最大周波数と多重化されたチャネル数の乗算値の２倍以上である。一連のクロック信号は、直列／並列コンバータ（直列から並列への変換器）２０９に入力される。直列／並列コンバータ２０９は、複数のトリガー出力２２１ａ−２２１ｎを有する。トリガー出力２２１は、サンプリング・モジュール２０３に入力される。本発明の一実施例によれば、直列／並列コンバータ２０９は、第１パルスをサンプリング・モジュール２０３ａに、第２パルスを２０３ｂに出力する。以下同様である。全てのサンプリング・モジュール２０３ｎまで周期的に出力し、その後、第１のサンプリング・モジュール２０３ａに戻る。クロック・パルスを受信すると、サンプリング・モジュール２０３ａ−２０３ｎは、それぞれの入力をサンプリングするようトリガーされ、この信号サンプルをレーザ送信器２０１ａ−２０１ｎに出力する。好ましくは、信号サンプルの持続時間は、クロック・パルスの幅に等しい。その結果、レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎは、それぞれ、サンプリング・モジュール２０３ａ−２０３ｎがトリガーされた時のみ、「ノン−ゼロ出力（non-zero output）」を有する。
【００１６】
用語「ゼロ出力（zero output）」とは、使用される変調のタイプに関し、ユニポーラ（unipolar）であるデジタル変調においては、「ゼロ出力」は、レーザしきい値未満の光学出力を意味する。一方、バイポーラ（bipolar）のアナログ出力においては、「ゼロ出力」は、レーザ・ダイオードの瞬時出力レベルのピーク最大時の半分のバイアス・ポイントを意味する。レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎ用のサンプリングされた光学信号出力は、それぞれ、光ファイバ２１５ａ−２１５ｎにより搬送される。サンプリングされた信号は、光学カプラ２１１で結合される。光学時間領域多重化信号は、１本の光ファイバ２１３上を搬送され、これにより残りの（ｎ−１）本の光ファイバは、使用自由となり、ネットワークで別の用途に使用することができる。本発明の一実施例においては、サンプリング・モジュール２０３ａ−２０３ｎは、ＲＦミキサを有し、クロック出力を、レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎへの入力としての信号入力で畳み込む（convolute）。
【００１７】
例えば、最大周波数１００Ｍｈｚの１０個のＲＦアナログ・チャネルは、２Ｇｈｚのクロック周波数を用いる。レーザ送信器２０１は、２００Ｍｈｚの周波数でサンプリングされる。サンプリングされた複数の信号は、その後、１本の光ファイバ上に光学時分割多重化される。この光ファイバは、複数のレーザ送信器からの２Ｇｈｚの変調信号を搬送する。
【００１８】
図２ａに本発明の示す本発明の他の実施例においては、サンプリングは、レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎを駆動することにより行われる。これは、トリガー・パルスと信号生成器２０５ａ−２０５ｎからの出力により直接行われ、サンプリング・モジュール２０３ａ−２０３ｎを介在させる必要はない。図２ａにおいては、レーザ・ドライバ２１７ａ−２１７ｎは、直列／並列コンバータ２０９のトリガー出力２２１ａ−２２１ｎからクロック・パルスを受領し、レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎのそれぞれのアノードを駆動する。信号生成器２０５ａ−２０５ｎの出力は、減衰器２１９ａ−２１９ｎに入力され、レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎのそれぞれのカソードに接続される。減衰器２１９ａ−２１９ｎは、レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎの過剰な歪みを起こさないように適宜の信号レベルを達成する。図２ａに示す実施例は、図２の実施例よりも以下の点で利点を有する。すなわち、図２ａの実施例は図２の実施例よりも少ない部品点数でよく、絶縁するためのフィルタを必要としない。
【００１９】
図２、２ａに示した実施例は、光学カプラ２１１を搭載するために、単純、低コスト且つ容易である点を除き、多重化するために必要な全ての付属的装置は、時間領域内のものであり、既存のネットワークに低コストで搭載可能である。
【００２０】
本発明の他の実施例を図３に示す。図３の実施例においては、信号生成器２０５ａ−２０５ｎの出力は、レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎに入力される。レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎからの変調光学出力信号は、外部変調器３０１ａ−３０１ｎに入力される。クロック２０７から出力された直列のクロック信号は、直列／並列コンバータ２０９に入力される。直列／並列コンバータ２０９は、複数のトリガー出力２２１ａ−２２１ｎを有する。トリガー出力２２１は外部変調器３０１に接続される。直列／並列コンバータ２０９は、第１パルスを外部変調器３０１ａに出力し、第２パルスを３０１ｂに出力する。以下同様である。全ての外部変調器３０１ａ−３０１ｎに対し繰り返し、外部変調器３０１ａに戻る。クロック・パルスを受信すると、外部変調器３０１ａ−３０１ｎは、トリガーされて、それぞれの光学入力をサンプリングし、この信号サンプルを光ファイバ２１５ａ−２１５ｎに出力する。光ファイバ２１５ａ−２１５ｎは、光学的に光学カプラ２１１により１本の光ファイバ２１３に結合される。
