(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信器と、受信器と、ある長さの光ファイバ伝送回線と、光増幅器とを含む、あるシステム波長で動作する光ファイバ通信システムであって、
該システムは、各々のチャネル間間隔が５ｎｍ以下である異なるチャネル波長の少なくとも４チャネルでの同時動作を提供するものであり、
前記光増幅器は、第１の伝送方向として一方の単一の光ファイバ伝送回線から他方の単一の光ファイバ伝送回線に向けて、前記一方の単一の光ファイバ伝送回線の損失を補償して少なくとも２チャネルをセットとして増幅して伝送すると共に、第２の伝送方向として前記他方の単一の光ファイバ伝送回線から前記一方の単一の光ファイバ伝送回線に向けて、前記他方の単一の光ファイバ伝送回線の損失を補償して少なくとも２チャネルをセットとして増幅して伝送し、前記少なくとも４チャネル全ての信号を同時に増幅することを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、デジタル信号が伝送される前記光ファイバ伝送回線は少なくとも９０ｋｍであり、前記システムが少なくとも２．５Ｇｂ／秒のチャネル毎の変調速度を提供することを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記光増幅器は、エルビウムをドープされたファイバ増幅器であることを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記システムは追加／破棄装置を有し、該装置は、前記第１および第２の伝送方向の各々に、少なくとも１つのチャネルを追加し、または破棄することを提供することを提供することを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記システムは、障害位置に対する光時分割反射率測定（ＯＴＤＲ）に専用される少なくとも１つの追加のチャネルを含むことを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記システムの前記あるシステム波長が１５５０ｎｍであることを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記システムは、第２のシステム波長を有する第２のチャネルのセットでの伝送を提供することを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記システムの前記あるシステム波長が１３１０ｎｍであることを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記光ファイバ伝送回線で伝送される前記セット内の各チャネルの伝送方向が、チャネル波長の昇順で少なくとも２回変化するようにインターリーブされることを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項１０】
光増幅器と、ある長さの光ファイバ伝送回線とを含む光増幅システムで用いられる通信方法であって、前記光増幅器は、第１の伝送方向として一方の単一の光ファイバ伝送回線から他方の単一の光ファイバ伝送回線に向けて増幅して伝送すると共に、第２の伝送方向として前記他方の単一の光ファイバ伝送回線から前記一方の単一の光ファイバ伝送回線に向けて増幅して伝送し、そして前記光ファイバ伝送回線はシステム波長で１．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下の色分散を有しており、前記方法は、
前記一方の単一の光ファイバ伝送回線から前記他方の単一の光ファイバ伝送回線に向けての伝送と、前記他方の単一の光ファイバ伝送回線から前記一方の単一の光ファイバ伝送回線に向けての伝送において、少なくとも４つのＷＤＭチャネルでの同時伝送を含み、該チャネルの各々は前記光ファイバ伝送回線に接続する前記光増幅器のスペクトル領域内にそのチャネル波長を有しており、そして、
前記第１の伝送方向に伝送する少なくとも一対のチャネルと前記第２の伝送方向に伝送する少なくとも一対のチャネルとによる双方向伝送をすることを特徴とする通信方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記双方向伝送は、前記一対のチャネルの各チャネルに対して少なくとも２．５Ｇｂ／秒のチャネル毎のビット速度を有するディジタル伝送であることを特徴とする通信方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記ファイバ伝送回線で伝送される前記一対のチャネル内での各チャネルの伝送方向がチャネル波長の昇順で少なくとも２回変化するようにインターリーブされることを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重（ＷＤＭ）の光ファイバー通信に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次世代の光ファイバー通信は、波長分割多重化を使用するであろう。十分に近接したチャネル間の間隔を持ち各々が２．５Ｇビットのディジタル・ビット伝送速度で動作する、４チャネルのモデルシステムの方式があり、ＷＤＭ全体のセットを１個の光増幅器によって同時に増幅することができる。現在使用されている、エルビウム・ドーピングされたファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）は、１２ｎｍの増幅帯域幅を持ち、最近の製造での帯域幅は２５ｎｍまで増加している。１ｎｍ以下のＷＤＭチャネル間隔は、容量をさらにアップグレードするのに充分な余地を残している。ラーマン増幅は、１３１０ｎｍのシステム波長でＷＤＭチャネルの別々のセットを許容するために１５５０ｎｍのＥＤＦＡ動作を補う研究がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に使用されている分散シフトされたファイバー（ＤＳＦ）はＷＤＭ動作を厳しく制限することが最近発見された。まさしくその分散をゼロにすることは、色分散による容量制限を最小にする際に重要だが、４波長混合（４ＷＭ）による劣化を悪化させ、チャネル間のビートから生じる電力面の不利益が、予期される４チャネル動作を実効的に妨げる。この困難性は、１９９４年７月５日発行のアメリカ特許、第５，３２７，５１６号の、有限分散ファイバーの導入により解決される。このファイバーは４ＷＭを効果的に回避するために十分な分散を備えている。しかし、分散が不十分だと、ビット伝送速度をかなり制限する。新しいシステムは、このファイバーの使用により最大限に予想されるＷＤＭ性能を提供する。
【０００４】
また、すでに設置されたＤＳＦを使用している単一チャネル・システムのＷＤＭアップグレードに関する問題についても言及している。最も有望なアプローチは、他のチャネルの搬送波と４ＷＭ生成物との一致を回避するようにチャネル波長割当てを使用する。１９９４年２月１８日出願の米国特許出願番号第０８／１９９，３６４号を参照されたい。４ＷＭが制限されている新しく設置されたシステムに対して、不均等な間隔の形式が有効に適用できる。
【０００５】
近い将来の商業活動の焦点ではないが、デジタル・システムと同様にアナログも検討中である。「ファイバーを家庭へ」、たとえばケーブル・テレビは事例的なＷＤＭであり、光増幅はアナログ伝送にも役割を果たしそうである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
適切に適用された、単一光ファイバー内の双方向伝送は、４ＷＭに分け与えられた制限を緩和する。商業的に製造される双方向性増幅器は、片方向性増幅器よりあまり複雑であったり高価であってはならない。
【０００７】
直接の含意は、ＤＳＦのＷＤＭ容量を許容する地中システム、あるいは、所望のＷＤＭ動作を許容するのに不十分な分散の他のファイバー設計をアップグレードすることにある。
【０００８】
本発明の複数チャンネルの双方向伝送は、将来のシステムのために容量効果を提供する。これは、いろいろな形式のＷＤＭの可能なシステムの使用を、対応した増加する容量で補うことができる。発明の実施例は、均等と同様に不均等なチャネル間隔での使用、つまりＤＳＦと同様に有限の分散ファイバーでの使用を含む。
【０００９】
いろいろな好ましい実施例が説明される。前述したチャネルの位置づけ、たとえば、所定の増幅器の帯域幅の予算の範囲内でチャネル間の間隔を最大にするためのインターリーブされた前進と後進のチャネルに関する動作を最適化するものがある。
【００１０】
［用語］
ＷＤＭ：近接した間隔のチャネル、たとえばチャネル間の間隔が５ｎｍ以下を参照して、単一の光増幅器による同時増幅を可能とする。この用語は、通常のシステムに適用されるように４個以上の片方向のチャネルを予想するのに対して、ここで使用するのは、各方向に２チャネルだけを持つ双方向性システムを参照するのに使用する。