【００２１】
図３の実施例は、高速クロック・レートに適したものである。例えば、本発明により、２．５Ｇｂｓで動作する５個のデータ・チャネルを多重化するには、少なくとも２５Ｇｂｓの周波数でパルスを出力するクロック２０７を必要とする。別の構成として、外部変調を用いる図３の実施例に類似する実施例は、高速の立ち上がりおよび立ち下がり時間（例えば４０ｐｓ）のレーザ送信器（例えばモード・ロック・パルス・レーザ）を用いて構成することもできる。
【００２２】
図４に示す本発明の他の実施例は、携帯電話通信の分野での光学時領域多重化への応用である。図４を参照すると、基地局トランシーバ４０５ａ−４０５ｎは同一のサイトに配置される。しかし、基地局トランシーバ４０５ａ−４０５ｎは、異なるセルラ・サービスに属する。別の構成として、基地局トランシーバ４０５ａ−４０５ｎは、同一のセルラ・サービスに属するが、異なる周波数チャネルで動作することもできる。ダウンリンク（携帯電話が受信する）信号は、アップリンク／ダウンリンク・デュプレクサ４０９ａ−４０９ｎを介して出力され、適宜の減衰器（図示せず）を介して、レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎに動作可能に接続される。
【００２３】
図２、２ａに示す実施例と同様に、クロック２０７は、動作可能にレーザ送信器２０１ａ−２０１ｎに、直列／並列コンバータ２０９とレーザ・ドライバ２１７ａ−２１７ｎを介して接続される。レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎからの光ファイバ２１５ａ−２１５ｎは、光学カプラ２１１内で光学的に結合される。この多重化された光学出力は、光ファイバ２１３により搬送される。光ファイバ２１３により搬送された光学信号を光学受信器４０８が受領し、多重化された電気信号に変換される。多重化された電気信号は、ＲＦ増幅器４１０の入力に接続され、アンテナ・デュプレクサ４１１を介してアンテナ４１３に送信され、放送される。移動ユニット４０７ａ−４０７ｎは、それぞれ、基地局トランシーバ４０５ａ−４０５ｎから信号を受信する。アップリンク（移動ユニットが送信する）信号は、アンテナ４１３から基地局トランシーバ４０５ａ−４０５ｎに送信される（図４には示さず）。
【００２４】
図４に示した実施例の具体例として、３個の基地局トランシーバは、それぞれ、８００−９００Ｍｈｚの範囲の個々のダウンリンク周波数バンドを有する。クロック２０７は、例えば６Ｇｈｚで動作する。レーザ送信器２０１ａ−２０１ｎは、２Ｇｈｚでサンプリングする。ＲＦ増幅器４１０は、例えば１Ｇｈｚの周波数応答を有する。それ故にＲＦ増幅器４１０は、信号のサンプリング遷移を増幅するのに十分な程度高速ではなく、それ故に、基地局トランシーバ４０５ａ−４０５ｎから歪みのない信号がアンテナ４１３から送信される。
【００２５】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術に係る光学時分割多重化システムを表す図。
【図２】本発明の一実施例による、直接変調レーザ・ソースを用いた通信ネットワークを表す図。
【図２ａ】本発明の他の実施例による、直接変調レーザ・ソースを用いた通信ネットワークを表す図。
【図３】本発明の一実施例による、複数の光学信号の外部変調を用いた通信ネットワークを表す図。
【図４】本発明の一実施例による、直接変調を用いた携帯電話への適用例を表す図。図面の翻訳      図１：従来のＯＴＤＭ、従来技術      図２：直接変調      図２ａ：直接変調      図３：外部変調      図４：携帯電話のダウンリンクへの適用
【符号の説明】
【００２７】
１０１  高速パルスレーザ
１０３  光学スプリッタ
１０５  光学遅延線
１０９  外部変調器
１１１  結合器
２０１  レーザ送信器
２０３  サンプリング・モジュール
２０５  信号生成器
２０７  クロック
２０９  直列／並列コンバータ
２１１  光学カプラ
２１３  光ファイバ
２１５  光ファイバ
２１７  レーザ・ドライバ
２１９  減衰器
２２１  トリガー出力
３０１  外部変調器
４０５  基地局トランシーバ
４０７  移動ユニット
４０８  光学受信器
４０９  アップリンク／ダウンリンク・デュプレクサ
４１０  ＲＦ増幅器
４１１  アンテナ・デュプレクサ
４１３  アンテナ
【図１】
0004431573.tif 000002
【図２】
0004431573.tif 000003
【図２ａ】
0004431573.tif 000004
【図３】
0004431573.tif 000005
【図４】
0004431573.tif 000006