【００１１】
チャネル：この用語は、ＷＤＭセットのチャネルを記述するために使われる。これらのチャネルは、回路内の光増幅器の増幅帯域内で適応されるスペクトル幅を一緒に持つ。
【００１２】
２＋２、４＋４、等：単一ファイバー上の前進と後進のチャネルの数量。（片方向のファイバーが含まれることもあるが、特許請求されたシステムの動作は少くとも１個の双方向性ファイバーに常に依存する。）
【００１３】
分散：色分散、主に材料の分散と導波路の分散のリニア効果によると考察される。ここでの説明の目的のために、自己位相変調は、確かにシステム全体の設計の中の関心の因子であるが、考慮されてない。同様に、分散の符号は、分散の補償を除くと概して関心はない。
【００１４】
有限の分散ファイバー：システムでの波長で１．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから４ｐｓ／ｎｍ・ｋｍまでの範囲の中の分散をもつファイバー。この用語は、アメリカ特許５，３２７，５１６のファイバーを含むがこれに限定されない。
【００１５】
最小の分散ファイバー：有限の分散ファイバーの範囲の下の分散を持つファイバー。この用語は、最新技術の海底ファイバーと同様にＤＳＦを含む。
【００１６】
スパン：光増幅器で少なくともその一端が終端されているファイバー、又は、分布ラーマン増幅の場合はポンプ注入点の間のファイバー。
【００１７】
中継器スパン：光電気変換または電気光変換の間の距離。検討する「モデルシステム」に対して、中継器スパンの中に３個の１２０ｋｍスパンがある。
【００１８】
システム波長：ＷＤＭスペクトルの範囲内に（そして、順番に、光増幅器の増幅スペクトルの範囲内に）含まれる動作の公称波長。最新技術の長距離システムは、１５５０ｎｍのシステム波長で動作する。予期されるシステムは、シリカ・ファイバーの公称１３１０ｎｍの「ウィンドウ」の中での動作を含むことができる。
【００１９】
モデルシステム：４チャネルのＷＤＭ、２．５Ｇｂ／ｓのパー・チャネル・システムで３６０ｋｍ以上の中継器スパンを持ち、順番に３個のスパンに分割される。この用語は、主として説明を容易にする意図のために使われる。請求項やシステム性能を制限する意図はない。ある条件下では、予期されたスパンがより小さいことやより大きいことがあり、９０ｋｍ以下から数百ｋｍまである。かなり高いビット伝送速度が許容される。
【００２０】
一般に、発明の進歩性は、論理上２つのカテゴリに分類される。
カテゴリ１：
少くとも一つの方向に２チャネルを持つ少くとも一つの双方向伝送するファイバーを使用する。カテゴリ１の好ましいシステムは一つ以上の２＋２ファイバーを使用しており、従来は４ＷＭでは禁止されると考えられた容量で動作が許される。この意味で、これは当初のＷＤＭの使用を代表しそうな、４チャネルの片方向のＷＤＭシステムを置き換える。
各方向に２チャネルを使用することだけで、最近非常に関心が高いＷＤＭの劣化を完全に回避することができる。追加のチャネルの回避は、チャネルの搬送波と一致している一対のチャネルの４ＷＭ生成物を排除する。（２チャネルが４ＷＭ生成物を生じるのでわずかな障害が残り、それ自身の中で小さな電力的な不利益を伴う。さらなる議論の中では、カテゴリ１のシステムと動作は４ＷＭの劣化を「回避する」ように記述される。）
ここで、進歩性はすでに設置済のシステムをアップグレードする形式をとることである。カテゴリ１のシステムは、ＤＳＦによって例証されるが、実質的なファイバーの分散のスパン距離はシステム波長（おそらく１５５０ｎｍ）で１．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下である。最新技術の単一チャネルの海底システムは、およそ１．２ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散のファイバーを使用する。そのような海底システムは、アップグレードの候補である。
原則として、等価な３チャネルの片方向のファイバーがある種の４ＷＭ障害を経験することがあるので、カテゴリ１の概念の推進力は２＋１ファイバーでの動作に適用できる。両方向の等しいトラヒックの期待は、少くとも音声通信に対して、２＋２を優先する。
【００２１】
カテゴリ２：
カテゴリ２のシステムと動作に資格を与えるには、ＷＤＭシステム波長で１．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍから４ｐｓ／ｎｍ・ｋｍの分散を備えている少くとも一つファイバーの中で、双方向伝送を必要とする。そのようなファイバーは、１９９３年８月３１日発行のアメリカ特許第５，２４０，４８８によって例証された１５５０ｎｍシステムの中で、均等のスパンを持つチャネルに対して片方向のモデルシステム動作を可能にする。そのようなファイバーの分散は、ＤＳＦの置換を許容するように概して十分に低レベルである。本特許の中で、分散は端末の補償によってさらに削減できる。適当な、不均等な間隔とチャネル割り当てによってアップグレードされたとしても、このファイバーを使用しているシステムは４ＷＭ制限を継続する。チャネル数および／またはパー・チャネルのビット伝送速度は、片方向の制限を越えることがある。
一般に、動作中のカテゴリ２のシステムは、依然として設置されるシステムに係わる。それらは、各方向に少くとも４チャネルの伝送を各々提供している一つ以上のファイバーを含むと期待される。インターリーブすることはカテゴリ２のシステムの中でより大きな帰結であり、各々の伝送方向でより大きなチャネル間の間隔を許容する。
片方向の４ＷＭ制限を越えるために双方向伝送から利益を得ることができる計画されたシステムは、計画されたシステムに含まれない特性を使用することができる。それらは１５５０ｎｍのウインドウで運用することができて、ＥＤＦＡを使用する。それらは、ラーマン増幅を使用することができて、１３１０ｎｍの透明領域で動作する。
【００２２】
他の様相：
反対に方向づけされたチャネル間の間隔を制限しているブリュアン後方散乱と他の問題は重要でない。チャネルのインターリーブは、すべての双方向システムに役立つ。各々の伝送方向に少なくとも３つ以上のチャネルを備えているシステムの中で、４ＷＭ制限を削減することに特別の価値がある。
同じファイバー上での双方向性動作の便利さは保持される。ＩＥＥＥフォトン技術報告第５巻第１号、ページ７６−７９（１９９３）を参照して下さい。リターン・パスが同じファイバー内にある本発明のシステムでは、障害のある場所を見つけるための時間が短くできて、ダウン時間を低減できることになる。
どのような双方向システムの中でも、４ＷＭによる劣化から相対的に解放されている。全てのパー・フアイバー・チャネルのどのような一定数に対しても、双方向の動作により大きいチャネル間の間隔を許容する。これは、チャネル割り当てに関係なく（チャネル・インターリーブの有無にかかわらず）真実である。ブリュアン後方散乱、および反対方向のチャネルを制限する他の要件は、隣接の片方向のチャネルに対して４ＷＭほどには強制的ではないからである。
他の動作要求事項は概して損なわれることもなく、促進されることがある。追加／削除、多重化／多重分離、光時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）、および、概して信号の経路選択のための特定の回路構成が記述される。
近接して間隔を置いたＷＤＭシステムは、全チャネル・セットの同時増幅を許容する際に特別な価値がある。それで、本発明システムの中に一つ以上の光増幅器の編入が熟考される。本発明の概念は、非増幅システムにも、たとえば島を渡るための海底システムにも有効に適用される。これは長距離ＷＤＭによって供給されるローカル・ネットワークに適用することができて、そこではＷＤＭ多重分離がローカル回線の終端で実行される。
【００２３】
システム設計：
多くの点で、双方向性はシステム改変を少ししか必要としない。アップグレードする際に重要な点は、すでに設置されている従来の増幅器に対する双方向性増幅器の置換が主要な要求条件だということである。多重化／多重分離装置は、双方向伝送に適応させるように設計されなければならない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、単一の２＋２ファイバーを使用している双方向システムの一部の系統図である。図示したシステム部分は、送信器１、受信器２と経路選択装置３で構成される第一の端末を含む。これは、送信器４、受信器５、経路選択装置６で構成される第二の端末と通信する。通信は、双方向性増幅器８、９に使用される単一のファイバー伝送回線７による。送信器と受信器は、ファイバー１０、１１上に第一と第二のＷＤＭチャネルをもつ送信器１への入力とともに、多重化／多重分離するための適切な手段を含む。入力される反対方向のチャネルは、ファイバー１４、１５上の送信器４に導入される。対になった順方向チャンネルは、ファイバー１２、１３上の受信器２を通る。対になった対向のチャネルは、ファイバー１６、１７上の受信器２を通る。
【００２５】
図２は、双方向性増幅器の一つの形式を示す。これは、２個の４ポート光サーキュレーター２０、２１を使用して、ポンプ２４、２６とルーター２５、２７によってサービスされる、増幅用ファイバー２２、２３に２個のトラフィック方向を迂回させる。描写されたシステムは、４チャネル動作を提供する。チャネルｆｌ，ｆ２，ｆ３，ｆ４がインターリーブされるとして示されており、ｆ１、ｆ３が一方向に伝搬しており、ｆ２、ｆ４が他の方向に伝搬している。インターリーブされたチャネルは、同一の全帯域幅を専有している一方で、対となる要素間の間隔を増大させ、多重化／多重分離化と同様に光フィルタリング要求条件を緩和させる。図示した２＋２システムは４ＷＭ劣化を回避するので、チャネル間の間隔は均等にできる。
【００２６】
ファイバー回折格子２８、２９、３０、３１はフィルタとして役立ち、反射とレイリー後方散乱による発振に対して安定化する。追加／削除の回路は、受信器３２、３３と送信器３４、３５とを含む。送信器と受信器の対は、３ｄＢカプラーを通して結合される。低レベルの反射回折格子３６、３７の使用により、ＯＴＤＲ機能を可能とする一方、増幅器の利得領域内のＯＴＤＲ波長での増幅器発振を妨げている。
【００２７】
追加／削除マルチプレクサは、ＷＤＭチャネルを移動し置換するものだが、光増幅器内に埋め込むことができ、あるいは個別の受動素子であってもよい。図３の回路は、光フィルタリングとチャネル後方散乱抑制のために２個の６ポートのサーキュレーター３８、３９を使用する。システム、２＋２、は、前進伝送チャネルｆ１、ｆ３と、逆進方向チャネルｆ２、ｆ４を有する。追加／削除の多重化は、チャネルｆ３、ｆ４で実行される。ｆ３を削除した後の動作で、信号は、サーキュレーター３８のポートｐ３に到達し、循環して、ポートｐ４に後方反射され、ポートｐ５に循環して、そして、ポートｐ６で循環して削除するために二度目に反射される。スルー・チャネルｆ１は、第二の反射を経験せずに、ポートｐ２から循環してポートｐ３で出力するサーキュレーター３９に入る。今や新たに変調されたので、ｆ３はサーキュレーター３９のポートｐｌを通して導入されて、ポートｐ２へ後方反射されて、ｆｌとともにポートｐ３を通して出力される。全く同一の追加／削除機能が、反対方向に進行しているチャネルｆ４に対して獲得される。追加／削除フィルタは回折格子として図示されており、その通過周波数に従って識別される。両方のサーキュレーターのサーキュレーター・ポート２、５に結合して示される追加／削除フィルタは、追加／削除チャネルを選択するために光学的に切り換えることができる。ＯＴＤＲ回折格子は、図２のように両方のサーキュレーターのポートｐ４に加えることができる。
【００２８】
図４で、ＷＤＭルーター４０、４１の対は、双方向の追加／削除の多重化に使用されて、チャネル３、４のトラフィックの流れを両方向で追加／削除する。
【００２９】
追加／削除機能は、波長ルーターを光スイッチ配列に埋め込むことにより、あるいはスイッチ配列を波長ルーターの間に埋め込むことにより作成できる。第二の構成が、図５の中で使用される。図示されたように、ｆｌまたはｆ３チャネルのいずれも、スイッチ配列５０の使用によって追加／削除ができる。逆方向トラフィックのチャネルｆ２またはｆ４のいずれも、スイッチ配列５１の使用によって追加／削除ができる。これらの追加／削除のマルチプレクサから隔離は実現できず、別々に備えなくてはならない。追加の波長は、ＯＴＤＲ試験を可能にすることを要求される。
【００３０】
図６は、４チャネルと８チャネルの、片方向と双方向のＷＤＭシステムに対するチャネル割り当てを比較する。カラム（ａ）、（ｄ）、（ｅ）が構成される仮説のセットは、ＷＤＭ劣化によって決定される最小の間隔を持つ均等間隔チャネルのセット、光フィルター能力、最高の帯域幅利用法を仮定する。これらの事例の中で、４ＷＭ劣化は、チャネル省略により（たとえば、カラム（ａ）の中でチャネルｆ３、ｆ５、ｆ６、ｆ７の省略により）、保持されたチャネルと４ＷＭ生成物の一致を回避するように制御される。
【００３１】
カテゴリ１システムの効果は、最初の３つのカラムの中で示される。４チャネルの片方向送信（カラム（ａ））は、２＋２の２つの形式：インターリーブされた帯域（カラム（ｂ））、切り離された帯域（カラム（ｃ））と比較される。片方向伝送に対する４ＷＭ劣化からの相対的な自由は、５０％のチャネル使用を必要とする。最小の分散ファイバーを仮定して、不均等なチャネル間隔がモデルシステムでの動作のために必要である。同一容量以上が、カラム（ｂ）と（ｃ）の２＋２配置のいずれかの動作によって達成される。カラム（ｂ）のインターリーブされたシステムは、より大きなチャネル間の間隔を備えていて、（４ＷＭ発生による電力損失をわずかに減らすと同様に）フィルタリングを容易にする。カラム（ｃ）システムは現実的な代案であり続けて、システム設計または装置がインターリーブを非実用的にする選択となりえる。
【００３２】
カラム（ｄ）と（ｅ）は、８チャネルの双方向性伝送のための２つの可能なチャネル割り当て方式を示す。８チャネルの片方向伝送の事例は示されないが、片方向伝送のために専有されるのはチャネル・スロットの２０％以下である。４ＷＭ劣化からの自由は、カラム（ａ）の片方向方式の前進方向と逆方向のバージョンを結合することによって保証される。カラム（ｄ）の中で、チャネルはインターリーブされて、結果的に２つの働いていないスロット位置があり、片方向送信に対する２０％と比較して８０％のスロットが使用されている。カラム（ｄ）の中の一つまたは両方の働いていないスロットは、たとえばＯＴＤＲに使用することができる。カラム（ｅ）の方式はインターリーブはしないが、２つの伝搬方向に対するＷＤＭセットを切り離している。２つのバンド間（ｆ８とｆ９の間）のチャネル間の間隔、Δｆより大きな保護帯域を備えるように修正することがある。カラム（ｅ）割り当て方式は、利用できチャネル・スロットの５０％を利用する。
【００３３】
下表は、４ＷＭ劣化を回避するために均等間隔に配置されたセットからチャネルが割愛される、４つの多重チャネル・システムに対する特性を要約する。片方向、切り離された帯域をもつ双方向性、インターリーブされた帯域をもつ双方向性が比較される。リストされた基準は以下の通りである。「ＢＷ」：均等間隔で配置されたセットに対する全帯域幅。「Ｅｆｆ」：入手できるチャネル・スロットの利用率（％）。「ルーター」：特定のポートへのユニークな経路選択のために必要なルーターの大きさ。
【００３４】
【表１】
0003929520.tif 000002
【００３５】
双方向伝送のために必要とされるルーターの大きさの減少が認識できる。たとえば、３２チャネルの片方向のシステムは、１３４×１３４のルーターを必要とする。これは多くの人々から現状技術を越えているとみなされる大きさである。双方向システムに対しては、必要とされるルーターは４７×４７である。
図７は、２ｌ×２ｌのルーターを使用した１６チャネルの双方向性システムに対する経路選択の配置を示す。最新技術の２ｌ×２ｌのルーターは、９．４ｎｍのスペクトル領域を必要とする。好ましい設計、その発明者の名をとって命名した「Ｄｒａｇｏｎｅ」ルーターは、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ技術、１９８９年第７巻第３号、ページ４７９ー４８９に記述されている。
【００３６】
図８は、従来の２回線４チャネルのパー・ファイバー・システムを示す。これは正しくは、独立している２個の単一ファイバー・システムとして考えられる。第一のものは、送信器８０、その関連のＷＤＭセットを導入する増幅器８１、追加／削除マルチプレクサ８２、増幅器８３、ＷＤＭ受信器８４から構成される。第二のものは、第一のもののミラー像であり、送信器８５、増幅器８６、追加／削除マルチプレクサ８７、増幅器８８、ＷＤＭ受信器８９から構成される。２つの追加／削除マルチプレクサが必要である。各々は、チャネルｆｌ上で動作し、ｆ２、ｆ３、ｆ４は急ぎのトラフィックのために残している。追加／削除の機能を異なるチャネルに切り換えるための設計が知られていて、両方の回線のために必要である。いずれの伝送線の障害も、システムを危険にさらす。
【００３７】
図９は、対応する双方向ネットワークを示す。送信器９０、９１とＷＤＭ受信器９２、９３の各々は、図８のように全４チャネルをサービスする。増幅器９４、９５、９６、９７はいま双方向であり、図２の設計で可能である。経路選択機能は、たとえば出入りの信号を切り離すために、サーキュレーター９８、９９、１００、１０１によって実行される。単一の追加／削除マルチプレクサ１０２だけが必要である。図示した例の中で、一方向のチャネルｆ１と反対方向のチャネルｆ４が、追加／削除される。第二の回線の全スパンは、急ぎのトラフィックに割り当てられる。急ぎのトラフィックに対するいくらかの固有の保護があり、これは、２つの回線が物理的に隣接しない所で最大にされる。
【００３８】
双方向伝送は、どんな『会話』に対する全二重伝送も一つの単一回線の中で提供できる点で、設計の柔軟性を提供する。双方向性伝送は、一つのファイバーの中で一定の方向に伝搬しているチャネルの数量を半分にする。ファイバーの中のすべてのチャネルが反射と後方散乱の障害により、依然としてユニークな波長を割り当てられなければならないけれども、送信器と受信器の設計は単純化することができる。たとえば、各送信器に２つのソース波長だけが必要である。しかし片方向の設計のためには４個必要である。各々の送信器は４つの別々のレーザーを含むとして図示されているが、２つの共有されたレーザーが適切である。２つの伝搬方向にチャネル波長をインターリーブすることによって、チャネル間隔、したがって受信器でのフィルタ間隔は２倍にすることができる。これは、４ＷＭ障害（図示された２＋２ファイバーに対する）を回避する一方、フィルタ仕様をかなり緩和することができる。
【００３９】
送信器９０は、追加／削除マルチプレクサを通して該当するレーザーをオン／オフすることによってチャネルの再経路選択を許容するように構成されている。上位レーザーｆ１と低位レーザーｆ１をオンすると、先頭の変調装置からの信号は、追加／削除マルチプレクサでローカル・トラフィックを構成する。送信器９０の対応するｆ１とｆ３レーザーをオンすると、３番目の変調装置信号はローカル・トラフィックを構成する。この追加／削除マルチプレクサでのトラフィックの切り換え方法は、高速電気信号の切り換えを必要としない。急ぎの回線のトラフィックの波長を切り換えるので、受信器は正しく通知されなければならない。図示されるように、送信器９１は、電気信号を切り換えて同じトラフィックの再経路選択を生じることを要求する。図８の片方向のネットワークに関しては、調整できる追加／削除マルチプレクサに代えることができる。
【００４０】
以下の例は、片方向と双方向の事例に対する４チャネル通信を比較する。仕様に加えて、テキストは一般化しており、詳細な説明の重要な部分を構成する。
事例
２つの別々の実験が実施された。できるかぎり、同じ伝送線や他の装置が両方に使用された。
公称システム波長は１５５０ｎｍであった。チャネルを生成するために４個のレーザーが使用された。ｆ１＝１５５４．０ｎｍ、ｆ２＝１５５４．８ｎｍ、ｆ３＝１５５５．６ｎｍ、そして、ｆ４＝１５５６．４ｎｍ。３個のＩｎＧａＡｓＰ分散形フィードバック・レーザー（ＤＦＢ）と１個の調整可能な外部空洞レーザーがあった。（調整可能なレーザーには特別な目的はなかった。実験をするのに入手できる十分なＤＦＢがなかっただけである）。双方向伝送の中で、ソースはインターリーブされた対の３ｄＢカプラー、ｆ１−ｆ３とｆ２−ｆ４を通して結合された。チャネル対は、ＬｉＮｂＯ3 Ｍａｃｈ・Ｚｈｅｎｄｅｒ変調装置を通して外部で変調された。変調速度は、２23−１の疑似乱数ビット・ストリームをもつ２．５Ｇｂ／ｓであった。（指示された長さの反復する変遷をもつ疑似乱数）。これは現実の条件を近似するある程度のチャネル間の非相関を保証した。
【００４１】
ファイバーのスパン距離は１００ｋｍであって、０．２２ｄＢ／ｋｍの平均損失をもつＤＳＦから構成され、実効コア面積は５０μｍ2 であり１５５１．８ｎｍで分散ゼロとされた。ＥＤＦＡは、８ｄＢｍまでパー・チャネル電力を押し上げた。
【００４２】
２チャネルの多重分離装置と双方向性送信器の端末は、３ポートの光サーキュレーターとバンドパス・ファイバー回折格子を使用した。ファイバー回折格子は、（サーキュレーターの回折格子集合を提供する）チャネル波長で１００％の反射と、０．８ｎｍ、−３ｄＢの帯域幅と、３０ｄＢ以上の隣接チャネル除去比を備えていた。ローカル送信器から反射散乱およびレイリー散乱された光は、送／受信器のサーキュレーターと多重分離装置の間の１５５４．０ｎｍと１５５５．６ｎｍのファイバー回折格子ロッキング・フィルタによって、ローカル受信器に到達することを妨げられた。多重分離装置のための挿入損失は１５５４．８ｎｍポートに対して２．９ｄＢであり、１５５６．４ｎｍポートに対しては１．８ｄＢであった。送信器からファイバーへの送受信器サーキュレーターを通しての損失は１．１ｄＢであった。ファイバーからロッキング回折格子への送受信器サーキュレーターを通しての損失は、２．０ｄＢであった。
【００４３】
結果をグラフに示す。片方向伝送を図１０、図１１、双方向性伝送を図１２、図１３、図１４に示す。図はすべて、光電力をｄＢｍで、波長をｎｍとした座標である。
【００４４】
図１０にプロットした結果は、１００ｋｍ伝送後の光スペクトルを示す。第二のチャネル（１５５４．８ｎｍ）に対する電力面の不利益はそのチャネルをオフすることによって測定され、それによってそのスロット位置で妨げている４ＷＭ生成物だけを残した。すべてのチャネルをオンしたときの測定値が実線である。第二のチャネルをオフしたときの測定値が破線で示されている。４チャネルから３チャネルに行くとき、４ＷＭ生成物の数にいくらかの減少がある。（第二のチャネルをオフしたとき）。これは、チャネル波長の外の領域の曲線と比較することにより明白である。図１１は、多重分離装置の１５５４．８ｎｍポートでの、１５５４．８ｎｍチャネルを再びオン／オフしたときのスペクトルのプロットである。劣化は著しい。
【００４５】
今、双方向伝送の結果を参照すると、図１２は１５５４．８ｎｍチャネルをオン／オフしたときのスペクトルを図示する。上の曲線は、１００ｋｍ伝送後の順方向の１５５４．０ｎｍと１５５５．６ｎｍチャネルを示す。弱い４ＷＭ生成物が２つだけが見える。チャネルのブロッキング・フィルタは、チャネル波長、４ＷＭ、レイリー後方散乱の生成物の外部の信号だけを通過する。図１２の低いスペクトルは、その位置での測定値からプロットしたものである。
【００４６】
図１３は、ブロッキング・フィルタの後のスペクトルを示す。しかし、１５５４．８ｎｍと１５５６．４ｎｍチャネルをオンしている。実線のスペクトルは、１５５４．０ｎｍと１５５５．６ｎｍのチャネルをオフして測定された。破線のスペクトルは、すべてのチャネルをオンにして測定された。追加のチャネルをオンしたときの唯一の影響は、レイリー後方散乱を下げることである。
【００４７】
図１４は、１５５４．８ｎｍと１５５６．６ｎｍの多重分離されたチャネルを示す。１５５４．８ｎｍチャネルに対する唯一の妨害は、１５５６．４ｎｍチャネルの−３３ｄＢリークであった。
ビット誤り率が片方向と双方向の伝送に対して比較された。重要な劣化は、４チャネルの片方向送信に対して発生した。獲得できる最も低い受信器感度の不利益は、１．６ｄＢであった。（劣化はチャネルの極性に関係がある）。対照的に、測定された１５５４．８ｎｍチャネルに対しては劣化は観測されなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】各方向に２チャネル（２＋２）を持って動作している双方向ファイバーの系統図である。（回路は、単一のファイバー・システム全体またはサブシステムを構成することができ、一つ以上の追加のファイバーと共に動作することができる。）
【図２】図１のシステムで使用することのできる双方向性増幅器の一つの形式を示す詳細な図である。
【図３】光サーキュレーターとファイバー回折格子フィルタを使用している、双方向の追加／削除のマルチプレクサを示す回路の図である。
【図４】図３の代替物であり、サーキュレーターというよりＷＤＭルーターから構成される回路の図である。
【図５】図３と図４の追加／削除の能力を持つもう一つの回路の図である。
【図６】いろいろなチャネルの割り当て方式を示す表である。
【図７】１６チャネルの双方向性システムのための、実例となるインターリーブされたチャネル割り当てとルーター・ポートの利用法を示す図である。
【図８】２個のファイバー、８チャネル、片方向のシステムの回路の図である。
【図９】２個のファイバー、８チャネル、双方向のシステムの回路の図である。
【図１０】事例の中で片方向と双方向の伝送に対する相対的な信号劣化をプロットするグラフである。
【図１１】事例の中で片方向と双方向の伝送に対する相対的な信号劣化をプロットするグラフである。
【図１２】事例の中で片方向と双方向の伝送に対する相対的な信号劣化をプロットするグラフである。
【図１３】事例の中で片方向と双方向の伝送に対する相対的な信号劣化をプロットするグラフである。
【図１４】事例の中で片方向と双方向の伝送に対する相対的な信号劣化をプロットするグラフである。
【符号の説明】
１、４    送信器
２、５    受信器
３、６    経路選択装置
７        光ファイバー伝送回線
８、９    双方向性増幅装置
１０〜１７    光ファイバー
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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